Функции защиты в цепи двигателя

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Управление и защита двигателя могут обеспечиваться различными способами:

  • Посредством использования устройств защиты от КЗ и электромеханических устройств, таких как:

  -  электромеханические пускатели по стандарту МЭК 60947-4-1;
  -  полупроводниковые пускатели по стандарту МЭК 60947-4-2;
  -  преобразователи частоты по стандарту МЭК 61800.

  • Посредством использования одного устройства управления и контроля, выполняющего все основные функции, по стандарту МЭК 60947-6-2.

В данном документе рассматриваются только цепи двигателя, включая сопутствующие электромеханические устройства, такие как пускатели и средства защиты от КЗ. Устройства по стандарту 60947-6-2, полупроводниковые пускатели и преобразователи частоты рассматриваются только со специальной точки зрения.

Цепь двигателя должна соответствовать требованиям МЭК 60947-4-1 и, главным образом, рассматривается в следующих аспектах:

  • координация между устройствами цепи двигателя МЭК 60947-6-2;
  • класс отключения тепловых реле;
  • категория использования контакторов;
  • координация уровней изоляции.

Примечание: первый и последний пункты выполняются для всех устройств по стандарту МЭК 60947-4-1, поскольку они обеспечивают непрерывность работы.


Стандартизация группы «выключатель + контактор + тепловое реле»

Категории использования коммутационных устройств

Стандарты серии МЭК 60947 определяют категорию использования в соответствии с областью применения коммутационных устройств (см. рис. N63). Каждая категория использования характеризуется одним или несколькими параметрами условий эксплуатации:

  • Токи
  • Напряжения
  • Коэффициент мощности или постоянная времени
  • И, в случае необходимости, другие условия эксплуатации

Необходимо также учесть следующее:

  • Условия подключения и отключения цепи
  • Тип нагрузки (электродвигатель с короткозамкнутым ротором, электродвигатель с фазным ротором, активная нагрузка)
  • Условия включения и отключения нагрузки (вращающийся двигатель, остановленный двигатель, пуск двигателя, торможение противотоком и т.д.)


Ток Категория использования Типовая область применения
Переменный ток AC-1 Неиндуктивные или слабо индуктивные нагрузки, печи сопротивления. Распределительная сеть (освещение, генераторы и т. д.)
AC-2 Электродвигатель с фазным ротором: пуск, останов. Мощное оборудование (подъемник, транспортер, дробильное оборудование, линия прокатки)
AC-3 Электродвигатель с короткозамкнутым ротором: пуск, останов вращающихся двигателей. Управление двигателем (насосы, компрессоры, вентиляторы, станки, конвейеры, прессы и т. д.)
AC-4 Электродвигатель с короткозамкнутым ротором: пуск, торможение противотоком, толчковый режим. Мощное оборудование (подъемник, транспортер, дробильное оборудование, линия прокатки)
Постоянный ток DC-1 Неиндуктивные или слабо индуктивные нагрузки, печи сопротивления
DC-3 Двигатели параллельного возбуждения: пуск, торможение противотоком, толчковый режим, динамическое отключение
DC-5 Двигатели последовательного возбуждения: пуск, торможение противотоком, толчковый режим, динамическое отключение

•  Под торможением противотоком подразумевается останов или быстрое реверсирование двигателя путем переключения питающих соединений двигателя во время его работы.
    Под толчковым режимом подразумевается кратковременное однократное или повторное возбуждение двигателя с целью незначительных смещений приводимого механизма.


Рис. N63 : Категории использования коммутационных устройств в зависимости от областей применения в соответствии со стандартом МЭК 60947-1


Координация между автоматическими выключателями и контакторами

Координация является наиболее эффективной комбинацией различных защит (от перегрузок, коротких замыканий) и контактора. Пускатель электродвигателя представляет собой совокупность защит и контактор, соответствующих определенной мощности нагрузки. Данное устройство обеспечивает наилучшую защиту подключенного к нему оборудования (см. рис. N64).

При этом одновременно достигаются две цели – уменьшается как количество оборудования, так и стоимость технического обслуживания, поскольку различные защиты взаимно дополняют друг друга.


Рис N64.jpg


Рис. N64 : Основы координации


Различные типы координации

Стандарт МЭК 60947-4-1 определяет два типа координации (тип 1 и тип 2), которые устанавливают максимально допустимые пределы ухудшения рабочих параметров коммутационного устройства в случае короткого замыкания.

