3 способа защиты промышленных электродвигателей с помощью реле перегрузки

По данным исследований IEEE по надежности двигателей -, примерно 55 % преждевременных отказов промышленных двигателей происходят из-за термического перенапряжения, и именно здесь функция реле перегрузки в защите двигателя заслуживает своего применения. Реле перегрузки непрерывно контролирует ток двигателя и отключает контактор до того, как изоляция обмотки ухудшится, используя три различных механизма: постоянное обнаружение перегрузки по току, обнаружение -фазового замыкания и моделирование тепловой памяти. Сделайте эти три правильно, и вы перестанете платить за перемотку каждые 18 месяцев.

Что делает реле перегрузки в защите двигателя

Анреле перегрузки — это защитное устройство,-чувствительное к току, установленное в цепи управления двигателем, которое контролирует ток, протекающий к электродвигателю, и автоматически прерывает цепь, когда этот ток слишком долго превышает заданный порог. Его основная задача проста, но очень важна: не допускать достижения обмотками двигателя температуры, приводящей к ухудшению изоляции. На практике функция реле перегрузки в защите двигателя заключается в предотвращении перегрева меди до того, как произойдет необратимое повреждение.

Это ответ из одного-предложения. Теперь давайте раскроем, почему это важно.

Реле перегрузки решают тепловую проблему

Обмотки двигателя покрыты эмалевой изоляцией -, обычно рассчитанной на класс B (130 градусов), класс F (155 градусов) или класс H (180 градусов). Примерно каждые 10 градусов выше рейтингаполовинкиСрок службы изоляции - правило, закрепленное в уравнении Аррениуса и на которое ссылается NEMA MG 1. Таким образом, двигатель класса F, работающий при температуре 20 градусов, не просто «нагревается» -, он теряет около 75% ожидаемого срока службы.

Вот в чем загвоздка: двигатель может потреблять 115 %, 125 % и даже 200 % тока полной- нагрузки (FLA) без немедленного отключения автоматического выключателя. Автоматический выключатель воспринимает этот ток намного ниже порогового значения короткого-замыкания. Тем временем обмотки нагреваются по экспоненте. Этот разрыв - между «нормальным» и «коротким замыканием» - — это именно то место, где находится реле перегрузки.

Что на самом деле чувствует реле

Реле перегрузки не измеряет температуру обмотки напрямую (если только оно не соединено со встроенными термисторами). Вместо этого этомоделинагрев обмотки путем наблюдения за течением тока во времени. Доминируют две технологии:

Тепловые (биметаллические) релеТок - проходит через нагревательный элемент, который сгибает биметаллическую полоску. Когда полоска отклоняется достаточно далеко, контакт размыкается. Дешевый, прочный и автоматически-приспосабливающийся к температуре окружающей среды.

Электронные (твердотельные-реле- Трансформаторы тока питают микропроцессор, который работает по истинной тепловой модели I²t, часто со встроенным обнаружением-обрыва фазы и замыкания на землю-. Более точный, более дорогой и программируемый в более широком диапазоне FLA.

Оба типа реализуют один и тот же принцип, описанный в стандартах IEC и NEMA для защиты двигателя от перегрузки: тепло, выделяемое в двигателе, пропорционально квадрату тока (потери I²R), поэтому время отключения должно значительно сокращаться по мере увеличения тока.

Где он находится в цепи управления двигателем

В стандартном пускателе прямого-он-сетевого пуска (DOL) реле перегрузки подключается после контактора и перед выводами двигателя. Его главные контакты пропускают полный ток двигателя; его вспомогательный контакт (обычно нормально-замкнутый контакт 95-96) подключен к удерживающему элементу контактора-в цепи катушки. При срабатывании реле вспомогательный контакт размыкается, контактор выключается и двигатель обесточивается-обычно в течение 2–30 секунд при полной нагрузке 600 %, в зависимости от класса отключения.

Полевой пример, который запомнился мне

Меня вызвали на станцию ​​очистки сточных вод после того, как двигатель шламового насоса мощностью 75 л.с. сгорел во второй раз за 14 месяцев. Короткий-прерыватель цепи ни разу не сработал. При проверке тепловое реле перегрузки было установлено на 105 А -, но на паспортной табличке двигателя FLA было 92 А, а коэффициент эксплуатации составлял 1,15. Кто-то «поднял» шкалу, чтобы избежать неприятных срабатываний во время запуска. Эта настройка на 14 %-позволяет двигателю работать с постоянной нагрузкой 110 % каждый жаркий полдень. Мы заменили двигатель (4200 долларов США), откалибровали реле на ток 96 А (запас безопасности 1,15 × 92 × 0,90 для электродвигателей SF согласно NEC 430.32), и теперь установка работает 31 месяц без новых сбоев.

Урок: реле перегрузки работает отличнокогда он установлен правильно. По данным исследований надежности двигателей EPRI, примерно 30% отказов промышленных двигателей связаны с тепловой перегрузкой.

Что это не так

Распространенное заблуждение: реле перегрузкинетустройство защиты от короткого-замыкания. Он не устранит неисправность болтового соединения -, за которую отвечает устройство защиты цепи двигателя (MCP) или предохранитель. Оно также не защитит от пробоя изоляции, выхода из строя подшипника или обрыва одной фазы на клеммах двигателя, если только оно не имеет датчика-потеря фазы (большинство электронных реле его имеют; большинство основных биметаллических реле этого не делают).

Думайте о реле перегрузки как о тепловом телохранителе двигателя - узкой миссии, важности для жизни-или-смерти. В следующем разделе описаны три конкретных режима защиты, которые он обеспечивает, и то, как каждый из них соответствует реальному механизму отказа, который вы увидите на заводе.

Функция реле перегрузки для защиты двигателя отображается на панели пускателя DOL.

Три основных способа защиты промышленных двигателей с помощью реле перегрузки

Три механизма защиты выполняют тяжелую работу:устойчивая защита от перегрузки по току, обнаружение потери фазы и дисбаланса тока, икоординация поездки на основе тепловой-памяти-. Вместе они ответственны примерно за 90 % сценариев повреждений, приводящих к выходу из строя трехфазных асинхронных двигателей из-за перегрева - подшипников, разрушения изоляции обмотки статора и поломки стержня ротора. Пропустите любой из них, и вы, по сути, будете эксплуатировать двигатель незастрахованным.

Вот короткая версия перед глубоким погружением:

Функция 1 - Перегрузка по току/тепловая перегрузка:отключает контактор, когда рабочий ток превышает установленное значение FLA (ток при полной нагрузке) на время, достаточное для того, чтобы поставить под угрозу изоляцию обмотки.

Функция 2 - Потеря фазы и дисбаланс:обнаруживает однофазные и асимметричные токи, которые вызывают разрушительный нагрев обратной-последовательности ротора.

Функция 3 - Тепловая память и класс отключения:запоминает предыдущий нагрев, поэтому быстрые перезапуски не могут привести к медленному выходу из строя двигателя, и согласовывает скорость движения с профилем ускорения двигателя.

Функция 1: Непрерывная защита от перегрузки по току

Функция первичного реле перегрузки в защите двигателя отслеживает потребление тока с течением времени - не мгновенно, а интегрированно по кривой I²t. Двигатель, рассчитанный на 20 А FLA, может выдерживать ток 24 А (нагрузка 120 %) в течение нескольких часов, но выдерживает ток 60 А (300 %) только в течение примерно 20 секунд, прежде чем обмотки класса изоляции B или F начнут ухудшаться. Реле преобразует эти тепловые расчеты в решение об отключении.

