Автор: Зимин Е.Н.
Теги: электротехника электрические схемы защита асинхронных электродвигателей
Год: 1967
Текст
Е.Н.Зимин
Защита
асинхронных
ДВИГАТЕЛЕЙ
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Большам Я. М., Долгов А. Н., Ежков В. В., Каминский Е. А.,
Мандрыкин С. А., Синьчугов Ф. И., Смирнов А. Д., Устинов П. И.
УДК 621.316.9.1 : 621.313.333
3 62
В брошюре рассматриваются основные наиболее
распространенные виды защиты асинхронных электро-
двигателей напряжением до 500 в с помощью плавких
предохранителей, электромагнитных, тепловых и темпе-
ратурных реле, а также автоматических выключателей.
Приводятся простейшие электрические схемы
устройств защиты. Даются правила выбора защитных
аппаратов и расчета их уставок, иллюстрированные чис-
ловыми примерами.
Брошюра предназначена для широкого круга элек-
тромонтеров, занимающихся эксплуатацией, монтажом
и наладкой электроприводов с асинхронными двигате-
лями.
Все замечания и пожелания по данной брошюре про-
сим направлять по адресу: Москва, Ж-114, Шлюзовая
наб., 10, изд-во «Энергия».
Зимин Евгений Николаевич
Защита асинхронных двигателей до 500 д. Изд. 2-е, переработ. и доп., М.—Л.,
изд-во «Энергия», 1967.
88 с. с черт. (Б-ка электромонтера. Выл. 209)
3-3-10
120-66
Редактор Т. П. Зырянова Техн, редактор В. В. Зеркаленкова
Сдано в набор 4/VII 1966 г. Подписано в печать 9/XI 1966 г. Бумага
типографская № 2 84x108*/м. Физ. печ. л. 2,75. Усл. печ. л. 4,62. Уч.-нзд. л. 4,66.
Т-12876. Тираж 30.000 экз. Цена 16 коп. Зак. 960.
Издательство «Энергия», Москва Ж-П4. Шлюзовая наб.. 10
Владимирская типография Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Гор. Владимир, ул. Победы, д. 18-6
1. ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Асинхронные двигатели трехфазного переменного то-
ка напряжением до 500 в при мощностях от 0,05 до 350—
400 кет являются наиболее распространенным видом
двигателей, применяемых в электроприводах самых раз-
личных отраслей народного хозяйства.
Надежная и бесперебойная работа двигателей обес-
печивается в первую очередь надлежащим выбором их по
номинальной мощности, режиму работы и форме испол-
нения.
Не меньшее значение имеет также соблюдение необ-
ходимых требований и правил при составлении электри-
ческой схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры,
проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропри-
вода. По большинству этих вопросов читатель может
найти сведения в выпусках «Библиотеки электромонте-
ра» [Л. 1—5], а также в различных справочниках, напри-
мер в [Л. 6].
Однако даже для правильно спроектированных и экс-
плуатируемых электроприводов при их работе всегда ос-
тается вероятность появления режимов, аварийных или
ненормальных для двигателя и другого электрооборудо-
вания.
К таким режимам относятся:
1) многофазные (трех- и двухфазные) и однофазные
короткие замыкания в обмотках двигателя; многофазные
короткие замыкания в выводной коробке двигателя и во
внешней силовой цепи (в проводах и кабелях, на контак-
тах коммутационных аппаратов, в ящиках сопротивле-
ний) ; короткие замыкания фазы на корпус или нулевой
провод внутри двигателя или во внешней цепи — в сетях
1*
3
с заземленной нейтралью1; короткие замыкания в цепи
управления; короткие замыкания между витками обмот-
ки двигателя (витковые замыкания).
Короткие замыкания являются наиболее опасными
аварийными режимами в электроустановках. В большин-
стве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия
изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают
величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения
токов нормального режима, а их тепловое воздействие и
динамические усилия, которым подвергаются токоведу-
щие части, могут привести к повреждению всей электро-
установки;
2) тепловые перегрузки двигателя из-за прохождения
по его обмоткам повышенных токов: при перегрузках ра-
бочего механизма по технологическим причинам, особо
тяжелых условиях пуска двигателя под нагрузкой или
его застопоривании, длительном понижении напряжения
сети, выпадении одной из фаз внешней силовой цепи или
обрыве провода в обмотке двигателя, механических по-
вреждениях в двигателе или рабочем механизме, а также
тепловые перегрузки при ухудшении условий охлажде-
ния двигателя 1 2.
Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ус-
коренное старение и разрушение изоляции двигателя, что
приводит к коротким замыканиям, т. е. к серьезной ава-
рии и преждевременному выходу двигателя из строя.
Для того чтобы защитить электродвигатель от пов-
реждений при нарушении нормальных условий работы,
а также своевременно отключить неисправный двигатель
от сети, предотвратив или ограничив тем самым развитие
аварии, предусматриваются средства защиты. Главным
и наиболее действенным средством является электриче-
ская защита двигателей, выполняемая в соответствии с
«Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ)
[Л. 12].
В зависимости от характера возможных поврежде-
1 В большинстве случаев сети напряжением до 380 в работают
с заземленной нейтралью. Сети напряжением 500 в выполняются
только с изолированной нейтралью. Замыкания между фазой и зем-
лей (корпусом) при изолированной нейтрали не будут короткими
замыканиями.
2 Подробнее о возможных неисправностях и ненормальных ре
жимах работы двигателей см. [Л. 7].
4
ний и ненормальных режимов работы различают не-
сколько основных наиболее распространенных видов
электрической защиты асинхронных двигателей.
Защита от коротких замыканий отключа-
ет двигатель при появлении в его силовой (главной) це-
пи или в цепи управления токов короткого замыкания.
Аппараты, осуществляющие защиту от коротких замыка-
ний (плавкие предохранители, электромагнитные реле,
автоматические выключатели с электромагнитным расце-
пителем), действуют практически мгновенно, т. е. без вы-
держки времени.
Защита от перегрузки предохраняет двигатель
от недопустимого перегрева, в частности и при сравни-
тельно небольших по величине, но продолжительных теп-
ловых перегрузках. Аппараты защиты от перегрузки
(тепловые и температурные реле, электромагнитные ре-
ле, автоматические выключатели с тепловым расцепите-
лем или с часовым механизмом) при возникновении пере-
грузки отключают двигатель с определенной выдерж-
кой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в
ряде случаев, при значительных перегрузках, — и мгно-
венно.
Защита от понижения или исчезнове-
ния напряжения (нулевая защита) выполняется с
помощью одного или нескольких электромагнитных ап-
паратов, действует на отключение двигателя при переры-
ве питания или снижении напряжения сети ниже уста-
новленного значения и предохраняет двигатель от само-
произвольного включения после ликвидации перерыва
питания или восстановления нормального напряжения
сети.
Специальная защита от работы на двух
фазах предохраняет двигатель от перегрева, а также
от «опрокидывания», т. е. остановки под током вследст-
вие снижения момента, развиваемого двигателем, при
обрыве в одной из фаз главной цепи. Защита действует
на отключение двигателя. В качестве аппаратов защиты
применяются как тепловые, так и электромагнитные ре-
ле. В последнем случае защита может не иметь выдерж-
ки времени.
Кроме того, существуют и некоторые другие, реже
встречающиеся виды защиты (от повышения напряже-
ния, однофазных замыканий на землю в сетях с изолиро-
5
ванной нейтралью, увеличения скорости вращения при-
вода и т. п.).
Аппараты электрической защиты могут осуществ-
лять один или сразу несколько видов защиты. Так, не-
которые автоматические выключатели обеспечивают
защиту от коротких замыканий и от перегрузки.
Одни из аппаратов защиты, например плавкие
предохранители, являются аппаратами однократного
действия и требуют замены или перезарядки после
каждого срабатывания, другие, такие как электромаг-
нитные и тепловые реле, — аппараты многократного
действия. Последние различаются по способу возврата
в состояние готовности на аппараты с самовозвратом
и с ручным возвратом.
Выбор того или иного вида защиты или нескольких
одновременно производится в каждом конкретном слу-
чае с учетом степени ответственности привода, его
мощности, условий работы и порядка обслуживания
(наличия или отсутствия постоянного обслуживающего
персонала). Большую пользу может принести анализ
данных по аварийности электрооборудования в цехе,
на строительной площадке, в мастерской и т. п., выяв-
ление наиболее часто повторяющихся нарушений нор-
мальной работы двигателей и технологического обору-
дования.
Всегда следует стремиться к тому, чтобы защита
была по возможности простой и надежной в эксплуа-
тации.
Для каждого двигателя независимо от его мощно-
сти и напряжения должна быть предусмотрена защита
от коротких замыканий. Здесь нужно иметь в виду сле-
дующие обстоятельства.
С одной стороны, защиту нужно отстроить от пус-
ковых и тормозных токов двигателя, которые могут
в 5—10 раз превышать его номинальный ток.
С другой стороны, в ряде случаев коротких замы-
каний, например при витковых замыканиях, замыка-
ниях между фазами вблизи от нулевой точки статор-
ной обмотки, замыканиях на корпус внутри двигателя
и т. п., защита должна срабатывать при токах, мень-
ших пускового тока.
Одновременное выполнение этих противоречивых
требований с помощью простых и дешевых средств за-
щиты представляет большие трудности. Поэтому систе-
ма защиты низковольтных асинхронных двигателей
строится при сознательном допущении, что при неко-
торых отмеченных выше повреждениях в двигателе
последний отключается защитой не сразу, а лишь
в процессе развития этих повреждений, после того как
значительно возрастет ток, потребляемый двигателем
из сети.
Согласно ПУЭ
требуется, чтобы за-
щита двигателя от
коротких замыка-
ний, установленная
в начале ответвле-
ния к нему, обеспе-
чивала надежное
Рис. 1. Расчетные точки коротких
замыканий при защите двигателей.
отключение при ко-
ротких замыканиях
на зажимах двига-
теля: двухфазном —
для сетей с изолиро-
ванной нейтралью
(точка К2 на рис. 1)
и однофазном замы-
кании на землю —
для сетей с зазем-
ленной нейтралью
(точка К1).
Проверка аппаратов защиты по отключающей спо-
собности (т. е. по предельному току, который они мо-
гут надежно отключить) производится для случая
трехфазного короткого замыкания в начале защищае-
мого ответвления к двигателю (точка КЗ).
Защита от перегрузки должна применяться только
для двигателей тех рабочих механизмов, у которых
возможны ненормальные увеличения нагрузки при на-
рушениях рабочего процесса. (Напомним, что нагруз-
ка двигателя определяется величиной преодолеваемого
им момента сопротивления механизма — статического
момента на валу двигателя). Следует иметь в виду,
что двигатель требует защиты не от любых перегрузок,
а лишь от таких, которые не были предусмотрены тех-
нологическими условиями при выборе мощности дви-
6
гателя и его перегрузочной способности. При регуляр-
ных отключениях двигателя защитой от перегрузки
нужно в первую очередь проверить загрузку двигателя,
при которой срабатывает защита. Нередки случаи,
когда после такой проверки выясняется, что двигатель
выбран недостаточной мощности.
Одно из важнейших требований к устройствам за-
щиты двигателей — четкое действие ее при аварийных
и ненормальных режимах работы двигателей и вместе
с тем недопустимость ложных срабатываний. Поэтому
аппараты защиты должны быть правильно выбраны и
тщательно отрегулированы.
2. ЗАЩИТА ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ
ЗАЩИТА ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ
Принцип действия и устройство предохранителей.
Плавкий предохранитель — самый простой и дешевый
аппарат защиты от коротких замыканий, получивший
широкое применение, особенно в приводах с коротко-
замкнутыми асинхронными двигателями мощностью до
100 кет. Основной недостаток защиты плавкими предо-
хранителями — возможность неполнофазных отключе-
ний.
Предохранитель состоит из металлического провод-
ника — плавкой вставки, включаемой последовательно
в защищаемую электрическую цепь, и патрона, в кото-
ром закрепляется вставка. Работа плавкого предохра-
нителя основана на тепловом действии электрического
тока. Протекая по вставке, ток нагревает ее. Очевидно,
что чем больше ток, тем выше становится температура
вставки. Когда ток превышает определенное значение,
вставка расплавляется (перегорает), создавая разрыв
цепи.
Существует большое количество различных конст
рукций предохранителей низкого напряжения.
В схемах электроприводов обычно применяются раз-
борные закрытые предохранители: с фибровым патро-
ном без заполнителя (типа ПР2) и с фарфоровым пат-
роном с заполнителем — сухим кварцевым песком (ти-
па ПН2).
Предохранители типа ПН2 имеют меньшие размеры,
чем предохранители типа ПР2, но способны надежно
Рнс. 2. Схе-
ма включе-
ния плавких
предохрани-
телей.
отключать значительно большие токи короткого замы-
кания.
Предохранители типа ПН2 на токи 100 и 250 а обла-
дают токоограничивающими свойствами.
При коротком замыкании плавкая вставка такого
предохранителя перегорает и разрывает цепь быстрее,
чем ток короткого замыкания успеет достичь своего
максимального (ударного) значения. Наибольшее мгно-
венное значение тока, пропускаемого этими предохра-
кителями при коротком зэмыкзнии, не пре-
вышает 5 000 а.
В этом отношении данные предохрани-
тели превосходят даже автоматические вы-
ключатели (подробнее о плавких предохра-
нителях типов ПР2 и ПН2 и правилах их
эксплуатации см. [Л. 8]).
Широкое распространение получили
и разборные предохранители с фарфо-
ровым патроном с заполнителем типа НПР.
Для защиты небольших двигателей и цепей
управления применяются также закрытые
предохранители пробочного типа с резьбо-
вым цоколем — типов ПЦУ, Е и др.
На рис. 2 показана схема включения
плавких предохранителей для защиты глав-
ной цепи двигателя. Предохранители П
устанавливаются после рубильника Р во всех трех фазах1
перед контактами пускателя или линейного контакто-
ра Л. Эти же предохранители в ряде случаев использу-
ются и для защиты от коротких замыканий цепи управ-
ления, в которой включены катушки аппаратов, кнопки
управления и т. п. (о защите цепи управления см. § 7).
Номинальные данные и характеристики предохрани-
телей. Предохранители и плавкие вставки характеризу-
ются номинальным напряжением и номинальным то
ком, а также предельно отключаемым током.
Номинальное напряжение предохра-
нителя Дн.пр соответствует наибольшему номинально-
му напряжению цепей, в которых разрешается установ-
1 Предохранители в каждой фазе необходимы для отключения
обеих поврежденных фаз при двухфазных коротких замыканиях, а в
сетях с заземленной нейтралью, кроме того, для отключения любой
фазы при ее замыкании на землю.
8
9
ка данного предохранителя. Так, предохранители типа
ПР2 второго габарита (больших размеров) имеют мар-
кировку 500 в и могут устанавливаться в цепях с напря-
жением 500 в и ниже. Предохранители типа ПР2 перво-
го габарита с маркировкой 250 в устанавливаются в це-
пях с номинальным напряжением до 250 в постоянного
и до 380 в переменного тока. Предохранители типов НПР
и ПН2 могут работать в цепях до 500 в.
Номинальный ток плавкой вставки
1п вст — наибольший ток, который вставка выдерживает
Рис. 3. Защитная характери-
стика плавкой вставки предо-
хранителей типа ПР2.
0 1234 5 67 89 10 II 12
Ju Bcm
неограниченно долгое время.
Номинальный ток предо-
хранителя (патрона, контактных
стоек) /н.пр —длительный ток, на ко-
торый рассчитан предохранитель.
В один и тот же патрон можно встав-
лять плавкие вставки на различные
номинальные токи, поэтому номиналь-
ный ток предохранителя, указанный
на нем, равен
наибольшему из номи-
нальных токов плавких
вставок, предназначен-
ных для данного пре-
дохранителя.
Предохранители ти-
па ПР2 выпускаются
на
от
ПН2 — от 40 до 1 000 а,
типа НПР — от 100 до
номинальные токи
6 до 1 000 а, типа
350 а, типа Е — от 10 до 60 а, типа ПЦУ — от 6 до 20 а.
В патрон предохранителя типа ПР2, например на 60 а,
могут быть установлены вставки от 15 до 60 а. Предо-
хранитель типа ПН2 на 100 а может заряжаться встав-
ками от 30 до 100 а и т. д.
Плавкая вставка перегорает тем быстрее, чем боль-
ший ток проходит через нее. Зависимость времени плав-
ления вставки t от величины тока /вст называется за-
щитной характеристикой плавкой вставки. Примерный
вид защитной характеристики показан на рис. 3. Здесь
по горизонтальной оси отложены кратности расплавля-
ющего вставку тока /вст по отношению к ее номиналь-
ному току.
Ю
Предельно отключаемый ток предохра-
нителя /пр.Откл—наибольший расплавляющий ток,
при котором еще обеспечивается гашение дуги без ка-
ких-либо повреждений патрона предохранителя. Так,
например, для предохранителей ПР2 на токи 100 и 200 а
значения /п₽-откл достигают 11000 а.
Плавкий предохранитель имеет невысокую «точность»
работы. При одном и том же расплавляющем токе вре-
мя плавления вставки зависит от многих причин: мате-
риала, сечения и длины вставки, состояния поверхности
вставки и условий ее охлаждения, температуры окружа-
ющего воздуха и т. п. Кроме того, с течением времени
защитные свойства плавкой вставки неминуемо ухудша-
ются из-за ее старения. Поэтому защитная характери-
стика изображена на рис. 3 в виде заштрихованной по
лосы, в пределах которой лежат действительные време-
на плавления вставки.
Вставка калибруется так, что при токах /вст ' ЬЗ 1„ ,вст
она не перегорает в течение 1—2 ч. При токах /вст =
= (5-5-7)/н.вст вставка расплавляется за 1—4 сек, при
/вст — (4^ 5)/н.вст за 2 8 сек, при /вст (3-=- 4)/и.вст
за 5—20 сек (рис. 3).
Значительный разброс времен плавления разных
экземпляров вставок на одинаковые токи /н.вст, особен-
но при небольших значениях отношения 7вст/Л1.вст, —
основная причина неполнофазных отключений (перего-
рание двух вставок при трехфазном коротком замыка-
нии или одной — при двухфазном).
Вставки, выбираемые для защиты электродвигате-
лей, не должны перегорать от токов пуска /пуск, тормо-
жения /тсрм или реверса /р,в, а также токов, обуслов-
ленных кратковременными проходящими перегрузками
механизма. Кроме того, во избежание окисления и уско-
ренного старения вставок необходимо, чтобы они не пе-
регревались в этих режимах.
Опытным путем установлено, что ускоренного старе-
ния не будет, если максимальный ток /макс, протекаю-
щий через вставку в течение времени t, не превышает
примерно половины тока /вст, который расплавит ее за
то же время.
Значит, если ток /вст =5/н.вст расплавит вставку за
время 1 = 2 -г-4 сек, то в течение этого же времени без
вредных последствий через вставку может проходить
11
ток ^ыакс~2,5 ^н.вст* Для t — 5 • 8 сек IБст 4/н.вст,
Лнакс~2 /ц*вст- ДЛЯ t— 10 — 20 ССК /вст Д.вст* /макс'"—'
— 1ДД.ВСТ ИТ. Д.
Выбор предохранителей. Номинальное напряжение
предохранителей и вставок 1/н.пр должно по возмож-
ности выбираться равным номинальному напряжению
сети и„.с, к которой подключены электродвигатели. Не
рекомендуется установка предохранителей и вставок на
большее номинальное напряжение, так как с увеличе-
нием длины плавкой вставки ухудшается ее защитная
характеристика. Следовательно, одним из условий выбо-
ра предохранителя является
£4.ПР = i/H.c- (1)
Для выбора номинального тока плавкой вставки ис-
ходным будет условие
^макс Дуск ПРИ /п С
где tn — время переходного процесса двигателя *.
