Автоматический выключатель для защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

При подборе автоматических выключателей, способных защитить электрические моторы от повреждения в результате КЗ или чрезмерно высоких нагрузок, необходимо учитывать большую величину пускового тока, нередко превышающую номинал в 5-7 раз. Наиболее мощным стартовым перегрузкам подвержены асинхронные силовые агрегаты, обладающие короткозамкнутым ротором. Поскольку это оборудование широко применяется для работы в производственных и бытовых условиях, то вопрос защиты как самого устройства, так и питающего кабеля очень актуален. В этой статье речь пойдет о том, как правильно рассчитать и выбрать автомат защиты электродвигателя.

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Бытовую электротехнику от пусковых токов большой величины в сетях обычно защищают с помощью трехфазных автоматических выключателей, срабатывающих через некоторое время после того, как величина тока превысит номинальную. Таким образом, вал мотора успевает раскрутиться до нужной скорости вращения, после чего сила потока электронов снижается. Но защитные устройства, используемые в быту, не имеют точной настройки. Поэтому выбор автоматического выключателя, позволяющего защитить асинхронный двигатель от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания, более сложен.

Современные автоматы для защиты двигателя нередко устанавливаются в общем корпусе с пускателями (так называются коммутационные устройства запуска мотора). Они предназначены для выполнения следующих задач:

• Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
• Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
• Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

• Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
• Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
• Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
• Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.

Необходимо также учитывать, что автомат для защиты электродвигателя должен быть совместим с контрольными и управляющими механизмами.

Параметры автоматических выключателей

Необходим правильный подбор номинала Функция защитного автомата заключается в том, чтобы защищать электрическую проводку до того, как ток превысит допустимое значение. Это означает, что автоматический выключатель по току выбирается всегда меньшим, чем допустимый длительный ток электрической проводки.

Поэтому алгоритм выбора защитного автомата сводится к таким действиям:

• В первую очередь следует рассчитать толщину провода для конкретного участка, в зависимости от величины нагрузки.
• По таблице находится, какой силы ток выдерживают провода, в зависимости от сечения.
• Из всех имеющихся номиналов автоматов выбирается наиболее близкий по параметрам, но меньший, чем нагрузочная способность проводов. Номиналы автоматов имеют привязку к показателям длительного допустимого тока проводов и кабелей.

В качестве примера

Алгоритм выбора, не связан ни с какими сложностями и эффективно работает. Ниже представлена таблица, в которой отмечены максимальные величины электрического тока для проводников, которые прокладываются в домах или в квартирах. В этой же таблице в отдельной графе отмечены автоматы с номинальным рабочим током, которые рекомендовано применять в цепях таких проводников. Чтобы электропроводка не перегревалась и нормально работала, выбираются автоматы с показателями рабочего тока, которые меньше допустимых значений рабочего тока электропроводки.

Сначала следует подобрать сечение провода. Оно выбирается согласно расчетам, исходя из величины нагрузки. Например, чтобы запитать одну из нагрузок, по расчету нужно взять проводник, сечением 2,5 мм квадратных. Из таблицы видно, что этот проводник без проблем выдерживает ток до 27 ампер. Здесь же можно увидеть, что для защиты данного проводника следует установить автомат с рабочим током в 16 А.

Цепь работает следующим образом: до достижения 16 ампер, автомат работает нормально, как и электропроводка. Если ток начинает увеличиваться до определенной величины, автоматический выключатель начинает на него реагировать. Начинает работать тепловая защита. Чем больше превышается рабочий ток автомата, тем быстрее сработает защита. В случае короткого замыкания в сети, автоматический выключатель отключается мгновенно, поскольку защита от коротких замыканий и тепловая защита работают по-разному принципу.

Как рассчитать мощность потребителя

Как правило, характеристики автоматических выключателей выбираются в зависимости от мощности нагрузки. Проще сделать расчеты, если к электрической линии подключен только один электроприбор. Как правило, к одной линии подключают мощные бытовые приборы, а их потребляемая мощность всегда указывается в паспорте. Сложнее с линиями, к которым время от времени подключаются различные бытовые приборы, например, пылесосы, электроутюги, кухонные комбайны и т.д.