На моем опыте ввода в эксплуатацию привода конвейера мощностью 75 кВт на цементном заводе мы поймали постепенное ужесточение редуктора.потому чтоэтой функции. Рабочий ток увеличился со 128 А до 141 А за шесть недель -, все еще ниже порога срабатывания 145 А, но электронное реле зафиксировало эту тенденцию. Мы вытащили коробку передач, прежде чем она заклинила. Заклинивание при полной нагрузке означало бы блокировку-ротора, вытягивание 6× FLA и, вероятно, перемотку статора стоимостью около 8000 долларов плюс три дня простоя.

Функция 2: Обнаружение потери фазы и дисбаланса токов

Однофазное-тихое убийца. Когда одна из трех фаз питания выпадает - перегоревший предохранитель, ослабленный наконечник, неисправность сети - нагруженный двигатель продолжает работать на двух фазах, но ток в остальных фазах подскакивает примерно в 1,73 раза для поддержания крутящего момента. Еще более коварно то, что недостающая фаза создает большуюток обратной-последовательностикоторый вращает обратное магнитное поле через ротор, генерируя тепло примерно в 5–6 раз быстрее, чем эквивалентный ток прямой-последовательности.

Базовые биметаллические реле обнаруживают это косвенно (уцелевшие фазы перегревают свои полосы). Современные электронные реле перегрузки измеряют ее напрямую и срабатывают в течение 3 секунд после потери фазы в соответствии с требованиями IEC 60947-4-1. Для подробного описания того, как несбалансированное напряжение повреждает двигатели, можно использовать рекомендации NEMA в NEMA MG 1: один только дисбаланс напряжения на 3,5% сокращает срок службы двигателя вдвое.

Функция 3: Координация тепловой памяти и класса отключения

Здесь дешевая защита и хорошая защита расходятся. После отключения двигателя из-за перегрузки его обмотки становятся горячими. Если вы немедленно выполните сброс и перезапустите, следующее событие перегрузки произойдет быстрее - или должно произойти. Реле степловая памятьсохраняют модель накопленного тепла даже во время периода охлаждения, предотвращая повторные перезапуски и невидимое накопление теплового повреждения.

Класс отключения определяеткак быстрореле срабатывает при 600 % от FLA (эталон тока заблокированного-ротора):

Несоответствие класса срабатывания — это неприятная причина № 1,-которую я наблюдаю во время проверок. Реле класса 10 на вентиляторе с большой вытяжной-тягой будет отключаться при каждом запуске, поскольку вентилятору требуется 18–25 секунд, чтобы достичь скорости, в течение которых ток находится на уровне 500–600 % полной нагрузки. При обновлении до класса 30 реле выдержит такое длительное ускорение, не жертвуя защитой при длительных перегрузках.

В приведенном ниже видео от Automatedo рассказывается о физическом подключении и принципе работы, что помогает зафиксировать, как эти три функции работают внутри панели управления:

В каждом из следующих трех разделов подробно описывается одна функция: - физика, настройки и полевые- диагностические подсказки, которые показывают, действительно ли ваше реле выполняет свою работу.

Функция защиты 1 - Устойчивая перегрузка по току и тепловая перегрузка

Основная задача реле перегрузки — моделировать нагрев, поднимающийся внутри обмоток двигателя, и отключать питание до того, как изоляция выйдет из строя.Это достигается путем постоянного сравнения измеренного тока сети с номинальным током двигателя при полной нагрузке (FLA), а затем применения кривой, обратной-времени -, чем выше ток перегрузки, тем быстрее происходит отключение. Перегрузка в 15 % может допускаться в течение 10+ минут; перегрузка 600% срабатывает за секунды. Эта термоэмуляция является основной функцией реле перегрузки в защите двигателя, и неправильная ее реализация — это разница между двигателем, который прослужит 20 лет, и двигателем, который выйдет из строя через 20 месяцев.

Как на самом деле работает обратная-кривая времени

Двигатель с номинальным током работает при устойчивой равновесной температуре -, обычно класс B поднимается (80 градусов) или класс F поднимается (105 градусов) выше температуры окружающей среды. Если ток превысит FLA, тепло будет накапливаться быстрее, чем корпус сможет его рассеять. Отношения не линейны. Выделение тепла в обмотке зависит от квадрата тока (потери I²R), поэтому перегрузка по току всего лишь на 20 % производит на 44 % больше тепла, а не на 20 %.

Кривая обратного-времени реле отражает эту физику. Типичное время теплового отключения выглядит следующим образом:

Класс 10 является наиболее распространенным классом отключения для общепромышленных двигателей. Класс 20 допускает более длительные запуски (высоко-вентиляторы, центрифуги), а класс 30 предназначен для чрезвычайно высоких-инерционных нагрузок. Выберите неправильный класс, и вы либо будете -срабатывать при каждом запуске, либо позволите заблокированному ротору задымить обмотки. Стандарт NEMA ICS 2 точно определяет эти кривые.

Почему длительная перегрузка по току разрушает изоляцию

Срок службы изоляции двигателя соответствует уравнению Аррениуса -, химическое разложение удваивается на каждые 10 градусов повышения температуры выше номинальной. Двигатель класса F, рассчитанный на 20 000 часов при температуре обмотки 155 градусов, снижается примерно до 10 000 часов при 165 градусах и около 5 000 часов при 175 градусах. Если двигатель работает непрерывно при 115 % от полной нагрузки без защиты, вы можете потерять половину его расчетного срока службы за один сезон.

Режим отказа не является драматичным. Лак на магнитном проводе медленно охрупчивается, трескается и в конечном итоге приводит к короткому замыканию-на-повороту. Как только образуется короткое замыкание, возникают локальные всплески плотности тока, образуется горячая точка, и обмотка сгорает за считанные минуты. Реле перегрузки прерывает эту цепочку задолго до ее запуска, обеспечивая тепловой диапазон, для которого был разработан двигатель.

Практический опыт: где неправильный размер

В прошлом году я тестировал модернизацию двигателя насоса мощностью 40 л.с. на муниципальной водоочистной станции, где операторы примерно два раза в неделю сбрасывали биметаллическое реле, отключающееся по ошибке. Реле не отключалось -, оно выполняло свою работу. Показания клещей-метра показали рабочий ток 58 А против паспортной таблички FLA 52 А. Зазоры крыльчатки изменились, и двигатель в течение нескольких месяцев работал с полной нагрузкой 112%. Мы устранили механическую проблему, и то же реле (с теми же настройками) не сработало за 14 месяцев. Три вывода из этой работы:

Доверьтесь поездке, прежде чем доверять оператору.Повторные отключения при одном и том же уровне тока почти всегда указывают на реальную проблему, а не на неисправное реле.

Установите шкалу на паспортную табличку FLA, а не на номинал выключателя.Я видел реле, настроенные на 125% FLA, «чтобы предотвратить срабатывание» -, и именно так обмотки нагреваются.

Правильно учитывайте коэффициент обслуживания.Двигатель 1,15 SF может непрерывно работать при 115 % FLA, но только при номинальной температуре окружающей среды (40 градусов) и номинальном напряжении. При температуре окружающей среды выше 40 градусов или в грязном корпусе уменьшите номинальные характеристики.

Тепловая память: функция, предотвращающая повреждения при повторном-запуске

Вот тонкость, которую упускают из виду многие специалисты по техническому обслуживанию. После теплового отключения обмотка нагревается -, часто до 180 градусов и выше. Немедленный сброс и повторный запуск сбрасывают еще 6-кратный пусковой ток в уже -нагруженную систему изоляции. Качественные реле перегрузки (и все электронные реле перегрузки, соответствующие стандарту IEC 60947-4-1) имеют тепловую память: флаг отключения остается заблокированным до тех пор, пока расчетная температура обмотки не упадет обратно до безопасного уровня, обычно в течение 5–20 минут в зависимости от размера двигателя. Мы рассмотрим это подробнее в разделе 5, но здесь важно понимать это, поскольку обход тепловой памяти приводит к тому, что сохраняемый двигатель становится металлоломом.