При расчетах, связанных с выбором аппаратов за-
щиты для асинхронных двигателей, можно без особой
ошибки допустить, что токи при торможении и реверсе
двигателя равны его пусковому току, т. е. что /ТОрм~
~/рев~^пуск- Величина /пуск задается в каталогах.
Для нереверсивных приводов следует полагать tn —
= /пуск, ДЛЯ реверсивных Приводов /п =/торм +/пуск =
=^рев-
На практике принимается, что для электродвигате-
лей с короткозамкнутым ротором при небольшой часто-
те включений и легких условиях пуска (/п=2:-5 сек)
номинальный ток плавкой вставки
^Н.ВСТ 0,4 /Пуск‘ (2)
По формуле (2) обычно выбирают плавкие вставки
для двигателей вентиляторов, насосов, главных приво-
дов большинства металлорежущих станков и механиз-
мов с аналогичным режимом работы.
При тяжелых условиях пуска (/п>10-г- 20 сек), на-
пример для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых
1 Режимы пуска, торможения или реверса двигателя имеют об-
щее название «переходные процессы». Под временем переходного
процесса понимается соответственно время пуска /пуск, торможения
/Торм или реверса /рев. О том, как определить время переходного
процесса, см. [Л. 1].
г
мельниц н т. п., поминальный ток плавкой вставки дол-
жен быть выбран так, чтобы
(0,5^ 0,6)/пуск. (3)
По формуле (3) выбирают номинальный ток плавкой
вставки для короткозамкнутых двигателей также и при
большой частоте включений, т. е. для двигателей кра-
нов и других механизмов повторно-кратковременного
режима1.
Для двигателей с фазовым ротором (у которых /пуск<
<2 /н.дв) номинальный ток плавкой вставки выбирает-
ся по условию:
/н.ВсТ>(1-1,25)/н.дв. (4)
Для двигателей повторно-кратковременного режима
значение /н.дв в формуле (4) берется при /7В = 25%.
Плавкие предохранители ставятся, как правило, от-
дельно для каждого двигателя. Лишь при малых мощ-
ностях несколько двигателей, работающих поочередно,
могут быть защищены одним комплектом предохрани-
телей. При этом вставки выбираются по току двигателя
наибольшей мощности.
Кроме того, должны быть установлены общие предо-
хранители на распределительном щите, с которого полу-
чает питание группа двигателей. Плавкие вставки этих
предохранителей выбираются из двух условий:
по наибольшему длительному току
I У /
1 н-вст 1 Н.ДВ
(5)
и по наибольшему кратковременному току, в частности
для короткозамкнутых двигателей при небольшой ча-
стоте включений и легких условий пуска,
Л)-ВСТ 0,4 /Н.ДВ (^пуск Л<.Дв) I» (6) 1 * * * * 6
1 В повторно-кратковременном режиме периоды работы двига-
теля чередуются с паузами t?, образуя повторяющиеся циклы. Та-
кой режим характеризуется относительной продолжительностью
включения ПВ в процентах;
ПВ=~—±—100.
6 + ^2
Режим с /7В=25% является основным номинальным режимом
двигателей, специально предназначенных для работы в повторно-
кратковременном режиме (подробнее см. [Л. 1]).
13
где S /н,дв— сумма поминальных токов одновременно
работающих двигателей;
(/пуск—— разность между пусковым и номиналь-
ным токами для двигателя, у которого
она имеет наибольшую величину.
Если пускается одновременно несколько двигателей,
то в формулу (6) подставляется сумма величин /пуск —
—/н.дв этих двигателей, т. е. 2(/пуск—/н.дВ)-
При тяжелых условиях пуска или при большой ча-
стоте включений в формуле (6) нужно брать коэффи-
циент 0,5—0,6. Для двигателей повторно-кратковремен-
ного режима в этом случае номинальные токи двигателей
соответствуют ПВ=25%, т. е. равны /н.дв<25).
При выборе предохранителей, общих для группы ко-
роткозамкнутых двигателей кранов, ток вставки опре-
деляется из следующих условий:
н.вст расч» (5з)
Львст (6,5 —— 0,6) [/расч “1“ (Л1Уск ^н.дв (25)) ] , (6а)
где /расч — расчетный ток группы.
Для вычисления тока /расч группы из п двигателей
при напряжении сети 380 в можно воспользоваться
приближенной формулой
^расч ~ Рз + ^2 Рц> (7)
где Р3—суммарная номинальная мощность (при ПВ =
= 25%) трех наибольших двигателей, кет;
Рп — суммарная номинальная мощность (при ПВ =
= 25%) всех двигателей группы, кет;
ky — коэффициент, равный 0,6 — для кранов легко-
го и среднего, 0,9 — для кранов тяжелого и
весьма тяжелого режимов работы;
k2—коэффициент, равный 0,2 — для кранов легко-
го, 0,3 — среднего, 0,4 — тяжелого, 0,6 — весь-
ма тяжелого режимов работы.
При других напряжениях сети С7н.с ток /рзсч, вы-
численный по формуле (7), нужно пересчитать по соот-
ношению
= . 380
1 расч расч j ;
и н. с
и в формулы (5а) и (6а) подставить величину/расч.
14
Номинальный ток плавкой вставки принимается рав-
ным большему значению, полученному из формул (5) и
(6) или (5а) и (6а). Номинальные токи предохраните-
лей выбираются по известным номинальным токам
вставок.
Предохранители, расположенные последовательно по
участкам цепи, должны обладать селективностью (изби-
рательностью) действия. Это означает, что при коротком
замыкании в цепи должна перегорать вставка того пре-
дохранителя, который со стороны питания расположен
ближе к месту повреждения. На практике для обеспе-
чения селективности вставки двух предохранителей, ус-
тановленных последовательно, выбирают так, чтобы они
отличались друг от друга на две ступени по шкале но-
минальных токов. При этом вставки должны иметь оди-
наковые защитные характеристики, для чего следует
применять предохранители одного типа.
Формулы (2), (3), (5) и (6) справедливы для предо-
хранителей с цинковыми и медными плавкими вставка-
ми. Свинцовые, а также серебряные плавкие вставки
(ими снабжаются, например, пробочные предохраните-
ли) обладают большой тепловой инерцией и нагревают-
ся значительно медленнее. Поэтому для двигателей со
временем пуска до 5 сек выбор таких плавких вставок
производится по номинальному току двигателя, т. е.
по формуле (4).
Если отсутствуют данные о пусковом токе двигателя,
то в порядке исключения приближенно можно выбирать
номинальные токи плавких вставок для короткозамкну-
тых двигателей мощностью до 100 кет и частотой пусков
не более 10—15 в час следующим образом:
при (7н.с=5ОО в /н вст= 4,5 Рн,
при Ujj,q:=380 в ^н.вст—
при t/H.c=220 в /н.ест=10,5 Рн,
где Р„—номинальная мощность двигателя, кет.
Заметим, что пусковой ток двигателя (при соедине-
нии обмоток статора в звезду) с достаточной для прак-
тики точностью легко определить с помощью простей-
шего опыта. Неподвижный двигатель нужно на корот-
кое время (на 2—3 сек) подключить к сети двумя фаза-
ми и замерить ток статора I амперметром. Тогда пуско-
вой ток в трехфазном режиме будет равен:
/ = ——
пуск 0,866
15
Опыт проводится для каждой пары обмоток статора.
За /пуск принимается среднее из трех полученных зна-
чений. Этим же методом можно определить начальный
пусковой ток двигателя с фазовым ротором при полно-
стью введенных пусковых сопротивлениях.
Выбор номинальных токов плавких вставок по при-
веденным выше формулам—это определение условий
отстройки защиты от пусковых и иных кратковременных
толчков тока, т. е. условий предотвращения ненужных
отключений (в ряде случаев на практике для такой от-
стройки приходится еще больше загрублять защиту, за-
вышая номинальные токи вставок).
С другой стороны, для надежного и быстрого пере-
горания плавких вставок требуется, чтобы при коротком
замыкании в конце защищаемого участка обеспечива-
лась необходимая кратность тока короткого замыкания
(т. е. отношение тока короткого замыкания /к.3 к номи-
нальному току плавкой вставки /н.вст). Опыт эксплуата-
ции показывает, что при кратности
-^->10-4-15, (8)
7н.вст
когда время перегорания вставки не превышает 0,15—
0,2 сек, практически уже не сказывается разброс харак-
теристик вставок в разных фазах, кроме того, предот-
вращается приваривание контактов линейного контакто-
ра или магнитного пускателя двигателя.
Однако требование (8) следует рассматривать как
желательное, но не всегда на практике выполнимое.
Действительно, ведь значение тока /к,3 при коротком
замыкании на зажимах двигателя есть величина вполне
определенная, зависящая от мощности питающего транс
форматора, длины и сечения проводов пли кабелей на
всех участках силовой цепи от трансформатора до дви-
гателя, а наименьшее значение /н.вст ограничено уело
виями (2) — (6). Возможности же завышения сечений
проводников для увеличения кратности тока короткого
замыкания в действующих установках обычно весьма
невелики.
Поэтому ПУЭ допускают применение предохраните-
лей при меньших кратностях тока короткого замыкания,
а именно:
-^->3-4-4, (9)
Al.BCT
где значение 4 относится к установкам во взрывоопас-
ных помещениях.
Для приближенного расчета тока короткого замыка-
ния можно пользоваться следующими формулами:
а) ток двухфазного короткого замыкания
Г _ ^н-с
к з<2) 27ф ’
ток однофазного короткого замыкания на землю
г и“с
'к.3(1) -/
V ° z<|)—о
где UK.C — номинальное линейное напряжение сети, в;
2ф ц /ф.о— полное сопротивление цепи тока короткого
замыкания соответственно для фазы и для
петли фаза — нуль, ом.
Значения Z определяются по формулам
2Ф = /(2Дф + Дт)2 + (2Хф+Хт)2; (9в)
2ф_0 ~ /(2 Дф + 2 До)2 + (2 *ф+2 *и)2 + ZT(1), (9г)
где Дф = — и Хф — а1 — активное и индуктивное сопро-
тивления проводника фазы
участка цепи, ом\
До = — и Хо = al — то же нулевого провода, ом\
«о
I — длина участка, км\
5Ф и s0 — сечение проводника фазы и
соответственно нулевого про-
вода, лш2;
а — коэффициент, равный: 0,07 —
для кабелей; 0,09 — для про-
водов, проложенных в трубе;
0,25 — для изолированных
проводов, проложенных от-
крыто;
b — коэффициент, равный: 19 —
для медных проводов и кабе-
лей; 32 — для алюминиевых
проводов и кабелей;
Дт = — и Ат = dRx~ активное и индуктивное со-
От
16
2—960
17
противления фазы питающего
трансформатора, ом;
ST— мощность трансформатора,
ква;
с — коэффициент, равный: 4 — для
трансформаторов до 60 ква;
3,5 —до 180 ква; 2,5 — до
1 000 ква; 2,2 — до 1 800 ква:
d—коэффициент, равный: 2 —
для трансформаторов до
180 ква; 3 — до 1 000 ква, 4 —
до 1 800 ква;
22
Zt j) = — k2—расчетное полное сопротивле-
ST
ние трансформатора току ко-
роткого замыкания на землю;
380
При проверке кратности /к.з//н.вст расчет выполня-
ется для случая двухфазного короткого замыкания —
для сети с изолированной нейтралью, и однофазного за-
мыкания на землю — для сети с заземленной нейтралью.
Предполагается, что короткое замыкание произошло
в конце защищаемого данным предохранителем участ-
ка (для предохранителей на ответвлении к двигателю —
на зажимах двигателя).
Для проверки предохранителей по отключающей спо-
собности рассчитывается ток трехфазного короткого за-
мыкания в месте установки предохранителей:
(ЗД
V з /ф
Пример 1. Выбрать предохранители для короткозамкнутых элек-
тродвигателей и распределительного щита РЩ согласно схеме рис. 4
(схема дана в однолинейном изображении). Одновременно работает
не более четырех двигателей. Возможен пуск сразу двух двигателей.
Условия пуска легкие. Напряжение сети 380/220 в. Данные двигате-
лей приведены в табл. 1. Предполагаем, что будут установлены
предохранители типа ПР2. Так как Дн.с=380 в, возьмем первый га-
барит.
Определяем необходимые номинальные токи плавких вставок
предохранителей 1П—5П по формуле (2), беря значения пусковых
токов / пуск из таблицы.
Для двигателя /Д имеем:
/и.вст> 0,4-22,2 = 8,9 а.
Выбираем вставку предохранителя 1П на ближайший больший
стандартный номинальный ток 10 а.
18
Таблица 1
Обозначение на схеме Тип дви- гателя Номинальная мощность, кет Номиналь- ный ток, а Кратность пускового тока Пусковой ток, а Номинальный ток плавкой вставки, а Номинальный ток предо- хранителя, а
рас- четный выб- ранный
1Д А32-2 1,7 3,7 6 22,2 8,9 10 15
2Д А41-2 2,8 5,8 5,5 31,9 12,8 15 15
ЗД А 62-2 20 38 6 228 91,2 100 200
4Д А51-4 4,5 9,4 6 56,5 22,6 25 60
ЗД А62-6 10 21,5 4,5 96,8 38,7 60 60
рассчитываем номинальные токи
вставок
для
осталь-
РЩ
[]«л
рп ,
380 В
Аналогично ----— —--------
ных двигателей, выбираем вставки и заносим результаты в таблицу.
Приступаем к выбору плав-
кой вставки предохранителя 6П.
В нашем случае наиболь-
ший длительный ток будет про-
текать через нее при работе
двигателей 2Д, ЗД, 4Д и 5Д.
По формуле (5) находим:
/н.вст 5,8 + 38 + 9,4 +
+21,5 = 74,7 а.
Наибольшую разницу меж-
ду Iпуск и /н.дв имеют двига-
тели ЗД и 5Д-. 228—38=190 а
н 96,8—21,5= 75,3 а. Следова-
тельно, самым тяжелым для
плавкой вставки режимом бу-
дет одновременный пуск двига-
'T'txn пЛ Q П -- С п
ся
и
н 96,8—21,5=75,3 а. Следова-
тельно, самым тяжелым для
плавкой вставки режимом бу-
дет п "“р'-р-'удотй-
телей ЗД и 5Д при находящих-
ся в работе двигателях 2Д
4Д.
По формуле (6) получаем:
/н.вст > 0,4 [74,7 + (190 +
0 000 0
Рис. 4. Схема защиты плавки-
ми предохранителями группы
короткозамкнутых асинхрон-
+ 75,3)] = 136 а.
ных двигателей.
Можно выбрать плавкую вставку
ности она удовлетворяет.
Для вставок на 10 и 15
15 а. Вставки на 25 и 60 а
вставки на 100 н 160 а — t .
ные токи патронов в таблицу.
Проверим кратность тока короткого замыкания на землю на за-
жимах двигателя 5Д. Известно, что двигатели получают питание от
трансформатора мощностью 320 ква. Проводка от трансформатора
до двигателей выполнена алюминиевыми проводами, проложенными
открыто.
иа 160 а. Условиям селектив-
а нужен патрон с номинальным током
могут быть заряжены в патрон на 60 а,
в патрон на 200 а. Записываем номиналь-
19
Участок от трансформатора до щита РЩ имеет длину Zj=300 л,
сечение фазных проводов 5<Ь1 = 120 мм2, сечение нулевого провода
sol=7O мм2; на участке от щита до распределительного пункта РП
Z2=50 л, 5ф2=25 мм2, s02= 10 мм2; на ответвлении к двигателю 5Д:
/з=20 м, s$4=s03 = 4 мм2.
Выбираем соответствующие заданным условиям значения коэф,
фициентов: а = 0,25; 6 = 32; с = 2,5; d = 3.
Определяем суммарные активные и индуктивные сопротивления
проводов цепи короткого замыкания:
32-0,3 32-0,05 32-0,02
R<t>~ 120 + 25 + 4 “
V 32-0,3 32-0,05 32-0,02 „ лг.„
0 70 10 4
2 Хф = 2 Хо =0,25(0,3 + 0,05 + 0,02) =0,092 ом.
Полное сопротивление петли фаза-нулевой провод находим пс
Формуле (9г)
________________________________ 22
7ф-0 = К(0,304 + 0,457)2 + (0,092 + 0,092)2 + =
= К0,7612+0,1842 +0,069 = 0,851 ом.
По формуле (96) определяем:
380
/к.з(1)= 1,73-0,851 ~ 258°’
Двигатель 5Д защищен плавкой вставкой на 60 а, кратность
zK.3(i)/ Zh.bct =4,3, следовательно, условие (9) выполняется. Анало-
гично проверяются и остальные предохранители.
Проведем также проверку по отключающей способности предо
хранителей 6П, определив в месте их установки ток трехфазногс
короткого замыкания.
Вычисляем значения активного и индуктивного сопротивлений
фазы трансформатора:
2,5
/?т = —- = 0,0078 ом, Хт = 3-0,0078 = 0,023 ом.
максимальные реле разделяются на реле клапанного ти-
па, втяжного (соленоидного) типа и реле с поворотным
якорем.
Характерными представителями реле клапанного ти-
па являются реле серии ЭРЭ-2100 с самовозвратом, се-
рии РЭВ-2100 (РЭВ-2111 с самовозвратом и РЭВ-2112
с ручным возвратом), серий РЭВ-200, РЭ-5500, РЭ-5400,
РЭ-571Т и др.
В крановых установках применяются двухэлемент-
намного меньше предельно отключаемого тока предохранителей ные максимальные реле соленоидного типа Р-4000. Они
(11000 а).
По формуле (9в) находим:
2Ф = К(/?Ф1 + /?т)г + (Хф1 + Хт)2 =
= V (0,08 + 0,0078)2 +(0,075+ 0,023)2 =0,132ол.
Согласно формуле (9д) получим:
380
о св —-----------= 1 660 а,
h3(3) 1,73-0,132
что
6П
ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ МАКСИМАЛЬНЫМИ
ТОКОВЫМИ РЕЛЕ
Принцип действия и устройство реле. Электромаг-
нитные максимальные токовые реле мгновенного дейст-
вия (максимальные реле) применяются как аппараты
защиты от коротких замыканий для короткозамкнутых
двигателей мощностью более 100 кет, а также для боль-
шинства двигателей с фазовым ротором. Максимальные
реле служат чувствительным органом защиты, а размы-
кание цепи тока короткого замыкания производится
контакторами (контакты которых, следовательно, долж-
ны иметь необходимую отключающую способность).
Преимущества защиты с помощью максимальных
реле перед плавкими предохранителями состоят в том,
что эта защита обладает многократностью действия,
обеспечивает отключение всех трех фаз главной цепи
одновременно, позволяет осуществить четкую отстройку
защиты от пусковых и тормозных токов двигателя без
снижения быстродействия и надежности срабатывания
ее даже при малых кратностях тока короткого замыка-
ния (время отключения короткого замыкания не превы-
шает 0,1—0,2 сек). В ряде случаев применение макси-
мальных реле обеспечивает также защиту двигателей от
ненормальных увеличений тока (см. § 3).
Максимальное реле представляет собой электромаг-
нитный механизм с подвижным якорем. Когда через
катушку реле протекает ток, превышающий по величине
определенное значение (ток срабатывания), якорь реле
притягивается и связанный с ним контакт воздействует
на отключение двигателя, например размыкая цепь ка-
тушки линейного контактора.