Но если учесть, что их работа кратковременная, то электропроводка выбирается в зависимости от того, сколько таких приборов может работать одновременно. Что касается вводного автомата, то он выбирается в зависимости от суммарной мощности всех потребителей. Можно воспользоваться простой формулой, а можно воспользоваться данными, указанными в паспорте. Как правило, в паспорте указывается не только мощность электроприбора, но и его реальный рабочий ток.

Формула расчета мощности потребителя

После того, как определена величина нагрузок, выбирается соответствующий автоматический выключатель по рабочему току. Его номинал может быть намного меньше или немного больше, но в любом случае он должен защищать электропроводку и его показатели не должны завышаться, по отношению к допустимому току электрических проводов.

Как правило, стараются выбирать электрические провода с запасом, хотя и здесь следует придерживаться разумных пределов. В таком случае, автоматы выбираются по току нагрузки и также с запасом, хотя также в разумных пределах. Автомат всегда должен выдерживать ток нагрузки, с некоторым запасом, или же работа приборов окажется не устойчивой и автомат может в любой момент отключить такую нагрузку, что совсем неправильно.

Расчет автомата для электродвигателя

Еще недавно для защиты электрических моторов использовалась следующая схема: внутри пускателя устанавливался тепловой регулятор, подключенный последовательно с контактором. Этот механизм работал таким образом. Когда через реле в течение длительного времени проходил ток большой величины, происходил нагрев установленной в нем биметаллической пластины, которая, изгибаясь, прерывала контакторную цепь. Если превышение установленной нагрузки было кратковременным (как бывает при запуске двигателя), пластинка не успевала нагреться и вызвать срабатывание автомата.

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

Главным минусом такой схемы было то, что она не спасала агрегат от скачков напряжения, а также дисбаланса фаз. Сейчас защита электрических силовых установок обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. А теперь перейдем к вопросу о том, как производится расчет автомата, который нужно установить в цепь электромотора.

Чтобы подобрать защитный автоматический выключатель для электроустановки, необходимо знать его времятоковую характеристику, а также категорию. Времятоковая характеристика от номинального тока, на который рассчитан АВ, не зависит.

Чтобы автоматический выключатель не срабатывал каждый раз при запуске мотора, величина пускового тока не должна быть больше той, которая вызывает моментальное срабатывание аппарата (отсечка). Соотношение тока запуска и номинала прописывается в паспорте оборудования, максимально допустимое – 7/1.

Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом Kн. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина Kн составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле Iотс ≥ Kн х Iпуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.

Еще одна величина, которую необходимо учитывать при подборе, когда автомат монтируется в электрощитке или специальном шкафу – температурный коэффициент (Кт). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (In/Кт).

Недостатки и сфера применения контактора

У контактора для нас были следующие недостатки:

1. При пониженном управляющем напряжении 220В, расходятся контакты и образуется дуга, что приводит к отгоранию или залипанию контактов.
2. Издаёт звуки (жужжит).
3. Греется.
4. Постоянно потребляет электричество.

Контакторы хорошо применять для частого включения/выключения мощной нагрузки (насосы, бойлеры и т.п.), но если вам нужно что-то включать редко и на долго (мы можем включить дом и выключить только через несколько месяцев), то лучше использовать подобное оборудование — моторный привод.

И как всегда, мы решили обкатать на себе моторный привод для автоматических выключателей EKF AV-M1 и случаев успеха, предложить его соседям.

Моторный привод работает только в составе автоматов и УЗО компании EKF серии AVERES.

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Большой популярностью пользуются модульные мотор-автоматы, представляющие собой универсальные устройства, которые успешно справляются со всеми функциями, описанными выше.

Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.

