Представьте себе высокоточный прецизионный двигатель, беззвучно страдающий от перегрузки, не подозревающий, что в любой момент он может выйти из строя из-за короткого замыкания или замыкания на землю. Уязвимо ли ваше предприятие к таким рискам? Являясь «сердцем» промышленных операций, двигатели требуют надежной защиты для безопасной и стабильной работы. В этой статье рассматривается конструкция защиты от сверхтока одномоторной ответвленной цепи на основе Национального электротехнического кодекса (NEC) 2020 года, предоставляя важные знания для предотвращения отказов двигателей до того, как они произойдут.

Конструкция цепи двигателя — это систематический инженерный процесс, который функционирует как кровеносная система человека, безопасно и эффективно доставляя энергию для управления промышленными операциями. Полная система защиты от сверхтока необходима для надежной работы двигателя. Типичная цепь двигателя включает в себя несколько критических компонентов, каждый из которых выполняет определенные защитные функции.

Устройство защиты от перегрузки двигателя служит первой линией защиты. Действуя как бдительный страж, он непрерывно контролирует работу двигателя, чтобы предотвратить повреждение от чрезмерных нагрузок. В соответствии с NEC 430.31 устройства защиты от перегрузки должны:

• Предотвращать перегрев двигателя: Когда двигатели работают выше номинальной мощности в течение длительных периодов времени, чрезмерное тепло может ухудшить изоляцию и вызвать повреждение обмоток. Защита от перегрузки прерывает питание до возникновения теплового повреждения.
• Защищать проводники цепи: Условия сверхтока угрожают проводке ответвленной цепи. Правильная защита от перегрузки предотвращает перегрев проводников и потенциальную опасность пожара.
• Устранять трудности при запуске: Во время запуска двигатели должны преодолевать статическое трение. Защита от перегрузки контролирует пусковой ток и отключает питание, если двигатели не запускаются нормально, предотвращая условия заклинивания ротора.

NEC 430.32(A)(1) определяет номинальные значения защиты от перегрузки от 115% до 125% от тока полной нагрузки двигателя. Для сложных условий запуска или переменных нагрузок номинальные значения могут увеличиваться до 130% или 140% (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

Короткие замыкания (между фазами или между фазой и нейтралью) и замыкания на землю (между фазой и корпусом) представляют собой наиболее серьезные электрические опасности. Эти неисправности генерируют экстремальные токи, которые могут уничтожить оборудование и создать риск пожара или поражения электрическим током.

Устройства защиты ответвленной цепи должны быстро прерывать токи короткого замыкания, выдерживая пусковые скачки двигателя (NEC 430.52). Эти устройства служат окончательной защитой для двигателей и персонала.

NEC 430.22 требует, чтобы проводники ответвленной цепи для двигателей непрерывного режима работы имели токовую нагрузку не менее 125% от тока полной нагрузки двигателя. Для двигателя на 10 А проводники должны выдерживать не менее 12,5 А. Таблицы NEC 430.247-250 предоставляют значения тока полной нагрузки для правильного выбора проводников.

NEC допускает четыре типа устройств для защиты ответвленной цепи двигателя:

1. Неинерционные предохранители: Быстрое срабатывание, но подвержены ложным срабатываниям во время запуска двигателя
2. Двухэлементные (с задержкой времени) предохранители: Выдерживают пусковые токи, обеспечивая надежную защиту
3. Автоматические выключатели мгновенного действия: Сверхбыстрое срабатывание для критических применений (должны быть регулируемыми и являться частью комбинированного пускателя)
4. Автоматические выключатели с обратным временем-током: Распространенный выбор, уравновешивающий скорость защиты и допустимый пусковой ток

Пусковые токи двигателя обычно достигают 6–8-кратного тока полной нагрузки. NEC 430.52(B) требует, чтобы защитные устройства выдерживали эти пусковые токи без ложного срабатывания.

Используя проценты из таблицы NEC 430.52, максимальные номинальные значения устройств равны току полной нагрузки двигателя, умноженному на соответствующий процент. Например, для двигателя на 10 А с автоматическим выключателем с обратным временем-током:

10 А × 250% = 25 А максимум

Когда расчеты не соответствуют стандартным номинальным значениям, исключение № 1 NEC 430.52(C)(1) позволяет выбрать следующее более высокое стандартное значение.

Для двигателей с трудным запуском или переменных нагрузок исключение № 2 430.52(C)(1) и исключение № 1 430.52(C)(3) допускают скорректированные настройки защиты при сохранении безопасности.

Примечание. Проценты применимы к энергоэффективным двигателям Design B.

Рассмотрим трехфазный двигатель Design B мощностью 25 л.с., 460 В, с током по паспортной табличке 32 А и коэффициентом обслуживания 1,15.

Из таблицы NEC 430.250: ток полной нагрузки 34 А × 125% = минимальная токовая нагрузка проводника 43 А

Ток по паспортной табличке 32 А × 125% = 40 А максимум

При необходимости: 32 А × 140% = 44,8 А (NEC 430.32(C))

Предохранители с задержкой времени:

• 34 А × 175% = 59,5 А → Выберите стандарт 60 А
• Максимум исключения: 34 А × 225% = 76,5 А → Окончательный выбор: 70 А

Автоматические выключатели с обратным временем-током:

• 34 А × 250% = 87,5 А → Выберите стандарт 90 А
• Максимум исключения: 34 А × 400% = 136 А → Окончательный выбор: 125 А

Эффективная защита двигателя от сверхтока требует тщательного проектирования в соответствии со стандартами NEC. Правильный выбор устройств, регулярное техническое обслуживание и соблюдение требований кодекса обеспечивают надежность двигателя, сводя к минимуму риски отказов и повышая эксплуатационную безопасность.