Як вибрати термічний реле для захисту двигуна

Термічні реле для захисту двигунів від перенавантаження: принципи, вибір та застосування

У системах керування двигунами фюзи використовуються переважно для захисту від коротких замикань. Однак, вони не можуть захищати від перегріву, спричиненого тривалим перенавантаженням, частими змінами напрямку обертання або роботою при низькому напрузі. На даний момент термічні реле широко використовуються для захисту двигунів від перенавантаження. Термічне реле — це пристрій захисту, який працює на основі теплового ефекту електричного струму і є по суті видом струмового реле. Воно працює завдяки генерації тепла через струм, що проходить через його нагрівальний елемент, що викликає деформацію біметалевої стрічки (зробленої з двох металів з різними коефіцієнтами розширення). Коли деформація досягає певного порогу, вона активує механізм зв'язку, відкриваючи контрольну цепину. Це розмагнічувує контактор і відключає головну цепину, таким чином захищаючи двигун від перенавантаження.

Термічні реле класифікуються за кількістю нагрівальних елементів: двополюсні та триполюсні типи. Триполюсні реле поділяються на моделі з та без захисту від втрати фази. Популярні серії включають JR0, JR9, JR14 та JR16. Характеристика час-струм (ампер-секундна характеристика) термічних реле зазвичай демонструє обернений час, що відповідає допустимій кривій перенавантаження двигуна: чим більший струм перенавантаження, тим менше час відключення; навпаки, чим менший струм перенавантаження, тим довший час відключення. При правильному виборі, реле може відключитися до того, як двигун досягне свого термічного ліміту, повністю використовуючи його потенціал перенавантаження, одночасно запобігаючи пошкодженню.

Завдяки своїм невеликим розмірам, простій конструкції та невисокій вартості, термічні реле широко використовуються у промислових застосуваннях для захисту двигунів.

I. Захист двигунів за допомогою термічних реле

Тип з'єднання статорних в'язок двигуна визначає характеристики струму перенавантаження та втрати фази, що, в свою чергу, диктують відповідний тип термічного реле.

З'єднання зіркою (Y)

При з'єднанні зіркою, лінійний струм дорівнює фазному струму. Під час перенавантаження двигуна, зазвичай зростають всі три фазних струми. Якщо трьохфазне живлення збалансоване і струми двигуна симетричні, двополюсне термічне реле може ефективно захищати трьохфазний двигун. Однак, якщо трьохфазне напруга сильно невідповідна (наприклад, 4% невідповідності напруги може викликати до 25% невідповідності струму), або якщо відбувається одиночне коротке замикання, коли аварійний струм не проходить через нагрівальний елемент, двополюсне реле може не надати достатнього захисту. У таких випадках слід використовувати триполюсне термічне реле.

З'єднання трикутником (Δ)

При нормальній роботі, лінійний струм (I) = 0,58 × фазний струм (Iφ), а фазний струм Iφ = 0,58 × лінійний струм I. Коли одна фаза живлення втрачається (наприклад, один фюз спрацьовує), як показано на рисунку 1 (з відкритою фазою B), через рівну опірну здатність в'язок, Ic = Ia + Ib = 1,5Iφ, а Ib = (2/3)Ic. Це показує, що лінійний струм більше не точно відображає фазний струм, тому використання лінійного струму для захисту не може виявити справжнє перенавантаження в'язок.

При втраті фази при повному навантаженні, Ia = 0,58Ie, Ib = 1,16Ie—цей надлишковий струм достатній для стандартного триполюсного термічного реле, щоб спрацювати. Однак, при 64% від номінального навантаження з втратою фази, Ia = 0,37Ie, Ib = 0,75Ie. Надлишковий струм через втрату фази менший за 20%, тому стандартне триполюсне реле може не спрацювати, але одна фаза має на 58% більше свого нормального струму, що створює ризик перегоріння двигуна. Тому, для двигунів з трикутним з'єднанням, стандартні триполюсні термічні реле не можуть надати ефективного захисту; повинні бути використані реле захисту від втрати фази.