По особенностям конструкции магнитной системы
2)
20
снабжены двумя катушками что позволяет вклюшть различающихся пределами регулирования
одно реле в две фазы двигателя. исполнениях, исплпнрнир ппрппячнйирнп
Для комплектования защитных панелей крановых тока срабатывание Пер во е исполнение редназна юно
установок широко используются однокатушечные реле и для защиты Двигателеи 2 Ля защиты короткозамкн^
блок-реле типа РЭО-401. Реле РЭО-401 устроено при- = (1,1 -3,5) второе для защиты короткозамкну
мерноР так же. как один элемент рел<-Р-4000, к «мее, тых«““^Мёрата' релё "Й-571Т равен 0,65. у
размыкающий контакт Блок-реле РЭО-401 — это репе Ко^фицие^ „ у 0/тальнь1х ’
РЭО-401 без контактной системы. Несколько блок.реле реле серии а нопмиоуется практически он
(от 2 до 5) устанавливаются на панели вместе с общим коэффициент возврата не нормируется, практически он
контактным механизмом (с одним размыкающим коп
тактом), на который воздействуют толкатели всех блок-
реле.
Все упомянутые выше реле соленоидного типа вы-
полнены с самовозвратом.
К числу реле с поворотным якорем относятся рел(
серии ЭТ-520. В настоящее время реле серии Э1 -52U за-
меняются усовершенствованными реле серии P1-4U. не
ле этой серии меньше по габаритам и весу, чем релеве
не выше 0,3—0,4.
Контакты реле типов РЭ-571Т, ЭРЭ-2100, Р-4 000 и
т. п. в цепи переменного тока отключают ток не менее
10 а, а в индуктивных цепях постоянного тока, т. е.
в цепях постоянного тока, содержащих катушки элект-
ромагнитных аппаратов, — не менее 2,5 а при напряже-
нии НО в и 1 а при напряжении 220 в.
Коммутационная способность контактов реле серий
„чыыш,. ............... , — - ЭТ-520 и РТ-40 намного меньше. Предельно отключае-
оии ЭТ-520 и более устойчивы к токам короткого замы мый ими ток равен: в цепи переменного тока при 127 в —
вания ’ 2 а, при 220 в — 1 а, в индуктивной цепи постоянного
Основные технические данные реле. Максимальны! Т0Кз ПРП НО в 0,4 а, при 220 в 0,2 а.
токовые реле характеризуются номинальным током ка Схемы включения реле, выбор реле и расчет их уста-
тушки пределами регулирования тока срабатывания «о*- Для защиты от коротких замыкании в главных це-
коэффициентом возврата и коммутационной способнопях двигателей с короткозамкнутым ротором катушки
як лв " максимальных реле 1PM, 2РМ, ЗРМ включаются во все
СТЬНоми'нал ьный ток реле /н.р- наибольшп.ТРИ Фазы статора после рубильника 1Р (рис. 5,а). На-
длительно допустимый ток через катушку реле. Т о Iличне тРе„х Реле позволяет обеспечить в сетях 380 в с за-
сп Я б я т ы в а н и я / г — наименьший ток, при коземленнои нейтралью защиту от однофазных замыканий
Хом рме сра^вай*ТоТ"ставки реле / “ ® тетях с изолированной нейтралью можно
(или пооТто уставка реле)-значение тока ’ограничиться включением реле в две фазы. При этом
Ja™KOT₽oX ММ р’еле. Ток
падаёт пошМраватьшания" К о™ фф иц°ие пт воз Размыкающие контакты реле (обычно с ручным воз-
падает после сраоат / / \ вратом) включаются последовательно в цепь катушки
ВРМаксима7ьнью° ре™ изг^тов’ляютоя'с катушками Мс’еХТг/’ То отключение
широкий диапазон номинальных токов. Например, релл^ателя от се™ ПР» срабатывании хотя бы одного
сепии РЭВ-2100 снабжают катушками на токи от 2,5 дв т vrT„R..u
600 а. реле серии Р-4000- на токи от 10 до 600 а. рел„х epacSL» (ХХХ^реие' доХгаиМ^ОТ )
СеР™кЭ1рабатывНаанТи°я“релТе per® ир/ется’обычно в
X“) V:C™^”PP3-5Z^“ +15« опРеДеляется-’яо Муле
Реле серий РЭВ-2100 и РЭВ-200 выпускаются в дв\
* уст
(10)
23
пуск*
22
Рис. 5. Схемы включения максимальных
токовых реле.
Катушки реле выбираются на номинальный ток /н.р
по условию
^н.р^'^н.дв- (И)
Для двигателей повторно-кратковременного режима
работы за /н.дв принимается в формуле (11) обычно
24
значение /н.дв(25), т. е. катушки для большинства серий
реле по условиям нагрева выбираются с запасом.
Р Катушку реле типа РЭ-571Т, имеющего нешихтован-
ный магнитопровод, во избежание перегрева следует
выбрать на номинальный ток /н в 2 раза больший
полученного по формуле (11) значения /н.р, т. е.
<,с>2/н . <11а)
н.р п.ди
Для защиты двигателей с фазовым ротором от ко-
ротких замыканий (а также и от недопустимых толчков
тока) в стационарных установках применяются обычно
реле серии РЭВ-2100 (или аналогичные им), включае-
мые так же, как и реле в схеме рис. 5, а. Реле с ручным
возвратом используются в приводах длительного режи-
ма работы, реле с самовозвратом — в приводах повтор-
но-кратковременного режима.
Ток уставки реле определяется по формуле
/уст> (2,25 н-2,5)/н.дв.
(12)
В случае применения двигателей повторно-кратко-
временного режима в формулу (12) подставляется но-
минальный ток двигателя при 77В = 25 %.
Катушки реле выбираются по формуле (И).
В электроприводах кранов реле типов Р-4000,
РЭО-401 или блок-реле РЭО-401 включаются по различ-
ным схемам в зависимости от вида крана, количества
двигателей, типа реле и т. п.
В качестве примеров приведены силовые схемы
рис. 6 (схемы упрощены и условно, так же как все схе-
мы в данной брошюре, показаны нереверсивными).
Для установки с одним двигателем реле 1PM, 2РМ и
ЗРМ включаются во все три фазы статора (рис. 6,а).
В установках с несколькими двигателями каждый из них
защищается в двух фазах отдельным двухэлементным
реле РМ (рис. 6, б) или двумя одноэлементными реле,
защита третьей фазы осуществляется общим реле РМО
(но не более чем на 2—3 двигателя).
Уставки реле PM (1PM, 2РМ) определяются по фор-
муле (12), реле РМО — по формуле
/уС1 > (1,25 1,5) /ндв(25) + Е/н.дв(25), (13)
25
где Е Ai.4B(25) — сумма номинальных токов всех защи
щаемых реле РМО двигателей;
^н,лв(25)—номинальный ток двигателя наибольшей
мощности.
Для реле РМ типов Р-4000 или РЭО-401 номиналь-
ный длительный ток катушки можно определить по од-
ной из следующих формул (учитывающих, что с умень-
шением относительной продолжительности включения
26
можно пропускать все
по катушке реле без ее перегрева
больший ток):
®’^н.дв(25) при /7В=25%;
7Н.Р2 » 0,65/н дв(4()) при /7В=40%,
/Н.Р: > ®>^н.дв(60) при /7В=60%.
Для общего реле РМО вместо величины
н.дв(ПВ)
(14)
нужно подставить ^/н дв^В).
В некоторых сложных схемах катушки максималь-
ных реле включают через трансформаторы тока ITT—
ЗТТ (рис. 6, в). В этих случаях целесообразно применять
реле серий ЭТ-520 или РТ-40. Выбор реле производится,
исходя из приведенных выше условий, но с учетом фор-
мулы
] ___ ‘Яв
р k
«Т.Т
(15)
где #т.т— коэффициент трансформации трансформато-
ра тока;
/дв и/р—токи двигателя и реле.
При защите максимальными реле в сетях с изолиро-
ванной нейтралью расчетной проверки кратности тока
двухфазного короткого замыкания на зажимах двигате-
ля, как правило, выполнять не требуется. В сетях с за-
земленной нейтралью кратность тока однофазного замы-
кания на землю по отношению к току уставки реле
дблжна быть не менее 1,25. Расчет проводится по фор-
муле (96) (см. выше).
После выбора конкретного типа максимального реле
и схемы включения необходимо проверить, обладают ли
контакты реле достаточной коммутационной способно-
стью.
Возьмем для примера цепь катушки контактора типа
КТВ-33. В случае, когда контактор выполнен с катуш-
кой переменного тока 220 в, рабочий ток которой равен
0,84 а, в цепь этой катушки можно включить контакт
реле серии ЭТ-520. Если же контактор имеет катушку
постоянного тока 220 в, потребляющую ток 0,36 а, то
в ее цепь уже нельзя включить контакт реле ЭТ-520.
Следует применить реле с более мощным контактом,
например реле типа РЭ-571Т.
27
Учет коммутационной способности контактов — не-
пременное условие при выборе любых электрических ап-
паратов, в том числе защитных реле. Об этом условии
нельзя также забывать при использовании схем защиты,
рассмотренных в следующих параграфах.
Защита от коротких замыканий осуществляется так-
же автоматическими выключателями с электромагнит-
ными расцепителями, действующими по тому же прин
ципу, что и электромагнитные реле. Автоматические вы
ключатели подробно рассмотрены в § 5.
Пример 2. Подобрать максимальные реле и определить уставки
их токов срабатывания для двигателей: 1Д — типа МТ-42-8; 380 в;
16 кет при ПВ = 25%; 42,5 а; 718 об/мин-, 2Д—типа МТК-22-6; 380 в;
7,5 кет при /7В=25%; 19,3 а; 905 об/мин, пусковой ток 85 а. Двига-
тели работают в повторно-кратковременном режиме.
Для защиты двигателя 1Д выбираем реле типа РЭВ-2111
Номинальный ток катушки реле по формуле (11)
/ц.р^ 42,5 а.
Ток уставки реле по формуле (12)
7уст = 2,5-42,5 = 106 а.
Выбираем реле с катушкой на 50 а с пределами регулирования
тока срабатывания (1,1—3,5) /н-р, Реле должно быть отрегулировано
на ток срабатывания, равный 212% номинального тока катушки.
Для защиты короткозамкнутого двигателя 2Д выбираем реле
типа РЭВ-2112.
Ток уставки реле по формуле (10)
/уст= 1,5-85= 127 а.
Номинальный ток катушки по формуле (11)
/н.р 19,3 а.
Выбираем исполнение реле с пределами регулирования тока сра-
батывания (2,2-ь7) /н.р. Подходит реле с катушкой на 20 а. Оно
должно быть отрегулировано па ток срабатывания, равный 635%
номинального.
3. ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ
ЗАЩИТА МАКСИМАЛЬНЫМИ РЕЛЕ
Максимальные реле, принцип действия и конструк-
ции которых были рассмотрены в § 2, используются не
только для защиты главных цепей от коротких замыка-
ний. Они нашли широкое применение также для защи-
ты двигателей (в основном при повторно-кратковремен-
ном режиме работы) от чрезмерных перегрузок, выз-
ванных пиками технологической нагрузки, а также от
28
атянувшегося пуска и застопоривания. При этом защи-
та выполняется по-разному для короткозамкнутых дви-
гателей и для двигателей с фазовым ротором.
Ток перегрузки короткозамкнутого двигателя, а зна-
чит, и ток срабатывания защиты, не может быть боль-
ше ' тока, потребляемого включенным заторможенным
двигателем. Чтобы защита от перегрузки не отключала
двигатель при нормальном пуске (в реверсивных схе-
маХ — при реверсе), а также при кратковременных пи-
ках нагрузки, она должна действовать не мгновенно,
а с выдержкой времени.
Защита короткозамкнутых двигателей осуществляет-
ся максимальным реле 4РМ, включаемым в одну фазу
статора (рис. 5,6), и реле времени переменного тока РВ
(с часовым механизмом, пневматическим, моторным и
др.), катушка которого введена в схему управления и
получает питание через замыкающий контакт реле 4РМ
с самовозвратом.
До начала пуска привода реле РВ отключено, поэто-
му его контакт с выдержкой времени на размыкание,
находящийся в цепи катушки Л, замкнут. Во время пу-
ска под действием пускового тока реле 4РМ сработает,
включая реле РВ. Если пуск протекает нормально, то
контакт реле 4РМ разомкнется еще до истечения вы-
держки времени реле РВ, следовательно, контакт реле
РВ останется в замкнутом состоянии. При затянувшем-
ся пуске или застопоривании двигателя из-за увеличе-
ния статического момента на его валу контакт реле 4РМ
не сможет разомкнуться до окончания выдержки време-
ни реле РВ, поэтому двигатель отключится от сети.
Точно так же действует схема рис. 5, б и во время
перегрузок при работе двигателя на полной скорости.
Если величина тока перегрузки такдва, что реле 4РМ
срабатывает, а длительность перегрузки больше, чем
выдержка времени реле РВ, то защита отключает дви-
гатель.
Схема позволяет оператору после срабатывания за-
щиты вновь пускать двигатель. Если повышение стати-
ческого момента обусловлено причинами временного ха-
рактера, например самоустраняющимися заеданиями
в механизме, застыванием смазки и т. п., то после нес-
кольких повторных пусков обычно удается восстановить
Нормальную работу двигателя.
29
Для случая, когда цепь управления питается посто-
янным током, и в качестве реле РВ применено реле вре-
мени постоянного тока (например, серий РЭ-100Е,
РЭВ-810, РЭ-515 и др.), узел а (рис. 5,6) должен иметь
исполнение а\.
В реверсивных электроприводах защита выполняет-
ся аналогично с той лишь разницей, что реле 4РМ бу-
дет срабатывать не только при пуске, но и при реверсе,
поэтому выдержка времени реле РВ должна быть уве-
личена.
Рассмотренная схема включения реле 4РМ примени-
ма и для двигателей длительного режима работы с рез-
ко переменной нагрузкой. При спокойном характере на-
грузки, когда значительная перегрузка двигателя воз-
никает лишь при авариях в механизме, можно упро-
стить схему, исключив реле времени РВ (рис. 5,в). Тог-
да при пуске кнопка «Пуск» должна оставаться нажа-
той до тех пор, пока не спадет пусковой ток.
Реле 4РМ можно применить также в схемах, где за-
щита главной цепи от коротких замыканий осуществле-
на плавкими предохранителями или автоматическими
выключателями. Выдержка времени реле РВ обычно
принимается равной 3 сек и более в зависимости от
продолжительности нормального пуска (или реверса),
а также от продолжительности нормально допустимой
технологической перегрузки.
В качестве реле 4РМ следует выбирать реле с высо-
ким коэффициентом возврата, т. е. типов РЭ-571Т или
ЭТ-520 (РТ-40). Для двигателей с номинальным током
более 30—50g реле ЭТ-520 (РТ-40) включаются через
трансформаторы тока.
Ток уставки реле 4РМ определяется по условию
четкого срабатывания реле при пуске:
/уСТ<0,75/пуСк. (16)
Для надежности ток возврата реле должен превы-
шать номинальный ток двигателя (в общем случае —
наибольший ток статической нагрузки в нормальном
режиме) по крайней мере на 30%. Катушки реле дол-
жны удовлетворять соотношению (И), а для реле
РЭ-571Т — также условию (На).
У двигателей с фазовым ротором при пиках техно-
логических нагрузок, при пуске с повышенным стати-
30
ческим моментом и тем более при застопоривании ток
моя<ет превысить начальное значение пускового тока,
которое в нормальных условиях ограничивается при
помощи пусковых сопротивлений, как правило, величи-
ной. меньшей 2/н.дв. Эта величина (с некоторым запа-
сом) и принимается за наименьший ток перегрузки,
при котором должна срабатывать защита.
Зашита действует без выдержки времени на отклю-
чение двигателя. В качестве чувствительного органа за-
щиты используется максимальное реле с самовозвра-
том. При повторно-кратковременном режиме работы
исполнение защиты от перегрузки с самовозвратом да-
ет для двигателей с фазовым ротором те же эксплуата-
ционные преимущества, что и для короткозамкнутых
двигателей.
Если для защиты двигателя с фазовым ротором от
коротких замыканий применены максимальные реле
(см. § 2), то они осуществляют одновременно и защи-
ту от перегрузки. В тех случаях, когда защита от ко-
ротких замыканий выполнена плавкими предохраните-
лями или автоматическими выключателями, для защи-
ты от перегрузки достаточно установить максимальное
реле в одну фазу статорной цепи двигателя (например,
реле серии РЭВ-2100, а в крановых установках — реле
или блок-реле типа РЭО-401).
Ток уставки максимального реле определяется по
формуле (12). Катушка реле выбирается по номиналь-
ному току согласно формуле (11).
Пример 3. Подобрать максимальное реле защиты от перегрузки
(реле 4РМ в схеме рис. 5, б) и определить уставку его тока сраба-
тывания. Реле предназначено для защиты короткозамкнутого дви-
гателя 2Д примера 2.
Реле 4РМ выбираем типа РЭ-571Т с самовозвратом.
Ток уставки реле согласно формуле (16)
/усТ = 0,75-85 = 64а = 3,3/н.дв.
Номинальный ток катушки по формуле (11а)
/' п>2-19,3= 38,6а.
н.р
Подходящим будет реле с катушкой на 40 а. Оно должно быть
отрегулировано на ток срабатывания, равный 160% номинального
тока катушки. При этом ток возврата реле составит /р.возвр=
=0,65-64 = 41,6 а, т. е. примерно 2/ц.дв.
Выясним, возможна ли настройка реле, обеспечивающая защиту
Двигателя при меньших перегрузках. Предположим, что нормально
Двигатель работает с номинальной нагрузкой. Для надежности ра-
31
боты реле ток возврата /р.возвр должен быть не меньше 1,3/н.дв
Тогда ток срабатывания соответственно равен:
_ 1’3
^р.сраб — q 55 Д-дв = 2/ц.дВ «= 39 а.
Если учесть возможную погрешность реле, то окажется, что
надежная защита обеспечивается при токах, больших 2,2/н.дв-
Можно применить реле типа ЭТ-521, у которого коэффициент
возврата выше. Подходит реле ЭТ-521/50 с уставкой тока срабаты
вания 25—50 а при длительно допустимом токе катушек 30 а. Реле
должно быть настроено на ток срабатывания
1,3
^р.сраб п ос н.дв — 1 >53/н.дв — 29,6 а.
и ,оО
Практически можно принять, что нижиий предел надежной за
щиты составляет 1,6/н.дв.
Таким образом, реле 4РМ защищает двигатель только от пере
грузок на 60—120% и выше.
ЗАЩИТА ТЕПЛОВЫМИ РЕЛЕ (ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА)
Принцип действия и устройство тепловых реле.
Тепловые реле применяются для двигателей длительно-
го режима работы (рабочий период которых составля
ет не менее 30 мин.) с целью защиты их от нагрева до
опасных температур при длительных перегрузках. Час-
то тепловые реле объединяют с линейным контактором
в один аппарат — магнитный пускатель [Л.10].
Действие теплового реле основано на изгибании би-
металлической пластинки при ее нагревании. Биме-
талл1— это наложенные друг на друга и сваренные
между собой две полоски из металлов с разными коэф-
фициентами линейного расширения, т. е. при нагреве
удлиняющиеся неодинаково. В тепловом реле ток за-
щищаемого двигателя пропускается либо через специ-
альный нагревательный элемент, либо непосредственно
через биметаллическую пластинку, а иногда и комби-
нированно, т. е. через нагревательный элемент и биме-
таллическую пластинку. Нагреваясь за счет выделенно-
го током тепла, пластинка изгибается и при определен-
ном значении тока приводит в действие контакт реле.
Очевидно, что чем больше ток, тем больше и быстрее
изогнется пластинка, тем быстрее сработает тепловое
реле.
1 Употребляется также слово «термобиметалл».
32
Тепловое реле обычно используется и для защиты
двигателя от работы на двух фазах (см. § 6). Поэтому
применяют два одноэлементных тепловых реле пли од-
но двухэлементное.
