Выбрать автоматический выключатель для электродвигателя, характеристики которого приведены в таблице 1. Режим работы – непрерывный.
Таблица 1 – Характеристики электродвигателя
| Вариант | Рном, кВт | КПД | cos φ | Uн, В |
| 1,5 | 0,83 | 0,85 |
Основным элементом автомата, реализующего функции защиты электродвигателя (в дальнейшем рассматриваем асинхронные двигатели серии 4А или АИ) от токов КЗ являются электромагнитный расцепитель и токовая отсечка. Причем, они должны быть отстроены от пусковых токов Iп (и ударного пускового тока Iудп). Для асинхронных двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором пусковой ток находим по формуле (1.1):
(1.1)
где KI – кратность пускового тока двигателя;
Iн – номинальный (линейный) ток в обмотке статора, находим по формуле (1.2).
(1.2)
где Pн – полная номинальная мощность электродвигателя, кВт;
Uнл – номинальное линейное напряжение на обмотке статора, В;
η – коэффициент полезного действия;
cosφ – коэффициент мощности.
Если двигатель работает в повторно-кратковременном режиме, номинальный ток двигателя берется при относительной продолжительности включения ПВ = 25 %.
Ударный пусковой ток двигателя по своей величине равен току трехфазного КЗ за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя. Величина ударного пускового тока (его амплитудное значение) определяется по формуле (1.3):
(1.3)
Для защиты электродвигателей с короткозамкнутым ротором ток срабатывания электромагнитного расцепителя (токовой отсечки) отстраивается от ударного пускового тока двигателя при полном напряжении питания сети и выведенном пусковом резисторе в цепи ротора (для двигателей с фазным ротором), ток срабатывания токовой отсечки находим по формуле (1.4):
(1.4)
Причиной перегрузки двигателей могут быть затянувшийся пуск, большая нагрузка на валу. А при обрыве одной из фаз, торможение двигателя. Часто перегрузки бывают кратковременными. Наиболее опасными являются устойчивые перегрузки. Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры обмоток двигателя. Перегрузка по току оценивается с помощью коэффициента кратности пускового тока двигателя и задается в каталоге.
В качестве элементов защиты могут применяться тепловые расцепители автоматов, тепловые реле магнитных пускателей, максимальные токовые реле автоматов с выдержками времени на срабатывания.
Токовые (электромагнитные) защиты имеют преимущества по сравнению с тепловыми ввиду простоты эксплуатации и более легкого подбора и регулировки защитных характеристик.
Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за малого времени их действия при небольших кратностях тока. Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки определяется по формуле (1.5):
(1.5)
На практике широко используются тепловые расцепители.
Номинальный ток теплового или комбинированного расцепителей для двигателей с длительным режимом работы и легкими условиями пуска равен:
(1.6)
Для двигателей с короткозамкнутым ротором, работающим в повторно-кратковременном режиме, но при тяжелых условиях пуска:
(1.7)
Номинальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя определяется согласно методике, приведенной выше. Время действия защиты от перегрузки, с одной стороны, должно быть больше времени пуска электродвигателя (либо больше времени его самозапуска), с другой стороны, это время не должно превышать допустимой для двигателя длительности прохождения сверх тока. Время пуска асинхронных двигателей составляет 10-15 секунд.
Выбор защитной аппаратуры для асинхронного двигателя серии АИР со следующими основными техническими данными:
Тип двигателя – АИР 100 L2;
Мощность – 5,5 кВт;
КПД – 0,85;
Коэффициент мощности – 0,89;
Коэффициент кратности пускового тока – 7,5;
Номинальное напряжение – 380 В.
Необходимо выбрать защитный аппарат, позволяющий осуществлять пуск и защиту двигателя в режимах перегрузки.
По формуле (1.2) определим номинальный ток двигателя:
Тогда по формуле (1.1) пусковой ток двигателя будет равен:
Согласно формуле (1.3) ударный пусковой ток будет равным:
В качестве защитного аппарата, выполняющего одновременно функции управления в режиме редких включений, можно применить автоматический выключатель серии ВА51. Автоматические выключатели серии ВА51 предназначены для эксплуатации в электроустановках с напряжением до 660 В переменного тока и до 440 В постоянного тока. Выключатели осуществляют защиту от токов КЗ, перегрузки и недопустимого снижения напряжения, а также от нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. Они имеют электротепловые и электромагнитные расцепители тока, но может быть исполнение только с электромагнитным расцепителем. Отношение тока срабатывания электромагнитных расцепителей к номинальному току тепловых расцепителей (кратность отсечки) находится в пределах 10 - 12. Указанная кратность (кратность отсечки) относится к автоматическим выключателям переменного тока. Автоматические выключатели с тепловыми максимальными расцепителями должны срабатывать при токе, значение которого равно 1,25 номинального тока расцепителя в течение времени менее 2 ч (в нагретом состоянии). Номинальный ток автомата должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Согласно расчетной величины номинального тока двигателя Iн = 11 А находим номинальный ток автомата Iна = 16 А.
Ток срабатывания токовой отсечки (электромагнитного расцепителя) отстраивается от ударного пускового тока. Принимаем согласно формуле (1.4):
Находим номинальную уставку на ток срабатывания электромагнитного расцепителя и выбираем тип автомата, имеющего данный расцепитель:
– тип автомата ВА51-30.
Номинальный ток электромагнитного расцепителя – 16 А.
Для защиты двигателя при длительном протекании пускового тока применяется тепловой расцепитель автомата ВА-51-30М1-34. Номинальный ток расцепителя должен быть не выше номинального тока автомата (Iт ≤ Iна).
Номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента есть среднее значение между током несрабатывания расцепителя – 1,1·Iна =1,1·16=17,6 А и нормированным значением тока срабатывания – 1,45·Iна = 1,45·16 = 23,2 А.
Ближайшее нормированное значение номинальной уставки для данной серии автомата равно Iнт = 20 А.
Определим для автомата ВА-51-35М1-34 с тепловым расцепителем на номинальный ток 20 А время срабатывания при токе перегрузки (пусковом токе двигателя), равном 23,25 А.
Определим кратность тока Iп по отношению к номинальному току расцепителя Iт
Находим пределы по времени срабатывания для заданного тока (1,8-5) с.
Время пуска двигателя не должно превышать пределов по времени срабатывания защиты.
Вывод. Для защиты асинхронного двигателя в случае возникновения аварийных режимов при пуске можно использовать автоматический выключатель серии ВА51 с электромагнитным расцепителем.
Основные параметры защитного аппарата:
- номинальный ток автомата, его электромагнитного и теплового расцепителей – Iна = 16 А;
- номинальная уставка на ток срабатывания электромагнитного расцепителя – Iно = 250 А;
- номинальная уставка на ток срабатывания теплового элемента – Iнт = 20 А;
- пределы по времени срабатывания тепловой защиты – tс = (1,8-5) с.