Современные мотор-автоматы представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга по внешнему виду, характеристикам и способу управления. Как и при подборе обычного аппарата, нужно знать величину пускового, а также номинального тока. Кроме этого, надо определиться, какие функции должно выполнять защитное устройство. Произведя нужные расчеты, можно покупать мотор-автомат. Цена этих устройств напрямую зависит от их возможностей и мощности электрического мотора.

Автоматические выключатели

Каждому, кто сталкивался с электропроводкой, приходилось слышать об автоматических выключателях или автоматах

В первую очередь грамотный электрик всегда посоветует отнестись к выбору столь важной части электросети с особой щепетильностью. Так как впоследствии именно этот нехитрый прибор может избавить от многих неприятностей

Совершенно неважно, какого рода проводятся электромонтажные работы — ложится ли новая проводка в только что построенном доме, заменяется старая, модернизируется щиток или прокладывается отдельная ветка для слишком энергоёмких приборов — в любом случае особое внимание необходимо уделить подбору автомата по мощности и прочим параметрам

Предназначение устройства

Любой современный автомат имеет две степени защиты. Это означает, что помочь он сможет в двух, наиболее распространённых ситуациях.

1. Первая, подразумевает перегрев проводки в результате прохождения по ней токов, больше номинальных. К чему это может привести, догадаться несложно: перегорание кабеля, а в итоге короткое замыкание или вообще возгорание.
2. Вторая ситуация, предотвратить которую способен автоматический выключатель, это короткое замыкание, вследствие которого сила тока в цепи может увеличиваться на огромные значения, а это чревато в лучшем случае выходом из строя всего электрооборудования. В худшем — возгоранием электротехники, а от неё и всего помещения. Говорить же о целостности проводки и вовсе не приходится.

Таким образом, автомат способен защитить не только личное имущество, но в некоторых случаях и жизнь. Хотя для этого необходимо провести грамотный расчёт автоматического выключателя по мощности и ряду других параметров. А также не стоит брать автомат «с запасом», так как при критических значениях токов в сети он банально может не сработать, что равнозначно его отсутствию.

Принцип работы

Основной задачей защитного выключателя является отсечение подачи электрического тока от подающего кабеля в сеть потребителя. Происходит это благодаря расцепителям, находящимся в теле автомата. Причём существуют два вида таких частей:

1. Электромагнитные, представляющие собой катушку, пружину и сердечник, который при превышении номинальных токов втягивается и через пружину разъединяет контакты. Происходит это практически мгновенно — от 0,01 до 0,001 секунды, что способно обеспечить надёжную защиту.
2. Биметаллические тепловые — срабатывают при прохождении токов, превышающих предельные значения. При этом биметаллическая пластина, являющаяся основой такого расцепителя, изгибается и происходит разрыв контактов.

Виды АВ и их особенности

Учитывая разнообразие электросетей и определённых ситуаций, автоматы могут быть разных видов. Принцип их работы ничем существенным не отличается — срабатывают всё те же расцепители, но в зависимости от ситуации и ряда других нюансов используют разные их вариации.

Так, для стандартной однофазной сети напряжением 220 вольт выпускаются однополюсные и двухполюсные АВ. Первые способны разрывать лишь один провод — фазу. Вторые могут работать и с фазой, и с нулём. Безусловно, предпочтительнее использовать второй вариант. Особенно, если дело касается помещений с повышенной влажностью. Конечно, и однополюсный автомат вполне справится со своей задачей, но могут возникнуть ситуации, когда перегоревшие провода замкнут между собой. В таком случае, естественно, фаза будет отсечена, но вот нулевой провод окажется под напряжением, что может быть крайне опасно.

Для трёхфазных сетей напряжением 380 вольт используются трёх- или четерёхполюсные автоматы. Устанавливать их необходимо и на входе, и непосредственно перед потребителем. Как понятно, такие автоматы отсекают все три фазы, подключённые к ним. В редких случаях возможно использование одно- или двухполюсных защитных устройства для отсекания, соответственно, одной или двух фаз.

