Предохранители играют важнейшую роль в системах защиты двигателей, обеспечивая защиту от короткого замыкания и вспомогательную защиту от перегрузки. Они особенно подходят для двигателей малой и средней мощности. Их применение необходимо рассматривать с учётом рабочих характеристик двигателя (таких как пусковой ток, номинальный ток и тип нагрузки) и требований к защите. Предохранители следует использовать совместно с другими компонентами защиты (такими как тепловые реле и автоматические выключатели) для создания надёжного и комплексного решения по защите.

I. Основная функция защиты и совместимость

К основным неисправностям электродвигателя, возникающим при его работе, относятся короткие замыкания, перегрузки и обрывы фаз. Предохранители обеспечивают защиту от коротких замыканий и ограниченную вспомогательную защиту от перегрузок.

II. Принципы выбора предохранителей для защиты двигателя

Правильный выбор предохранителей имеет решающее значение для обеспечения их защитной функции. Обратите внимание на следующие 5 основных параметров, чтобы избежать ложного срабатывания (перегорания при запуске) или несрабатывания (не перегорания при неисправностях).

1. Номинальное напряжение

Он должен соответствовать напряжению цепи, в которой находится двигатель (например, для низковольтных двигателей обычно используются 220 В и 380 В). Это гарантирует, что предохранитель сможет надежно гасить дугу после перегорания, предотвращая пробой изоляции.

2. Номинальный ток (ток плавкого элемента)

Это основа выбора, которую необходимо рассчитать на основе номинального тока двигателя и пусковых характеристик:

Для двигателей с прямым пуском: пусковой ток большой, а продолжительность пуска короткая (обычно 1–3 секунды). Номинальный ток предохранителя должен быть в 1,5–2,5 раза больше номинального тока двигателя (например, у двигателя мощностью 10 кВт номинальный ток составляет около 20 А, поэтому ток предохранителя может составлять 30–50 А).

Для двигателей с пуском при пониженном напряжении (например, пуск по схеме «звезда-треугольник»): пусковой ток меньше (примерно 1/3 от тока прямого пуска). Номинальный ток плавкого элемента может превышать номинальный ток двигателя в 1,2–1,5 раза.

Для часто запускаемых двигателей: ток предохранителя следует увеличить соответствующим образом (в 2,0–3,0 раза больше номинального тока двигателя), чтобы избежать перегорания предохранителя из-за частого запуска.

3. Отключающая способность

Он должен превышать максимальный ток короткого замыкания, который может возникнуть в цепи двигателя (его можно получить, расчитав ток короткого замыкания системы или изучив руководство по эксплуатации оборудования). Если отключающая способность недостаточна, предохранитель может не погасить дугу при перегорании, что может привести к взрывам или повреждению оборудования. Предохранители, обычно используемые для защиты низковольтных двигателей, обычно имеют отключающую способность 50–100 кА.

4. Ампер-секундная характеристика

Следует выбрать предохранитель с обратнозависимой характеристикой времени срабатывания, соответствующий требованиям защиты двигателя:

При коротких замыканиях (большой ток): время перегорания < 0,1 секунды для быстрого отключения короткого замыкания;

При пуске (средний ток перегрузки): время перегорания > продолжительности пуска, чтобы избежать ложного срабатывания;

При умеренных перегрузках (малый ток): время перегорания больше, что позволяет использовать его в качестве дополнения к тепловым реле.

5. Совместимость типов

Выберите подходящий тип предохранителя в зависимости от мощности двигателя и условий эксплуатации:

Низковольтные малогабаритные двигатели (≤5 кВт): можно использовать фарфоровые штекерные предохранители (серия RC) или винтовые предохранители (серия RL), отличающиеся простой конструкцией и низкой стоимостью.

Двигатели среднего напряжения или ответственные двигатели: требуются быстродействующие токоограничивающие предохранители (серии RS), которые могут быстро ограничить пиковый ток короткого замыкания во время коротких замыканий и снизить воздействие на двигатель.

Защита цепей управления: Цепи управления двигателем (например, катушки контакторов, релейные цепи) имеют небольшие токи, поэтому можно использовать миниатюрные стеклянные трубчатые предохранители (5×20 мм) или чип-предохранители.

III. Типичные сценарии применения и методы координации

Предохранители редко используются отдельно для защиты двигателя и обычно координируются с другими компонентами, образуя комплексную систему защиты, охватывающую «короткое замыкание + перегрузка + обрыв фазы». Распространенные методы координации следующие:

1. Предохранитель + тепловое реле (классическая схема защиты двигателя низкого напряжения)

Это наиболее часто используемая схема для двигателей малого и среднего напряжения (≤30 кВт), имеющая дополнительные преимущества:

Предохранитель: отвечает за защиту от короткого замыкания (быстрое отключение сильноточных замыканий);

Тепловое реле: отвечает за защиту от перегрузки и выпадения фаз (действует за счет термического изгиба биметаллических полос, с высокой точностью задержки, способно выдерживать небольшие перегрузки и выпадения фаз).

Способ подключения: предохранитель подключается последовательно в главную цепь (вблизи источника питания), тепловое реле подключается последовательно в цепь статора двигателя, а контактор отвечает за управление включением-выключением.

2. Предохранитель + Защита двигателя (интеллектуальная схема защиты)

Для двигателей средней и большой мощности или ответственных случаев (например, двигателей в химической и металлургической промышленности) может быть применена схема «предохранитель + интеллектуальная защита двигателя»:

Предохранитель: служит «последней линией обороны» для защиты от короткого замыкания;

Интеллектуальная защита двигателя: контролирует ток двигателя в режиме реального времени с помощью датчиков тока, обеспечивая точную защиту от множества неисправностей, таких как перегрузка, обрыв фазы, блокировка ротора, повышенное и пониженное напряжение. После срабатывания устройство отключает питание катушки контактора через реле.

3. Простая защита для небольших двигателей (отдельный предохранитель или с автоматическим выключателем)

Для микродвигателей (мощностью ≤2,2 кВт, например, для вентиляторов и водяных насосов), если требования к точности защиты не высоки, предохранитель можно использовать отдельно (с упором на защиту от короткого замыкания) или совместно с автоматическим выключателем (MCB): предохранитель отвечает за защиту от короткого замыкания, а автоматический выключатель — за защиту от перегрузки (со встроенным тепловым расцепителем). Такая схема отличается простотой конструкции и низкой стоимостью и широко применяется в бытовых и малогабаритных устройствах.

Краткое содержание

Предохранители являются «основным компонентом» защиты двигателя от короткого замыкания, но не являются «универсальными средствами защиты». На практике требуется точный выбор с учётом мощности двигателя, способа пуска и характеристик нагрузки, а также координация с такими компонентами, как тепловые реле и интеллектуальные устройства защиты, для достижения комплексного защитного эффекта, включающего «быстрое отключение короткого замыкания, точную задержку срабатывания при перегрузке и надёжную защиту от обрыва фазы», что продлевает срок службы двигателя и обеспечивает безопасную работу энергосистемы.