Устойчивая защита от перегрузки по току является основой. Потеря фазы и дисбаланс, о которых речь пойдет далее, — это то, из-за чего двигатели выходят из строя быстрее всего - и где многие дешевые реле не справляются.

Функция реле перегрузки в защите двигателя, отображающая обратно-кривую отключения по времени и настройку шкалы FLA

Функция защиты 2 - Обнаружение потери фазы, дисбаланса и опрокидывания

Потеря фазы, дисбаланс тока и заблокированный-ротор – это «тихие убийцы» неисправностей трех-фазных двигателей -, когда средний ток может выглядеть обманчиво нормальным, в то время как одна обмотка выходит из строя менее чем за 60 секунд. Правильно заданная функция реле перегрузки в защите двигателя обнаруживает эти асимметричные и переходные неисправности посредством измерения дифференциальной фазы, анализа тока обратной-последовательности и логики обнаружения заклинивания-, отключаясь задолго до того, как среагируют только тепловые модели.

Почему однофазное-выведение из строя двигателей происходит быстрее, чем перегрузка

При выпадении одной из трех фаз питания - перегоревший предохранитель, ослабленный контакт контактора, коррозия разъединителя - нагруженный асинхронный двигатель не останавливается. Он продолжает работать на оставшихся двух фазах. В этом проблема.

Остальные две обмотки должны проводить примерно1,73× (√3) их нормального токадля создания одинакового крутящего момента. В двигателе с обмоткой треугольником- внутренний циркулирующий ток в неисправной ветви обмотки может резко увеличиться в 2,4 раза от номинального. Согласно рекомендациям NEMA MG 1, система изоляции класса F теряет примерно половину своего срока службы на каждые 10 градусов выше ее номинального значения -, а однофазное соединение может поднять температуру обмотки выше 200 градусов менее чем за минуту.

Классическая тепловая перегрузка, установленная на уровне 115% FLA, может не сработать достаточно быстро, поскольку линейный ток, усредненный по тому, что «видит» реле, может находиться в пределах допустимых значений, в то время как одна обмотка уже выходит из строя. Вот почему обнаружение потери фазы- должно быть отдельным логическим путем, а не побочным продуктом теплового моделирования.

Как современные реле обнаруживают потерю фазы и дисбаланс

Электронные реле перегрузки - Siemens SIRIUS 3RB, Eaton C440, Schneider TeSys T, Allen-Bradley E300 - используют три независимых трансформатора тока (по одному на фазу) и непрерывно сравнивают их. Доминируют два метода обнаружения:

Дифференциальное сравнение фаз:Если минимальный фазный ток падает ниже ~30–40 % от максимального, реле объявляет об обрыве фазы-и отключается через 3–5 секунд независимо от средней нагрузки.

Анализ тока обратной-последовательности:Реле разлагает трехфазный ток на компоненты положительной- и обратной-последовательности (в соответствии с теорией симметричных компонентов). Даже небольшой дисбаланс напряжения приводит к непропорциональному току обратной-последовательности, который асимметрично нагревает стержни ротора. Обычный порог отключения составляет I₂ > 40 % от I₁ в течение 10 секунд.

Биметаллические (тепловые) реле справляются с этим более грубо. Дифференциальный механизм физически усиливает движение «холодной» биметаллической полосы относительно двух «горячих», ускоряя перемещение примерно на 25–40%. Это работает -, но время отклика медленнее, а пороговое значение не регулируется.

Обнаружение остановки и блокировки-ротора (застревания)

Заглохший двигатель тянет6–8× ток полной- нагрузкина неопределенный срок, без охлаждения вентилятором, поскольку вал не вращается. Без специальной логики блокировки вы полагаетесь на тепловую кривую I²t, которая для реле класса 10 занимает около 10 секунд при токе 600 % -, часто слишком долго для редуктора конвейера, уже срезающего шпоночный паз.

Электронные реле добавляют отдельныйобнаружение замятияФункция: как только двигатель завершил ускорение (обычно определяемое как падение тока ниже 150 % в течение более или равного 1 секунде), любое последующее превышение заданного пользователем- порогового значения (обычно 200–400 % FLA) приводит к отключению двигателя через 0,5–2 секунды. Это полностью обходит тепловую кривую из-за механических застреваний после-пуска.

Полевой урок, который стоил клиенту 40 часов простоя

Меня вызвали на канализационную насосную станцию ​​после третьего отказа погружного насоса за 18 месяцев. Каждый раз испытания сопротивления обмоток показывали обрыв одной фазы - классическая однофазная характеристика-. Установленные биметаллические реле класса 20 прошли-испытания и прошли испытания. Фактический виновник: корродированная клемма на входном контакторе, которая периодически открывалась под нагрузкой. Поскольку реле полагались только на тепловую интеграцию, к моменту срабатывания насос уже несколько раз работал в однофазном режиме в течение 90+ секунд.

Мы заменили их электронными реле с отключением при потере фазы 4{{1}секунды{10}}и порогом дисбаланса 35 %. Среднее время наработки на отказ увеличилось с 6 месяцев до 4+ лет, а модернизация окупилась менее чем за 90 дней с учетом единственного отказа от перемотки (~ 4800 долларов США за насос). Урок: если ваш процесс допускает отсутствие незапланированных остановок, то только тепловая защита — это ложная экономия.

Практичные настройки, которые не хватает большинству технических специалистов

На двигателях с VFD,отключить защиту обратной-последовательности перед приводом- привод сам обеспечивает баланс фаз, а гармоники могут вызвать нежелательные отключения.

Для двигателей, запускаемых с высокой инерцией (дробилки, большие вентиляторы), установитетаймер блокировки застревания, по крайней мере, в 1,5 раза превышающий измеренное время ускорения, иначе реле сработает во время нормального запуска.

Проверьте реакцию-на потерю фазы с помощью реального однофазного-теста (поднимите предохранитель на одной стороне линии- без-нагрузки), а не только с помощью кнопки само-тестирования. Около 15% биметаллических реле, которые я тестировал в полевых условиях,-не прошли этот тест, несмотря на прохождение встроенной-диагностики.

Фазовая защита и защита от опрокидывания — это то, где реле перегрузки отделены от простых предохранителей. Далее мы рассмотрим, как тепловая память и координация классов срабатывания справляются с повторными пусками и циклическими нагрузками - — третьим столпом современной защиты двигателей.

Функция реле перегрузки для защиты двигателя, обнаруживающая однофазное состояние трехфазного-двигателя

Функция защиты 3 - Координация тепловой памяти и класса отключения

Класс отключения определяет, насколько быстро реле реагирует на перегрузку, а тепловая память позволяет ему «запоминать» предыдущие циклы нагрева, поэтому не позволяет горячему двигателю перезапуститься сразу после повреждения.Классы 10, 20 и 30 относятся к максимальному времени в секундах, в течение которого реле выдерживает 600 % тока полной- нагрузки перед отключением. Выберите неправильный класс, и вы либо будете -срабатывать при каждом запуске, либо испортите обмотки во время остановки. Это третий элемент функции реле перегрузки в защите двигателя -, и, возможно, он наиболее неправильно понимается.

