Реле защиты трехфазного двигателя от перегрузки и перегрева: особенности и принципы работы

Современные электродвигатели являются важнейшими элементами практически всех промышленных систем, начиная от производства и заканчивая бытовой техникой. Однако, несмотря на их надежность и долговечность, они подвержены различным видам повреждений, таких как перегрев, перегрузка, контакте замыкание и т.д. Для предотвращения этих проблем используются специальные устройства – реле защиты двигателя (УЗД). Они обеспечивают автоматическое отключение двигателя при возникновении критических условий эксплуатации, тем самым предотвращая серьезные поломки и аварии.

Внешний вид и функциональные возможности реле защиты двигателя могут отличаться в зависимости от производителя и модели. Приведенный ниже пример представляет собой устройство защиты трехфазного асинхронного электродвигателя (УЗД-1) от компании «НТК Приборэнерго»:

В данной статье мы рассмотрим общие особенности и принципы работы реле защиты для трехфазных двигателей, а также их роль в обеспечении безопасности и надежности оборудования.

Какие повреждения предотвращает реле защиты двигателя

Электродвигатели представляют собой сложные механизмы, подверженные различным видам повреждений, которые могут привести к выходу из строя всего агрегата. Чтобы избежать подобных ситуаций, применяются различные средства защиты, среди которых особое место занимает реле защиты электродвигателя. Давайте разберемся, какие конкретно повреждения оно помогает предотвратить.

Пример сгорания обмотки электродвигателя (наиболее частая поломка):

Перегрев двигателя

Одним из наиболее распространенных видов повреждений электродвигателя является его перегрев. Он может возникать по разным причинам:

• Недостаточная вентиляция или неисправность системы охлаждения.

• Работа двигателя с повышенной нагрузкой длительное время.

• Повышенное сопротивление в электрической цепи.

При перегреве обмотка двигателя может выйти из строя, что приведет к необходимости дорогостоящего ремонта или полной замены агрегата. Реле защиты двигателя от перегрева реагирует на повышение температуры устройства и автоматически отключает его, пока условия эксплуатации не вернутся в норму.

Перегрузка двигателя

Перегрузка двигателя возникает, когда он работает с токами, превышающими номинальные значения. Причинами перегрузки могут быть:

• Превышение механической нагрузки на вал двигателя.

• Ошибка в системе управления двигателем.

• Неправильное подключение или короткое замыкание в цепи питания.

Работа двигателя в режиме перегрузки ведет к повышенному выделению тепла, что увеличивает риск выхода из строя изоляции обмоток. Реле защиты двигателя от перегрузки контролирует уровень тока в устройстве и при превышении установленных значений отключает 3 фазный асинхронный двигатель, защищая от возможных повреждений.

Короткое замыкание

Короткое замыкание — это ситуация, при которой электрическая цепь замыкается без прохождения через нагрузку. Это может происходить внутри самого двигателя или в питающей цепи. Короткое замыкание сопровождается резким увеличением тока, что может привести к разрушению обмоток двигателя и другим серьезным повреждениям.

Реле защиты двигателя от короткого замыкания мгновенно реагирует на возникновение неполадок, отключая питание 3 фазного асинхронного двигателя и предотвращая дальнейшее распространение повреждений.

Понижение или повышение напряжения

Изменение уровня напряжения в сети также может негативно сказываться на работе двигателя. Слишком низкое напряжение приводит к снижению мощности двигателя и увеличению тока, что может вызвать перегрев. Высокое напряжение, наоборот, может повредить изоляцию обмоток и привести к коротким замыканиям.

Реле защиты трехфазного двигателя от пониженного или повышенного напряжения следит за уровнем напряжения в сети и при отклонениях от нормы отключает прибор, предотвращая возможные повреждения.

Исчезновение напряжения

Исчезновение напряжения в сети — еще одно потенциально опасное явление. При внезапном пропадании питания двигатель может остановиться, но после восстановления подачи электричества произойдет так называемый «холодный пуск», который может привести к перегрузке и повреждению.

Реле защиты трехфазного двигателя от исчезновения напряжения обеспечивает плавный запуск после восстановления питания, снижая вероятность возникновения повреждений.