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Нередко при включении устройств, мощность которых превышает 100 кВт, напряжение в общей сети падает ниже минимального. При этом отключения рабочих силовых агрегатов не происходит, но количество их оборотов снижается. Когда напряжение восстанавливается до нормального уровня, мотор начинает заново набирать обороты. При этом его работа происходит в режиме перегрузки. Это называется самозапуском.

Самозапуск иногда становится причиной ложного срабатывания АВ. Это может произойти, когда до временного падения напряжения установка в течение длительного времени работала в обычном режиме, и биметаллическая пластина успела прогреться. В этом случае тепловой расцепитель иногда срабатывает раньше, чем напряжение нормализуется. Пример падения напряжения в электросети автомобиля на следующем видео:

Чтобы предотвратить отключение мощных заводских электромоторов при самозапуске, используется релейная защита, при которой в общую сеть включаются токовые трансформаторы. К их вторичным обмоткам подключаются защитные реле. Эти системы подбираются методом сложных расчетов. Приводить здесь мы их не будем, поскольку на производстве эту задачу выполняют штатные энергетики.

Определяемся с номиналом

Собственно, из функций защитного автомата и следует правило определения номинала автомата защиты: он должен срабатывать до того момента, когда ток превысит возможности проводки. А это значит, что токовый номинал автомата должен быть меньше чем максимальный ток, который выдерживает проводка.

На каждую линию требуется правильно выбрать автомат защиты

Исходя из этого, алгоритм выбора автомата защиты прост:

• Рассчитываете сечение проводки для конкретного участка.
• Смотрите, какой максимальный ток выдерживает данный кабель (есть в таблице).
• Далее из всех номиналов защитных автоматов выбираем ближайший меньший. Номиналы автоматов привязаны к допустимым длительным токам нагрузки для конкретного кабеля — они имеют немного меньший номинал (есть в таблице). Выглядит перечень номиналов следующим образом: 16 А, 25 А, 32 А, 40 А, 63 А. Вот из этого списка и выбираете подходящий. Есть номиналы и меньше, но они уже практически не используются — слишком много электроприборов у нас появилось и имеют они немалую мощность.

Пример

Алгоритм очень прост, но работает безошибочно. Чтобы было понятнее, давайте разберем на примере. Ниже приведена таблица в которой указаны максимально допустимый ток для проводников, которые используют при прокладке проводки в доме и квартире. Там же даны рекомендации относительно использования автоматов. Они даны в колонке «Номинальный ток автомата защиты». Именно там ищем номиналы — он немного меньше предельно допустимого, чтобы проводка работала в нормальном режиме.

В таблице находим выбранное сечение провода для данной линии. Пусть нам необходимо проложить кабель сечением 2,5 мм2 (наиболее распространенный при прокладке к приборам средней мощности). Проводник с таким сечением может выдержать ток в 27 А, а рекомендуемый номинал автомата — 16 А.

Как будет тогда работать цепь? До тех пор, пока ток не превышает 25 А автомат не отключается, все работает в штатном режиме — проводник греется, но не до критических величин. Когда ток нагрузки начинает возрастать и превышает 25 А, автомат еще некоторое время не отключается — возможно это стартовые токи и они кратковременны. Отключается он если достаточно длительное время ток превысит 25 А на 13%. В данном случае — если он достигнет 28,25 А. Тогда электропакетник сработает, обесточит ветку, так как это ток уже представляет угрозу для проводника и его изоляции.

Расчет по мощности

Можно ли выбрать автомат по мощности нагрузки? Если к линии электропитания будет подключено только одно устройство (обычно это крупная бытовая техника с большой потребляемой мощностью), то допустимо сделать расчет по мощности этого оборудования. Так же по мощности можно выбрать вводный автомат, который устанавливается на входе в дом или в квартиру.

Если ищем номинал вводного автомата, необходимо сложить мощности всех приборов, которые будут подключены к домовой сети. Затем найденная суммарная мощность подставляется в формулу, находится рабочий ток для этой нагрузки.

