Существует множество случаев, которые иллюстрируют, насколько различны характеристики нагрузки двигателя по сравнению с характеристиками обогревателя или освещения. Одним из таких примеров является случай, который произошел несколько лет назад, когда электрик по обслуживанию был вызван на пищевую перерабатывающую фабрику из-за неожиданной остановки производственной линии. Электрический двигатель, приводящий в действие весь упаковочный участок (20 лошадиных сил), отключил свой автоматический выключатель. После сброса автоматического выключателя электрик попытался снова запустить двигатель, но обнаружил, что он снова отключился при запуске. После диагностики проблемы электрик выяснил, что кто-то установил новое защитное устройство (автоматический выключатель) вместо оригинального устройства защиты цепи двигателя (также известного как пускатель двигателя).
Новое установленное защитное устройство было стандартным термомагнитным автоматический выключатель с номинальным током, равным оригинальному пускателю двигателя; однако оно имело настройку магнитного срабатывания, которая была слишком низкой, чтобы обеспечить достаточное время для нормального пускового тока двигателя, чтобы он стабилизировался на уровне постоянного тока. С другой стороны, настройка магнитного срабатывания нового установленного защитного устройства была установлена достаточно высоко, чтобы обеспечить чрезмерный пусковой ток при запуске, что в конечном итоге повредило двигатель (ухудшив изоляцию обмотки), что в конечном итоге потребовало бы перемотки двигателя стоимостью $1,200. Когда инженеры и техники входят в профессиональный мир, они в конечном итоге открывают одну из основных истин проектирования, а именно, что защита для нагрузки двигателя должна быть выбрана на основе отличительных характеристик двигателя по сравнению с отличительными характеристиками обогревателя или освещения.
Два устройства, две разные функции
Хотя термины защитник цепи двигателя и автоматический выключатель могут использоваться взаимозаменяемо, они на самом деле описывают два разных типа устройств с очень разными внутренними конструкциями, которые выполняют разные функции в цепи двигателя. Стандартный автоматический выключатель, чаще всего миниатюрный автоматический выключатель (MCB) или автоматический выключатель с формованным корпусом (MCCB), представляет собой устройство, которое было разработано для обеспечения защиты общего назначения для проводов и подключенных общих нагрузок от перегрузки и короткого замыкания, обеспечивая как защиту от перегрузки, так и защиту от короткого замыкания через свой биметаллический термический элемент и электромагнитную катушку соответственно, размещенные в одном корпусе. В отличие от этого, защитник цепи двигателя (MCP) — это устройство, которое было специально разработано для обеспечения только магнитной (электромагнитной) защиты от короткого замыкания. MCP имеет регулируемое мгновенное срабатывание и должен использоваться как часть сертифицированного комбинированного контроллера двигателя, когда используется с контактором и отдельным реле перегрузки для обеспечения как термической защиты для двигателя, так и отключения короткого замыкания с помощью MCP. Ни одно из устройств не обеспечит функции другого, и неправильное использование обоих — это один из способов получить тот тип отказа, который произошел на пищевом заводе.
Почему стандартный MCB не подходит для работы с моторами
При запуске мотор будет иметь пусковой (или заблокированный ротор) ток, который может составлять от 6 до 8 раз больше номинального рабочего тока. Этот пусковой ток будет длиться всего лишь долю секунды при прямом пуске, однако он может длиться достаточно долго, чтобы попасть в зону магнитного срабатывания стандартного миниатюрного автоматического выключателя (MCB). Например, 20-амперный автоматический выключатель типа C имеет порог мгновенного срабатывания от 5 до 10 раз его номинала, что означает, что он может сработать при токах от 100 до 200 ампер. Учитывая 120 ампер тока, который мотор потребляет при запуске, это происходит прямо посередине порога срабатывания MCB. Следовательно, автоматический выключатель может срабатывать при некоторых запусках мотора и может удерживаться при других, в зависимости от 2 факторов: 1) точки закрытия контактов мотора относительно тока (т.е. фактической точки в пределах волны напряжения, когда контакты закрываются), и 2) уровня остаточного магнитного поля (размера), который остается в сердечнике мотора в момент закрытия цепи. Эта непостоянность и приводит к ложным срабатываниям.
