Автоматические выключатели защиты двигателя (АВЗД) применяются для защиты от коротких замыканий, перегрузок, обрыва фаз. Эти аппараты могут быть использованы как совместно, так и взамен тепловых и электронных реле, если их параметры защиты удовлетворяют требованиям и критериям применения в системе, в которой они функционируют: быстродействие, избирательность, чувствительность. Выполнение этих требований лежит в основе выбора аппаратов и отталкивается непосредственно от характеристик защищаемого двигателя.
Общепринятая методика выбора аппаратов защиты и расчета их уставок учитывает основные «табличные» параметры (мощность, КПД, режим работы, характер нагрузки). При этом есть и дополнительные факторы, косвенно влияющие на принятие решений и последующую работу. Например, энергоэффективность двигателя.
Энергоэффективность двигателей классифицирована в МЭК 60034-30 и ГОСТ Р 54413-2011 в соответствии с их КПД в зависимости от номинальной мощности:
- IE1 – стандартный (нормальный) класс энергоэффективности;
- IE2 – повышенный класс;
- IE3 – премиум;
- IE4 – суперпремиум.
Нормативные значения энергоэффективности даны в таблицах ГОСТ: даже при отсутствии класса на табличке двигателя, мы можем определить его, сравнив указанный КПД со стандартом (КПД должен быть выше нормированного). ГОСТ говорит: «На заводских табличках двигателей, имеющих КПД, меньший нормативного значения, указанного в таблицах, класс энергоэффективности не указывают».
Долгое время отраслевым стандартом считался класс IE2, и работа с такими двигателями обычно отражается в общих методиках расчета и координации защит.
Стандартные пути повышения КПД по большей части касаются применения высококачественных материалов (проводниковые материалы, материалы конструкции двигателя, изоляция) и работы с конструкцией двигателя – все это направлено на повышение индуктивности и снижение потерь. В качестве прямого следствия применяемых производителем конкретных технологий, двигатели с повышенным классом энергоэффективности (IE3-IE4) могут обладать более высокими пусковыми токами и меньшими рабочими токами. Это должно быть принято в качестве обязательного фактора для проверки координации аппаратов защиты и управления.
Пример режима (см. рисунок):
- При пуске двигателей IE3/IE4 в течение первых 10-15 мс наблюдается наибольший пик тока (Iпик) вследствие высокой полной мощности, необходимой для начала вращения заторможенного ротора.
- В течение следующих 0,5-10 с. ток при заторможенном роторе двигателя (Iпуск) остается высоким вплоть до раскручивания ротора и далее снижается.
- Координация двигателей с разным классом энергоэффективности и ложным срабатыванием
- При некорректном выборе АВЗД действие пикового тока и тока при заторможенном роторе может привести к срабатыванию выключателя, так как по амплитуде и времени действие тока может быть сравнимо с аварийным, и без применения дополнительных защит и блокировок не будет от него отделимо.
После достижения двигателем номинальной скорости вращения, высокий КПД отражается в снижении рабочего тока. Учитывая общепринятую формулу выбора Ir по In и коэффициенту запаса, а также проверке электромагнитной защиты по характеристикам пуска, стандартная модель выбора реле перегрузки и защиты применяется только с поправками на конкретные параметры двигателя. Следует принимать во внимание тип двигателя по IE, его конструкцию, технологию и сопутствующие им параметры. Например, двухполюсные двигатели могут иметь больший пусковой ток по сравнению с четырех- и шестиполюсными.
Чтобы избежать, срабатывания при пуске, выбору АВЗД и его проверке по пусковым токам следует уделить повышенное внимание в части данных производителя и его рекомендаций к выбору аппаратов защиты. Если таковых требований не имеется, то можно воспользоваться следующими рекомендациями:
- получить от производителя корректную классификацию двигателя и параметры Iпик и Iпуск, пусковую характеристику;
- наложить времятоковую характеристику (ВТХ) аппарата защиты на пусковую характеристику двигателя, либо отметить на ВТХ известные «контрольные точки» (пусковые токи, время пуска);
- в случае риска ложных срабатываний при пусках, изменить настройки или типоразмер аппарата защиты, обязательно принимая во внимание защиту им пассивных элементов сети (аппаратов управления, кабелей).
Если производитель дает прямые указания по выбору устройств и параметров срабатывания защиты (в том числе классов срабатывания), номиналов автоматических выключателей, то рекомендуется следовать указаниям, например, используя аппараты соответствующей категории применения либо c соответствующими характеристиками срабатывания защиты.