Ochrana motorů tepelnými nadproudovými relé - 1. část
Napsal uživatel Miroslav Prokeš, použití materiálů Ing. Václava Šustra   

Elektrický pohon mění elektrickou energii na mechanickou a je přitom vystaven riziku vnitřních i vnějších poruch, jimiž může být poškozen tak, že není schopen konat práci vůbec, nebo jen v omezené míře.

Stručný rozbor problematiky nadproudového jištění

Obvyklé příčiny vyřazení elektrických pohonů z normálního stavu:

  • Přetěžování strojů způsobuje vyšší oteplení a rychlejší stárnutí izolace. Životnost stroje se při trvalém zvýšení teploty o 10 K zmenšuje zhrubana polovinu. Materiál izolace se po čase rozpadává, ve slabém místěpak dochází k proražení izolace a spojení vodivých částí o různém napětí mezi sebou. Následky vyvolaného oblouku se projeví mnohdy roztavením vodičů vinutí, u strojů velkého výkonu často i vytavením plechů magnetického obvodu kolem místa poruchy.
  • Zkratové poruchy mimo stroje pohonu, například na přívodu; při zkratu klesne napětí na nulu a motor není ohrožen, zkratový proud však ohrožuje napájecí transformátor, přípojnice a předřazené přístroje. Tyto součásti obvodu je třeba chránit předřadnými prvky zkratového jištění. Úlohou projekce elektrického pohonu, to je návrhu vhodného elektrického motoru a jeho jištění, je volba takových jistících přístrojů, které svými vlastnostmi, parametry a nastavením zajišťují optimální využití a dobu života motoru elektrického pohonu. Podle způsobu sledování teplotního stavu jištěných elektrických strojů se jištění člení na:
  • přímé, realizované sledováním skutečné teploty vinutí jejím měřením uvnitř stroje;
  • nepřímé, realizované sledováním velikosti proudu v přívodech jištěného motoru.

Systém přímého teplotního jištění je spolehlivou a objektivní metodou, neboť respektuje skutečnou teplotu jištěného vinutí elektrického motoru. Konkrétní provedení jsou realizovaná prostřednictvím měrných sond, vestavěných do čel vinutí. Většinou jde o teplotně závislé rezistory s kladným součinitelem odporu, termistory PTC. Nevýhodou může být zpoždění reakce těchto sond na strmé teplotní vzestupy, což je způsobeno izolační bariérou mezi vestavěnou sondou a vinutím. Výhodou je, že není třeba řešit problémy proudové nařiditelnosti ani kompenzace teploty okolí. Nepřímé nadproudové jistící systémy, realizované tepelnými nadproudovými spouštěmi jističů a jistících relé, odvozují svoji funkci z velikosti proudového přetížení. Pro ochranu stále ještě nejčetnějšího druhu elektrických pohonů, tedy trojfázových asynchronních indukčních motorů, se obvykle používá jistič s tepelnou spouští nebo tepelné nadproudové relé. Tepelné nadproudové relé je dvojstavový přístroj, který indikuje přetížení a ovládá cívku stykače. Má v každé fázi topný element, reagující na oteplení způsobené procházejícím proudem. Toto oteplení se převádí na pohyb a překlápí dvojici kontaktů zařazených v obvodu cívky stykače. Termobimetalové relé pracuje na principu pásku, vyrobeného ze dvou materiálů o různých součinitelích tepelné roztažnosti. Vytápění pásku může být přímé, kdy proud motoru prochází přímo bimetalem, nebo nepřímé, obvykle s topným vinutím navinutým na izolační podložce na dvojkovu (topný element ale může být umístěn i v blízkosti pásku), nebo smíšené.

Důležitým faktorem je charakteristika nadproudového relé. Tato charakteristika znázorňuje vztah mezi vybavovací dobou relé a procházejícím proudem. Je přirozeně klesající. Čím je větší proud, tím je kratší doba vybavení. Udává se pro působení ze studeného stavu a ze stavu teplého, předehřátého proudem motoru při plném výkonu. Relé musí svou charakteristikou, včetně rozptylového pásma, umožnit rozběh motoru, aniž by zapůsobilo, a současně musí zapůsobit dříve, než vinutí motoru dosáhne nebezpečného oteplení při přetížení. Tepelné nadproudové relé je poměrně robustní a spolehlivý prvek. Je však potřeba zmínit alespoň dvě oblasti použití, kde lze očekávat problémy i potíže při nastavení. Při přerušovaném chodu motoru je jištění přechodných stavů nadproudovým relé obtížnější. Oteplovací a ochlazovací časové konstanty popudových článků relé se liší od konstant jištěného elektromotoru. Pro dosažení spolehlivého jištění motorů za všech provozních stavů je třeba přizpůsobit jmenovitý proud jistícího přístroje takzvanému ekvivalentnímu trvalému proudu motoru. To je takový trvalý proud, který způsobí stejné oteplení jako krátkodobý popřípadě přerušovaný proud. Další otázkou je funkce relé při použití frekvenčních měničů. Z důvodu magnetického využití stroje se při jejich napájení požaduje přibližně konstantní poměr U/f. Má-li motor vlastní ventilaci, bude se při nižších rychlostech hůře chladit. Proto je nutné korigovat (snížit) nařízený proud jistícího relé, nebo nepřímé jištění vůbec nevyužít. Ale i u motorů s cizím chlazením nastávají potíže díky obvyklé přítomnosti vyšších harmonických v napětí zdroje, tedy měniče kmitočtu. Materiál bimetalových popudových členů relé je feromagnetický, ohřívá se tedy vířivými proudy; na topném vinutí se může projevovat skin efekt a výsledkem obou jevů je zvýšený topný výkon a zcela nesprávné vyhodnocení zatížení motoru. Pomoci může zařazení vhodných tlumivek do přívodů k motoru. Redukci nařízených proudových hodnot nepřímých nadproudových relé bývá nutné provést i tehdy, pracuje-li jištěný motor v prostředí s vyšší teplotou, zejména nad 40 °C. Nadproudová relé přitom mohou být, a většinou jsou, umístěna v prostředí teplotně odlišném oproti prostředí jištěného motoru. Zohlednění například vysoké teploty uvnitř rozvaděče motorového vývodu se nejlépe řeší použitím teplotně kompenzovaných relé. Správná funkce nadproudových jistících relé se konečně musí projevit i v případě nesymetrického zatížení motoru. K takovému stavu může dojít například výpadkem fáze v důsledku přetavení jedné pojistky. Třífázový motor, běžící dále jednofázově, je ohrožen tepelným přetížením. Vinutím, zapojeným mezi zdravé fáze, protéká asi 126 % normálního proudu vinutí, což odpovídá asi 160 % vývinu tepla. Je-li motor v klidu, nerozeběhne se, neboť neexistuje točivé pole. Nadproudové relé je vhodné vybavit mechanismem zcitlivujícím jeho funkci při nesymetrickém proudovém zatížení tak, aby při dvoupólovém zatížení došlo k podstatnému zkrácení doby do zapůsobení relé.

... pokračování příště.

 
 

e-Předplatné

projektanti_2014

 

Přihlášení



Newsletter

Naše portály