Часто неосведомленные специалисты по устранению неполадок пытаются решить проблемы ложных срабатываний, настраивая на более крупный автоматический выключатель; что, в свою очередь, убирает защиту от перегрузки с провода, создавая тем самым опасность возгорания.
Механизм магнитного срабатывания MCP решает проблему ложных срабатываний, имея настраиваемый порог магнитного срабатывания (до 13 раз номинальной нагрузки мотора) без какого-либо теплового элемента, который сработает из-за длительных перегрузок; это задача реле перегрузки. Для более широкого взгляда на то, как автоматические выключатели функционируют в различных приложениях, мы предлагаем сравнение автоматический выключатель против защитника от перенапряжений объясняет, где заканчивается защита от избыточного тока и начинается защита от перенапряжений.
Согласованная тройка защиты мотора
В соответствии со стандартами NEC и UL, полная цепь питания мотора включает три устройства, которые работают вместе (для управления вашим мотором, а не просто для его работы):
- Защита от короткого замыкания и замыкания на землю: Цель защитного устройства для цепи мотора или специального MCCB (автоматический выключатель с формованным корпусом) заключается в том, чтобы сработать при наличии короткого замыкания или замыкания на землю и устранить эти неисправности до того, как ток сможет повредить проводники или обмотки мотора. Он установлен выше уровня пуска, чтобы предотвратить ложные срабатывания.
- Защита от перегрузки: Реле перегрузки охватывает полный ток нагрузки мотора, а также его коэффициент службы. Это защитит мотор от длительных механических перегрузок, потери одной или нескольких фаз и условий заблокированного ротора, которые продолжаются после запуска. Реле перегрузки сработает при 115% или 125% полного тока нагрузки мотора в зависимости от того, как мотор маркирован (коэффициент службы) и что требуется по стандарту.
- Управление: Контактор действует как электромагнитное переключающее устройство для мотора и включает и выключает мотор в нормальных условиях эксплуатации. Контактор рассчитан на полный ток нагрузки и ток заблокированного ротора мотора.
MCP требует, чтобы реле перегрузки обеспечивало тепловую защиту, что достигается с помощью биметаллической пластины, встроенной в традиционные автоматические выключатели. Это сделано намеренно, чтобы позволить каждому защитному устройству быть спроектированным и оптимизированным специально для их уникальных приложений. Стандартный MCB пытается выполнять обе функции, используя одну постоянную характеристику, тем самым выводя его за пределы использования в качестве автоматического выключателя для моторов, кроме очень маломощных моторов, где пусковой ток слишком мал, чтобы повлиять на производительность.
Автоматические выключатели для защиты моторов: третий вариант
Автоматические выключатели для защиты моторов (MPCBs) имеют следующие округленные аспекты в соответствии с требованиями Канадского электрического кодекса (CEC) и Национального электрического кодекса (NEC):
• MPCBs, обычно встречающиеся как на североамериканском, так и на IEC рынках, обеспечивают защиту от перегрузки (тепловую) и короткого замыкания (магнитную) в одном устройстве, классифицируются по IEC-60947-4-1 как подходящие для моторных нагрузок и служат многим приложениям в качестве единственного устройства защиты мотора, упрощая проводку и уменьшая пространство в корпусе.
• Настройка на прямое короткое замыкание вашего MPCB предоставляет гибкое средство защиты как от пускового тока мотора, так и от его постоянно поддерживаемых перегрузочных токов.
• Стандартный MCB может обеспечивать настройку на прямое короткое замыкание; тем не менее, он создаст несоответствующее состояние при использовании с моторами из-за проблемы, что MCB рассчитан на полный ток нагрузки (FLC), в то время как ваш MPCB рассчитан на пусковой ток.
