Термични реле за защита от прегрев на моторите: принципи, избор и приложение
В системите за управление на мотори пъстовете се използват основно за защита при краткосрочно замыкание. Но те не могат да защитят от прегрев, причинен от продължително прекомерно зареждане, често включване-изключване в противоположна посока или работа при ниско напрежение. В момента термичните реле се използват широко за защита от прекомерно зареждане на моторите. Термично реле е защитно устройство, което работи на базата на термичния ефект на електрическия ток и е по същество вид токоуправляемо реле. То работи чрез генериране на топлина от тока, протичащ през нагревателния му елемент, което предизвиква деформация на биметална лента (изработена от два металa с различни коефициенти на разширяване). Когато деформацията достигне определен праг, то активира механизъм за свързване, отварящ контролния контур. Това размагнитява контактора и разединява главния контур, като по този начин защитава мотора от прекомерно зареждане.
Термичните реле се класифицират според броя нагревателни елементи: двуполюсни и триполюсни типове. Триполюсните реле се делят допълнително на модели с и без защита при загуба на фаза. Общи серии включват JR0, JR9, JR14 и JR16. Характеристиката време-ток (ампер-секундна характеристика) на термичните реле обикновено показва обратно пропорционално поведение, което съответства на позволената крива за прекомерно зареждане на мотора: колкото по-голям е прекомерният ток, толкова по-кратко е времето до изключване; обратно, колкото по-малък е прекомерният ток, толкова по-дълго е времето до изключване. С правилен избор, релето може да изключи преди моторът да достигне термичния си лимит, като по този начин се използва максимално прекомерната капацитет на мотора, докато се предпазва от повреди.
Благодарение на малките размери, простата конструкция и ниската цена, термичните реле се използват широко в индустриални приложения за защита на мотори.
I. Защита на моторите чрез термични реле
Типът на връзката на статорните обмотки на мотора определя характеристиките на прекомерното зареждане и загубата на фаза, които на свой ред диктуват подходящия тип термично реле.
Звезда (Y) свързани статорни обмотки
При звездна връзка, линейният ток е равен на фазовия ток. При прекомерно зареждане на мотора, обикновено се увеличават всички три фазови тока. Когато тритефазното напрежение е сбалансирано и токовете на мотора са симетрични, двуполюсно термично реле може да защити ефективно трифазен мотор. Ако обаче тритефазното напрежение е сериозно несбалансирано (например, 4% несъответствие на напрежението може да предизвика до 25% несъответствие на тока), или ако се появи еднофазно краткосрочное замыкание, при което дефектният ток не минава през нагревателния елемент, двуполюсното реле може да не предостави достатъчна защита. В такива случаи трябва да се използва триполюсно термично реле.
Делта (Δ) свързани статорни обмотки
При нормална работа, линейният ток (I) = 0.58 × фазовият ток (Iφ), и фазовият ток Iφ = 0.58 × линейният ток I. Когато е загубена една фаза на напрежението (например, една пъст се счупи), както е показано на Фигура 1 (с отворена фаза B), поради равни импеданс на обмотките, Ic = Ia + Ib = 1.5Iφ, и Ib = (2/3)Ic. Това показва, че линейният ток вече не отразява точно фазовия ток, затова използването на линейния ток за защита не открива истинското прекомерно зареждане на обмотките.
Когато загубата на фаза се случи при пълна нагрузка, Ia = 0.58Ie, Ib = 1.16Ie—този прекомерен ток е достатъчен за стандартно триполюсно термично реле да изключи. Но при 64% от номиналната нагрузка с загуба на фаза, Ia = 0.37Ie, Ib = 0.75Ie. Прекомерният ток, причинен от загубата на фаза, е под 20%, така че стандартното триполюсно реле може да не изключи, въпреки че една фаза носи 58% повече от нормалния ток, рискувайки прегрев на мотора. Затова, за делта свързани мотори, стандартните триполюсни термични реле не могат да предоставят ефективна защита; трябва да се използват реле с защита при загуба на фаза.
