Hvordan vælge en varmeforbindelse til motorbeskyttelse

Varme relæer til motorens overbelastningsbeskyttelse: Principper, valg og anvendelse

I motorstyringssystemer bruges sikringer primært til kortslutningsbeskyttelse. De kan imidlertid ikke beskytte mod overophedning, som skyldes forlænget overbelastning, hyppig frem-bag-styring eller under-spændingsdrift. I øjeblikket anvendes varme relæer bredt til motorens overbelastningsbeskyttelse. Et varme relæ er en beskyttende enhed, der fungerer baseret på strømmens termiske effekt, og det er i virkeligheden en type strømrelæ. Det arbejder ved at generere varme gennem strøm, der løber igennem dets opvarmnings-element, hvilket får en tometall-streng (lavet af to metaller med forskellige udvidelseskoefficienter) til at deformere. Når deformationen når et bestemt tærskel, aktiverer den en koblingsmekanisme, der åbner styringen. Dette deenergiserer kontaktoren og frakobler hovedkredsen, hvilket beskytter motoren mod overbelastning.

Varme relæer inddeles efter antallet af opvarmnings-elementer: to-pol- og tre-poltyper. Tre-pol relæer er yderligere opdelt i modeller med og uden faseforsvindingbeskyttelse. Almindelige serier inkluderer JR0, JR9, JR14 og JR16. Tids-strøm karakteristikken (ampere-sekund karakteristikken) for varme relæer viser typisk en omvendt tidsforhold, der matcher motorens tilladte overbelastningskurve: jo større overbelastningsstrømmen, jo kortere udløsnings-tiden; tværtimod, jo mindre overbelastningsstrømmen, jo længere udløsnings-tiden. Med korrekt valg kan relæet udløse, før motoren når sin termiske grænse, hvilket fuldt ud udnytter motorens overbelastningskapacitet, mens det samtidig forhindrer skade.

På grund af deres lille størrelse, simple konstruktion og lave kostpris anvendes varme relæer bredt i industriel anvendelse til motorbeskyttelse.

I. Beskyttelse af motorer ved hjælp af varme relæer

Motorens statorvindingsforbindelsestype bestemmer overbelastnings- og faseforsvindingstrømkarakteristiken, hvilket på sin side dikterer den passende type varme relæ.

Stjerne (Y) forbundne statorvindinger

I stjerneforbindelsen er linje-strømmen lig med fasetrømmen. Under motoroverbelastning øges normalt alle tre fasestrømme. Når tre-fase spændingsforsyningen er balanceret, og motorstrømme er symmetriske, kan et to-pol varme relæ effektivt beskytte en tre-fasemotor. Hvis dog tre-fase spændingen er alvorligt ubalanceret (fx 4% spændingsubalance kan forårsage op til 25% strømubalance), eller hvis en enkelfase kortslutning forekommer, hvor fejlstrømmen ikke går igennem opvarmnings-elementet, kan to-pol relæet ikke give tilstrækkelig beskyttelse. I sådanne tilfælde skal et tre-pol varme relæ anvendes.

Delta (Δ) forbundne statorvindinger

Under normal drift er linje-strømmen (I) = 0,58 × fasetrømmen (Iφ), og fasetrømmen Iφ = 0,58 × linje-strømmen I. Når en forsyningsfase mister (fx en sikring springer), som vist i figur 1 (med fase B åben), pga ens vindingsimpedans, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, og Ib = (2/3)Ic. Dette viser, at linje-strømmen ikke længere præcist afspejler fasetrømmen, så brug af linje-strøm til beskyttelse mislykkes med at registrere den reelle vindings-overbelastning.

Når faseforsvinding forekommer under fuld belastning, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—denne overstrøm er tilstrækkelig for, at et standard tre-pol varme relæ udløser. Dog under 64% af nominel belastning med faseforsvinding, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Overstrømmen på grund af faseforsvinding er mindre end 20%, så et standard tre-pol relæ måske ikke udløser, men en fase bærer 58% mere end dens normale strøm, hvilket risikerer motorbrand. Derfor kan standard tre-pol varme relæer ikke give effektiv beskyttelse for delta-forbundne motorer; faseforsvinding beskyttende relæer skal anvendes.