Общий принцип работы реле защиты двигателя

Реле защиты предназначены для автоматического отключения электродвигателя при достижении критических значений температуры или тока. Рассмотрим основные типы реле защиты и их работу.

Тепловое реле защиты двигателя

Термореле используются для защиты двигателя от перегрева. Реле тепловой защиты реагируют на изменение температуры обмоток двигателя. Существует несколько типов термореле, основные из них:

1. Биметаллические термореле

Биметаллическое термореле состоит из двух металлических пластин с разными коэффициентами теплового расширения. Когда температура повышается, одна из пластин расширяется сильнее другой, вызывая изгиб всей конструкции. Этот изгиб приводит к размыканию контактов, что вызывает отключение двигателя.

2. Электронные термореле

Электронные термореле используют датчики температуры, такие как термопары или термисторы, для измерения температуры обмоток двигателя. При достижении заданного порога температуры электронная схема посылает сигнал на реле, которое отключает питание двигателя.

Токовые реле

Токовые реле защищают двигатель от перегрузок. Они измеряют ток, проходящий через обмотки двигателя, и при превышении установленного порога срабатывают, отключая питание.

1. Электромагнитные токовые реле

Электромагнитные токовые реле содержат катушку индуктивности, через которую проходит ток двигателя. При увеличении тока выше определенного уровня магнитное поле катушки становится достаточно сильным, чтобы притянуть подвижный контакт и разомкнуть цепь питания двигателя.

2. Электронные токовые реле

Электронные токовые реле используют полупроводниковые элементы для измерения тока. При превышении порогового значения токовая защита срабатывает и отключает двигатель.

Комбинированные реле защиты электродвигателя

Комбинированные реле объединяют функции термореле и токовых реле в одном устройстве. Они позволяют одновременно контролировать температуру и ток двигателя, обеспечивая комплексную защиту от перегрева и перегрузки.

Принцип работы реле защиты двигателя производства «НТК Приборэнерго»

Российская промышленность требует использования надежных и эффективных средств защиты электрических машин, особенно двигателей. Одним из таких устройств является устройство защиты трехфазного асинхронного электродвигателя УЗД-1/УЗД-2/УЗД-3, разработанное компанией «НТК Приборэнерго».

Пример УЗД-2:

Конструктивно устройство защиты состоит из пластмассового корпуса и двух трансформаторов тока, которые установлены на DIN – рейке. Силовые проводники проходят через трансформаторы тока. Печатные платы, на которых собрана схема устройства и установлены светодиоды сигнализации, размещены внутри корпуса. Выводы устройства защиты допускают присоединение до двух внешних медных проводов сечением не более 2 мм2

Основные задачи:

• Защиты от перегрузки по току (время-токовая защита);

• Защиты от обрыва фазы;

• Защиты от нарушения изоляции, как обмотки статора, так и токоведущих проводов от пускателя до двигателя;

• Отключения двигателя по команде с датчика внешнего технологического оборудования с «сухим» замыкающим контактом;

• Защиты от перегрева двигателя (или технологического оборудования) по сигналу с датчика температуры;

• Контроля и защиты от превышения максимального тока двигателя (стопор), с выдачей сигнала («сухой» нормально замкнутый контакт);

• Дистанционного контроля сигналов срабатывания первых трех защит («сухой» нормально разомкнутый контакт);

• Анализа аварийной ситуации по световым индикаторам, с сохранением информации при наличии даже одной питающей фазы сети.

Принцип работы:

Принцип действия устройства защиты основан на обработке сигналов от термодатчиков и встроенных датчиков тока, включенных в две фазы двигателя, выработке управляющего сигнала и размыкании контакта выходного реле в цепи катушки пускателя (контактора), коммутирующего двигатель.

В рабочем режиме, т.е. когда контролируемые параметры находятся в норме, контакты основного и дополнительного промежуточных реле замкнуты и замкнута цепь питания пускателя или другого коммутационного аппарата.

Принцип действия канала защиты от пуска двигателя при недопустимом снижении сопротивления изоляции основан на сравнении части фазного напряжения сети, снимаемой с делителя напряжения, образованного резистором, шунтирующим контакт пускателя этой фазы, и сопротивлением изоляции двигателя.