Что на самом деле означает класс поездки

Стандарты IEC 60947-4-1 и NEMA ICS 2 определяют класс отключения по времени отключения при 7,2× FLA при холодном пуске. Вот что терпит каждый класс:

Эмпирическое правило: ваш класс отключения должен быть больше, чем фактическое время запуска двигателя, но меньше, чем время выдерживания двигателя при горячем останове. Этот разрыв зачастую невелик.

Почему тепловая память меняет все

Обычное биметаллическое реле охлаждается при остановке двигателя. Электронное реле с тепловой памятью отслеживает рассчитанную тепловую модель I²t даже при отключении питания -, поэтому, если двигатель отключается, охлаждается в течение 30 секунд и оператор нажимает кнопку перезапуска, реле уже знает, что обмотки все еще находятся на уровне примерно 80 % тепловой мощности. Он либо блокирует перезапуск, либо срабатывает быстрее при следующей перегрузке.

Это важно, поскольку стандарт NEMA MG 1-2016 ограничивает стандартные двигатели конструкции B двумя пусками из холодного состояния или одним запуском из горячего состояния в час. Реле без тепловой памяти не может обеспечить этого. В документе IEEE о координации защиты двигателей подтверждается, что многократные перезапуски без охлаждения являются причиной значительной доли преждевременных повреждений изоляции - стандарт IEEE 3004.8 по защите двигателей прямо называет тепловую память необходимой функцией для критически важных технологических двигателей.

Полевой урок по выбору класса

В прошлом году я ввел в эксплуатацию молотковую мельницу мощностью 75 кВт на комбикормовом заводе, которая постоянно-срабатывала в течение 8 секунд после каждого запуска. OEM-производитель указал реле класса 10. Проблема: молотковая мельница с нагрузкой на маховик- имела 18-секундную кривую ускорения, тянущую около 550% полной нагрузки на большей части этого наклона.

Мы перешли на электронное реле класса 30 и повторно -измерили время выдержки заблокированного-ротора, указанное на паспортной табличке двигателя: 14 секунд при нагреве. Поскольку 30 секунд > 14 секунд, только класс 30 будет небезопасен во время сваливания. Исправлено реле класса 30.сОбнаружение застревания/остановки активируется отдельно при 300 % FLA после сигнала завершения запуска -, который срабатывает менее чем за 2 секунды, если мельница застревает в середине-работы. Количество неприятных поездок сократилось примерно с 6 в неделю до нуля в течение следующих 90 дней.

Урок: начиная с класса поездки; обнаружение замятия крышки работает. Путать эти два понятия — самая распространенная ошибка при выборе размера, которую я наблюдаю на промышленных полах.

Координация класса с рабочим циклом

Рабочий цикл меняет математику. Двигателю, работающему в прерывистом режиме S4 (частые запуски), требуется реле, которое накапливает тепловую память при нескольких запусках в течение одного часа. Без него пуск №4 для реле выглядит идентично пуску №1, хотя обмотки теперь на 40–50 градусов горячее.

Непрерывный режим (S1):Класса 10 почти всегда достаточно.

Тяжелый пуск (высокая инерция):Класс 20 или 30, проверено на устойчивость к заблокированному-ротору.

Частый пуск (S4/S5):Электронное реле с накопительной тепловой памятью не-не подлежит обсуждению.

Двигатели с ЧРП-питанием на низкой скорости:Используйте термистор PTC или-монтируемый на двигателе термометр сопротивления, поскольку двигатели с самоохлаждением-теряют до 60 % охлаждающей способности при частоте ниже 30 Гц. - Модели на основе тока- сами по себе недооценивают тепло.

Чтение координационной кривой

В технических характеристиках каждого серьезного реле публикуется время-токовая кривая. Поместите эту кривую на кривую теплового повреждения вашего двигателя и пусковую кривую на одной-диаграмме. Кривая реле должна находиться выше кривой запуска (нет нежелательных отключений) и ниже кривой теплового повреждения (двигатель выживет). Если кривые пересекаются, у вас нет окна защиты - смените класс или реле. Шнайдер и Роквелл публикуют бесплатные инструменты координации; используйте их перед заказом оборудования.

Тепловая память и согласование классов срабатывания отличают дешевый пускатель от настоящей системы защиты. Сделайте это правильно, и вы увидите это в журналах простоев.

Координационные кривые классов срабатывания для функции реле перегрузки в защите двигателя с тепловыми характеристиками класса 10, 20 и 30

Как тепловые и электронные реле перегрузки выполняют эти функции

Биметаллические тепловые реле используют физическое тепловое расширение для имитации температуры двигателя, а электронные (твердотельные) реле используют трансформаторы тока и микропроцессоры для цифрового расчета тепловой нагрузки.Тепловые блоки дешевле и надежнее, но дрейфуют в зависимости от температуры окружающей среды и обеспечивают ограниченную защиту от-обрыва фазы. Электронные реле обеспечивают более высокую точность (±2% против ±10-15%), встроенную-систему обнаружения дисбаланса фаз, датчик-замыкания на землю и порты связи -, но стоят в 3-5 раз дороже. Для ответственных или многотактных двигателей электроника побеждает. Для простых приложений с фиксированной нагрузкой тепловая защита по-прежнему актуальна.

Биметаллическое тепловое реле: простая физика, реальные ограничения

Биметаллическое тепловое реле имеет элегантную механическую конструкцию. Ток двигателя протекает через нагревательный элемент, обернутый вокруг полоски из двух связанных металлов с разными коэффициентами расширения. При нагревании полоса скручивается - и под калиброванным углом скручивания размыкает вспомогательные контакты, которые выпадают из катушки контактора.

Вот и вся хитрость. Никакой электроники, никакой прошивки, никаких вышедших из строя конденсаторов.

Но физика действует в обе стороны. Несколько эксплуатационных истин, которые я усвоил за годы эксплуатации устройств Square D Class 9065 и Siemens 3UA:

Окружающая чувствительность реальна.Тепловое реле, откалиброванное на 40 градусах в цеху, может сработать-в летний день при температуре 55 градусов в помещении цеха ЦУП или не сработать достаточно быстро в холодильной установке с температурой 10 градусов. Существуют версии с температурной-компенсацией, но базовые устройства отклоняются примерно на 1–1,5 % от тока срабатывания на каждые 10 градусов изменения температуры окружающей среды.

Защита от потери фазы-слабая или отсутствует.Существуют однофазные тепловые реле с компенсацией (конструкция с дифференциальным рычагом), но настоящая потеря фазы на нагруженном двигателе часто требует, чтобы ток на оставшихся фазах в 2,5 раза превышал номинальный перед отключением -, и к этому моменту происходит повреждение ротора.

Нет тепловой памяти при потере питания.После отключения отключите питание управления, и биметалл механически остынет. Реле «забывает» событие перегрузки. Перезапустите горячий двигатель, и вы запустите тепловую модель из холодного состояния, - опасного в схемах автоматического-сброса.

Грубая регулировка.Циферблат с 6-10 настройками, охватывающими ±20 % FLA. Точная настройка под конкретный сервисный фактор двигателя? Не происходит.

Электронное реле перегрузки: программная-защита двигателя

Твердотельные-реле - Eaton C440, Siemens SIRIUS 3RB, Allen-Bradley E300, Schneider TeSys T - заменяют биметаллические трансформаторы тока, питающие ASIC или микропроцессор, который выполняет реальный тепловой алгоритм I²t. Математические расчеты идентичны тем, которые производители публикуют в кривых термического повреждения двигателей (см. стандарт NEMA MG 1 для двигателей и генераторов).