Формула для вычисления тока по суммарной мощности

После того, как нашли ток, выбираем номинал . Он может быть или чуть больше или чуть меньше найденного значения. Главное, чтобы его ток отключения не превышал предельно допустимый ток для данной проводки.

Когда можно пользоваться данным методом? Если проводка заложена с большим запасом (это неплохо, кстати). Тогда в целях экономии можно установить автоматически выключатели соответствующие нагрузке, а не сечению проводников

Но еще раз обращаем внимание, что длительно допустимый ток для нагрузки должен быть больше предельного тока защитного автомата. Только тогда выбор автомата защиты будет правильным

Принцип действия

После подключения к трёхфазному автомату силовой и нагрузочной электрических линий его включают с помощью перевода рычажка в верхнее положение. В результате происходит зацепление рычага через защёлку с включающим контактом. Образованное соединение обеспечивается за счёт смещения подвижной контактной группы относительно их держателя.

При нормальной ситуации ток проходит через соприкосновение силового и подвижного контакта. Затем поступает на биметаллическую пластину и обмотку соленоида, а с неё уже попадает на клемму и подключённую к автомату нагрузку.

Если через выключатель начинает протекать ток со значением, превышающим допустимое, то биметаллическая пластина начинает нагреваться. Из-за разного теплового расширения металлов она изгибается, разрывая в итоге контакт. Сила тока, при котором происходит разрыв соединения, зависит от толщины пластины. Термомагнитный расцепитель характеризуется медленной работой, хотя и может фиксировать даже небольшие изменения величины тока. Его настройка осуществляется на заводе с помощью изменения расстояния между пластиной и подвижным контактом. Для этого используется регулировочный винт.

Но для тока, который мгновенно увеличивает своё значение, скорость реакции биметаллической пластины будет крайне низкой, поэтому вместе с ней используется и соленоид. В нормальном состоянии сердечник выталкивается пружиной и замыкает контакт автомата. При аномальном значении сигнала в витках катушки стремительно увеличивается магнитное поле, потоки которого втягивают сердечник внутрь, преодолевая действие пружины, а это приводит к разрыву цепи.

Срабатывание электромагнитного расцепителя происходит за доли секунды, при этом на токи, незначительно превышающие номинальные, он не реагирует. Одновременно с разъединением всей трёхфазной линии опускается и рычажок, который опять понадобится перевести в верхнее положение для подключения нагрузки к сети.

Конструкция защитного модуля

Несмотря на широкий ассортимент продукции, предлагаемый различными производителями, конструкции автоматических выключателей подобны друг другу. Корпус прибора выполняется из диэлектрика, устойчивого к температурам, и не поддерживает горение. На передней панели располагается рычажок ручного управления, а также наносятся основные технические характеристики.

Конструктивно корпус состоит из двух половинок, скрученных между собой болтами. В середине его находятся следующие элементы:

1. Клеммы подключения — предназначены для обеспечения надёжного соединения с входящей и выходящей электрической линией.
2. Подвижный и неподвижный силовой вывод — эти контакты служат для замыкания или размыкания нагрузочной цепи с силовой.
3. Искрогасительная камера — при резком размыкании контактов между ними образуется дуга достаточно большой мощности, способная привести к повреждению элементов модуля. Поэтому для её гашения используется специальная камера, состоящая из вертикальных пластин, установленных в шахматном порядке. Искра, проходя через них, теряет свою мощность, а затем полностью гасится.
4. Тепловой и электромагнитный расцепитель — именно их реакция на изменения параметров электрической линии и приводит к срабатыванию прибора защиты.
5. Рычажный переключатель — используется ручной рычаг, взведение которого замыкает входящую и выходящую линию.
6. Регулировочный винт — устанавливает порог срабатывания модуля. Настраивается в заводских условиях.
7. Канал для выхода газов — при гашении искры тепловая энергия преобразуется в газ, который и выводится из устройства через специально сконструированный лабиринт.