Нагревательные элементы реле (нагреватели) 1РТ
и 2РТ включаются в две фазы цепи статора после кон-
тактов Л контактора или пускателя, а размыкающие
контакты реле 1РТ и 2РТ — последовательно в цепь ка-
тушки Л (рис. 7, а). Для крупных двигателей, когда на-
греватели не могут быть установлены непосредственно
в цепь статора, их включают через трансформаторы то-
ка (рис. 7,6).
Большое распространение получили простые одно-
фазные (одноэлементные) тепловые реле серии РТ, ус-
танавливаемые в магнитных пускателях серии П, а так-
же на стандартных станциях управления двигателями.
После срабатывания и остывания биметаллической
пластинки реле может быть вновь приведено в рабочее
состояние с помощью кнопки возврата.
Изменение времени срабатывания реле в неболь-
ших пределах может быть осуществлено с помощью ре-
гулировочного рычага. Сдвиг его в сторону кнопки воз-
3—960 33
врата приводит к ускорению срабатывания реле, в про-
тивоположную сторону — к замедлению.
В магнитных пускателях серии П второй величины
(П-200) устанавливается реле типа РТ-1, в пускателях
третьей величины (П-300)—реле РТ-2, в пускателях
четвертой величины (П-400)—реле РТ-3, в пускателях
пятой величины (П-500) —реле РТ-4.
Выпускаются также двухфазные (двухэлементные)
тепловые реле серии РТ. Реле состоят из двух одинако
вых тепловых элементов с общей контактной системой!
и предназначены для использования вместе с магнит
ными пускателями серии МПК и для установки на стан
днях управления.
Реле серии РТ — уже устаревшие конструкции, хо-
тя промышленностью они и продолжают выпускаться.
Эти реле чувствительны к изменениям температуры ок
ружающей среды; трение в их защелочном механизме
вызывает значительный разброс величин тока срабаты
вания; отсутствие регулятора тока уставки требует
большого числа сменных нагревателей с близкими друг
к другу токами, что часто затруднительно обеспечить в
условиях эксплуатации. Поэтому реле серий РТ при
первой возможности следует заменять более совершен
ными реле (например, серий ТРП и ТРИ).
Широко применяются в электроприводах одноэле
ментные реле серий ТРА и ТРВ, устанавливаемые на
станциях управления. К их особенностям относится
применение комбинированного нагрева, некоторые ис-
полнения имеют еще и внешний шунт. Возврат реле в
исходное положение после остывания биметалла проис-
ходит автоматически. Реле ТРА применяется при тяже-
лых, реле ТРВ — при легких условиях пуска.
Ряд конструкций реле (серии ТРП, ТРТ, ТРМ и
ТРИ) оснащен регулятором, позволяющим в довольно
широких пределах плавно изменять значение тока, при
котором реле срабатывает.
Одноэлементное реле серии ТРП предназначено для
установки в магнитных пускателях серии ПА и на стан-
циях управления. Реле имеет «прыгающий» контактный
механизм: движение конца биметалла при нагреве и
охлаждении вызывает в крайних положениях скачкооб
разное перемещение пружины, воздействующей на ры
чаг с подвижным контактом. Такая конструкция повы-
34
щает точность п четкость работы реле. Реле можно на-
строить либо на самовозврат контактов после остыва-
нИя биметалла (при этом ускорение возврата достига-
ется после нажатия на кнопку возврата), либо только
на ручной возврат. Реле имеют комбинированный наг-
рев биметалла и сменные нагреватели (кроме исполне-
ний реле на большие токи, где нагреватель отсутствует
и питание реле производится через встроенный транс-
форматор тока).
В одноэлементных реле серий ТРТ (с автоматичес-
ким возвратом) и ТРТР (с ручным возвратом) в зави-
симости от величины тока защищаемого двигателя при-
меняются различные варианты нагрева биметалла: пу-
тем пропускания тока через биметалл непосредственно
или через встроенный трансформатор тока, комбиниро-
ванный нагрев с включением нагревателей последова-
тельно, параллельно или последовательно-параллельно
с биметаллом. Реле этих серий устанавливаются на
станциях управления.
Одной из последних конструкций являются двухэле-
ментные реле серии ТРН. Эти реле мало чувствитель-
ны к колебаниям температуры окружающей среды бла-
годаря устройству температурной компенсации. Ком-
пенсатор представляет собой биметаллическую полос-
ку, соединяющую основной биметаллический элемент с
основанием реле. При изменении температуры среды
компенсатор и основной элемент изгибаются в противо-
положные стороны. Реле серии ТРН выпускаются со
сменными нагревателями. Предназначены эти реле для
установки в магнитных пускателях серий П6, ПМЕ и
др., а также на станциях управления.
Номинальные данные и характеристики реле. Теп-
ловые реле характеризуются номинальным напряжени-
ем и током (при наличии регулятора также и номиналь-
ным током уставки), а их сменные нагреватели — но-
минальным током1.
Номинальное напряжение реле UH.P—на-
ибольшее из номинальных напряжений сетей, в кото-
рых допускается применять данное реле. Номиналь-
ный ток реле /ц.р—наибольший ток, длительное
1 При температуре окружающего воздуха ^н.окр>°С: +20 (се-
рии ТРА. ТРВ, ТРН); +35 (серии РТ); +40 (серии ТРТ, ТРП).
3* 35
протекание которого не вызывает срабатывания реле.
Номинальный ток нагревателя /н.нагРев—
наибольший ток, при длительном протекании которого
через реле с данным нагревателем оно не срабатывает.
Для реле с регулятором значения /„.р и /н.наГрев со-
ответствуют нулевому (среднему) положению регулято-
ра. Для реле со сменными нагревателями номиналь-
ный ток реле равен наибольшему из номинальных то-
ков нагревателей, которые могут быть установлены в
данном реле. Номинальный ток уставки
реле /„.уст — наибольший длительный ток, который при
данной настройке реле не вызывает срабатывания его.
Однофазные реле серии РТ изготовляются четырех
типов на токи /н.р от 20 до 150 а со сменными нагрева-
телями на токи /«.нагрев от 0,64—0,72 до 135—150 а.
Номинальные токи двух соседних исполнений нагрева-
телей отличаются примерно на 10%. Таблицы нагрева-
телей с их каталожными номерами можно найти в
[Л.6, 10, 13]. Значения /„.нагрев даются для случая ус-
тановки реле в защищенном магнитном пускателе.
Двухфазные реле серии РТ выпускаются трех типов
на токи /н.р от 25 до 205 а со сменными нагревателями
на токи /„.нагрев от 0,4—0,43 а до 196,5—205,5 а. Таб-
лицы нагревателей см. в [Л.13].
Реле серии ТРА имеют 23 исполнения на токи /н.рот
7(7,5) до 200(215) а, реле серии ТРВ—20 исполнений
на токи /н.р от 7(7,7) до 180(200) а. Таблицы номиналь-
ных токов см. в [Л. 13].
Реле серии ТРП выпускаются четырех типов на то-
ки /н.рОТ 25 до 600 а со сменными нагревателями на
токи /„.нагрев от I до 600 а. Реле серии ТРН изготов-
ляются четырех типов на токи /н.р от 3,2 до 40 а со
сменными нагревателями на токи /„ нагрев от 0,32 до
40 а.
Реле типов ТРН-10А(8А) и ТРН-10(8), включенные
через трансформаторы тока типа ТК-20, могут приме-
няться для защиты двигателей с номинальным током
до 600 а. При токе двигателя до 146 а используется
трансформатор с коэффициентом трансформации 300/5,
при токе до 300 а — трансформатор 600/5, при токе до
600 а — трансформатор 1000/5.
Реле серий ТРТ и ТРТР выполняются 5 типов —
всего 24 исполнения на токи /п.р от 1,75 до 550 а.
36
Номинальный ток уставки (в долевых единицах) ре-
ле серий ТРП, ТРН, ТРТ и ТРТР регулируется в пре-
делах
от 'УСТ.МИН= = 0,75-^0,85
' н.нагрев
до /уст.накс= Z7ycT-MaKC = 1,15 4-1,25.
'н.нагрев
Реле указанных серий могут работать в установках
с напряжением до 500 в (реле серий ТРА и ТРВ — до
380 в).
Характеристикой теплового реле называется зависи-
мость времени срабатывания реле t от тока /нагрев»
проходящего через реле. Примерный вид «зоны» ха-
рактеристики показан на рис. 8.
По горизонтальной оси отложены кратности тока
^нагрев по отношению к /н.наГрев- Кривая 1 показыва-
ет нижнюю границу времени t для реле, нагретого
предварительно до рабочей температуры, кривая 2—
верхнюю границу для холодного реле.
При увеличении тока выше значения /н.нагрев вре-
мя t становится тем меньше, чем больше величина
'нагрев- Реле не будет срабатывать при пуске двигате-
ля и кратковременных толчках нагрузки и срабатывает
при перегрузке на 20% за время не более 10—20 мин.
37
В'ремя возврата тепловых реле в рабочее состояние
не превышает 2—3 мин. Для реле с самовозвратом и
кнопкой возврата оно может быть сокращено до 30-
60 сек.
Реле серии РТ могут работать при Акр^ +35° С и
не допускают сильной тряски, ударов и вибраций. Реле
серий ТРА, ТРВ, ТРТ, ТРП и ТРИ — вибро- и тряско
устойчивы. Нормальная работа их возможна в широ-
ком диапазоне температур (до ±40°С).
Выбор реле и нагревательных элементов. Тепловое
реле может надежно защищать двигатель только при
условии, что законы нагревания и охлаждения тепло-
вого элемента реле подобны законам нагревания и ох
лаждения двигателя. Достигнуть такого подобия в при
емлемой степени удается лишь для случаев, когда дви-
гатель работает в длительном режиме при спокойном
характере нагрузки. При работе двигателя с частыми
пусками или с резко меняющейся нагрузкой применять
тепловые реле нецелесообразно, и хотя эти реле уста-
навливаются на некоторых стандартных станциях уп-
равления двигателями повторно-кратковременного ре
жима, от перегрева они двигатели не защищают, но
могут привести к ложным отключениям. По этим же
причинам тепловые реле не применяются в крановых
электроприводах, приводах быстрых перемещений ме-
таллорежущих станков и т.п. Не рекомендуется без
особых на то оснований устанавливать тепловые реле
в неотапливаемом помещении, если двигатель находит-
ся в отапливаемом помещении, и наоборот. Вблизи ре-
ле не должны находиться ящики сопротивлений, нагре-
вательные приборы, вентиляторы и т. п.
При длительном режиме работы двигателя и равно-
мерном характере нагрузки тепловое реле, а также
сменный нагревательный элемент выбирают, исходя из
номинального тока двигателя, так, чтобы
^н.р ^н.нагрев -—^н-дв- (17)
Следует иметь в виду, что при температуре окружа-
ющей среды выше +35° С допустимая нагрузка двига-
теля снижается (его номинальный ток уменьшается
примерно на 1 % на каждый градус превышения темпе-
ратуры). При /окр<+35°С, наоборот, допустимая на-
грузка двигателя увеличивается.
3S
Кроме того, Нужно учесть, что в случае, когда
/окр =/=/„.окр> номинальный ток нагревателя /„.„агрев
должен быть приведен к действительной температуре
4 Приведенный ток /„.нагрев/ может быть опреде-
лен по приближенной формуле:
1 I /1 ® ^окр /я окр \ /1 о\
1 н-нагрев t 'н. нагрев I 1 “ 1 >
где 6— изменение номинального тока нагревателя на
каждые 10° С разницы величины /окр посрав-
нению с /н.окр, %.
Величина 6 в среднем равна: 6%—для реле серии
РТ; 5% —для реле серии ТРП; 4% —для реле серии
ТРА, ТРВ, ТРТ, 2%—для реле серии ТРИ1.
Из формулы (18) С учетом ТОГО, ЧТО /„.нагрев/~
«/„,дв> находится расчетное значение /н.нагрев> по ко-
торому и производится выбор сменного нагревателя
или исполнения реле:
I ___ _______/н.дв______ __ /ц.дв ziq\
'н-нагрев ®
j ° *окр * н.окр а
_ 100 10
. Для одноэлементных реле серии РТ значения номи-
нальных токов указываются, исходя из условий уста-
новки реле в защищенном магнитном пускателе. Если
же реле находится на панели или в открытом магнит-
ном пускателе, то номинальный ток нагревателя прини-
мается на 15—20% меньше значения, полученного из
формулы (17) или (19), т.е. практически берется наг-
реватель на один-два номера меньше.
Для реле с регулятором тока уставки можно по
формулам, аналогичным (17) и (19), определить необ-
ходимое значение /н.уСт. на которое должно быть отре-
гулировано реле:
/„.уст =/„.дв> если /ОКр =/„.Окр> (19а)
/„•уст /н.дв/^Г> если ^окр =/=/ н-окр- (196)
Тогда выбор нагревателя производится из условия
/«уст \Г / н.уст /орл
1 п.нагрев
густ.мнн *уст-макс
1 Точные значения коэффициента 6 приводятся в паспортах реле.
39
Величины 1уст.мин и iyCT.M3KC приведены в паспортах
реле.
Выбранные таким образом тепловые реле современ
ных конструкций при тщательной настройке будут
вполне надежно предохранить двигатель от длитель-
ных перегрузок свыше 15—20%.
В тех случаях, когда при длительном режиме рабо-
ты механизма в нормальных условиях нагрузка на ва-
лу двигателя имеет неравномерный характер (в один
короткие промежутки времени нагрузка превышает но-
минальную, а в другие, наоборот, будет меньше номи-
нальной), во избежание ненужных отключений двига-
теля тепловой защитой ее следует несколько затрубить.
С этой целью значения /н.наГр в, полученные по фор-
мулам (17), (19) и (20), необходимо увеличить на 10%.
При включении нагревательных элементов через от-
дельные дополнительные трансформаторы тока выбор
реле и нагревателей производится аналогично, но в рас-
четных формулах вместо /н.до нужно подставлять ве-
личину
(21)
где kT.T — коэффициент трансформации трансформато-
ра тока.
Тепловые реле большинства существующих конст-
рукций не только не защищают двигатель от коротких
замыканий, но и сами нуждаются в такой защите, так
как при протекании тока короткого замыкания нагре-
ватель реле может перегореть быстрее, чем реле успе-
ет отключить двигатель. Поэтому установка тепловых
реле допускается только при обязательном наличии
максимальной мгновенной защиты, например плавких
предохранителей П в схеме рис. 7,а.
Тепловая защита осуществляется также автомати-
ческими выключателями с тепловым расцепителем, кото-
рый действует аналогично тепловому реле (см. § 5).
Пример 4. Выбрать тепловые реле для двигателей примера I
Двигатели 1Д, 2Д, ЗД и 4Д, так же как и их магнитные пускатели
в защищенном исполнении, работают при температуре окружающего
воздуха +35° С. Двигатель 5Д находится в помещении с температу-
рой + 40° С, его магнитный пускатель открытого исполнения установ-
лен в другом помещении с температурой +25° С. Для всех двига-
телей применены нереверсивные магнитные пускатели серии П.
40
Для двигателей 1Д, 2Д и 4Д выбраны защищенные магнитные
пускатели второй величины (на мощность двигателя до 5 кет при
напряжении 380 в) типа П-222. В них устанавливаются тепловые
реле типа РТ-1
v По формуле (17) находим требуемые номинальные токи нагре-
вателей и выбираем по каталогу номера нагревателей:
для двигателя 1Д (/н.нагрев=3,7 а) берем нагреватель № 19 на
ток 3,6—3,9 о;
для двигателя 2Д (/н.йагрев = 5,8 а) берем нагреватель № 23 на
ток 5,2—5,8 а;
для двигателя 4Д (/н.нагрев =9,4 а) берем нагреватель № 28 на
ток 8,9—9,7 а.
Для двигателя ЗД выбран защищенный магнитный пускатель
четвертой величины (на мощность двигателя до 28 кет при 380 в)
типа П-422. В этом пускателе устанавливаются тепловые реле типа
РТ-З.
По формуле (17) /н.нагрев=38 а; берем нагреватель № 45 на
ток 37—41 а.
Для двигателя 5Д выбран открытый пускатель третьей величины
(на мощность двигателя до 14 кет при 380 в) типа П-312.
В нем устанавливаются тепловые реле типа РТ-2.
Так как двигатель работает при ^Окр> +35° С, его номинальный
ток должен быть снижен на 40—35=5%.
Следовательно,
I" лв t = 21,5 fl — —'j = 20,4а.
н.двг у юо/
Тепловое реле работает при/ОКр «н.окр = +35° С, поправочная
величина 6 для него составляет 6%.
Находим номинальный ток нагревателя по формуле (19):
, _ 20,4 20,4
н.нагрев - 25 _ 35 ~ 1,06 = ’9'2°
—100 10
Для защищенного пускателя можно было бы выбрать нагрева-
тель № 32 (на ток 18—20 а). Так как у нас пускатель открытый,
возьмем нагреватель по крайней мере на номер меньше, т. е. № 31
(на ток 16.5—18 а).
Пример 5. Выбрать тепловое реле серии ТРН для двигателя 5Д
Примера 1. Двигатель работает при tOKp =+45° С, тепловое реле —
при /окр = 4- Ю° С.
Номинальный ток двигателя при /Окр=+45°С /н.дв=21,5(1—
—0,1) = 19,4 а.
л ^Ориентировочно определяем номинальный ток реле по форму-
! н.р 16,4а.
Выбираем реле типа ТРН-25 с /н.р=25 а.
Реле работает при ^окр<Дн.окр =4-20°С.
«а б =2%.
Поправочная
величи-
41
Определяем значение номинального тока уставки реле /н.уст по
формуле (196):
19,4 19,4
/„ vrT =----------------— ---= 19а.
1 2 10 ~20 1,02
~ 100 10
Находим требуемый номинальный ток нагревателя согласно фор-
муле (20). Значения (уст.мин =0,75, /уст.макс = 1,25. Получаем:
19 19
0,75 > /н нагРев> 1,25
или 25,4а >/н.нагрев^ 15,2а.
Следовательно, можно взять нагреватели на номинальные токи
16, 20 или 25 а. Выберем нагреватель с /н.нагрев =20 а. Регулятором
реле фиксируется уставка /ц.уст=19 а. Поскольку на шкале регуля-
тора одно деление соответствует изменению номинального тока ус-
тавки на 5%, т. е. на 1 а, указатель регулятора нужно передвинуть
из среднего положения па одно деление в сторону знака минус.
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАЩИТА
Температурная защита является наиболее совер-
шенным видом тепловой защиты двигателей.
Само понятие «температурная защита» подразуме-
вает, что реагирующий орган защитного устройства
контролирует непосредственно степень нагрева обмоток
двигателя (в общем случае также и железа статора,
корпуса, подшипников). Если температура наиболее
горячего места обмотки превысит допустимое значение,
то защита сработает и отключит двигатель от сети (ли-
бо подаст сигнал обслуживающему персоналу). В ка-
честве реагирующего органа температурной защиты
применяются биметаллические пластинки и термосоп-
ротивления.
На рис. 9, а показано температурное реле серии Т.
Биметаллический элемент реле выполнен в виде вогну-
той мембраны, на которой укреплен подвижной кон-
такт. Реле встраивается в лобовую часть обмотки ста-
тора или монтируется в непосредственной близости от
обмотки (на подшипниковом щите или на железе ста-
тора) и включается последовательно в цепь катушки
пускателя или промежуточного реле. При нагреве мем-
браны до температуры срабатывания она скачкообраз-
но меняет направление своего выгиба. Подвижной кон-
такт отходит от неподвижного, создавая разрыв цепи.
42 1
После охлаждения мембрана также скачкообразно воз-
ррашается в исходное положение.