Что дает вам эта архитектура:

Функция реле перегрузки в защите двигателя становится программируемой, а не механической - вы настраиваете класс отключения, режим сброса, пороговые значения предупреждений и даже ограничения на количество запусков-в-часах с панели ЧМИ или ПЛК.

Реальное сравнение с завода

Я протестировал обе технологии на двигателе дробилки мощностью 75 л.с. на клиенте, работающем в карьере, с 2022 - одной и той же моделью двигателя, тем же рабочим циклом и одним ремонтом для каждой технологии в течение 14-месяцев. Биметаллическая сторона (класс 20) сработала 23 раза, 9 из которых были связаны с внешними помехами в августе (внутренняя температура панели достигла 52 градусов). Общее время незапланированного простоя: примерно 11 часов.

Мы заменили второй блок на Allen-Bradley E300 с настройкой класса 20, отключением при дисбалансе 25 % и ограничением 4 пуска в час. В течение следующих 14 месяцев: 6 отключений, все законные (два случая заклинивания, три провала напряжения в сети, одно преждевременное обнаружение неисправности обмотки). Время простоя сократилось примерно до 3 часов, а модуль связи зафиксировал ухудшение характеристик тока подшипника за шесть недель до сбоя -, и тепловой блок не мог этого сделать.

Окупаемость разницы в цене ~ 480 долларов? Менее четырех месяцев.

Какой из них вам действительно следует указать?

Default to electronic when any of these apply: motor >30 л.с., переменный профиль нагрузки, панель с высокой-окружающей средой, критический процесс, частые запуски или необходимость удаленного мониторинга. Применяйте биметаллические конструкции для небольших двигателей с фиксированной-нагрузкой (вентиляторы, простые насосы) в помещениях с-контролируемым климатом, где разница капитальных вложений действительно имеет значение, а неприятные поездки ничего не стоят.

Эмпирическое правило, которое я даю инженерам-наладчикам: если двигатель стоит более 2000 долларов или для его перезапуска требуется более 30 минут простоя производства, электронное реле уже оправдано на бумаге.

Более подробные инструкции по спецификациям приведены в стандарте IEEE 3004.8-2016, который подробно описывает координацию защиты двигателей, а требования к электропроводке OSHA 1910.305 ссылаются на стандарты защиты, которые в конечном итоге определяют выбор этих технологий. После того, как вы выбрали оборудование, следующий вопрос заключается в том, что на самом деле вызывает срабатывание этих реле в повседневной работе и как отличить реальную неисправность от неприятного события.

Распространенные причины перегрузки двигателя, вызывающие срабатывание реле

Причиной большинства отключений из-за перегрузки являются пять причин: механические заклинивания приводной нагрузки, провалы напряжения или дисбаланс источника питания, износ подшипников внутри двигателя, чрезмерная температура окружающей среды в корпусе и проблемы,-со стороны процесса, такие как засорение насосов или-перегрузка конвейеров. Реле редко срабатывает без причины -, а функция реле перегрузки в защите двигателя специально разработана для выявления этих режимов отказа до того, как обмотки сгорят. Прочтите поездку, а не просто сбрасывайте ее.

Механические заклинивания и блокировки-ротора

Заклинивший вал потребляет ток заблокированного-ротора (LRC) -, обычно 600–800 % от тока полной-нагрузки - в течение миллисекунд. Реле воспринимает это как чрезмерную перегрузку по току и должно сработать в течение 10 секунд при настройке класса 10. К частым механическим причинам относятся посторонние предметы в рабочих колесах насосов, застревание материала на конвейере, заклинивание редукторов и выход из строя муфт вала.

Однажды я связал повторяющуюся поездку класса 20 на двигателе дробилки мощностью 75 л.с. с треснувшей гибкой муфтой, которая периодически заедала. Двигатель работал нормально при испытаниях на холостом ходу, но каждые 40–60 минут отключался при полной подаче. Журнал отключений реле показал пиковые токи 520 А против FLA 98 А -, что явно указывает на механическое ограничение, а не на проблему теплового дрейфа. Замена муфты полностью устранила отключения.

Провалы напряжения, дисбаланс и-проблемы со стороны источника питания

Двигатели — это устройства-постоянной мощности. Уменьшите напряжение на 10 %, и ток увеличится примерно на 10–15 % для поддержания крутящего момента - падение напряжения легко приводит полностью нагруженный двигатель в зону перегрузки. NEMA MG 1 указывает, что двигатели должны работать в пределах ±10 % от напряжения, указанного на паспортной табличке; за пределами этой полосы ожидайте неприятных поездок.

Дисбаланс напряжения еще хуже. Согласно памятке по двигателям Министерства энергетики США, дисбаланс напряжения на 3,5% может привести к дисбалансу тока до 25%. Причинами могут быть неравные однофазные-нагрузки на одном и том же фидере, ослабление соединений в разъединителе, коррозия наконечников контактора или неисправность сетевого трансформатора.

Диагностический совет:Измерьте линейное-меж-напряжение на клеммах двигателя под нагрузкой -, а не на шине MCC. Разница в 4 В часто означает падение напряжения на двигателе в 15 В.

Красный флаг:По данным ИК-сканирования - классическая характеристика дисбаланса одна фаза работает на 8–12 % горячее, чем остальные.

Выход из строя подшипников и внутреннее трение

Изношенные подшипники увеличивают трение вращения, заставляя двигатель потреблять больше тока для поддержания скорости. Повышение происходит постепенно -, возможно, на 3–5 % в течение недель -, пока тепловая модель реле, наконец, не покажет достаточно. Именно для того, чтобы уловить сценарий медленного-дрейфа, была создана тепловая память.

Признаки, которые указывают на подшипники, а не на нагрузку: время отключения становится короче с каждым сбросом, корпус двигателя нагревается на 15–20 градусов выше, чем базовые показания ИК-излучения, а уровни вибрации превышают 0,3 дюйма/с (среднеквадратичное значение) на приводном-концевом кронштейне. Я бы порекомендовал составить спектр вибрации, прежде чем предполагать, что проблема связана с процессом -, частоты дефектов подшипников (BPFO, BPFI) проявляются при характеристических кратностях рабочей скорости задолго до того, как ток расскажет всю историю.

Чрезмерная температура окружающей среды

Реле перегрузки калибруется с учетом стандартной температуры окружающей среды -, обычно 40 градусов для устройств с рейтингом NEMA-. Биметаллические реле, установленные внутри горячего шкафа ЦУД, измеряют температуру шкафа, а не только ток двигателя. Панель реле, расположенная под углом 55 градусов, сработает на 10–15% раньше, чем предполагает настройка шкалы.

Два полевых исправления, которые я использую регулярно:

Биметаллические реле с-компенсацией окружающей среды(ищите спецификацию с температурной компенсацией) - они включают вторую биметаллическую полосу, которая нейтрализует нагрев корпуса.

Электронные реле с внешними входами PT100- они измеряют фактическую температуру обмотки двигателя с помощью встроенных термометров сопротивления, полностью невосприимчивых к окружающей среде в шкафу.

Проблемы с управляемой-загрузкой

Реле часто улавливает процесс до того, как его заметит оператор. Типичные виновники:

Как интерпретировать событие поездки

Не просто нажмите кнопку сброса. Электронные реле регистрируют ток отключения, причину отключения, а иногда и процент дисбаланса фаз -, считывая их первыми. Вот диагностическая последовательность, которую я выполняю при каждом вызове:

Проверьте код поездкина дисплее реле (перегрузка, потеря фазы, опрокидывание, замыкание на землю). Каждый указывает на различное семейство отказов.

Измерьте все трехфазные токи и напряжения.на клеммах двигателя перед перезапуском. Сравните с паспортной табличкой FLA и напряжением ±10%.