В канале защиты от перегрузки двигателя по току с помощью двух трансформаторов тока, включенных в двух фазах питающей сети, и выпрямителя формируется постоянное напряжение, пропорциональное фазным токам электродвигателя. Это напряжение нормируется по величине на выходе выпрямителя с помощью перемычек («джамперов») и сравнивается с эталонным на входе интегратора. При превышении током его номинального значения эталонное напряжение становится меньше измеряемого. На выходе интегратора начинается изменение сигнала со скоростью, пропорциональной кратности превышения номинального значения тока и обратно пропорционального постоянной времени интегратора. При достижении этим напряжением определенного порогового значения происходит переключение триггерного элемента и срабатывание реле.

Канал защиты при обрыве или недопустимом перекосе фаз использует тот же сигнал с датчиков тока. Принцип действия канала основан на сравнении выпрямленного напряжения датчиков тока и части того же напряжения, но отфильтрованного. При обрыве одной из фаз питающей сети выпрямленное напряжение будет содержать в пульсации с частотой 100 Гц, а величина отфильтрованного напряжения будет практически неизменна. Сравнение этих сигналов формирует на выходе компаратора импульсы, поступающие на интегратор, который формирует выдержку времени. При достижении сигнала на выходе интегратора порогового значения происходит переключение триггерного элемента и срабатывание реле.

В основу выполнения тепловой защиты положен метод измерения сопротивления позисторов (датчиков температуры), установленных в обмотках статора двигателя, и сравнения его величины с заданной уставкой, настроенной на допустимую температуру нагрева обмоток.

Канал контроля по току нагрузки механизма аналогичен каналу защиты от перегрузки двигателя по току и работает от тех же трансформаторов тока, но со своим нормирующими перемычками, задающими уставки тока нагрузки механизма. Напряжение на выходе выпрямителя датчика тока сравнивается с эталонным напряжением и подается на интегратор с малой выдержкой времени. Канал воздействует на свое дополнительное промежуточное электромагнитное реле с выходным размыкающим контактом, при этом триггерный элемент отсутствует, и реле не становится на самоблокировку.

Применение реле защиты в промышленности

В промышленности реле защиты играют ключевую роль в обеспечении безопасной и надежной работы оборудования. Вот некоторые примеры применения:

• Металлургия. Двигатели, используемые в металлургической промышленности, часто работают в условиях высоких температур и нагрузок. Реле защиты помогают предотвратить выход из строя дорогостоящего оборудования.

• Нефтегазовая отрасль. В нефтегазовой отрасли двигатели часто эксплуатируются в экстремальных условиях, где важна высокая надежность и безопасность. Реле защиты предотвращают аварийные ситуации и минимизируют риски.

• Энергетика. В энергетике двигатели используются для генерации электроэнергии. Любые сбои в работе двигателей могут привести к серьезным последствиям, поэтому применение реле защиты является обязательным.

Купить реле защиты двигателя

Реле защиты трехфазного двигателя играют ключевую роль в обеспечении его безопасной и эффективной работы. Они предотвращают такие опасные явления, как перегрев, перегрузка, короткие замыкания и скачки напряжения, что существенно продлевает срок службы двигателя и снижает затраты на его обслуживание и ремонт. Современные технологии, применяемые в производстве реле защиты, позволяют достигать высокой точности измерений и быстрой реакции на аварийные ситуации.

Реле защиты можно приобрести у различных производителей, одним из которых является российская компании «НТК Приборэнерго» . Продукция отличается рядом преимуществ:

• Высокая надежность: Уделяется большое внимание качеству изделий, что гарантирует длительный срок службы и устойчивость к внешним воздействиям.

• Соответствие российским стандартам: Изделия, произведенные в России, полностью соответствуют требованиям отечественных стандартов и нормативов, что упрощает их внедрение в отечественные промышленные системы.

• Поддержка отечественного производителя: Покупка продукции российских компаний способствует развитию национальной экономики и созданию новых рабочих мест.

Доступность сервисного обслуживания: Близость производственных мощностей и наличие развитой сети сервисных центров облегчает процесс технического обслуживания и ремонта оборудования.

Таким образом, выбор реле защиты от российского производителя, такого как «НТК Приборэнерго», является разумным решением для обеспечения надежной и эффективной защиты трехфазных двигателей в различных отраслях промышленности.