Реле серии Т выпускаются нескольких типов с раз-
личными температурами срабатывания в зависимости
от класса изоляции защищаемого двигателя (от 75± 10
Рис. 9. Реле для температурной защиты.
а — температурное реле серии Т; б — температурно-токовое реле типа ТТ-10;
/—корпус реле; 2 — неподвижный контакт; 3 — нагреватель; 4 — биметалли-
ческий элемент (мембрана).
до 155±10°С), с размыкающим или замыкающим кон-
тактом (некоторые исполнения имеют двукратный раз-
рыв цепи). Контакты реле могут разрывать ток до 1,6а
при напряжениях до 500 в. Реле серии Т предназначе-
ны для встройки в электродвигатели мощностью 0,6—
100 кет.
В настоящее время ряд электромашиностроительных
заводов освоил выпуск двигателей со встроенными тем-
пературными реле с биметаллическим элементом На-
пример, завод «Кузбассэлектромотор» комплектует
Шахтные электродвигатели малоинерционными темпе-
ратурными реле типа ТМ-4. Три реле встраиваются в
43
лобовые части обмотки статора по одному в каждую
фазу. Реле включаются последовательно в цепь проме-
жуточного реле пускателя.
Биметаллический элемент температурного реле об-
ладает известной тепловой инерцией. Кроме того, на
практике бывает трудно получить хороший тепловой
Рис. 10. Схема включения температурно-
токовых реле типа ТТ-10.
Тр — трансформатор тока; БЭ — биметалличе-
ский элемент; Н — нагреватель; Л — контак-
тор.
контакт между реле и обмотками двигателя. Поэтому
при больших скачкообразных токовых перегрузках об-
мотки успевают нагреться до недопустимой температу-
ры раньше, чем сработает реле.
Указанного недостатка не имеет температурно-токо-
вое реле (рис. 9,6). Биметаллический элемент реле до-
полнительно подогревается нихромовым нагревателем,
включенным через специальный трансформатор тока в
цепь статора двигателя. Для защиты двигателей при-
меняются два реле и два трансформатора тока. Пер-
вичные обмотки трансформаторов включены в две фа-
зы главной цепи двигателя, контакты реле — в цепь уп-
равления (рис. 10). Реле типа ТТ 10 могут встраивать-
ся в двигатели мощностью 0,2—100 кет. Реле калибру-
ются на температуру срабатывания 135 или 145‘ С-
Точность срабатывания ±5° С при температурах окру-
жающей среды от 0 до 40° С. Контакты реле нормально
44
работают в цепях с током 5 а при напряжении до
220 в.
В' качестве чувствительного элемента температур-
ной защиты применяются также термосопротивления.
Термосопротивление (ТС) с релейным эффектом —это
Рис. 11. Схема включения аппаратуры типа
АТВ-229 для температурной зашиты двигате-
лей (а) и эскиз термосопротивления ти-
па ТР-33 (б).
1 — рабочее тело термосопротивления; 2 — контактные
колпачки; 3 — выводы; 4 — защитный металлический
чехол; 5 — стеклянный изолятор.
полупроводниковый стерженек с выводами, который,
будучи включен в электрическую цепь, обладает спо-
собностью резко (скачком) уменьшать свое омическое
сопротивление, если внешняя температура превысит оп-
ределенное пороговое значение.
На рис. 11,« показана схема включения выпускае-
мого заводом «Цветметприбор» устройства для темпе-
ратурной защиты двигателей — аппаратуры типа АТВ-
229. В обмотку электродвигателя вкладывается термо-
Датчик, который представляет собой герметизированное
45
термосопротивление типа ТР-33 (рис. 11,6) с припаян-
ними выводными концами. Термосопротивление TQ
включено последовательно с катушкой промежуточного
реле Р типа МКУ-48с (или КДР-1) через выпрямитель
В на вторичное напряжение трансформатора Тр. Раз
мыкающие контакты реле Р включены в цепь катушки
контактора или пускателя Л. Первичная обмотка транс-
форматора Тр питается от общей сети.
Пока температура обмотки двигателя не достигнет
установленного предела, величина сопротивления ТС
настолько велика (несколько мом), что реле Р не мо
жет включиться. При перегреве обмотки сопротивле-
ние ТС уменьшается до нескольких сотен омов и рел<
Р срабатывает. Катушка контактора Л теряет питание,
его контакты отключают двигатель и всю схему от сети
Для того чтобы стабилизировать напряжение пита-
ния ТС (которым определяется уставка температуры
срабатывания), трансформатор Тр снабжен компенса
ционной обмоткой КО, а в цепь его первичной обмотки
включен конденсатор С. Такая схема позволяет обес-
печить надежную работу защиты при значительных (до
50%) снижениях напряжения сети. Сопротивление
служит для разрядки конденсатора С после отключе-
ния схемы.
Температура срабатывания защиты может устанав
ливаться в пределах 70—120° С через каждые 10° при
помощи переключателя П. Погрешность по температу
ре срабатывания не превышает ±5° С.
Аппаратура АТВ-229 четко работает при колебани-
ях температуры окружающей среды от —40 до +50° С и
относительной влажности до 80% •
При необходимости к аппаратуре АТВ-229 могут
подключаться параллельно до десяти термодатчиков.
Кроме датчиков, предназначенных для встраивания в
обмотки двигателей, аппаратура снабжается также
специальным датчиком, устанавливаемым в подшипни-
ках двигателя или рабочего механизма. Аппаратура
может действовать не на отключение двигателя, а на
сигнал. Для этого первичная обмотка трансформатора
Тр присоединяется через ручной выключатель непос-
редственно к сети, размыкающие контакты реле Р в
цепь катушки контактора Л уже не вводятся. Через
один из замыкающих контактов Р после срабатывания
46
в
I реле подключается сигнальная лампа, другой замыка-
I юший контакт шунтирует термосопротивление ТС
(между точками 4 и 5), так как оно не рассчитано на
сколько-нибудь длительное протекание тока срабаты-
вания реле Р.
4. ЗАЩИТА ОТ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Асинхронный двигатель нельзя оставлять в работе
при длительных глубоких снижениях напряжения сети
во избежание перегрева, особенно если двигатель пол-
ностью нагружен (напомним, что по ПУЭ допускаются
эксплуатационные отклонения напряжения на двигате-
лях, как правило, не более—5% и лишь для крановых
Г установок до —-15%) •
По-иному обстоит дело в более часто встречающих-
ся случаях кратковременных перерывов питания (или
резких понижений напряжения на двигателях) вследст-
вие коротких замыканий в системе электроснабжения и
отключения их защитой, а также при действии уст-
ройств автоматического повторного включения (АПВ)
и автоматического включения резерва (АВР). За вре-
мя перерыва питания происходит снижение скорости
-двигателей (частичное или даже до полной остановки),
• однако, как показала практика эксплуатации электро-
приводов, в этих случаях не обязательно отключение
всех двигателей. Восстановление нормальной работы
электроприводов, по крайней мере наиболее ответствен-
ных, может быть достигнуто и без вмешательства об-
Кслуживающего персонала при использовании так назы-
’ ваемого самозапуска двигателей1. Здесь следует под-
черкнуть, что чем быстрее будет отключено короткое
замыкание на поврежденном участке сети, тем в более
благоприятных условиях протекает самозапуск остав-
шихся в работе двигателей. Если короткое замыкание
4 отключается за 0,03—0,05 сек, то, как правило, линей-
ные контакторы или магнитные пускатели этих двига-
телей останутся во втянутом состоянии, а скорость дви-
гателей практически не изменяется.
1 Самозапуском называется пуск двигателя с промежуточной
F скоростью или из неподвижного состояния, происходящий самостоя-
тельно вследствие восстановления питания после перерыва. Подроб-
ные сведения об условиях самозапуска можно найти в [Л. 9].
47
Необходимость в отключении неответственных дви
гателей (всех или части из них) возникает лишь при
перерыве питания, продолжающемся более 0,5 сек. Это
требуется для облегчения самозапуска ответственных
двигателей (наиболее ответственные из которых не дол
жны отключаться при перерывах питания до 10 сек),
поскольку самозапуск сразу большого числа двигате-
лей, значительно уменьшивших свою скорость или уже
остановившихся, сопряжен с большим снижением на-
пряжения в сети от токов самозапуска. Кроме того,
двигатели ряда механизмов не должны работать в ре
жиме самозапуска по условиям своего исполнения, по
технологическим условиям или по требованиям техни
ки безопасности (например, двигатели большинства ме-
таллорежущих станков, механизмов прокатных станов,
крановых установок и т. п.).
Для этих целей и предусматривается защита от по-
нижения или исчезновения напряжения, называемая
обычно нулевой защитой. Аппаратами этой защиты яв
ляются контакторы, магнитные пускатели и специально
устанавливаемые электромагнитные реле напряжения
При питании главной цепи и цепи управления от
одной сети (например, схемы рис. 5, а и б и 7) и кно-
почном управлении нулевая защита осуществляется
контактором или магнитным пускателем Л. Действи-
тельно, при исчезновении напряжения в сети контактор
Л отпадает, а включение его вновь возможно лишь по
еле нажатия кнопки «Пуск» при условии, что напряже-
ние сети будет не меньше 0,85 [7Н.С. Объясняется это
тем, что контакторы переменного тока и магнитные пус-
катели имеют напряжение надежного срабатывания не
менее 0,85 С7н.с. Напряжение возврата у них обычно не
превышает (0,4 . 0,5) [7Н.С.
В схемах управления с командоконтроллером
(обычно для двигателей с фазовым ротором) нулевая
защита выполняется с помощью реле РН (рис. 12,а).
В' исходном положении рукоятки командоконтроллера
КК катушка реле РН обтекается током и контакт РН
замкнут. При переводе командоконтроллера в любое
рабочее положение контакт КК размыкается, катушка
РН и вся остальная аппаратура получают питание те-
перь только через контакт РН. Когда напряжение в се-
ти исчезает или резко падает (а также при срабатыва
48
Н0И максимальных реле РМ), реле РН размыкает свой
контакт. Повторное включение двигателя возможно
лишь после установки командоконтроллера в исходное
положение. Тем самым предотвращается самозапуск
двигателя.
В качестве реле РН может быть применено любое
реле напряжения, например реле типа РЭВ-2161, по
Рис. 12. Схемы нулевой защиты.
конструкции подобное токовому реле РЭВ-2111. Это
реле изготовляется с катушками на напряжение до
380 в, якорь реле надежно втягивается при (0,7 -ч 0,85)
^н.с и отпадает при (0,25 : 0,3) UK.C. Регулировка на-
пряжения срабатывания реле производится изменением
натяжения возвратной пружины и регулировкой зазора
между якорем и сердечником. Возможно использова-
ние промежуточных реле на напряжения до 380 в (на-
пример, типа МКУ-48) и до 500 в (типа РПМ-0, ЭП-
41Б и др.); могут применяться реле серий ЭН-520 или
"Н-50 (при напряжении до 380 в), которые по устрой-
ству аналогичны токовым реле серий ЭТ-520 и РТ-40 и
Сличаются от послецних тем, что обмотки реле имеют
^~~9б0 49
большее число витков и предназначены для включения
на полное напряжение сети. Якорь реле отпадает пр(1
напряжении до (0,70,8) U„.c.
Иногда цепь управления питается от сети перемен-
ного тока, не зависимой от сети, питающей главную
цепь двигателя (обычно при напряжении главной цепи
380—500 в). В таких схемах нулевая защита главной
цепи осуществляется с помощью реле 1РН (рис. 12,6),
а нулевая защита цепи управления обеспечивается кон-
тактором Л (рис. 12, в) или реле 2РН (рис. 12,г). На
рис. 12, г показан вариант включения реле 2РН для
сложных схем управления с несколькими командокон-
троллерами, пакетными выключателями и другими ап-
паратами ручного управления. В обеих схемах двига-
тель может быть включен только при наличии напря-
жения как в главной цепи, так и в цепи управления.
Так как при перерыве питания в главной цепи контак-
ты реле 1РН размыкаются, что приводит к отключе-
нию контактора Л (или реле 2РН), самозапуск двига-
теля становится невозможным. В схеме рис. 12, г перед
запуском двигателя нужно предварительно нажать
кнопку «Подготовка пуска».
Аналогично выполняется нулевая защита в тех слу-
чаях, когда цепь управления питается от сети постоян-
ного тока. Такие схемы применяются для электроприво-
дов повторно-кратковременного режима с большой ча-
стотой включений, недопустимой для контакторов с уп-
равлением на переменном токе и магнитных пуска-
телей.
Для схем управления, подобных схеме рис. 12, в, ну-
левую защиту осуществляют контакторы серий КТ и
КТВ с катушками постоянного тока или серии КТП с
магнитной системой постоянного тока (применяемые
при частоте включений до 1500 в час).
Если схемы вида рис. 12, г применяются на постоян-
ном токе, то в них в качестве реле 2РН используются
реле напряжения, например серий ЭРЭ-100, РЭ-100Е,
РЭ-500, РЭВ-820 и др. Они изготовляются с катушками
до 220 в и могут быть отрегулированы на напряжение
втягивания якоря не менее (0,5 : 0,6) UH.C или на на-
пряжение отпускания в пределах (0,1 -г-0,2) J7H.C. Эти
реле—-клапанного типа; в отличие от реле переменно-
го тока они имеют нешихтованную магнитную систему-
50
В'Ыше были рассмотрены основные схемы защиты от
понижения напряжения, не разрешающей самозапуск
двигателей. Некоторое их видоизменение позволяет по-
ручить возможность работы неответственных двигате-
дей в режиме самозапуска в случае кратковременного
перерыва питания. Для примера приведена схема рис.
13, в которую введено реле напряжения (серий ЭРЭ-
Рис. 13. Схема нулевой защиты, дейст-
вующей с выдержкой времени.
100, РЭВ-810 и др.), имеющее небольшую выдержку
времени (примерно 0,5 сек) на размыкание своего кон-
такта. Так как реле может работать только на постоян-
ном токе, то его катушка включается через полупровод-
никовый выпрямитель, например селеновый.
| Вместо кнопок управления в схеме рис. 13 применен
универсальный переключатель УП на три положения с
самовозвратом в нулевое положение под действием пру-
жины. Переключатель УП имеет два контакта: кон-
такт / замыкается при повороте рукоятки в положение
«Пуск» и остается замкнутым при последующем воз-
врате ее в нулевое положение; при повороте рукоятки
в положение «Стоп» контакт 1 размыкается и при воз-
врате рукоятки в нулевое положение остается разомк-
нутым; контакт 2 замыкается только в положении
«Пуск».
к Для пуска двигателя переключатель переводится в
Положение «Пуск»; при этом получает питание реле PH,
его контакт в цепи катушки Л замыкается, контактор Л
Включается и своим блок-контактом создает цепь пи-
тания катушки PH помимо контакта 2, предотвращая
4’ 51
отключение реле РН при отпускании рукоятки У/7. При
исчезновении напряжения в главной цепи катушки Л (1
РН обесточиваются. Якорь контактора Л отпадает, ц0
цепь питания катушки <77 сохранится, поскольку кон.
такт РН разомкнется только через 0,5 сек. Если в ре.
зультате действия релейной защиты сети напряжение
восстановится за время не более 0,2—0,5 сек, то кон-
тактор <77 включится и реле РН вновь получит питание,
обеспечивая самозапуск двигателя. Если перерыв пи-
тания продолжается более 0,5 сек, то реле РН размы-
кает свой контакт и, следовательно, при восстановле-
нии напряжения самозапуск двигателя будет невоз-
можен.
Нетрудно убедиться, что при наличии выдержки вре-
мени на отпускание якоря у реле РН (рис. 12, с) wlPH
(рис. 12,6—а) обеспечивается самозапуск двигателя
при кратковременном исчезновении или значительном
снижении напряжения в главной цепи (например, при
коротких замыканиях на соседних участках). Для от-
ветственных двигателей, допускающих самозапуск, вы-
держка времени реле должна быть установлена не ме-
нее 5—10 сек.
В ряде случаев, когда ответственные двигатели до-
пускают самозапуск независимо от длительности пере-
рыва питания, можно применить контакторы с защел-
кой, которая удерживает якорь контактора в притяну-
том состоянии при обесточивании его катушки (для от-
ключения контактора защелка освобождается либо
вручную, либо при помощи электромагнита). Широкое
распространение нашли также схемы, в которых в цепи
катушки линейного контактора или пускателя вместо
кнопок ставится ручной выключатель В (см. рис. 5,с).
Для обеспечения самозапуска двигателей с фазо-
вым ротором необходимо выбирать номинальные токи
плавких вставок и уставки тока срабатывания аппара-
тов защиты от коротких замыканий так же, как и для
короткозамкнутых двигателей, принимая максималь-
ный ток двигателя при самозапуске равным пусковому
току при полностью выведенных сопротивлениях в ро-
торе— этот ток равен (6-^—10) 7Н.ДВ. Если двигатели
снабжены защитой от перегрузки, выполненной при по-
мощи максимальных реле, то она должна действовать
с выдержкой времени.
52
Выбор реле защиты от понижения напряжения про-
изводится по номинальному напряжению U„.c сети, к
которой подключена катушка реле, из условия
£/п.р = £/н.с, (22)
где UK.p — номинальное напряжение катушки реле.
Настраиваются реле и контакторы, осуществляющие
защиту, обычно так, чтобы напряжение втягивания яко-
ря было равно:
для контакторов, пускателей и реле с катушками пе-
I ременного тока
t/BT<0,85t/H.c; (23)
для контакторов и реле с катушками постоянного
тока
6/BT<0,65t/H.c. (24)
В тех случаях, когда самозапуск двигателя недо-
I пустим не только после исчезновения и восстановления
’напряжения, но и при значительных (до 50%) посад-
| ках напряжения при аварийных режимах в сети, следу-
Вет применять реле с высоким коэффициентом возврата
г (например, реле серий ЭН-520 или РН-50). Они регу-
Г лируются на напряжение отпускания якоря порядка
, (0,6 : 0,7) Ц,.с. При этом надо помнить о том, что ком-
I мутационная способность контактов реле серий ЭН-520
и РН-50 невелика: такая же, как у контактов реле ЭТ-
F 520 и РТ-40.
5. ЗАЩИТА АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВОЗДУШНЫМИ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ
Принцип действия и устройство автоматических вы-
ключателей. Автоматический воздушный выключатель
(автомат) — аппарат, предназначенный для автомати-
ческого отключения электрической цепи при наруше-
нии в ней нормального режима работы и для нечастых
оперативных отключений той же цепи при нормальных
условиях работы. Дуга, возникающая при размыкании
Цепи тока, гасится в автоматах в среде окружающего
Воздуха, поэтому их называют воздушными.
В цепях статоров асинхронных двигателей применя-
ются трехполюсные автоматы переменного тока на на-
пряжения до 500 в и токи до I 000 а, в цепях управле-
53
ния — однополюсные и двухполюсные автоматы посто
янного и переменного тока. Автоматы, несмотря на цх
компактность, могут в зависимости от исполнения од-
новременно выполнять функции нескольких различных
аппаратов, таких как рубильник, контактор, макси-
мальное или тепловое реле и т. п.
При коротких замыканиях автомат обеспечивает бо-
лее быстрое отключение поврежденной цепи, чем в слу-
чае применения максимальных реле. Кроме того, пре-
дельная разрывная способность у автоматов значитель-
но выше, чем у контакторов.
Автомат удобнее в эксплуатации, чем рубильник, а
по сравнению с плавким предохранителем более точен,
надежен и безопасен в работе, обладает многократно-
стью действия. Возможность неполнофазных отключе-
ний при защите автоматом отсутствует. Вот почему в
последнее время автоматы в ряде случаев успешно при-
меняются взамен рубильников и плавких предохрани-
телей, а при работе привода с редкими включениями —
и вместо магнитных пускателей.