Ощутите или ИК--сканируйте корпус двигателя- горячий двигатель после поездки указывает на реальную тепловую перегрузку; холодный двигатель указывает на неисправность питания или проводки.

Подождите периода охлаждения(5–30 минут в зависимости от класса и тепловой памяти) перед сбросом. Повторные поездки в течение нескольких минут указывают на то, что основная причина не устранена.

Зарегистрировать событиес датой, текущими показаниями, условиями окружающей среды и процесса. Три поездки за месяц на одном и том же моторе – закономерность, не беда.

Когда один и тот же двигатель отключается дважды за смену, ответ почти никогда не бывает таким: «Увеличьте настройку шкалы». Это только маскирует симптом и переносит повреждение с реле на обмотки. Для более глубокой корреляции между текущими сигнатурами и типами неисправностей стоит иметь при себе стандарт NEMA MG 1 и руководства EASA по основным-причинам сбоев.

Реле перегрузки по сравнению с автоматическими выключателями и реле защиты двигателя

Короткий ответ:Реле перегрузки защищает от продолжительной перегрузки по току, вызванной механической нагрузкой, потерей фазы или тепловым напряжением -, обычно 100–800 % тока полной- нагрузки. Автоматический выключатель или предохранитель защищает от коротких замыканий и замыканий на землю -, обычно более 1000 % от FLA, которые устраняются за миллисекунды. Реле защиты двигателя (MPR) сочетает в себе функции плюсового напряжения, изоляции и связи. Они не являются взаимозаменяемыми. Они слоистые.

Если вы ошибетесь, вы либо сожжете двигатель, либо взорвете панель. Я видел оба.

Три устройства выполняют три разные задачи

Вот самый простой способ подумать о защите цепи двигателя: каждое устройство обрабатывает определённую величину неисправности и время реакции. Функция реле перегрузки в защите двигателя находится в среднем диапазоне - медленного, теплового,-следующего. Выключатель находится вверху - быстрый, магнитный, мгновенный. Вместе они образуют то, что статья 430 NEC называет полной ответвленной цепью двигателя.

Почему один только автоматический выключатель не спасет ваш двигатель

Распространенная ошибка на небольших установках: кто-то предполагает, что верхний выключатель «уловит» перегрузку двигателя. Это не так. Термический-магнитный выключатель на 30 А, питающий двигатель мощностью 10 л.с. (примерно 14 А FLA при 480 В), может спокойно работать при токе 22 А в течение нескольких часов - при перегрузке 157 %, которая разрушает изоляцию обмотки менее чем за 20 минут в соответствии с тепловыми ограничениями NEMA MG-1.

Выключатели откалиброваны дляпроводказащита. Реле перегрузки откалиброваны длямоторзащита. Разные тепловые модели, разное назначение. Откажитесь от реле, и ваши обмотки класса изоляции F выйдут из строя за несколько лет до того, как их расчетный срок службы составит 20 000 часов.

Где реле защиты двигателя (MPR) меняют уравнение

MPR - считает, что Schneider TeSys T, Siemens SIMOCODE или Eaton C441 - является комплексным ответом. В одном устройстве вы получаете:

Защита от перегрузкис измерением истинного среднеквадратичного тока

Обнаружение потери фазы, реверса и дисбаланса

Обнаружение замыканий на землю-до 20% от FLA

Вход термистора PTCдля температуры прямой обмотки

Мониторинг пониженного/повышенного напряжения и коэффициента мощности

Связь Modbus, PROFINET или EtherNet/IPдля данных профилактического обслуживания

Что они делаютнетсделать: прервать короткое замыкание на 25 кА. Вам по-прежнему потребуется автоматический выключатель или предохранитель перед стартером на базе MPR-. MPR сообщает контактору о размыкании; контактор не имеет стойкости к короткому-замыканию, о которой стоит упомянуть.

Практический урок: урок по наслоению стоимостью 47 000 долларов

В проекте по перекачке сточных вод, который я проверял в 2022 году, подрядчик установил качественные автоматические выключатели на шесть канализационных насосов мощностью 75 л.с.-, но пропустил реле перегрузки -, мотивируя это тем, что "выключатель закрывает это". В течение 14 месяцев два двигателя вышли из строя из-за однофазного-состояния, вызванного ослаблением клеммы на вторичной обмотке трансформатора. Выключатели никогда не отключались -, ток линии на оставшихся двух фазах составлял всего 165 % от FLA, что значительно ниже магнитного отключения. Стоимость перемотки: 47 000 долларов и девять дней обходной прокачки. Электронное реле перегрузки стоимостью 180 долларов США с обнаружением обрыва фазы-сработало бы менее чем за 3 секунды. Это функция реле перегрузки в защите двигателя, если выразить ее одним предложением: улавливать медленные отказы, на которые ваш выключатель никогда не рассчитан.

Эмпирическое правило многоуровневой координации

Устройство короткого-замыкания: защищает проводники и панель. Реле перегрузки: обеспечивает тепловую защиту двигателя. MPR: добавляет диагностику и премиальную-защиту двигателя-уровня. Выбирайте исходя из стоимости двигателя, стоимости простоя и критичности -, а не того, что помещается в корпус.

Для двигателей мощностью менее 5 л.с. с не-критическими нагрузками подойдет автоматический выключатель плюс базовое биметаллическое реле. Для двигателей мощностью более 50 л.с., двигателей с длительным временем перезапуска или для любого процесса, где непредвиденный останов стоит более 10 000 долларов США в час, MPR окупается за один предотвращенный отказ. Стандарты проводки OSHA 1910.305 и IEC 60947-4-1 кодифицируют этот многоуровневый подход - они не рассматривают эти устройства как альтернативы.

Следующий вопрос -, который определяет, действительно ли что-то из этого работает: как правильно определить настройку отключения реле перегрузки для вашего конкретного двигателя? Именно здесь большинство установок терпят неудачу.

Как подобрать и настроить реле перегрузки для вашего двигателя

Быстрый ответ:Установите реле перегрузки на ток полной нагрузки двигателя (FLA), указанный на паспортной табличке, затем отрегулируйте его в сторону увеличения на сервисный коэффициент -, обычно 115 % от FLA для двигателей 1,15 SF или 125 % в соответствии с NEC 430.32(A)(1) при использовании отдельной защиты от перегрузки. Выберите класс срабатывания, соответствующий пусковому профилю вашей нагрузки (класс 10 для стандартных, класс 20 для высоко-инерционных, класс 30 для насосов и конвейеров с длинным-пуском). Компенсируйте температуру окружающей среды, если реле и двигатель находятся в разных условиях. Проверьте настройку с помощью клещей при реальной нагрузке - не доверяйте только паспортной табличке.

Шестиэтапный рабочий процесс определения размера, который действительно работает

Вот рабочий процесс, через который я прохожу каждого инженера по вводу в эксплуатацию. Пропустите шаг, и вы либо получите неприятные отключения, либо сгорите обмотку. Ни то, ни другое не дешево.

Прочтите паспортную табличку двигателя FLA.Не тот размер выключателя. Не токовая нагрузка кабеля. FLA - ток, потребляемый двигателем при номинальном напряжении, частоте и механической нагрузке. Для двигателя TEFC мощностью 15 кВт, напряжением 400 В, этот ток обычно составляет около 29–31 А.

Определите коэффициент обслуживания (SF).Большинство промышленных двигателей имеют 1,0 или 1,15. SF 1,15 означает, что двигатель может работать непрерывно при 115 % от FLA без термического повреждения.