  • Координация по типу 1:

Наиболее распространенный тип координации. В случае короткого замыкания контактор или пускатель не должен представлять угрозу для персонала и для установки. После короткого замыкания допускается ухудшение рабочих характеристик пускателя, рабочее состояние пускателя может быть восстановлено после ремонта или замены некоторых частей.

  • Координация по типу 2:

Высокоэффективное решение. В случае короткого замыкания контактор или пускатель не должен представлять угрозу для персонала и для установки. При этом допускается незначительное сваривание контактов пускателя или контактора с условием, что оно может быть легко устранено.
В этом случае производитель должен определить мероприятия, необходимые для технического обслуживания устройства.

  • Предложение некоторых производителей:

Наиболее эффективным решением является “Полная координация”.

В случае короткого замыкания контактор или пускатель не должен представлять угрозу для персонала и для установки и сохранять работоспособность. Не допускается возможность сваривания контактов пускателя или контактора. При этом включение пускателя может происходить немедленно.

Пускатели-контроллеры

Пускатели-контроллеры разработаны, чтобы выполнять функции управления и защиты (от перегрузок и коротких замыканий) одновременно. Кроме того, они позволяют выполнять операции управления в случае короткого замыкания.

Они могут также обеспечить дополнительные функции, такие как изоляция, что максимально расширяет возможности пускателя. Данные устройства соответствуют стандарту МЭК 60947-6-2, который, в частности, определяет технические характеристики и категории использования пускателей-контроллеров (наряду со стандартами МЭК 60947-1 и 60947-4-1).

Защитные функции, выполняемые пускателями-контроллерами, объединены и скоординированы таким способом, что данное устройство может нормально функционировать в диапазоне токов, вплоть до рабочей отключающей способности Ics пускателя-контроллера. Независимо от того, сколько дополнительных модулей входит в состав единого устройства, его технические характеристики не изменяются. Кроме того, гарантируется «полная» координация всех защитных функций, что обеспечивает пользователю оптимальную защиту, которую легко выбрать и применить.

Хотя пускатель-контроллер представляет собой единое устройство, его модульная конструкция обеспечивает большую гибкость, чем традиционный пускатель, состоящий из сборки «выключатель + контактор + тепловое реле». Типичным представителем устройства, описанного выше, является пускатель-контроллер TeSys U (см. рис. N65).


Рис N65.jpg


Рис. N65 : Пример модульного пускателя-контроллера TeSys U


У пускателя-контроллера TeSys U с базовым блоком на 32 А можно в любое время заменить модуль управления и защиты, при этом диапазон токовых уставок будет составлять от 0,15 А до 32 А.

Кроме того, при установке дополнительных модулей, появляются новые функциональные возможности:

  • Силовой блок: блок реверса, ограничитель.
  • Управление:

  -  функциональные модули: аварийно-предупредительная сигнализация, индикация нагрузки двигателя, автоматический возврат в исходное состояние и т.д;
  -  модули связи: AS-I, Modbus, Profibus, Can-Open, и т.д;
  -  модули дополнительных контактов.

Возможные функции связи (см. рис. N66).

Возможные функции: Стандартные блоки управления Усовершенствованные блоки управления Многофункциональные блоки управления
Состояние пускателя      
Аварийно-предупредительная сигнализация      
Сигнализация тепловой перегрузки      
Удаленный перезапуск по сети связи       
Индикация нагрузки двигателя      
Дифференциация аварийного события      
Установка параметров и наличие защитных функций      
Функция «Log file»      
Функция «Monitoring»      
Управление пуском и остановкой      


              Информация, передаваемая по сети связи Modbus для указанной функции


Рис. N66 : Функции связи Tesys U


Какой тип координации выбрать?

Тип координации зависит от параметров эксплуатации и должен выбираться для оптимального удовлетворения потребностей пользователя с учетом стоимости установки.

  • Тип 1

Коммутационное устройство может быть непригодно для дальнейшей эксплуатации после короткого замыкания без ремонта или замены комплектующих.
Применяется, когда не требуется непрерывная работа установки, и она может быть снова запущена в работу после замены неисправных частей.
В этом случае необходимо доступное и квалифицированное техническое обслуживание. Преимуществом является снижение стоимости коммутационного устройства.

  • Тип 2

Необходим только мелкий ремонт после короткого замыкания для дальнейшего использования. Может применяться, когда требуется непрерывная работа установки.
В случае, если требуется немедленный старт двигателя после короткого замыкания, необходима «Полная координация». В этом случае техническое обслуживание не требуется. Различные типы координаций, предлагаемые в каталогах производителей, упрощают пользователям выбор оборудования и гарантируют, что пускатель соответствует стандартам.