Коли одна статорна в'язка розривається (наприклад, ослаблена з'єднання між провідником в'язки та клемою, така як відкриття між A і B, як показано на рисунку 2), то Ia = Ic = Iφ, а Ib = Iφ. Тут, один лінійний струм дорівнює фазному струму, як і при нормальній роботі. В такому випадку, реле захисту від втрати фази все ще може надати захист, тоді як пристрої захисту від втрати фази, що залежать від виявлення втрати фази на стороні живлення, не будуть працювати.

II. Вибір термічних реле

Правильний вибір та використання термічних реле — це добре відома тема, проте аварії, пов'язані з перегорінням двигунів через неправильний вибір та використання, все ще часто відбуваються. Тому, початківцям слід врахувати наступні пункти, окрім дотримання стандартних рекомендацій:

• Зрозуміти модель, специфікації та характеристики двигуна, який потрібно захистити.

• Вибір типу: У сільських районах з частою невідповідністю трьохфазного напруги, використовуйте стандартні триполюсні термічні реле для двигунів з з'єднанням зіркою, а реле захисту від втрати фази для двигунів з трикутним з'єднанням.

• Вибір номінального струму: Оберіть номінальний струм термічного реле на основі номінального струму двигуна, а потім виберіть номінальний струм нагрівального елемента. Регульований діапазон струму нагрівального елемента можна знайти у таблицях виробника. Якщо струм запуску двигуна становить близько 6 разів більше номінального струму і час запуску менше 5 секунд, установіть струм нагрівального елемента рівним номінальному струму двигуна. Для двигунів з довшим часом запуску, ударними навантаженнями або де неможливо зупинити, установіть струм 1,1–1,15 разів більше номінального струму двигуна.

• Приклад: Двигун має номінальний струм 30,3 А, струм запуску 6 разів більше номінального, короткий час запуску, без ударних навантажень. Підходящі моделі включають JR0-40, JR0-60 або JR16-60. Використовуючи JR16-60: номінальний струм реле 60 А, триполюсний тип. Оберіть нагрівальний елемент 32 А, регульований до близько 30,3 А.

• Вибір провідників: Використання занадто товстих або занадто тонких провідників впливає на теплообмін і, отже, на роботу термічного реле. Розмір провідників повинен відповідати вказівкам виробника або електротехнічним довідникам.

• Двигуни з поганим потенціалом перенавантаження або поганим охолодженням: Встановіть номінальний струм термічного реле на 60%–80% від номінального струму двигуна.

• Режим скидання: Термічні реле зазвичай мають режими ручного та автоматичного скидання, які можна переключати за допомогою регулювального винта. Виробники зазвичай відправляють їх в режимі автоматичного скидання. Вибір залежить від контрольної цепини. Як правило, навіть якщо реле автоматично скидається, захищений двигун не повинен автоматично перезапускатися — в іншому випадку, встановіть реле на ручне скидання, щоб запобігти повторним запускам під час аварійних ситуацій та пошкодженню обладнання. Наприклад, в ручних схемах запуску/зупинки з використанням кнопок, автоматичне скидання допустиме; в автоматичних схемах запуску, використовуйте ручне скидання.

III. Зауваження під час використання

Щоб продовжити строк служби термічних реле та забезпечити оптимальну роботу, дотримуйтесь наступного:

• Використовуйте провідники на клемах реле з поперечними перерізами строго відповідно до специфікацій.

• Термічні реле не можуть надати захисту від коротких замикань — фюзи повинні бути встановлені окремо. Вони не підходять для двигунів з дуже довгим часом запуску, частими операціями або інтермітентними циклами.

• При встановленні разом з іншими пристроями, монтуйте термічне реле нижче них, щоб уникнути теплового впливу. Регулярно очищайте від пилу та бруду.

• Після відключення, автоматичне скидання відбувається протягом 5 секунд; ручне скидання вимагає чекання 2 хвилини перед натисканням кнопки скидання.

• Після аварії короткого замикання, перевірте нагрівальний елемент на пошкодження та біметалеву стрічку на деформацію (ніколи не гнуті біметалеву стрічку), але не знімайте компоненти.

• При заміні термічного реле, переконайтеся, що нове відповідає оригінальним специфікаціям.

Висновок

Лиш правильно вибираючи, правильно підключаючи та використовуючи термічні реле, можна досягти ефективного захисту двигунів від перенавантаження.