Особенности выбора реле защиты

В электроприводе реле защиты используются для отключения двигателя при недопустимых перегрузках, а также для того, чтобы предотвратить нарушения в отдельных цепях, опасные для функционирования двигателя или механизма. Реле защиты от неполадок и недопустимых перегрузок воздействует, как правило, на цепи отключения двигателя. Включение реле защиты должно быть таким, чтобы цепь его контактов непрерывно контролировалась во время работы. Поэтому все реле, действующие в функции тока главной цепи на его отключение должны иметь размыкающие контакты, включенные в цепь аппарата отключения, находящегося во время работы под напряжением.

Типичным представителем таких реле являются тепловые реле, которые используются для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором от недопустимых перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации, а также при обрыве электрической цепи фазы статора.

Тепловые реле для двигателей продолжительного режима работы выбираются по расчетному току нагрузки электрической машины , где I_нР – номинальный ток реле (теплового элемента).

При выборе тепловых реле для двигателей продолжительного номинального режима работы принимают во внимание следующие факторы [2]:

1) тепловое реле не должно срабатывать при токе равном 1,1 номинального тока двигателя > , что гарантирует безотказную работу при напряжении, составляющем 110% номинального;

2) тепловое реле должно срабатывать при токе перегрузки двигателя, составляющем 135…140% номинального, в течение 10…30 минут ;

3) тепловое реле должно в нагретом состоянии обеспечить без срабатывания два пуска защищаемого двигателя подряд;

4) тепловое реле должно отключить двигатель при стоянке под током в течение 8…12 секунд с холодного состояния.

При выборе тепловых реле уставка регулятора должна быть принята такой, чтобы номинальный ток (ток статической нагрузки) электродвигателя был равен току уставки (I_у =I_{н ЭД}) и при этом желательно иметь возможность изменять положение регулятора еще на ±10% тока уставки. Это обеспечивает выполнение пунктов 1) и 2).

Время пуска двигателя приближенно определяют по формуле:

, (1.2)

где J_ЭД – момент инерции ротора двигателя, кг·м²; J_МЕХ – момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя, кг·м²; Ω₀ – синхронная скорость вращения двигателя, 1/С; М_п – пусковой момент двигателя, Нм; k - коэффициент, принимаемый равным 0,4 при вентиляторной нагрузке и 1,0 при нагрузке, не зависящей от скорости; М_{н ст} – момент статической нагрузки, Нм, соответствующий номинальному режиму двигателя. Среднеквадратичный ток двигателя при пуске (ток срабатывания) принимают равным 0,8 I_пЭД, где I_пЭД – пусковой ток двигателя. Приведенная формула позволяет определить время пуска с точностью, достаточной для выбора тепловых реле.

По временной характеристике теплового реле для относительного значения ( – отношение тока срабатывания к току уставки реле I_у) определяем расчетное время срабатывания теплового реле с холодного состояния t_хол. Минимальное время срабатывания теплового реле в нагретом состоянии определяем по формуле:

, (1.3)

где k₂ – отношение тока срабатывания к току двигателя в нагретом состоянии .

Найденное время t_гор должно быть больше 2 t_п. В противном случае должна быть изменена уставка реле и введено ограничение на значение допустимой статической нагрузки двигателя.

Проверка защиты двигателя при обрыве цепи фазы статора осуществляется путем определения возможности срабатывания реле по его временной характеристике. При неизменном моменте статической нагрузки двигателя в случае обрыва фазы ток возрастает и составляет 1,75…1,85 от тока трехфазного режима. Если двигатель до обрыва фазы работал в номинальном режиме, он гарантированно отключится от питающей сети по перегрузке, так как > . Для электродвигателей, работающих в кратковременном и повторно-кратковременном режимах, как правило, защита от перегрузки не выполняется. Однако, если возникает такая необходимость при циклической работе с часто повторяющимися пусками находят значение среднеквадратичного тока нагрузки двигателя и по нему выбирают реле аналогично электроприводам продолжительного режима работы с той лишь разницей, что проверку на несрабатывание производят для четырех пусков подряд.