Når en statorvinding brydes (fx en løs forbindelse mellem vindingsledning og terminal, som åben mellem A og B, som vist i figur 2), så Ia = Ic = Iφ, og Ib = Iφ. Her er en linje-strøm lig med fasetrømmen, netop som under normal drift. I dette tilfælde kan et faseforsvinding beskyttende relæ stadig give beskyttelse, mens faseforsvinding beskyttelsesenheder, der afhænger af registrering af forsynings-side faseforsvinding, vil mislykkes med at fungere.

II. Valg af varme relæer

Valg og anvendelse af varme relæer er et velkendt emne, men motorbrandulykker på grund af forkert valg og anvendelse forekommer stadig ofte. Derfor bør begyndere bemærke følgende punkter ud over at følge standardretningslinjer:

• Forstå model, specifikationer og egenskaber for motoren, der skal beskyttes.

• Typevalg: I landlige områder med hyppig tre-fase spændingsubalance, brug standard tre-pol varme relæer for stjerne-forbundne motorer, og faseforsvinding beskyttende relæer for delta-forbundne motorer.

• Strøm Rating-valg: Vælg varme relæets nominel strøm baseret på motorens nominel strøm, og vælg derefter opvarmnings-elementets nominel strøm. Justeringsintervallet for opvarmnings-elementets indstilling kan findes i producenttabeller. Hvis motorens startstrøm er ca. 6 gange nominel strøm, og starttiden er under 5 sekunder, sæt opvarmnings-elementets strøm til at være lig med motorens nominel strøm. For motorer med længere starttider, påvirkningsbelastninger eller hvor nedbrud ikke er tilladt, sæt strømmen til 1,1–1,15 gange motorens nominel strøm.

• Eksempel: En motor har en nominel strøm på 30,3 A, startstrøm 6 gange nominel, kort starttid, og ingen påvirkningsbelastning. Passende modeller inkluderer JR0-40, JR0-60, eller JR16-60. Ved brug af JR16-60: relæets nominel strøm er 60 A, tre-pol type. Vælg et 32 A opvarmnings-element, justerbar til ca. 30,3 A.

• Forbindelsesledning valg: Brug af for tykke eller for smalle ledninger påvirker varmeafgivelsen og dermed varme relæets ydeevne. Ledningsstørrelse skal følge producentinstruktioner eller elektriske håndbøger.

• Motorer med dårlig overbelastningskapacitet eller dårlig køling: Sæt varme relæets nominel strøm til 60%–80% af motorens nominel strøm.

• Nulstilningstilstand: Varme relæer tilbyder normalt både manuel og automatisk nulstilning, skiftable via en justerings-skru. Producenter leverer dem normalt i automatisk nulstilningstilstand. Valget afhænger af styringskredsen. Som en regel, selvom relæet nulstiller sig automatisk, bør den beskyttede motor ikke genstarte automatisk—ellers sæt relæet til manuel nulstilling for at forhindre gentagne starter under fejltilstande og udstyrsskader. Fx i manuelle start/stop kredse, der bruger trykknap, er automatisk nulstilling acceptabel; i automatiske start kredse, brug manuel nulstilling.

III. Forsigtighedsregler under brug

For at forlænge varme relæers levetid og sikre optimal ydeevne, observer følgende:

• Brug forbindelsesledninger ved relæets terminaler med tværsnit strikt ifølge specifikationer.

• Varme relæer kan ikke give kortslutningsbeskyttelse—sikringer skal installeres separat. De er upassende for motorer med meget lange starttider, hyppig drift eller intermittente cyklusser.

• Når installeret sammen med andre enheder, monter varme relæet under dem for at undgå varmeinterferens. Rens jord og snavs regelmæssigt.

• Efter udløsning forekommer automatisk nulstilling inden for 5 sekunder; manuel nulstilling kræver ventetid på 2 minutter, inden nulstillingsknappen trykkes.

• Efter en kortslutningsfejl, tjek opvarmnings-elementet for skader og tometall-strengen for deformation (aldrig bøj tometall-strengen), men fjern ikke komponenter.

• Når en varme relæ erstattes, sikr at den nye passer til de originale specifikationer.

Konklusion

Kun ved korrekt valg, korrekt kablingsforbindelse og passende brug af varme relæer kan effektiv overbelastningsbeskyttelse for motorer opnås.