Именно конструкции расцепителей обеспечивают почти моментальное срабатывание автоматического выключателя. Электромеханический контакт реагирует на возникновение в защищаемой им цепи тока, параметры которого превышают номинальное значение. В конструкцию расцепителя входит катушка индуктивности с сердечником, положение которой фиксируется пружиной, а уже она связана с подвижным силовым контактом. Обмотки соленоида включаются последовательно нагрузке. Тепловой расцепитель представляет собой спрессованную полоску из двух металлов с разной теплопроводностью (биметаллическая пластина).

Подключение двигателя прямого пуска, выбор всех компонентов

Практически в каждом объекте присутствуют двигатели, которые необходимо подключить. Основную массу электродвигательного оборудования составляют вентиляторы и насосы. Я думаю вы обратили внимание, что у меня в шапке блога показано как раз такое подключение. В этой заметке мы произведем подключение электрического двигателя.

1 Рассчитываем потребляемый ток двигателя.

Потребляемый ток зависит от мощности, напряжения, коэффициента мощности и коэффициента полезного действия. В некоторых каталогах, например насосы Wilo, кроме мощности в характеристиках можно найти и потребляемый ток.

Для расчета тока двигателя можно воспользоваться моей программкой. Там все очень просто. Подставляем данные и получаем расчетный ток двигателя. Скачать мою программу для расчета тока двигателя можно по .

2 Определяем каким образом у нас будет включаться двигатель.

Как правило, для управления двигателем используют электромагнитный пускатель. Электромагнитный пускатель позволяет управлять двигателем при необходимости с двух и более мест. Например, общая вентсистема на два этажа.

Номинальный ток и напряжение питания катушки управления

Номинальный ток — наиболее значимый параметр, подбираемый по мощности потребителя. Главный вопрос: как правильно считать? Любой электродвигатель при запуске кратковременно выдает мощность, часто в 5-7 раз превышающую номинальную. Тем не менее такая нагрузка сохраняется долю секунды и на работу расцепителя не влияет

Исходя из этого, берем во внимание только номинальную мощность

Для определения номинала необходимо рассчитать In . В этом нам поможет формула из учебника по физике: In = P/(U √3xcosφ), где P — мощность (Вт), U — напряжение (В), а cosφ- коэффициент мощности двигателя.

Для наглядности рассмотрим конкретный пример: предположим, что у Вас трехфазный станок на 5,5 кВт c cosφ= 0,8 (данное значение записано в паспорте электрооборудования). При включении, по сети будет протекать:

5500Вт / (380Вx√3×30,8)= 10,6А.

К полученному значению еще необходимо прибавить 30% запаса, в итоге оптимальным номиналом будет 13А.

Например, если In будет равен 11,8А, ни в коем случае нельзя брать модель на 12А, иначе при увеличении мощности она сгорит.

Электропитание катушки управления подбирается по двум критериям: тип электротока (переменный или постоянный) и напряжение (от 12В до 440В — постоянный, от 12В до 660В — переменный при частоте 50 Гц и от 24В до 660В — переменный при 60 Гц). Существуют также универсальные модели с катушкой работающей и от переменного, и от постоянного тока.

Нюансы при расчёте

Для упрощения нахождения мощности в качестве запаса принято использовать не процентное содержание, а умножение на коэффициент. Это дополнительное число принято считать равным 1,52.

На практике же редко получается нагрузить все три фазы одинаково, поэтому, когда одна из линий потребляет большую энергию, расчёт номинала автоматического выключателя выполняется по мощностям именно этой фазы. В таком случае берётся во внимание наибольшее значение потребляемой энергии и умножается на коэффициент 4,55, и тогда можно будет обойтись без использования таблиц.

Таким образом, при расчёте мощности в первую очередь учитываются параметры электропроводки, а затем и энергия, потребляемая защищаемым автоматом электрооборудования. Здесь берётся во внимание и верное замечание из правил устройства электроустановок (ПУЭ), указывающее, что установленный автоматический выключатель должен обеспечить защиту самого слабого участка цепи.