При использовании сбрасываемого устройства для защиты от короткого замыкания и заземляющего замыкания на отключателе мотора, ваш MPCB всегда должен быть устройством выбора.
Однако в контексте общепринятых методов управления промышленными переменными токами в Северной Америке комбинация контактора, реле перегрузки и автоматического выключателя для защиты моторов по-прежнему представляет собой наиболее распространенный метод достижения управления мотором; это в первую очередь связано с тем, что NEC поддерживает требование о наличии устройства защиты от короткого замыкания и заземляющего замыкания для ветви мотора в качестве перечисленного (одобренного агентством) устройства, когда оно используется в качестве отдельного компонента в пускателе.
Правило 125% и его роль в защите мотора
В Национальном электрическом кодексе (NEC) защита от перегрузки должна быть неправильно подобрана для двигателей, имеющих коэффициент службы больше 1.15 при не более чем 125% полной нагрузки. С другой стороны, максимальная настройка перегрузки на реле перегрузки двигателя с коэффициентом службы 1.0 или температурным повышением на 40 градусов Цельсия будет составлять 115% полной нагрузки. Цель этой статьи — предоставить защиту от перегрузки двигателя, которая не будет срабатывать на реле перегрузки при нормальных условиях работы, но реле перегрузки сработает до того, как изоляция обмотки двигателя достигнет температуры, которая сократит срок службы двигателя. Это правило применяется только к реле перегрузки и не регулирует устройство короткого замыкания двигателя. Настройка магнитного срабатывания на MCP значительно выше (обычно между 700–1300% полной нагрузки), чем настройка реле перегрузки (125% полной нагрузки) в соответствии со статьей NEC 430.52. Статья 430 устанавливает максимальное количество защиты от короткого замыкания для мгновенных срабатывающих автоматов, которые могут использоваться в сочетании с реле перегрузки с номиналом 1300% полной нагрузки. Правило 125% и высокая настройка, связанная с магнитным срабатыванием MCP, поддерживают друг друга: реле перегрузки защищает от медленного теплового повреждения двигателя, в то время как MCP защищает двигатель от быстрых токов короткого замыкания. Ни одно из этих значений не может быть взаимозаменяемым между устройствами без нарушения координации, которая обеспечит безопасную работу двигателя.
Является ли защитное устройство для двигателя автоматическим выключателем?
Когда возникают вопросы по проекту установки, требуется различение между физическими характеристиками и общей функциональностью, а также типом конфигурации и номером модели, используемыми для определенных целей. Внешне модифицированный защитник цепи (MCP) имеет такой же корпус и конфигурацию переключателя, как и автоматический выключатель (MCC); однако функционально MCP является типом автоматического выключателя, который был модифицирован для удаления устройства защиты от тепловой перегрузки и заменен на регулируемое магнитное срабатывающее устройство. Хотя некоторые MCP являются продуктами с двойной сертификацией, которые соответствуют UL 508 (для использования в промышленной панели управления) и UL 489 (для использования в качестве автоматического выключателя), MCP будет выполнять свою роль в качестве защитника от короткого замыкания для цепи двигателя; однако они всегда должны использоваться с соответствующими реле перегрузки и контакторами. MCP не может использоваться в цепях двигателя, если это не предусмотрено инструкциями по установке производителя и не соответствует соответствующему коду; существуют определенные специальные случаи, которые позволят MCB защищать небольшую цепь двигателя (например, небольшую цепь двигателя, управляемую устройством на батарейном питании). Если вам нужна помощь в подборе автоматического выключателя для любого применения, наш гид по какому размеру автоматического выключателя вам нужно объясняет процесс расчета как для общих, так и для моторных нагрузок.