Когато една обмотка на статора се скъса (например, ослабена връзка между обмотката и терминалa, като отворено между A и B, както е показано на Фигура 2), тогава Ia = Ic = Iφ, и Ib = Iφ. Тук, един линейен ток е равен на фазовия ток, както при нормална работа. В този случай, реле с защита при загуба на фаза все още може да предостави защита, докато устройства за защита при загуба на фаза, които се надяват на откриване на загуба на фаза от страна на напрежението, няма да функционират.
II. Избор на термични реле
Избирането и използването на термични реле правилно е добре известна тема, но аварии с прегрев на мотори поради неправилен избор и използване все още се случват често. Затова начинаещите трябва да обърнат внимание на следните точки освен следването на стандартизирани насоки:
Разберете модела, спецификациите и характеристиките на мотора, който трябва да се защити.
Избор на тип: В селски райони с често трифазно несъответствие на напрежението, използвайте стандартни триполюсни термични реле за звезда свързани мотори и реле с защита при загуба на фаза за делта свързани мотори.
Избор на номиналния ток: Изберете номиналния ток на термичното реле въз основа на номиналния ток на мотора, след това изберете номиналния ток на нагревателния елемент. Регулируемият диапазон на тока на нагревателния елемент може да се намери в производствените таблици. Ако започващият ток на мотора е около 6 пъти номиналния ток и времето за започване е под 5 секунди, задайте тока на нагревателния елемент да е равен на номиналния ток на мотора. За мотори с по-дълго време за започване, удари или когато изключването не е позволено, задайте тока на 1.1–1.15 пъти номиналния ток на мотора.
Пример: Мотор с номинален ток 30.3 A, започващ ток 6 пъти номиналния, кратко време за започване, без удари. Подходящи модели включват JR0-40, JR0-60, или JR16-60. Използвайки JR16-60: номиналният ток на релето е 60 A, триполюсно. Изберете нагревателен елемент с 32 A, регулируем до около 30.3 A.
Избор на връзкови жици: Използването на твърде дебели или твърде тънки жици влияе на разпространението на топлината и следователно на производителността на термичното реле. Размерът на жицата трябва да следва указанията на производителя или електротехническите справочници.
Мотори с лоша капацитет за прекомерно зареждане или лошо охлаждане: Задайте номиналния ток на термичното реле на 60%–80% от номиналния ток на мотора.
Режим на нулиране: Термичните реле обикновено предлагат както ръчно, така и автоматично нулиране, което може да се промени чрез регулираща винт. Производителите обикновено ги изпращат в режим на автоматично нулиране. Изборът зависи от контролния контур. По правило, дори ако релето се нулира автоматично, защитеният мотор не трябва да се рестартира автоматично—в противен случай, задайте релето на ръчно нулиране, за да се предотврати многократно стартиране при дефектни условия и повреда на оборудването. Например, в ръчни контури за стартиране/спиране, използвайки бутони, автоматично нулиране е приемливо; в автоматични контури за стартиране, използвайте ръчно нулиране.
III. Предпазни мерки при използване
За да се увеличи срока на полезност на термичните реле и да се гарантира оптимална производителност, спазвайте следните:
Използвайте връзкови жици на контактите на релето със строго спазване на спецификациите.
Термичните реле не могат да предоставят защита при краткосрочно замыкание—трябва да се инсталират отделни пъстове. Те не са подходящи за мотори с много дълго време за започване, често използване или периодично функциониране.
При инсталиране с други устройства, монтирайте термичното реле под тях, за да се избегне термично въздействие. Редовно почиствайте прах и мръсотия.
След изключване, автоматичното нулиране се случва в рамките на 5 секунди; ръчното нулиране изисква изчакване от 2 минути преди да се натисне бутонът за нулиране.
След дефект при краткосрочно замыкание, проверете нагревателния елемент за повреди и биметалната лента за деформация (никога не изкривявайте биметалната лента), но не махайте компонентите.
При замяна на термично реле, уверете се, че новото съответства на спецификациите на оригиналното.
Заключение
Ефективна защита от прекомерно зареждане на моторите може да бъде постигната само с правилен избор, коректно свързване и подходящо използване на термични реле.