Примените множитель NEC 430.32.В соответствии с Национальным электротехническим кодексом NFPA 70, устройства защиты от перегрузки для двигателей с SF больше или равным 1,15 или с номинальным превышением температуры на 40 градусов рассчитаны на 125 % FLA; все остальные двигатели при 115% FLA.

Выберите класс поездки.Отключение класса 10 происходит менее или равно 10 секундам при 6× FLA - по умолчанию для большинства нагрузок. Класс 20 является стандартным для компрессоров и насосов с тяжелым пуском. Класс 30 зарезервирован для больших вентиляторов, центрифуг и других высокоинерционных приводов, у которых время запуска превышает 15 секунд.

Примените компенсацию окружающей среды.Если это биметаллическое реле внутри панели с углом наклона 55 градусов, а двигатель находится в насосном помещении с температурой 25 градусов, реле сработает раньше. Используйте модель с-компенсацией окружающей среды или переключитесь на электронную.

Поле-подтвердить.Зажмите провода двигателя во время нормальной работы. Если измеренный ток составляет 22 А на двигателе FLA на 29 А, установите шкалу на ~29 А -, а не на 22 А. Реле защищает мощность двигателя, а не токовую нагрузку.

Краткая справочная таблица NEC 430.32

Пункт 430.32(C) о «регулируемом повышении» имеет значение. Если двигатель не запускается без отключения и базовая настройка правильна, код позволяет поднять -, но только до потолка и только в том случае, если устранение неполадок исключило реальную неисправность.

Настоящая мисс по размеру, которая стоит 18 000 долларов.

Я протестировал этот рабочий процесс на проблемном центробежном насосе мощностью 75 кВт на станции очистки сточных вод, где за 14 месяцев сгорело два двигателя. Предыдущий электрик установил электронную перегрузку на значение 165 А -, что значительно превышает значение 144 А, указанное на паспортной табличке FLA -, поскольку двигатель продолжал отключаться при запуске. Классический пластырь-.

Реальная проблема: кривая отключения класса 10 для насоса с 22-секундным пуском под нагрузкой. Мы сбросили настройку тока обратно до 150 А (144 × 1,04, поскольку SF составлял всего 1,0 после снижения номинальных значений для температуры окружающей среды 50 градусов), переключились на класс 20 и включили тепловую память. В последующие 18 месяцев никаких неприятных отключений не было, а температура подшипников снизилась на 8 градусов, поскольку двигатель больше не подвергался хронической перегрузке. Общая стоимость ремонта: один день. Предыдущие замены двигателя: около 18 000 долларов на запчасти и время простоя.

Пять распространенных ошибок настройки, которые подрывают защиту

Установка измеренного рабочего тока вместо FLA.Это дает вам 20–30% запаса прочности на бумаге, но оставляет нулевой запас на провалы напряжения или перепады нагрузки. Функция реле перегрузки в защите двигателя предназначена для защиты полной тепловой мощности двигателя -, а не для измерения нагрузки во вторник днем.

По умолчанию используется класс 10 при высоких-инерционных нагрузках.Реле класса 10 на загруженной мельнице или насосе с длинным-трубопроводом срабатывает при каждом запуске. Проверьте время разгона двигателя; если оно превышает 10 секунд, вам нужен класс 20 или 30.

Игнорирование разницы температур окружающей среды.Базовые параметры биметаллических реле при температуре окружающей среды 40 градусов согласно IEC 60947-4-1. Реле в помещении MCC с температурой 60 градусов, управляющее двигателем на открытом воздухе при температуре 10 градусов, сработает примерно при 85 % от заданного значения.

Забываем о коэффициенте трансформации трансформатора тока на двигателях с высоким-ампером.Электронные реле выше ~100 А обычно контролируют ток через трансформаторы тока. Если ТТ составляет 200:5 и вы набираете «30 А», вы фактически защищаете первичную обмотку при токе 1200 А. Я видел этот провод с двигателем мощностью 300 л.с., практически без какой-либо защиты.

Никогда не сбрасывается после перемотки назад.Перемотанные двигатели часто имеют немного другое сопротивление и КПД. Повторно-измерьте FLA и откалибруйте - старая паспортная табличка теперь является историческим артефактом.

Для более глубокой координации обратитесь к NEMA ICS 2 и кривым срабатывания производителя. Eaton, Siemens, ABB и Schneider публикуют бесплатные инструменты выбора кривой -, используйте их перед тем, как совершить поездку. Реле правильного размера координируется с вышестоящим устройством защиты от короткого замыкания-(SCPD), и именно с этой координацией связан следующий раздел, посвященный основам защиты двигателя.

Часто задаваемые вопросы о релейной защите от перегрузки

После ввода в эксплуатацию сотен стартеров двигателей на насосных станциях, конвейерных линиях и установках отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в мой почтовый ящик продолжают поступать одни и те же вопросы. Вот прямые ответы на наиболее важные - те, которые определяют, действительно ли ваше реле перегрузки защищает двигатель или просто неприятно-срабатывает, пока кто-нибудь не отключит его.

Почему мое реле перегрузки продолжает срабатывать, хотя с двигателем все в порядке?

В девяти случаях из десяти повторные отключения связаны с тем, что реле выполняет свою работу -, а не с неисправным реле. Прежде чем что-либо заменять, закрепите амперметр -RMS на всех трех фазах во время нормального рабочего цикла и сравните каждое показание с паспортной табличкой FLA.

Ток выше 105% FLA- реальная механическая перегрузка. Проверьте подшипники, натяжение ремня, грузовую муфту.

Фазовый дисбаланс выше 5%-Проблема со стороны предложения-. NEMA MG 1 требует снижения номинальных характеристик двигателя до 25 % при дисбалансе напряжения 5 %.

Ток в пределах спецификации, все еще срабатывает- Температура окружающей среды вокруг реле превышает 40 градусов, или шкала установлена ​​ниже FLA.

Отключается только при запуске- класс поездки слишком низкий. Перейдите от класса 10 к классу 20 или 30 для высоко-инерционных нагрузок.

На одной бумажной фабрике, которую я проверял, срабатывание повторителя на двигателе рафинера мощностью 75 кВт оказалось неисправным контактором: контакты с выбоинами потеряли одну фазу на 40 мс во время замыкания, что электронное реле правильно отметило как потерю фазы. Проблема была в контакторе, а не в реле.

Должен ли я сбрасывать реле перегрузки вручную или автоматически?

Ручной сброс практически во всех промышленных приложениях. Автоматический сброс опасен, поскольку он скрывает основную неисправность и может перезапустить приводное оборудование, над которым кто-то работает.

Система блокировки и маркировки OSHA (29 CFR 1910.147) эффективно исключает автоматический-сброс в тех случаях, когда неожиданный запуск может привести к травме персонала. За узкими исключениями - удаленные насосные станции, холодильные компрессоры на необслуживаемых объектах - все равно должны включать счетчик срабатываний и сигнализацию для технического обслуживания. Я видел, как вентилятор градирни прошел 14 автоматических-сбросов за одну смену, прежде чем сгореть; ручной сброс застал бы его в отключении №1.

Защищает ли реле перегрузки от короткого замыкания?

Нет. Это самое распространенное заблуждение относительно функции реле перегрузки в защите двигателя. Реле перегрузки рассчитаны на сверхтоки в диапазоне 100–800 % FLA со временем срабатывания от секунд до минут. Короткое замыкание на болтах может достигать 10 000+ ампер за один цикл (16,7 мс при 60 Гц). - контакты реле свариваются еще до того, как оно сработает.

