Захист за тепловою моделлю (ANSI 49) — термічна копія для двигуна та трансформатора

[Гід про захист двигуна — клас перевантаження 10/20/30](/guides/nen-3140/motorbeveiliging-overbelastingsklasse-10-20-30) розглядає, як теплове реле перевантаження захищає двигун через криву час-струм із фіксованим позначенням класу. Ця стаття розглядає більш досконалу методику, застосовану як до двигунів, так і до трансформаторів: термічну модель-копію, що позначається кодом ANSI 49 (теплове реле машини або трансформатора).

Чому фіксованого порогу за струмом недостатньо

Проста максимальна струмова захист враховує лише фактичний струм у даний момент. Однак реальна температура обмотки залежить не лише від струму зараз, а й від того, наскільки гарячою обмотка вже була до цього моменту: двигун, який щойно пережив важкий пуск, або трансформатор, який уже деякий час працює близько до номінального навантаження, має набагато менший тепловий запас, ніж та сама машина, яка щойно довго стояла без навантаження — навіть якщо фактичний струм в обох випадках однаковий.

Термічна модель-копія

Реле з функцією 49 вирішує цю проблему, безперервно підтримуючи не лише фактичний струм, а й розрахункову модель температури обмотки — звідси й термін «термічна копія» (thermal replica): реле електронно імітує теплову поведінку захищуваної машини.

• Підвищення температури розраховується за співвідношенням I²t із тепловою постійною часу: чим вищий струм відносно номінального значення, тим швидше зростає змодельована температура; чим більша постійна часу машини (більша маса, більша охолоджувальна здатність), тим повільніше це зростання.
• Модель має функцію пам'яті: при зниженні струму змодельована температура поступово охолоджується за тією самою постійною часу, а не миттєво падає до нуля — точно так само, як реальна обмотка не охолоджується миттєво в момент зникнення навантаження.
• Там, де це доступно, модель коригується за фактично виміряною температурою (наприклад, датчиком PT100 в обмотці або у верхньому маслі трансформатора), тож реле покладається не лише на розрахункову модель, а й звіряє її з реальною, виміряною температурою.

Відмінність від класів перевантаження 10/20/30

Класи перевантаження 10/20/30 простішого реле захисту двигуна фактично описують фіксовану криву час-струм, налаштовану на середню теплову поведінку для цього класу, без явної, безперервно оновлюваної теплової пам'яті про передісторію. Повноцінне реле термічної моделі-копії (49) йде далі: воно безперервно відстежує змодельовану температуру, включно з охолодженням між послідовними піками навантаження, і тому може точніше розрізняти машину, яка вже «гаряча» перед новим піком, і машину, що стартує «холодною» — розрізнення, якого чиста крива час-струм без пам'яті не робить.

Увага: у трансформатора, поряд із температурою обмотки, часто окремо моделюється або вимірюється температура верхнього масла (див. гід про індикатор температури масла/обмотки OTI/WTI) — термічна копія обмотки (49) і фізичне вимірювання OTI/WTI — це два різні, взаємодоповнювальні методи контролю одного й того самого базового ризику (старіння ізоляції через надмірну температуру обмотки).

Практична значущість

Під час налаштування реле термічної моделі-копії для двигуна або трансформатора важливо ввести правильну теплову постійну часу (постійні часу нагрівання й охолодження можуть відрізнятися) та правильний рівень перевантаження на основі заводських даних машини, а там, де це доступно, — пов'язати з моделлю фактичне вимірювання температури, щоб реле покладалося не лише на загальне припущення, а слідувало реальній тепловій поведінці конкретної машини.

Типові помилки

1. Налаштування лише фіксованого порогу за струмом або класу перевантаження без використання функції пам'яті реле термічної моделі-копії, через що повторювані короткі перевантаження із занадто малим часом охолодження між ними розпізнаються неправильно.
2. Використання однакової постійної часу для нагрівання й охолодження, тоді як багато машин насправді охолоджуються повільніше, ніж нагріваються (менш ефективне охолодження у стані спокою, ніж під час роботи) — надто оптимістична постійна часу охолодження може призвести до передчасного, необґрунтованого повторного увімкнення.
3. Відсутність оновлення теплової моделі після заміни двигуна або трансформатора з іншими тепловими характеристиками, через що захист перестає відповідати фактично підключеній машині.
4. Плутати захист за тепловою моделлю-копією з фізичним вимірюванням температури OTI/WTI трансформатора — обидва цінні, але захищають за різним принципом (змодельована величина проти безпосередньо виміряної).

Дивіться також

• Захист двигуна — клас перевантаження 10/20/30
• Індикатор температури масла/обмотки (OTI/WTI) силового трансформатора
• Диференційний захист трансформатора (87T) — відсотковий диференційний захист
• Клас захисту трансформатора струму (5P/10P) та напруга точки перегину