Захист від заклинювання ротора та обмеження кількості пусків двигуна — ANSI 51LR і 66

Посібник про клас спрацювання теплового реле двигуна розглядає, як довго теплове реле двигуна може допускати підвищений струм, виражений як клас спрацювання 10A/10/20/30. Ця стаття розглядає дві додаткові, більш специфічні функції захисту, яких не охоплює звичайне налаштування класу спрацювання: різницю між нормальним пуском і заклиненим (зупиненим) ротором (ANSI 51LR), а також обмеження кількості пусків на годину (ANSI 66).

Чому одного класу спрацювання недостатньо

Налаштування класу спрацювання відкалібровано під нормальний час пуску двигуна разом із приводним навантаженням — наприклад, клас спрацювання 20 допускає пусковий струм типово 6× від встановленого значення протягом максимум 20 секунд. Це добре працює, доки двигун дійсно розганяється до робочої швидкості за цей час. Проте якщо ротор заклинює під час самого пуску — наприклад через застряглий привід, заклинений насос або механічну несправність — струм залишається на повному пусковому рівні без зростання швидкості, і захист має розпізнати це швидше, ніж дозволив би звичайний час класу спрацювання, оскільки виділення тепла в обмотці за повністю заклиненого ротора більш сконцентроване, ніж у двигуна, що дійсно розганяється.

ANSI 51LR — захист від заклинювання ротора

Функція 51LR (Locked Rotor, часозалежний максимально-струмовий захист) відрізняє заклинений пуск від нормального, порівнюючи швидкість або фактичний час пуску з очікуваною кривою:

• У двигунів із датчиком швидкості або розрахунком ковзання на основі струму/напруги реле захисту може виявити, чи дійсно двигун розганяється.
• Якщо час пуску перевищує заздалегідь встановлений поріг без відповідності швидкості очікуваній кривій, 51LR спрацьовує швидше, ніж дозволив би звичайний час класу спрацювання — спеціально налаштоване під той факт, що повністю заклинений ротор термічно навантажує обмотку швидше, ніж двигун, що дійсно набирає швидкість.
• Для двигунів без датчика швидкості часто застосовують спрощену форму: окремий, коротший час спрацювання, що застосовується конкретно тоді, коли струм залишається на повному пусковому рівні довше нормально очікуваного часу пуску для конкретної установки.

Увага: точний метод виявлення (датчик швидкості, розрахунок ковзання або простий фіксований ліміт часу) значно відрізняється між виробниками реле та застосуваннями двигунів — ця стаття розглядає принцип, а не одну конкретну реалізацію.

ANSI 66 — захист за частотою пусків (пуски на годину)

Кожен пуск трифазного двигуна спричиняє короткочасне, інтенсивне нагрівання обмотки через великий пусковий струм (див. також посібник про методи пуску двигуна — про те, як цей пусковий струм відрізняється залежно від методу пуску). Між двома пусками обмотці потрібен час на охолодження. Якщо занадто багато пусків відбувається за занадто короткий час — наприклад, за системи керування, що багаторазово вмикає/вимикає двигун, або коли оператор пробує знову негайно після невдалого пуску — тепло від послідовних пусків накопичується швидше, ніж двигун встигає охолонути, навіть якщо жоден окремий пуск сам собою не перевищує час класу спрацювання.

Функція 66 обмежує це шляхом:

• Встановлення максимальної кількості пусків за фіксований період часу (наприклад, максимум 3 пуски на годину).
• Примусового мінімального часу очікування між двома послідовними пусками, щоб обмотка встигала достатньо охолонути.
• Часто розрізнення між холодним пуском (двигун за температури довкілля) і гарячим пуском (двигун уже розігрітий недавнім пуском), з відповідно суворішим обмеженням для послідовних гарячих пусків.

Увага: точні параметри (кількість пусків, час очікування, розрізнення холодний/гарячий) не є фіксованими нормативними значеннями, а виводяться з теплових даних конкретного двигуна (часто наданих виробником двигуна) — цей посібник подає принцип обмеження, а не універсальне значення налаштування.

Зв'язок із тепловим образним захистом (ANSI 49)

Посібник про тепловий образний захист (ANSI 49) розглядає безперервну, розрахункову модель температури обмотки на основі виміряного струму в часі. 51LR і 66 є конкретними доповненнями до цього, спрямованими на дві особливі ситуації (повністю заклинений пуск і серію занадто частих послідовних пусків), які узагальнена теплова модель не завжди розпізнає з тією самою швидкістю чи точністю — зокрема тому, що заклинений ротор створює інший, більш сконцентрований патерн нагріву в обмотці, ніж нормальний, більш рівномірний профіль пуску, на якому часто відкалібрована теплова модель.

Практична значущість

Це актуально для двигунів, що приводять навантаження з реальним ризиком механічного заклинювання (конвеєри, насоси, схильні до засмічення, вентилятори, схильні до заклинювання через накопичення сміття), та для установок із системою керування, що часто перемикає двигун (наприклад, циклічні процеси або контур зворотного зв'язку, що коливається близько до порогу увімкнення/вимкнення). Під час оцінювання схеми захисту двигуна важливо перевірити, чи присутні, окрім налаштування класу спрацювання, також обмеження щодо заклинювання ротора та частоти пусків, особливо для застосувань, де ці два ризики реалістичні.

Часті помилки

1. Припущення, що налаштування класу спрацювання охоплює всі сценарії — повністю заклинений ротор під час пуску потребує швидшої, специфічної реакції, ніж звичайний час класу спрацювання.
2. Відсутність обмеження за частотою пусків в установці, що часто перемикає двигун, що призводить до накопичення тепла, якого не спричинив би жоден окремий пуск сам собою.
3. Відсутність розрізнення холодного та гарячого пуску під час налаштування обмеження частоти пусків — двигун, уже розігрітий недавнім пуском, має менший тепловий запас для наступного пуску, ніж холодний двигун.
4. Плутати 51LR/66 зі звичайним налаштуванням класу спрацювання теплового реле — це додаткові, а не замінні функції захисту, спрямовані на конкретні сценарії відмови.

Пов'язане

• Теплове реле двигуна — клас спрацювання 10A/10/20/30
• Тепловий образний захист (ANSI 49)
• Порівняння методів пуску двигуна
• Вимірювання пускового струму двигуна (locked-rotor)