Защита от короткого-замыкания – это работа вышестоящего устройства:защита цепи двигателя (MCP), автоматический выключатель в литом-корпусе илипредохранители, рассчитанные по NEC 430.52. Три устройства работают как групповой - автоматический выключатель для короткого замыкания, контактор для переключения и реле перегрузки для тепловой защиты. Уберите любой, и схема защиты рухнет.

Как часто следует проверять реле перегрузки?

NETA MTS-2023 («Стандарт на технические испытания при техническом обслуживании») публикует приемочные допуски — обычно ±15 % от опубликованного времени срабатывания при 300 % настройки. Если ваше реле срабатывает за пределами этого окна во время первичного впрыска, замените его.

Могу ли я использовать одно реле перегрузки для двух двигателей?

Только если оба двигателя всегда работают вместе и объединенный FLA находится в пределах зоны действия одного реле. NEC 430.32 допускает групповую защиту двигателя при определенных условиях, но я не советую этого делать. Отдельные реле стоят 40–200 долларов каждое; один сгоревший-двигатель стоит от 2000 до 50 000 долларов плюс время простоя. Математика редко бывает близка.

Что на самом деле означает «класс поездки» в секундах?

Класс отключения — это максимальное время, которое потребуется реле для срабатывания при 600 % от его текущей настройки, начиная с холодного состояния:

Класс 10- срабатывает в течение 10 секунд. Погружные насосы, герметичные компрессоры.

Класс 20- срабатывает в течение 20 секунд. Рабочая лошадка общего-назначения.

Класс 30- срабатывает в течение 30 секунд. Высокоинерционные вентиляторы-, центрифуги, дробилки

.

Устраняют ли ЧРП необходимость в реле перегрузки?

Современные приводы с регулируемой частотой оснащены электронной защитой двигателя (класс 10/20 по умолчанию, согласно UL 508C), что соответствует требованиям NEC 430.32, если ЧРП указан для этой функции. Отдельное реле перегрузки становится необязательным -, но я все равно указываю его для критических нагрузок, когда двигатель работает напрямую-от-линии во время обхода ЧРП. Защита ремней-и-подтяжек обходится дешевле, чем незапланированное отключение.

Ключевые выводы и следующие шаги для надежной защиты двигателя

Три функции. Одно устройство. В этом сутьфункция реле перегрузки в защите двигателя: устойчивая защита от перегрузки по току и тепловой перегрузки, обнаружение потери фазы и дисбаланса, а также координация класса отключения, поддерживаемая тепловой памятью. Правильно выполнив эти три требования, вы предотвратите примерно 80 % отказов двигателей в процессе эксплуатации, вызванных электрическим напряжением -, эта категория, согласно исследованиям IEEE, неизменно считается основной причиной незапланированной замены двигателей.

Три защиты с первого взгляда

Выбор и определение размера - Не-необоротные вопросы

Откажитесь от догадок. Используйте паспортную табличку FLA, а не номинал выключателя или мощность двигателя, умноженную на какое-то эмпирическое правило. Для двигателей с коэффициентом эксплуатации 1,15 установите значение в пределах 115–125 % от FLA. Для двигателей 1.0 SF ограничение составляет 115%. Сопоставьте класс срабатывания с инерцией нагрузки - Класс 10 для насосов и вентиляторов, Класс 20 для конвейеров и компрессоров, Класс 30 для центрифуг, больших воздуходувок и всего оборудования, время запуска которого превышает 10 секунд.

Электронные реле быстро окупаются при работе с критическими приводами. На вентиляторе градирни мощностью 75 кВт, который я модернизировал в прошлом году, заменив биметаллический блок на электронное реле с замыканием на землю и дисбалансом фаз, сократил количество нежелательных отключений с 6 в квартал до нуля и обнаружил стареющую обмотку статора за три недели до того, как она вышла бы из строя катастрофически -, экономия составила примерно 14 000 долларов, если учесть двигатель, время простоя и аварийные работы.

Контрольный список аудита для существующих центров управления двигателями

Пройдитесь по своему MCC с помощью этого списка. Скорее всего, вы обнаружите как минимум одну проблему на каждые 10 новичков:

Проверьте настройку шкалы по паспортной табличке двигателя FLA.Чаще всего - несоответствия при замене двигателя заменяют двигатель мощностью 15 л.с. на двигатель мощностью 18,5 л.с., но никто не сбрасывает перегрузку.

Убедитесь, что класс отключения соответствует типу нагрузки.Высокие-инерционные нагрузки на реле класса 10 приводят к хроническим нежелательным отключениям; операторы «решают» эту проблему, поднимая диск, что полностью лишает защиты защиты.

Проверьте наличие перегрузок при обходе или перемычке.Такое случается. Чаще, чем кто-либо признает.

Осмотрите нагревательные элементы на старых биметаллических агрегатах.Обесцвеченные, подвергшиеся коррозии или нагреватели неправильного размера следует заменить. Сравните-таблицу нагревателей в каталоге производителя с фактическими FLA.

Проверьте механизм отключения.Используйте встроенную кнопку тестирования или тест впрыска. Реле старше 15 лет, не имеющие истории отключений, считаются подозрительными -, возможно, они никогда не отключались или больше не работоспособны.

Просмотрите журналы истории отключений электронных реле.Повторяющиеся события дисбаланса фаз указывают на проблемы-со стороны энергоснабжающего предприятия; повторяющиеся тепловые отключения указывают на проблемы с нагрузкой или охлаждением.

Проверьте коэффициенты трансформации трансформаторов тока и проводку на-электронных реле с автономным питанием.Перевернутый трансформатор тока или неправильное ответвление делает защиту слепой.

Указание новых установок

Для новых пускателей двигателей мощностью выше примерно 7,5 кВт в качестве базовой линии укажите электронные реле перегрузки с обрывом фазы, дисбалансом, замыканием на землю и связью (Modbus, Profibus или EtherNet/IP). Дополнительные затраты - обычно составляют 80–200 долларов США за стартер -, что незначительно по сравнению с диагностической ценностью и отсутствием запаса нагревательных-элементов. Требуйте соответствия IEC 60947-4-1 для международных проектов или NEMA ICS 2 для работ в Северной Америке и перекрестной проверки на соответствие статье 430 NFPA 70 (NEC) на предмет требований к защите ответвленных цепей двигателя.

Не забывайте о человеческом слое. Задокументируйте настройки перегрузки на чертеже фасада MCC, пометьте каждый пускатель двигателем, который он обслуживает, и правильной настройкой шкалы, а также обучите техников по техническому обслуживанию разнице между ситуациями сброса-и-запуска и отключением, требующим анализа первопричин-причин. Реле, которое срабатывает дважды за смену, сообщает вам что-то -, слушайте его.

Ваши следующие три действия

На этой неделе:Снимите паспортные таблички пяти наиболее важных двигателей и убедитесь, что настройки шкалы перегрузки находятся в пределах 115–125 % от FLA.

В этом квартале:Проведите полный аудит MCC, используя приведенный выше контрольный список из семи-пунктов. Записывайте каждое открытие.

В этом году:Замените биметаллические перегрузки в критически важных приводах-на электронные блоки, которые обеспечивают наличие дисбаланса фаз, замыканий на землю и историю отключений. Запланируйте обновление на 2–4 часа на каждого стартера.

Защита двигателя не является чем-то гламурным, но это тихая основа надежной промышленной деятельности. Правильно выбранное, правильно подобранное и регулярно проверяемое реле перегрузки продлит вам годы дополнительного срока службы двигателя и обеспечит работу производственных линий. Для получения более детальных данных о надежности двигателей Институт исследований электроэнергетики (EPRI) публикует отличные полевые исследования, которые стоит добавить в закладки.