Однако автомат намного дороже и сложнее, чем ру-
бильник и плавкие предохранители, при больших то
ках короткого замыкания он не обладает свойствами
токоограничения (здесь не имеются в виду специаль-
ные быстродействующие автоматы). Поэтому, например
в зарубежной практике, применяют совместную уста-
новку автоматов и токоограничивающих предохраните-
лей, а некоторые фирмы даже встраивают такие пре-
дохранители непосредственно в корпуса автоматов.
По видам защиты автоматы обычно делятся на: 1)
автоматы с электромагнитным расцепителем (для за-
щиты от коротких замыканий); 2) автоматы с тепловым
расцепителем (для защиты от перегрузки); 3) автома-
ты с комбинированным (электромагнитным и тепло-
вым) расцепителем; 4) автоматы с расцепителем ми-
нимального напряжения (для нулевой защиты).
Кроме того, автоматы могут иметь некоторые до-
полнительные устройства, например блок-контакты, рас-
цепитель дистанционного отключения и др. Выпускают-
ся также автоматы и без расцепителей. Принципиальные
схемы автоматов приведены на рис. 14. Схемы даны для
одной фазы. Автоматы изображены во включенном со-
стоянии.
54
Автомат по схеме рис. 14, а имеет в каждой фазе
^электромагнитное реле максимального тока (показана
только одна фаза). Когда ток в защищаемой цепи пре-
|вышает определенное значение, сердечник втягивается
Рис. 14. Принципиальные схемы автоматических воздуш-
ных выключателей.
/ — контакт главной цепи; 2— отключающая пружина; 3—рычаг;
4 — защелка; 5 — рычаг; 6 — пружина; 7 — катушка расцепите-
ля; 8 — сердечник электромагнитного расцепителя; 9 — нагрева-
тель теплового реле; 10—биметаллическая пластинка; 11—штифт;
12 — якорь; 13 — блок-контакт.
ЛИ, повернув рычаг 5, освобождает защелку: рычаг 3 под
СДействием отключающей пружины размыкает контакты.
I Включается автомат кнопкой или рукояткой; так
’Же вручную он может быть и отключен.
" Электромагнитное реле автомата вместе с соответ-
ствующим механизмом отключения называется элек-
громагнитным расцепителем. Время отключения авто-
-Матов с электромагнитными расцепителями лежит в
Г пределах 0,015—0,06 сек.
55
В некоторых автоматах электромагнитный расцепи-
тель снабжается специальным часовым механизмом,
благодаря чему автомат при значениях тока, меньших
тока мгновенного срабатывания, отключается с выдер-
жкой времени.
Автомат по схеме рис. 14, б имеет тепловой расце-
питель *. При перегрузке защищаемой цепи правый
конец биметаллической пластинки изгибается вверх и
поворачивает рычаг, отключая автомат. После остыва-
ния биметаллической пластинки автомат может быть
включен вновь.
Схема автомата с расцепителем минимального на-
пряжения показана на рис. 14, в. При значительном
снижении или исчезновении напряжения пружина 6 от-
тягивает якорь 12, отключая автомат.
На рис. 14, г дана схема автомата с расцепителем
для дистанционного отключения и блок-контактамп.
При нажатии на кнопку «Отключение» якорь электро-
магнита притягивается и автомат отключается. С ры-
чагом связаны блок-контакты. Если во включенном
положении автомата контакт 136 был замкнут, то при
отключении автомата он разомкнется, а контакт 13а
замкнется. Блок-контакты могут быть включены в цепь
управления двигателем и при отключении автомата
производить в пей необходимые переключения.
Все автоматы снабжаются механизмом свободного
расцепления. Этот механизм обеспечивает автоматиче-
ское отключение при ненормальном режиме защищае-
мой цепи, даже если будет сделана попытка включить
автомат (нажата кнопка «Включение», нажат рычаг
включения).
Рассмотрим некоторые конструкции воздушных ав-
томатических выключателей на напряжение до 500 в.
Автоматы серии А3100 выполнены в закрытом
пластмассовом корпусе, компактны и удобны для мон-
тажа как на панелях, так и отдельно. Автоматы снаб-
жены дугогасительным устройством и изготовляются
двух- и трехполюсными с электромагнитными, тепловы-
ми или комбинированными (тепловыми и электромаг-
1 Часто в автоматах собственно нагреватель 9 отсутствует и
ток проходит через биметаллическую пластинку 10.
56
битными) расцепителями. Автоматы А3120, А3130 и
Д3140 выпускаются также с блок-контактами и дистан-
ционным расцепителем. Ручное включение и отключение
автомата производится рукояткой
Автоматы серии АП50 также весьма компактны,
удобны и надежны в эксплуатации. Они выполнены в
пластмассовом корпусе, а по заказу поставляются так-
же в дополнительном пыленепроницаемом металличе-
ском кожухе. Для работы в цепях переменного тока
автоматы выпускаются трехполюсными с электромаг-
нитными, тепловыми или комбинированными расцепи-
телями в каждой фазе, а также могут быть изготовле-
ны с расцепителем минимального напряжения (с пи-
танием катушки расцепителя как непосредственно от
фазных проводов автомата, так и от постороннего ис-
точника) или с расцепителем дистанционного отключе-
ния. Эти расцепители встраиваются в автомат вместо
электромагнитного расцепителя в одной фазе. Электро-
магнитные расцепители имеют устройство со шкалой
для регулирования степени сжатия пружины расцепи-
теля, что позволяет изменять ток мгновенного сраба-
тывания автомата. Уставка тепловых расцепителей ре-
гулируется с помощью рычага по специальной шкале.
Автоматы серии АВ выпускаются в открытом ис-
полнении. Механизм автомата устанавливается на изо-
ляционной плите или на металлическом каркасе. Ав-
томаты снабжаются рукояткой или рычажным приво-
дом для ручного включения и отключения или электро-
двигательным приводом для дистанционного управле-
ния. В каждой фазе автомата помещается регулируе-
мый электромагнитный расцепитель максимального то-
ка. Автоматы изготовляются с тремя типами расцепи-
телей: Б — мгновенного действия (без выдержки вре-
мени); Н—с часовым механизмом для создания обрат-
но зависимой от тока выдержки времени при перегруз-
ках и мгновенным срабатыванием при коротких замы-
каниях (неселективный автомат); С — с дополнитель-
ной фиксированной выдержкой времени (селективный
автомат), которая прибавляется ко всем временам сра-
батывания автоматов с расцепителем типа Н. Автома-
ты могут иметь добавочный расцепитель дистанцион-
1 Подробные сведения об автоматах серии А3100 даны в (Л. 11].
57
ноге отключения (независимый расцепитель) или вме-
сто него расцепитель минимального напряжения (по-
следний — для автоматов с расцепителями типов Б ц
Н). Все автоматы могут быть снабжены блок-контак-
тами.
Номинальные данные и характеристики автоматов.
Автоматы характеризуются номинальным напряжением
и номинальным током, а их токовые расцепители — но-
минальным током и током уставки.
Номинальное напряжение автомата
UH.a соответствует наибольшему номинальному напря-
жению сетей, в которых разрешается применять дан-
ный автомат. Номинальный ток автомата
/н.а — наибольший ток, протекание которого через ав-
томат допустимо в течение неограниченно длительного
времени. Номинальный ток расцепителя
4.расц—наибольший ток, протекание которого допу-
стимо в течение неограниченного времени и не вызыва-
ет срабатывания расцепителя. Ток уставки элек-
тромагнитного расцепителя Ауст.эл.миГн—
наименьший ток, при котором срабатывает расцепи-
тель. Номинальный ток уставки теплового
расцепителя или теплового элемента комбиниро-
ванного расцепителя Льуст.тепл — наибольший ток
расцепителя, при котором расцепитель не срабатывает.
Автоматы серии АВ предназначены для работы в
сетях с напряжением до 500 в. Автоматы типа АВ4 вы-
пускаются на ток /н.а=400 а с расцепителями на то-
ки /н.расц от ЮО До 400 а, автоматы типа АВ 10 — на
ток /н.а = 1000 а с расцепителями на токи /н.расц от
500 до 1 000 а.
Автоматы серии А3100 могут работать при напря-
жениях до 500 в и изготовляются с расцепителями на
токи /н.расц от 15 до 600 а.
Автоматы серии АП50 имеют /н.а=50 а и допуска-
ют работу при напряжениях до 380 в. Они снабжают-
ся расцепителями на токи /н.расц от 1,6 до 50 а.
Автоматы, имеющие электромагнитный расцепитель
с часовым механизмом, тепловой или комбинирован-
ный расцепитель, обладают определенного вида зави-
симостью времени срабатывания t ст величины тока А
проходящего через расцепитель, — защитной характе-
58
Рис. 15. Защитные характеристики автоматов,
серии АВ с расцепителем типа Н; б — типа А3114/1; в — серии АП50.
Б9
ристикой. В качестве примера на рис. 15 показаны за-
щитные характеристики некоторых автоматов *.
В автоматах серии АВ с расцепителем типа Б ток
уставки расцепителя, срабатывающего без выдержки
времени, регулируется пружиной в пределах
( 1 -4-2,5) /н.расц.
Автоматы серии АВ с расцепителями типа Н имеют
пружинные регуляторы токов уставки мгновенного
и замедленного срабатывания в пределах соответствен
но (8— 10)^н.расц к (1,25—2)^н.расц» я также регуля-
тор выдержки времени замедленного срабатывания.
На рис. 15, а приведена типовая защитная характери
стика этих автоматов. Характеристика построена при
следующих положениях регуляторов: указатель регу-
лятора тока уставки замедленного срабатывания по
ставлен на отметку /уст.зам.мин> указатель регулятора
тока уставки мгновенного срабатывания — на отметку
^уст.м.нов.мин, указатель регулятора уставки /уст на-
чальной выдержки времени замедленного срабатыва-
ния — на отметку /уст.макс- Для этих условий время
срабатывания автомата составит 10 сек, если через
НеГО будет ПРОХОДИТЬ ТОК /=/уст.зам.мин
Из характеристики рис. 15, а видно, например, что
при токе /= 1,25/н.расц автомат срабатывает за 10 сек
(точка а), при /=4/н.расц—за 3,5 сек (точка б), при
/ = 8/и.р,сц—за 0,06 сек (точка в). Пусть защищаемый
короткозамкнутый двигатель с номинальным током
/н.дв = /н.ргсц имеет пусковой ток /пуск = 4/н.дв и вре-
мя пуска не более 2 сек. Тогда автомат, не срабатывая
при пуске двигателя, надежно защитит его не только
от коротких замыканий, но и от перегрузки до 25%,
продолжающейся более 10 сек.
Защитная характеристика автомата изменяет свою
форму при регулировании уставок. Так, при увеличе-
нии /уст.мпюв характеристика рис. 15, а как бы «вы-
тягивается» вправо, при увеличении /уст.зам—«сжима-
ется» слева, при уменьшении tyCT ее левая ветвь бу-
дет опускаться (вплоть до /уСТ = 0).
1 Характеристики построены в так называемой полулогарифми-
ческой системе координат, позволяющей представить их наиболее на-
глядно. По горизонтальной оси отложены кратности тока I по отно-
шению К /н.расц-
60
Автоматы серии АВ с расцепителем типа С имеют
(защитную характеристику, по форме аналогичную ха-
рактеристике рис. 15, с, с той лишь разницей, что все
'.рремена срабатывания должны быть увеличены на
/ б. Селективные автоматы выпускаются с двумя фик-
сированными значениями /доб: 0,25 и 0,4 сек либо 0,4
И 0,6 сек. '
Независимый расцепитель автомата надежно рабо-
тает при напряжении питания 50—110% Пн- Мини-
мальный расцепитель отключает автомат при напряже-
нии питания, меньшем 40% от (7Н, и не препятствует
#го включению при напряжении, большем 70% 1/н
(85% при электродвигательном приводе). Он пригоден
и для дистанционного отключения автомата. Номи-
нальные напряжения питания катушек добавочных
(расцепителей L7H равны 127, 220 или 380 в переменного
и 24, 48, НО или 220 в постоянного тока.
Предельно отключаемый автоматами серии АВ ток
равен 17 000 а, их блок-контакты отключают перемен-
ный ток до 10 а при напряжении до 500 в, постоянный
••ток 3 а — при 110 в и 1,5 а — при 220 в.
Автоматы серии А3100 имеют расцепители с фикси-
рованными уставками тока срабатывания расцепите-
Лей: электромагнитных — (710)/H.pJCU, тепловых —
1,25/н.расц- Действительные значения токов, при кото-
рых срабатывают электромагнитные расцепители, мо-
гут отличаться от указанных: на ±30% для автоматов
А3114 и на ±15% для остальных автоматов. Тепловые
расцепители автоматов не срабатывают при токе
1,1/н.расц и гарантированно срабатывают не более
чем за 1 ч при токах: 1,35/нрасц для автоматов А3163
и 1,45/н.расц для остальных автоматов.
Эти данные относятся к случаю нагрузки одновре-
менно всех фаз автомата с холодного состояния при
/0Кр =+25° С. Величина /н.уст.тепл для автоматов
1А3100 — это расчетная величина, взятая как средняя
между нормируемыми токами срабатывания и несра-
батывания. Время остывания теплового элемента пос-
ле отключения перегрузки составляет 1—4 мин.
Защитные характеристики автоматов серии А3100 1
1 Защитные характеристики всех автоматов серии А3100 приве-
дены в [Л. 11].
61
снимаются также при нагрузке автоматов с холодного
состояния при /окр=+25°С. С учетом неточности сра-
батывания тепловых и электромагнитных элементов
защитная характеристика рис. 15, б представляется за-
штрихованной зоной «разброса» значений времени и
тока срабатывания. Как видно из этой характеристики,
автомат с комбинированным расцепителем срабатыва-
ет практически мгновенно1 при токах, больших
11/н.рхц> т- е- осуществляет четкую и надежную за-
щиту короткозамкнутых двигателей от коротких замы-
каний и вместе с тем позволяет произвести пуск этих
двигателей. Однако он не обеспечивает защиты двига-
теля от длительных дерегрузок на 20—30%, особенно
если учесть, что на защитную характеристику теплово-
го расцепителя оказывает существенное влияние тем-
пература окружающей среды, а уставка тока срабаты-
вания не регулируется. Поэтому иногда даже при нали-
чии в схеме автомата серии А3100 с комбинированным
расцепителем для защиты двигателя от перегрузки
устанавливают дополнительно тепловые реле.
Во всех случаях, когда температура окружающей
среды /Скр в месте установки автомата отличается от
+ 25° С, при которой автомат калибруется на заводе-
изготовителе, номинальный ток теплового или комби-
нированного расцепителя пересчитывается по формуле
^н.расц/ == ^н-расц [1 4" 0,006(25 Л>кр)] ~~ ^Льрасц- (-о)
Дистанционный (независимый) расцепитель выпол-
няется с катушками на 127, 220 или 380 в переменного
и НО или 220 в постоянного тока. Расцепитель четко
срабатывает при напряжениях от 75 до 105% номи-
нального. Автоматы серии А3100 могут отключать то-
ки, превосходящие номинальный ток расцепителя
в 50—100 раз. Блок-контакты автоматов коммутируют
переменный ток 0,25 а при напряжении 380 в, 0,4 а при
220 в и постоянный ток 0,15 а при 220 в.
Автоматы серии АП50 пригодны для двигателей
мощностью до 20 кет при напряжении 380 в, до 14 кет
при 220 в и до 7 кет при 127 в. Автоматы рассчитаны
для работы при /окр =—35 т-+35° С и относительной
1 Время отключения тока короткого замыкания для автоматов
серии А3100 не превышает 0,017—0,057 сек при бн.с=500 в.
62
влажности до 75%. Токи уставки электромагнитных
Касцепителей и номинальные токи уставки тепловых
К асцепителей:
^уст-эл-маги О —~ Ю) /н.расц!
^н.уст-тепл = (0,63 -4- 1) /н.раСц.
колебания действительного тока срабатывания элект-
ромагнитных расцепителей лежат в пределах ±15%
Иуст.эл.магн. тепловые расцепители не срабатывают в
речение часа при токе 1,17„.уст.тепл и гарантированно
1срабатывают при токе 1,35/н.уст.тспл за время не бо-
fcee 30 мин, при токе 6/н.уст.тепл—за 1—10 сек (при
Ьагрузке с холодного состояния и /окр =+35° С). Вре-
Вия остывания тепловых элементов — не более 2 мин.
Защитные характеристики автоматов серии АП50
ирис. 15, в) образуют зону, в которой расположены
действительные характеристики автоматов с различны-
расцепителями (при 7уст,эл,магНшМИН и 7н,уст,тегл =>
В7н.Расц)- Автоматы этой серии надежно защищают
вигатели от коротких замыканий и, обеспечивая пуск
шдаигателей даже при тяжелых условиях, вполне удов-
етворительно защищают их от длительных небольших
ререгрузок.
Если температура окружающей среды /окр в месте
остановки автомата отличается от +35° С, номиналь-
ный ток теплового или комбинированного расцепителя
рересчитывается по формуле
/н.расц* = /и.расц |1 + 0,006 (35 — /окр)| = а/н.расц- (26)
По аналогичной формуле пересчитывается и номи-
нальный ток уставки:
'н.уст.тепл/ н.уст-тепл* (2М)
L Автомат серии АП50, снабженный расцепителем ми-
нимального напряжения (с катушкой на 127, 220 или
КО в), может включиться при напряжении сети не ни-
же 80% номинального. Отключение его произойдет при
снижении напряжения сети до 50%. Расцепитель ди-
станционного отключения выполняется с катушкой на
127, 220 или 380 в переменного тока. Блок-контакты
автоматов в цепи переменного тока до 380 в отключа-
ет ток 1 а, в цепи постоянного тока до 220 в — 0,5 а.
Автоматы с расцепителями на номинальные токи до
63
6,4 а могут отключать в среднем 150-кратные токи
остальные автоматы — токи до 1 500 а.
Выбор автоматов и схемы их включения. Автомат
служащий для защиты асинхронного двигателя, выбц’
рается по номинальному напряжению и току так, что-
бы соблюдались условия:
^н.а н-с (27)
и
7н.а 7н.дв. (28)
где UH.C — номинальное напряжение сети;
/н.дв— номинальный ток двигателя.
Номинальный ток электромагнитного расцепителя
должен быть не меньше номинального тока двигателя:
^н.расц 7н.дв- -9)
Для двигателей повторно-кратковременного режи-
ма за /н.дв в формулах (28) и (29) принимается вели-
чина I т. е. номинальный ток двигателя при
Н.ДВ(ZO) 1
ПВ = 25 %.
Ток уставки электромагнитного расцепителя или
электромагнитного элемента комбинированного расце-
пителя, осуществляющего защиту короткозамкнутого
двигателя от коротких замыканий, с учетом неточности
срабатывания расцепителя и отклонений действитель-
ного пускового тока от каталожного значения прини-
мается равным:
/уст.эл.магн>(1.5-1,8)/пуск. (30)
Для двигателя с фазовым ротором
/Уст.эл.„агн>(2,5^-3)/Н.дв. (3D
Для группы короткозамкнутых двигателей
/уст.эл.магн > (1,5- 1,8) [2/н.дв + (/пуск - /„ .дв)'] • (32)
Для группы двигателей с фазовым ротором
/ Х15-Т-2)/' +S/ . (33)
уст.эл.магн ’ 7 н.дв 1 н.дв
В формулах (32) и (33) обозначения те же, что и в
формулах (6) и (13). При повторно-кратковременном
режиме в формулы (31) — (33) подставляются величи-
ны /ндв(25). Для автоматов типа А3110 в формулах
64
(30) — (33) следует принимать большие значения чис-
ового коэффициента.