Как HUYU поддерживает правильную защиту цепи двигателя
HUYU предлагает полный ассортимент устройств защиты цепей, используемых в системах управления двигателями, включая автоматические выключатели с корпусом для защиты питающих и ответвительных цепей; автоматические выключатели, сертифицированные UL 489, которые соответствуют требованиям входного и ответвительного обслуживания; и множество характеристик срабатывания, чтобы предоставить инженерам выбор для соответствия защитного устройства с нагрузкой — такими как резистивные обогреватели или цепи освещения, или двигатели с высоким пусковым током. HUYU предлагает мини-автоматические выключатели для защиты цепей в приложениях общего назначения до автоматических выключателей с номинальными значениями отключения и регулируемыми характеристиками срабатывания, предназначенными для защиты промышленных цепей двигателей. Если вы выберете производителя, который предоставляет полную документацию по испытаниям и четко обозначенные характеристики срабатывания, вы устраните неопределенность сценария на пищевом заводе — медленное и дорогостоящее ухудшение состояния двигателя, который никогда не был должным образом защищен.
Часто задаваемые вопросы
Является ли защита цепи двигателя автоматическим выключателем?
Устройство защиты цепи двигателя (также называемое MCP) является электронным средством защиты от отказа цепи двигателя. MCP отличается от стандартного автоматического выключателя тем, что обеспечивает только защиту от короткого замыкания с помощью магнетизма — поэтому оно не включает в себя термическое устройство защиты от перегрузки для защиты цепи от термической перегрузки. Оно также используется вместе с отдельным реле перегрузки, контакторами и иногда также как продукт с двойной сертификацией по UL998 и UL948.
Является ли защита цепи тем же, что и автоматический выключатель?
Нет, “защитное устройство цепи” означает различные электрические устройства, такие как предохранители, дополнительные защитные устройства и устройства защиты цепи двигателя; однако автоматический выключатель является фактическим типом электрического устройства, которое может быть сброшено пользователем и защищает как от перегрузок, так и от коротких замыканий. MCP также является примером электрического устройства, которое является типом защитного устройства цепи; однако единственная функция, которую оно выполняет, — это защита от коротких замыканий, и оно предназначено только для использования с нагрузками двигателей.
Почему MCB не используется для защиты двигателя?
Традиционный MCB имеет предопределенное магнитное положение срабатывания, которое обычно соответствует пусковому току двигателя, что также вызывает ложные срабатывания. Кроме того, термический элемент MCB также не откалиброван должным образом для соответствия конкретной кривой термического повреждения отдельного двигателя. MCP или MPCB с их регулируемыми пределами срабатывания устраняют оба этих несоответствия, обеспечивая надежную защиту от ненужных срабатываний.
Каково правило 125% в электротехнике?
Согласно статье 430.32 NEC, правило 125% гласит, что для двигателей с коэффициентом службы, равным или превышающим 1.15, защита от перегрузки не должна превышать 125% от полного тока нагрузки. Это относится только к перегрузкам, а не к защите от короткого замыкания, поскольку она предназначена для защиты двигателя от длительных термических перегрузок при использовании в условиях, превышающих средние условия нормальной эксплуатации.
Тот разница между стандартным автоматическим выключателем и защитник цепи мотора не является просто технической деталью. Защитник цепи мотора (MCP) обеспечит годы надежных и безпроблемных запусков. Стандартный автоматический выключатель, с другой стороны, либо сработает каждый раз, когда мотор пытается запуститься, либо тихо выйдет из строя, когда мотор перегреется из-за недостаточной защиты от перегрузки. Обеспечивая регулируемую магнитную срабатывающую систему в сочетании с правильно подобранным реле перегрузки, MCP был подтвержден и задокументирован Национальным электрическим кодом (NEC), а также десятилетиями специализированной инженерии защиты моторов как правильное решение для защиты мотора от повреждений. Стандартный автоматический выключатель (MCB), хотя и полезен для защиты освещения и отопительных нагрузок, является неправильным применением для этой цели. В HUYU мы предлагаем все типы защитных устройств, которые правильно оценены в соответствии с типом нагрузки, чтобы гарантировать, что правильное сочетание защиты и нагрузки является основой безопасной, надежной и соответствующей кодам электрической системы.