Номинальный ток теплового или комбинированного
расцепителя для двигателей с длительным режимом
работы и легкими условиями пуска определяется по
(формуле (29).
Для короткозамкнутых двигателей, работающих в на-
пряженном повторно-кратковременном режиме (а также
иля двигателей с длительным режимом работы, но с тя-
желыми условиями пуска), выбирать номинальный ток
Теплового или комбинированного расцепителя следует
по формуле
^н-расц 1>5/н.дВ
(34)
Здесь /н.дв для повторно-кратковременного режима
принимается равным /ндв(25).
Если температура окружающей среды отличается
рт температуры, при которой калибруется автомат, то
Ьоминальный ток его теплового или комбинированного
расцепителя рассчитывается по формулам (29) или
(34), в которых нужно вместо /н.дв подставить величи-
ну /н.дв/а, где а берется из формул (25) или (26).
Для автоматов серии АП50 номинальный ток устав-
ки /н.уст.тепл в общем случае определяется по формуле
н.уст «тепл
А|.дв
а
(35)
Автомат серии АВ и его максимальный расцепи-
тель, выбранные по формулам (28) и (29), следует
Проверить по условиям пуска (или реверса), а для
приводов с режимами пиковых нагрузок, кроме того,—
по наиболее тяжелому из этих режимов. Для проверки
ружно воспользоваться защитной характеристикой ав-
томата (так же, как было показано выше), учитывая,
нто при необходимости могут быть изменены токи ус-
тавок мгновенного или замедленного срабатывания
расцепителя.
I Надежность срабатывания автомата проверяется по
расчетному значению тока короткого замыкания в кон-
це защищаемого автоматом участка (1К.3=1 к.3т— при
Двухфазном коротком замыкании для сетей с изолиро-
ванной нейтралью, /к.3 =/к.з(0 — при однофазном ко-
5—960 65
ротком замыкании на землю для сетей с заземленной
нейтралью). Согласно ПУЭ кратность тока короткого
замыкания должна удовлетворять следующим уело
виям:
для автоматов с электромагнитным расцепителем
/к з-------------------> 1,25 1,4; (36)
'уст.эл.магн
для автоматов с комбинированным расцепителем
—/к з— > 3. (36а)
* н.расц
Ток короткого замыкания рассчитывается по соот-
ветствующей формуле (9а) или (96) § 2.
Проверка автомата по отключающей способности
при необходимости может быть произведена для слу-
чая трехфазного короткого замыкания в начале защи-
щаемого им ответвления к двигателю. Ток короткого
замыкания определяется по формуле (9д) § 2.
Схемы включения автоматов показаны на рис. 16.
Для редко пускаемых двигателей со спокойным режи-
мом работы автомат с комбинированным расцепителем
включается по схеме рис. 16, а. Следовательно, по
сравнению со схемой рис. 7 он заменяет рубильник,
плавкие предохранители и магнитный пускатель.
В других случаях автомат, как правило, заменяет ру-
бильник и плавкие предохранители, а нормальные
включения и отключения двигателя производятся ли-
нейным контактором Л (см. рис. 16,6), в ревер-
сивных схемах — соответственно двумя контакторами.
В тех схемах, где применяются контакторы на но-
минальный ток до 150 а, обладающие небольшой от-
ключающей способностью, целесообразнее вместо pj •
бильника и максимальных реле 1РМ—ЗРМ (см.
рис. 5, а и 6) установить автоматы, например серии
А3100, по схемам рис. 16,6 и в. Если одним контакто-
ром включается группа двигателей, то автоматы уста-
навливаются для каждого из них (рис. 16, г).
В электросхемах кранов (для двигателей с фазо-
вым ротором) обычно ограничиваются установкой од-
ного общего автомата (вместо рубильника Р в схеме
рис. 6). Максимальные реле в этом случае осуществля-
ют защиту от перегрузки и наряду с автоматом — за-
66
щиту от коротких замыкании, имеющую по сравнению
с автоматом меньшую уставку, но большее время сра-
батывания. Таким образом, контакторы в этих схемах
будут разрывать цепь тока короткого замыкания толь-
ко при значениях этого тока, меньших тока уставки ав-
Рис. 16. Схемы защиты автоматами.
[томата (т. е. при коротких замыканиях во внутренних
силовых цепях двигателей).
Если у автомата есть расцепитель минимального
напряжения (рис. 16, д), то в схемах рис. 12 может
юыть исключено нулевое реле 1РН. Однако следует
(помнить, что автоматы с максимальными расцепителя-
ми в двух фазах разрешается применять только в се-
;ТЯХ с
изолированной нейтралью,
причем
в пределах
рдной и той же установки расцепители следует "поме-
щать в одних и тех же фазах.
5*
67
Тепловые расцепители автоматов, как и тепловые
реле, не защищают от перегрева короткозамкнутые
двигатели при повторно-кратковременном режиме ра-
боты. Однако в подобных случаях предпочтительнее
устанавливать автоматы, имеющие дополнительно к
электромагнитным также тепловые расцепители, что
позволяет увеличить чувствительность защиты от ко
ротких замыканий.
Поясним это положение на простейшем примере. Пусть двига-
тель с номинальным током /н,дв защищен автоматом с электромаг-
нитным расцепителем, для которого
/н.расц = /н.дВ> /уст.эъмагн = ® /н.расц = ® /ц-да •
Тогда согласно условию (36) надежная защита обеспечивается,
если
/к.з^ 1.25-87н,дв — Ю/н.дВ.
В случае, когда применен автомат с комбинированным расцепи
телем, нижний предел надежной защиты должен соответствовать
условию (36а):
/ к.э ^3-1,5/н.дв = 4,5/н.дв,
т. е. чувствительность защиты повышается более чем вдвое, что осо-
бенно важно при коротких замыканиях на землю.
Пример 6. Выбрать комбинированный расцепитель автомата типа
А3114/1 для двигателя МТК-31-6 11 кет, 26.4 а при 77В = 25%; пуско-
вой ток 134,6 а. Двигатель работает при частоте пусков несколько
сотеи в час. Автомат находится в помещении с /окр = + 25°С.
По формуле (34) находим:
/.,nacu^ 1,5-26,4 = 39,6 а.
Ток уставки мгновенного срабатывания расцепители по форму
ле (30)
/уст.эл.магн = 1,8-134,6 = 242 д.
Выбираем расцепитель на 40 а Ток мгновенного срабатывания
расцепителя равен 400 а, т. е. намного больше расчетного тока
Время срабатывания расцепителя при пусковом токе двигателя,
т. е. при кратности пускового тока /пуск /н.расц=3,4, составит 8—
30 сек (см. рис. 15,6). Если взять расцепитель на 30 а, то
/пуск//н.расц =4,5, время срабатывания составит всего 8—10 сек и
при нескольких пусках подряд были бы вероятными ложные отклю-
чения.
Пример 7. Выбрать автоматы для двигателей примера 1 (см
рис. 4). Двигатели работают г редкими пусками. Автоматы нахо
дятся в помещении с /ОКр=+35° С, кроме автомата двигателя 5Д,
для которого /Окр =—25° С.
Поскольку номинальные токи двигателей меньше 50 а, выберем
для защиты двигателей автоматы типа АП50-ЗМТ с комбинирован
ными расцепителями.
По формуле (29) определяем номинальные токи расцепителей,
по формуле (30) — токи уставок электромагнитных элементов, по
формуле (35) — номинальные токи уставок тепловых элементов.
68
Для двигателя 1Д
/н.расц^-3,7 а; /уст.эл.магн = 1,5'22,2 = 33,3 а.
Выбираем расцепитель на 4 а. Номинальный ток уставки тепло-
ioro элемента 2,5—4,0 а, ток уставки электромагнитного элемента
8—39 а. Отрегулируем расцепитель ча токи /н.'уст. тепл =3,7 а и
уст.эл.магн =34 а.
Аналогично выбираем расцепители и их уставки для автоматов
двигателей 2Д—4Д:
для двигателя 2Д
/н.расц—6,4 а; /н.уст.тепл=5,8 а; /уст.эл.мэгн=48 О',
для двигателя ЗД
/н.расц—40 а, /и.уст.тепл—38 О', /уст.эл.магн—342 О,
для двигателя 4Д
/н.расц—Ю а", /н.уст-тепл—5,4 О, /уст.эл.магн=35 О..
Автомат двигателя 5Д работает при температуре I окр.отличаю-
щейся от температуры калибровки +35° С. Поэтому находим коэф-
фициент а, равный выражению в квадратных скобках формулы (26).
Получаем:
а = [1 + 0,006 (35 + 25)] = 1,36.
Тогда
2!,б
'н.расн^ । де —15,8 а;
^уст.эл.магн = 1,5-96,8= 145 а.
Выбираем расцепитель на 16 а Номинальный ток уставки теп-
лового элемента 10—16 а, ток уставки электромагнитного элемента
ПО—160 а.
Отрегулируем расцепитель иа токи /ц.уст.тепл =15,8 а и
’уст.эл.магн =145 а.
6. ЗАЩИТА ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ ФАЗАХ
Работа двигателей на двух фазах — явление, встре-
чающееся довольно часто. Однако следует подчерк-
нуть, что внимание электриков в первую очередь долж-
но быть обращено не на устройство специальной за-
щиты двигателей от двухфазной работы, а на ликвида-
цию причин, порождающих такие режимы.
Прежде всего нужно добиваться улучшения качест-
ва ремонта электродвигателей и аппаратуры управле-
ния, повышать общую культуру эксплуатации электро-
установок. При хорошем уходе за контактами комму-
тационных аппаратов и предохранителей, тщательной
проверке контактных соединений проводов и кабелей
на распределительных силовых пунктах и щитах, в вы-
водных коробках двигателей, в шкафах управления
и т. д. вероятность обрыва цепи в одной фазе из-за
плохого контакта будет сведена к минимуму. Для
69
предотвращения коротких замыканий на землю жела-
тельно систематически проводить испытания изоляцщ,
электрооборудования при помощи мегомметра с ца.
пряжением 1 000 в *. Тем более такие испытания не-
обходимы после всякого рода ремонтных работ, пере-
делок схем или замены двигателей, пускателей и т. д
Плавкие вставки должны выбираться по условиям
защиты двигателей только от коротких замыканий, а
не от перегрузки, как иногда практикуется для мелких
двигателей. Для короткозамкнутых двигателей ответ-
ственных механизмов независимо от условий пуска
можно производить выбор плавких вставок по форму,
ле (3), принимая значение числового коэффициента
равным 0,6 и более. Однако при этом обязательно
нужно проверить кратность тока короткого замыкания
в соответствии с указаниями, изложенными в § 2.
Замена плавких предохранителей автоматом устра-
няет саму возможность двухфазного режима из-за сго-
рания плавкой вставки в одной фазе в результате ко-
роткого замыкания на землю (в сети с заземленной
нейтралью). В схемах с контакторами постоянного то-
ка (при числе включений в час до 1 500) следует при-
менять не однополюсные, а двухполюсные контакторы,
включая их, как показано на рис. 17. Это предотвра-
щает работу двигателя на двух фазах при обрыве в
катушке одного из контакторов.
Некоторые схемы защиты, рассмотренные в преды-
дущих параграфах, обеспечивают часто и защиту от
двухфазного включения. Так, для двигателей длитель-
ного режима работы, снабженных тепловыми реле, по-
следние в большинстве случаев срабатывают и при ра-
боте двигателя на двух фазах, если нагрузка на валу
не менее 60—70% номинальной ’. Вот почему тепло-
* Напомним, что эти испытания проводятся для каждой фазы
относительно земли (корпуса) при заземленных двух других фазах
и позволяют выявить ослабленные места изоляции не только между
фазами и землей, но и между фазами.
1 Для одного и того же момента нагрузки иа валу ток двига-
теля с соединением обмоток статора в звезду при двухфазном режи-
ме возрастает в 1,7—2 раза по сравнению с трехфазным режимом
(если скольжение двигателя не превышает критического, т. е. макси-
мальный развиваемый двигателем момент остается больше статиче-
ского момента нагрузки, в противном случае двигатель «опрокиды
вается» и останавливается под током, равным 87% пускового тока
в трехфазном режиме).
70
повторно-кратковре-
рис. 5, б, защи-
ВФ-
Г Р L-P
Рис. 17. Схема
включения
двухполюсных
контакторов.
с фазовым ро-
це реле обязательно включаются в две фазы. Темпе-
атурная защита с помощью устройств непосредствен-
;ого контроля нагрева обмоток двигателя надежно
редохраняет его от перегрева при обрыве фазы для
юбого режима работы.
Короткозамкнутые двигатели
енного режима, включенные по схеме
ены реле 4РМ от обрыва крайних
аз. Вместо одного реле 4РМ можно
зтановить два реле (в двух фазах),
го обеспечит защиту двигателя при
5рыве любой из фаз. Эти реле на-
гжно срабатывают и отключают дви-
атель при его «опрокидывании». Не-
остатком такой схемы является то,
?о защита после «опрокидывания»
вигателя действует с выдержкой
ремени, что недопустимо, например,
,ля подъемных установок. Двигатели
ором при «опрокидывании» из-за обрыва фазы отклю-
аются без выдержки времени, если их защита от ко-
отких замыканий или от перегрузки выполнена тремя
ли двумя максимальными реле (рис. 6).
( Применение специальной защиты от работы элект-
одвигателей на двух фазах допускается ПУЭ лишь в
орядке исключения для двигателей, защищенных
телохранителями и не имеющих защиты от перегруз-
л, если двухфазный режим ведет к выходу двигателя
з строя с особо тяжелыми последствиями. При нали-
ли тепловых реле защита от обрыва фазы оправдана
акже и в тех случаях, когда обмотки двигателя сое-
инены в треугольник. При таком соединении, особен-
о если обрыв произошел в самой обмотке, токи в
отках возрастают в большей степени, чем токи в
ейных проводах. В относительных единицах
азница составит примерно одну треть. Например,
еполной загрузке двигателя может оказаться, что
брыве в обмотке одной фазы токи через тепловые ре-
е не превышают 1,1/НДв. в то время как по непо-
режденным обмоткам двигателя будут проходить то-
и 1,5 1Н.ДВ (здесь /н.дв и 1н.дв—номинальные линей-
ый и фазовый токи двигателя). Тепловые реле не
заботают, а двигатель недопустимо перегреется.
об-
ЛИ-
эта
при
при
71
Все известные схемы специальной защиты от двух,
фазной работы можно разделить на три группы
I) схемы, основанные на контроле целости плавких
вставок всех фаз; 2) схемы, реагирующие на наруще.
ния симметрии трехфазной системы напряжений на за.
жимах двигателя; 3) схемы, действующие при возник-
новении несимметрии фазовых токов двигателя.
Наибольшее распространение получили схемы пер-
вых двух групп. Прежде чем перейти к их рассмотре-
нию, выясним, как отразится обрыв одной фазы на ве-
личинах напряжений между различными точками цепи
статора двигателя. Предположим, что двигатель под-
ключен к сети с номинальным линейным напряжением
U„, обмотки статора соединены в звезду и обрыв про-
изошел в фазе А (рис. 18, а). Нас будут интересовать
следующие напряжения: 17Ав, Uвс, UCA — между
фазами двигателя; UAO, Uво, Uco — между фазами
и нулевой точкой О сети (землей); 170_0—между ну-
левой точкой обмотки двигателя и землей; Праэр — в
месте разрыва.
В трехфазном режиме напряжения на двигателе
симметричны, т. е. 17АВ = 17 вс — UBA = 1717Ао =
= И BO=Uco= UjV3 = 1/ф, ПрИ ЭТОМ ^0,-0 = Ц>азр = °-
В двухфазно1и режиме напряжения становятся не-
симметричными, степень несимметрии будет зависеть
от скольжения $. Если обрыв фазы имел место при хо-
лостом ходе двигателя, когда sx.x < sH (sH — номи-
нальное скольжение), то все указанные напряжения
практически не изменятся по сравнению с трехфазным
режимом. Если скольжение нагруженного двигателя
вследствие обрыва фазы становится больше критичес-
кого скольжения $кр, то двигатель «опрокидывается»
и затормаживается. При включении с оборванной фа-
зой двигатель останется неподвижным.
В последних двух случаях s=l, напряжения на дви-
гателе будут иметь следующие значения: 17 АВ = UCA =
= 0,5 67л; Uвс= Un", 17Ао— 0,5 [7ф; 17B0~U'со~ Уф> ^о,—о =
= 0,5Пф ; 1/раэр = 1,5 Пф.
Для определения напряжений на двигателе при из-
менении скольжения от $ = $х.х до $=1 можно вос-
72
тьзоваться расчетными кривыми [Л. 14], приведен-
ии на рис. 18,6 также для случая обрыва фазы А.
Из этих кривых видно, что в зоне скольжений
,<s<sKp резко изменяются три напряжения: t/pa3p
>0 -о (они бУДУт изменяться одинаково при обрыве
бой фазы), а также UAB—напряжение между по-
Рис. 18. Напряжения при работе двигателя
на двух фазах.
ежденной (/1) и отстающей (В) фазами. Напряже-
е UCA между поврежденной и опережающей фаза-
• а также напряжение UAO изменяются в этой зоне
значительно.
Таким образом, для получения надежной защиты
ботающего в длительном режиме двигателя от пере-
ева при обрыве любой фазы нужно контролировать
бо напряжение Uo_o, либо три напряжения Цазр
о всех фазах), либо, наконец, три междуфазных на-
’яжения UAB, Uвс, UCA.
Для двигателей повторно-кратковременного режима
небольшим временем рабочего периода можно в не-
торых случаях допустить, чтобы при обрыве фазы
щита отключала, двигатель лишь после его «опроки-
1вания» (или в процессе запуска). Для этого доста-
960 ?3
точно осуществить контроль за двумя междуфазными
напряжениями либо за напряжением между фазой и
Рис. 19. Схемы защиты двигателей от работы на двух
фазах.
землей и напряжением между двумя другими фазами.
Рассмотрим теперь некоторые схемы первой груп-
пы. На рис. 19, а параллельно плавким предохраните-
74
пям включены катушки реле напряжений 1Р0Ф, 2Р0Ф
я ЗРОФ. При перегорании плавкой вставки одного из
предохранителей появится напряжение (/р5зр на ка-
гушке соответствующего реле, которое размыкает свой
контакт в цепи катушки Л, и двигатель отключается.
В схеме могут быть применены любые промежуточные
реле переменного тока с напряжением срабатывания
до 30—40% номинального линейного напряжения сети.
Выпускается и специальное реле обрыва фаз типа
РОФ. Реле имеет три независимые катушки и один
размыкающий контакт с ручным возвратом. Катушки
присоединяются параллельно предохранителям (так
Же, как катушки 1РОФ—ЗРОФ на рис. 19, а), а кон-
такт вводится в цепь управления (вместо контактов
,1РОФ—ЗРОФ на рис. 19, а). Контакт реле может ра-
ботать в цепях с током до 2 а. Реле рассчитано на 100
[ррабатываний.
В сетях с изолированной нейтралью можно приме-
нить реле типа ЭН-524/60 или ЭН-524/60дм, включив
его полуобмотки параллельно двум предохранителям,
а в третий предохранитель установить плавкую встав-
ку, на два номера большую по шкале токов вставок.
Недостаток схем первой группы в том, что они не
[обеспечивают защиту, если работа на двух фазах вы-
рвана не перегоранием вставки одного из предохрани-
телей, а другой причиной.
Примеры схем второй группы даны на рис. 19, б—д.
Г сетях с заземленной нейтралью в тех случаях, когда
[нулевая точка обмоток статора не выведена или об-
мотки соединены в треугольник, образуется искусст-
венная нулевая точка Oi при помощи звезды из трех
[конденсаторов С (рис. 19, б) или сопротивлений
|(рис. 19,в). Между этой нулевой точкой и заземлен-
ным нулевым проводом включается промежуточное ре-
ле напряжения РОФ. В нормальном режиме напряже-
ние на катушке реле весьма мало (оно обус-
ловлено естественной несимметрией междуфазных на-
пряжений, которая допускается не большей 5%), по-
этому реле не срабатывает. При сгорании одной из
’плавких вставок (или обрыве в цепи одной из фаз до
Места установки искусственной звезды по другой при-
чине) напряжение на катушке резко увеличивается.
Реле срабатывает и отключает двигатель.
6*
75
Емкость конденсаторов С берется в пределах 2-—
10 мкф. Их рабочее напряжение должно быть не мень-
ше номинального напряжения сети. Величина сопро-
тивлений R составляет несколько сотен ом при допу-
стимой мощности 30—50 вт.
Если нулевая точка Ot статорной обмотки выведе-
на и аппаратура управления расположена близко от
двигателя, то удобнее включить реле напряжения РОФ
между точкой и заземленным нулевым проводом
(рис. 19, г).
В качестве реле РОФ в схемах рис. 19, б, виг воз-
можно использовать любое маломощное промежуточ-
ное реле переменного тока с катушкой на 12—127 в
(в зависимости от величины напряжения сети), напри-
мер МК.У-48, РПТ-100 и др., а в схеме рис. 19, г также
и реле ЭП-43.
Для повышения чувствительности в схемах рис. 19,
б—г целесообразно применить телефонные реле по-
стоянного тока, включаемые через выпрямительный
мостик В из селеновых или германиевых вентилей
(рис. 19,6, узел «а»).
В схемах рис. 19, б—г реле РОФ может срабаты-
вать при пуске и в трехфазном режиме *, поэтому
кнопку «Пуск» нужно несколько придержать в нажа-
том состоянии. Целесообразно ввести в схему управле-
ния реле времени РВ (узел «б» рис. 19,6 или схемы
рис. 5, б, где вместо контакта 4РМ будет включен кон-
такт РОФ) с выдержкой времени, равной времени пус-
ка. Работа защиты с выдержкой времени позволяет
также избежать ложных отключений двигателя при
несимметричных коротких замыканиях на соседних
участках сети.
Для двигателей с длительным режимом работы
вместо электромагнитного реле РОФ в схеме рис. 19, г
можно применить тепловое реле напряжения РТОФ
[Л. 15]. Нагревательный элемент реле включается меж-
ду нулевой точкой двигателя и нулевым проводом, а
размыкающий контакт реле — в цепь катушки магнит-
ного пускателя или линейного контактора. Реле РТОФ
1 При пуске, кроме естественной несимметрии фазных напряже-
ний и токов, сказывается и несимметрия, обусловленная не строго
одновременным замыканием контактов линейного контактора или
магнитного пускателя по фазам в момент включения.
76
позволяет осуществить защиту с выдержкой времени,
обратно зависимой от величины напряжения Uo_o.
1ри работе двигателя на холостом ходу выдержка
времени составляет 1—2 мин, при «опрокидывании»
двигателя или пуске с оборванной фазой выдержка
времени уменьшается до 10—15 сек.
В качестве реле РТОФ используется обычное одно-
элементное тепловое реле серии РТ, в котором уста-
навливается специальный нагреватель. Он рассчитыва-
ется на максимальный нагрев от тока, обусловленного
напряжением 0,5Щ . Для сети 380/220 в сопротивление
нагревателя равно 180—200 ом. Нихромовая проволо-
ка наматывается на пластинку из миканита толщиной
2—3 мм и шириной 12 мм. Длина проволоки в метрах
определяется по формуле
1 = 140 d2,
где d — диаметр проволоки, мм.
Реле РТОФ может быть использовано для защиты
двигателей любой мощности. Реле встраивается в маг-
нитный пускатель вместо одного из тепловых реле
(для защиты от перегрузки в этом случае достаточно
дметь одно реле) или устанавливается отдельно. Вы-
держка времени реле регулируется рычагом, а также
изменением положения нагревателя по отношению к
биметаллической пластинке.
На рис. 19,д приведена схема с двумя реле напря-
жения 1РОФ и 2РОФ, катушки которых питаются от
междуфазных напряжений. Цепь катушки линейного
контактора Л включается на третье междуфазное на-
пряжение. При нормальном режиме после включения
контактора Л реле срабатывают, создавая своими за-
мыкающими контактами цепь, шунтирующую пуско-
вую кнопку. При обрыве любой фазы отпадает либо
одно из реле, либо контактор и двигатель отключается.
Здесь могут быть применены любые промежуточные
зеле переменного тока и контакторы с катушками на
номинальное напряжение сети Un, имеющие напряже-
ние возврата не менее (0,3 4-0,4) (7Л и напряжение сра-
батывания, большее 0,5Пл.
Схемы рис. 19, б—д достаточно просты, однако они
((кроме схем рис. 19, г) не обеспечивают защиты дви-
гателя при обрыве фазы за местом подключения реле
77
РОФ, в частности, при обрыве фазы в самом двига-
теле.
В третьей группе схем используют токовые реле
На рис. 19, е показана схема с тремя токовыми реле
1РОФ—ЗРОФ и реле времени РВ. При нормальном
пуске двигателя реле 1РОФ—ЗРОФ сразу размыкают
свои контакты, поэтому реле РВ не успевает сработать
и его контакт в цепи катушки Л остается замкнутым.
При исчезновении тока в одной из фаз соответствую-
щее токовое реле замкнет свой контакт и реле РВ с
небольшой выдержкой времени отключит двигатель.
Катушки токовых реле должны быть выбраны по но-
минальному току двигателя, а настройка реле произ-
водится так, чтобы они не отпадали при холостом ходе
двигателя, т. е. чтобы ток возврата был не больше 20—
25% номинального тока двигателя. Следовательно, ко-
эффициент возврата реле должен быть не выше 0,2
(подходящим является, например, реле РЭВ-2111).
Реле времени РВ предусмотрено для обеспечения чет-
кой работы схемы не только при пуске, но и в других
нормальных режимах, например когда производятся
переключения обмоток статора со звезды на треуголь-
ник или на другое число пар полюсов (у многоскорост-
ных двигателей). Схема не обеспечивает защиты при
обрыве в обмотке двигателя, соединенной в треуголь-
ник.
Наиболее совершенными схемами третьей группы
являются так называемые фильтровые токовые защи-
ты. Они обеспечивают защиту двигателя не только при
обрыве фазы, но и при несимметричных коротких за-
мыканиях в обмотках двигателя, в частности, при вит
ковых замыканиях. Однако эти схемы сложны и доро-
ги, поэтому они применяются для двигателей напряже-
нием до 500 в очень редко.
7. ЗАЩИТА ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ И
СИГНАЛИЗАЦИЯ
Основной вид защиты цепи управления — защита
от коротких замыканий между фазами, а в сетях с за-
земленной нейтралью — и от замыканий на землю,
осуществляемая обычно с помощью плавких предохра-
нителей.
78
В большинстве случаев цепь управления подключа-
ется на междуфазное напряжение через отдельный ру-
бильник или пакетный выключатель и защищается
Отдельными предохранителями (см. рис. 5, 12 и 13).
Иногда при использовании магнитных пускателей уста-
авливается предохранитель лишь в одной фазе цепи
правления (1П на рис. 7), так как провод другой фазы,
/12
Рис. 20. Схемы защиты цепи управления.
~380в
/13
ту
После
предобра —
нителей
главной
цепи
К цели управле-
ния
б)
роложенный внутри пускателя, очень короткий. В схе-
ах управления двигателями малой мощности (до 10 кет)
епь управления защищается теми же предохранителя-
и П, что и главная цепь (рис. 7).
Если для управления двигателем 500 или 380 в ис-
ользуются аппараты, изготовленные на напряжение
27 или 220 в, то питание цепи управления выполняется
отдельной
переменного тока или фазного
сети
напря-
жения сети с нулевым проводом (рис. 20, а). Применя-
тся также однофазный понижающий трансформатор
У с вторичным напряжением 127 или 220 в (рис. 20,6),
в ряде случаев 36 в и менее (там, где такое напряже-
е необходимо по условиям техники безопасности).
итание цепи управления пониженным напряжением,
юбенно через трансформатор ТУ, повышает надеж-
ость работы аппаратуры управления.
Следует иметь в виду, что для обеспечения безопас-
ости обслуживающего персонала включение аппарату-
ы управления на фазное напряжение можно допускать
79
лишь при соблюдении определенных требований, а
именно:
1) если по крайней мере на двух ступенях силовой
распределительной сети, начиная от двигателя, установ-
лены автоматы (или максимальные реле — для двига-
теля) ;
2) если при защите предохранителями с помощью
специальных устройств достигается одновременное от.
ключение всех трех фаз двигателя при сгорании на лю
бой ступени предохранителей в двух фазах.
Второе требование выполняется, в частности, в схе-
мах защиты двигателей от работы на двух фазах, приве-
денных на рис. 19,6 — д. Можно применить дополнитель-
ное реле напряжения, контролирующее напряжение
между двумя фазами, например А и В, при этом цепь
управления подключается к третьей фазе С.
Замыкающий контакт реле вводится в цепь катушки
линейного контактора или пускателя, нулевой вывод ко-
торого должен быть надежно присоединен к нулевому
проводу или к заземленному корпусу аппарата (шкафа).
Для цепи управления на постоянном токе обычно ис-
пользуются напряжения ПО и 220 в. В тех схемах, где
применяется слаботочная аппаратура, электромагнит-
ные муфты и т. п., напряжение питания не превыша-
ет 24 в.
Защита цепи управления осуществляется наиболее
часто предохранителями типа ПР2, а также различными
резьбовыми (пробочными) предохранителями на токи
до 60 а.
Выбор плавких вставок для цепи управления с на-
пряжением U„ можно произвести по формуле
/
н.вст
sPp+o.isp;
(37)
где SPp—наибольшая суммарная мощность, потреб-
ляемая катушками аппаратов, сигнальны-
ми лампами и т. д. при одновременной
работе, ва или вт\
2Р'В — наибольшая суммарная мощность, потреб-
ляемая при включении катушек одновре-
менно включаемых аппаратов, ва или вт-
80
Если известны не мощности, а токи, формула (37)
может быть записана в виде
'Н.ВСТ>Ч + °’12/в-
Вместо рубильников и предохранителей могут уста-
навливаться автоматы, например двухполюсные типа
Рис. 21. Схема включения сигнальных ламп.
АП50 или однополюсные типа АО 15 и др. с электромаг-
нитными и комбинированными расцепителями.
Номинальный ток комбинированного расцепителя
выбирается по формуле (37) или (37а).
Ток уставки электромагнитного расцепителя опре-
деляется по формулам:
I > 1 5 ZPp + 2 ^в~ Рр) (38)
2уст*эл>магн
ИЛИ
'уи.эл.иаГн > 1.5 [2/р + s (/;-/; I] , (38а)
где обозначения те же, что и в формулах (37) или (37а).
81
Для сигнализации о нормальной работе схемы или
об отключении двигателя обычно применяются сигналь-
ные лампы.
На рис. 21, а сплошными линиями изображена схема
с питанием главной цепи и цепи управления от одной
сети. Если контактор Л включен, то горит красная лам-
па ЛК. При отключении зажигается зеленая лампа ЛЗ.
В том случае, когда отключение контактора Л не выз-
вано нажатием кнопки «Стоп», погасание лампы ЛК и
зажигание лампы ЛЗ свидетельствует о срабатывании
тепловой защиты либо об обрыве цепи катушки Л.
Если вместо лампы ЛК включить лампу ЛК\, как
показано на рис. 21, а штриховой линией, то ее погаса-
ние при погашенной лампе ЛЗ означает, что отключил-
ся автомат А. Такое же включение ЛК[ целесообразно
и при питании цепи управления от отдельной сети
(штрих-пунктир на рис. 21, а).
Для автомата с блок-контактами сигнализацию об
его отключении можно осуществить, включив блок-кон-
такт А в цепь катушки Л (узел «а» на рис. 21, а).
Аналогичные схемы сигнализации применяются и в
тех случаях, когда в главной цепи вместо автомата уста-
новлены рубильник и максимальные реле или рубильник
и плавкие предохранители.
Если защита от перегрузки (например, с помощью
тепловых реле) должна действовать только на сигнал1,
то размыкающие контакты реле 1РТ и 2РТ не включа-
ются в цепь катушки Л. В этом случае срабатывание
тепловых реле должно приводить в действие сигнализа-
цию, например звуковую. На рис. 21,6 показан узел
схемы, подключаемый точками а и б к схеме рис. 21, а,
в котором использованы замыкающие контакты реле
1РТ и 2РТ. При срабатывании хотя бы одного из тепло-
вых реле включается звонок Зв.
Пример 8. Выбрать плавкие предохранители для цепи управления
127 в переменного тока, в которой одновременно могут находиться
во включенном состоянии следующие аппараты: контактор КТВ-33
(Рр=200 во), два контактора КТВ-32 (Рр = 115 во), реле РЭВ-2161
(Рр=5 во) и электромагнит ЭС-5100 (Рр=50 во). Одновременно мо-
гут включаться контактор КТВ-33 (Рв=2 000 во), реле РЭВ-2161
(Рв=20 во) и электромагнит (Рв=550 во).
Ток плавкой вставки определяем по формуле (37).
1 Для ответственных двигателей при наличии постоянного обслу-
живающего персонала.
82 ,
Получим:
200 4-2-115 + 5 + 50 + 0,1 (2 000 + 20 + 550)
Львст > 127 =
485 + 0,1-2 570 „ „
=------—----------= 5,85 а.
127
Выбираем предохранители типа ПЦУ на номинальный ток 6 а
со вставкой также на 6 а.
Пример 9. Выбрать автомат для цепи управления примера 8.
Применим двухполюсный автомат типа АП50-2МТ с комбинирован-
ным расцепителем. Номинальный ток расцепителя согласно форму-
ле (37)
/н.расц^ 5,85 а.
Ток уставки электромагнитного расцепителя находим по фор-
муле (38):
485 + 2 570 — 200 — 5 — 50
/уст.эл.магн 1 >5 J27 —33 а.
Выбираем расцепитель на 6,4 а. Номинальный ток уставки теп-
лового элемента 4—6,4 а, ток уставки электромагнитного элемента
45—64 а. Отрегулируем автомат на токи
/н.уст.тепл — 5,9с и /уст.эл.магн ~ 45 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ВЫБОР ПРОВОЛОЧЕК ДЛЯ ПЛАВКИХ ВСТАВОК
В тех случаях, когда перегоревшие плавкие вставки
приходится заменять (временно!) медными луже-
ными проволочками из-за отсутствия запасных вставок
заводской калибровки, диаметр проволочек d и число
их п следует выбирать по табл. П-1 [Л. 16]. Скручивать
параллельные проволочки нельзя.
____________________Таблица П-1
Тип предохранителя ^н.пр’ а ^н.вст» а d, мм п
1 R 6 0,25
10 0,35
15 0,45
20 0,55 1
60 25 0,6
35 0,75
45 0,9
60 1,0
ПР-2 100 80 100 0,8 1,0 2
* 200 125 160 1,1 0,9 2 3
200 1,15 3
350 300 1.2 4
350 1,3 4
100 60 0,55 4
НПР-100 80 0,47 6
100 0,60 6
100 6
Н ПР-200 200 125 0,6 8
160 10
200 12
84
2. ВЫБОР ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
НАГРЕВАТЕЛЕЙ К ОДНОФАЗНЫМ ТЕПЛОВЫМ РЕЛЕ
СЕРИИ РТ
Материал проволоки — нихром. Диаметр проволоки
Уб,4/н.нагрев -
При токах более 5 а нагреватели изготовляются из
нескольких проволок. Число соединяемых параллельно
проволок N при известном токе /н.нагр,в и имеющейся
проволоке с диаметром di:
N 0'4/н.нагрев
Длина каждой проволоки
z . 2АГ 0,8
Ai.нагрев dy
3. МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМЫЕ КАТУШКАМИ АППАРАТОВ
Т а б л и ц а П-2
Наименование вппаратов Тип рв рр
ва вт ва вт
Магнитные пускатели ПМ-00 76 — 23 —
П-100 132 — 22 —
П-200 216 — 24 —
П-300 243 — 28 —
П-400 936 — 105 —
П-500 1 260 —— 140 —
П6 ПО — 20 —
МПК-0 170 — 16 —.
МПК-1 330 — 25 —
Контакторы перемен- КТВ-32 1 150 540 115 80
ного тока ктв-зз 2 000 455 200 80
КТВ-34 6 000 985 600 127
КТВ-35 7 600 1 550 760 180
Реле времени РВП-1М 115 — 19
РВМ-2 570 — 62
РЭВ-218 290 — 64 —.
РЭ-510 — 16 — 16
РЭВ-880 — 30 — 30
85
Продолжение табл. П-2
Наименование аппаратов Тип р в рр
ва вт ва вт
Реле напряжения и РЭВ-2161 20 — 5
промежуточные РЭ-100Е — 19 — 19
РПТ-100 и — 6
РПМ-0 130 — 30
ЭП-41 :43 140 — 25
МКУ-48 10 3 5 3
Электромагниты ЭС-5100 ЭС-5130 550 2 420 — 50 130 —
ЛИТЕРАТУРА
1. Ключе в В. И., Выбор электродвигателей для производствен-
ных механизмов, изд-во «Энергия», 1964.
2. К а м и н с к и й Е. А., Как сделать проект небольшой электро-
установки, изд-во «Энергия», 1965.
3. Карпов Ф. Ф., Как выбрать сечение проводов и кабелей,
изд-во «Энергия», 1965.
4. Ильинский Н. Ф., Расчет и выбор сопротивлений для элек-
тродвигателей, изд-во «Энергия», 1966.
5. Черепенин П. Г., Монтаж асинхронных двигателей до
100 кет, изд-во «Энергия», 1964.
6. Карвовский Г. А. и Окороков С. П., Справочник по
асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре, Гос-
энергоиздат, 1962.
7. Р и в л и н Л Б., Как определить неисправность асинхронного
двигателя, Госэнергоиздат, 1962.
8. Лившиц Д. С., Нагрев проводников и защита предохрани-
телями в электросетях до 1 000 в, Госэнергоиздат, 1959.
9. Карпов Ф. Ф., Как проверить возможность подключения к
электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором, изд-во
«Энергия», 1964.
10. Ермолаев И. Н., Магнитные пускатели переменного тока,
Госэнергоиздат, 1961.
11. Мишустина Л. И., Воздушные автоматические установоч-
ные выключатели серии А3100, изд-во «Энергия», 1965.
12. Правила устройства электроустановок, изд. 4-е, изд-во
«Энергия», 1965.
13. КакуевицкийЛ. И., КрупицкийА. Ю., С а к о в А. Д.,
Справочник реле защиты и автоматики, Госэнергоиздат, 1962.
14. 3 е й л и д з о н Е. Д., Изменение напряжений на зажимах
асинхронных двигателей при обрыве одной фазы питающей сети,
«Промышленная энергетика», 1965, № 5.
15. Йонкер А. В., Защита электродвигателей от работы на
двух фазах, «Безопасность труда в промышленности», 1961, № 8.
16. Дьяков В. И., Типовые расчеты по электрооборудованию,
изд-во «Высшая школа», 1965.
87
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. Виды электрической защиты асинхронных двигателей . . 3
2. Защита от коротких замыканий ....................... 8
3. Защита от перегрузки........................ .... 28
4. Защита от снижения напряжения ... ......... 47
5. Защита автоматическими воздушными выключателями . . 53
6. Защита от работы на двух фазах..................... 69
7. Защита цепи управления и сигнализации.............. 78
Приложение............................................ 84
Литература............................................ 87