Elektrische beveiliging van motoren PDF

Preview

Summary

Download Elektrische beveiliging van motoren PDF

Description

1

Elektrische beveiliging van motoren 1. Algemeenheden a. Doel van de elektrische beveiliging van motoren   

Beletten dat de temperatuur van de motorwikkelingen zo sterk stijgt dat ze gevaar lopen te verbranden. Het snel afschakelen (buiten dienst stellen) bij het optreden van een kortsluiting. Het inschakelen beletten bij ontbrekende of te lage spanning.

b. Oorzaken van abnormale temperatuurstijging (van de motor) 

    

De belangrijkste oorzaak is overbelasting van de motor : toenemende belasting (groter motorkoppel) vereist een grotere stroomsterkte. Zelfs door een geringe overschrijding van de grenstemperatuur, wordt de levensduur van de motor sterk verkort. Merken we daarbij op dat, volgens de voorschriften, motoren in warme toestand gedurende twee minuten een overbelasting van 1,5 x de nominale stroomsterkte (In) moeten kunnen verdragen, zonder dat hun grenstemperatuur overschreden wordt. Maatgevend voor overbelasting zijn dus de stroomsterkte en de tijdsduur. Onderbreking van 1 fase bij driefasige motoren Te hoge schakelfrequentie bij motoren met intermitterend bedrijf. Te lage aangelegde spanning Te hoge aangelegde spanning Het blokkeren van de motor (de rotor)

c. Toegepaste beveiligingssystemen

6EI



Overdimensionering van de motor : hierbij is het gevaar voor overbelasting van de motor praktisch uitgesloten. Nadelen hier zijn : - hogere aanschafkosten - hogere bedrijfskosten (verbruik) wegens het te lage rendement en daarmee gepaard gaande slechtere cos , bij een vermogen lager dan het nominaal vermogen.



Elektrische motorbeveiligingsapparaten, waarvan de belangrijkste zijn : - de thermisch – maximaal beveiliging - de elektromagnetisch – maximaal beveiliging - de nulspanningsbeveiliging - de elektronische thermistorbeveiliging

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

2 2. Motorbeveiligingsprincipes a. Beveiliging bij optredende kortsluiting Voor het beveiligen bij optredende kortsluiting gebruikt men smeltveiligheden, elektromagnetische maximaal beveiligers (eventueel voorafgegaan door smeltveiligheden) of vermogenautomaten. Het werkingsprincipe van de smeltveiligheid is al voldoende gekend. De taak van de smeltveiligheden is , in de weinige gevallen dat kortsluiting optreedt, de kortsluitstroom zo vlug mogelijk te onderbreken.

Werkingsprincipe van de elektromagnetische – maximaalbeveiliging De samenstellende delen zijn : - het juk 1 1 - een verstelbaar anker 2 (in horizontale of verticale zin) - een schakelstift 3 2 - een stroomspoel 4

De motorstroom doorloopt de stroomspoel. Wordt een bepaalde stroomwaarde overschreden, dan wordt het verstelanker uitschakelmechanisme aangetrokken en bedient het de mekaniek van het schakelmechanisme. De aantrekwaarde is instelbaar met een regelknop. De instelwaarde bedraagt 8- tot 16-voudige van de nominale motorstroom.

0

1 veer magneetspoel Regelknop

naar motor SYMBOLISCH

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

3

b. Beveiliging tegen overstroom Het beveiligen tegen overstroom gebeurt door rechtstreekse of onrechtstreekse controle van de temperatuur van de motorwikkelingen. De directe methode maakt gebruik van thermistorbeveiliging. De indirecte methode maakt gebruik van bimetaal -uitschakelinrichtingen of bimetaal -relais.



Motorbeveiliging door bimetaal -uitschakelinrichtingen of bimetaal -relais.

Het voornaamste onderdeel is het bimetaal. Het bestaat uit een strip van 2 op elkaar gelaste, gewalste of gesoldeerde metaalstroken met een verschillende lineaire uitzettingscoëfficiënt. Bij verwarming kromt de strip zich in de richting van de strook met de kleinste uitzettingscoëfficiënt. Op die manier kan het bimetaal fungeren als schakelend element in een elektrische keten. De verwarming van het bimetaal kan rechtstreeks of onrechtstreeks gebeuren, evenals langs een stroomtransformator. Uitschakelinrichtingen veroorzaken direct, langs mechanische weg, de uitschakeling van een apparaat. Bimetaal -relais schakelen, bij werken van het bimetaal, een apparaat langs een hulpcontact (dus onrechtstreeks) uit. Beide systemen zijn binnen bepaalde temperatuursgrenzen (vb. 0° tot 35° C) temperatuursonafhankelijk. Bij driefasige uitvoeringen zijn ze meestal uitgevoerd met een differentiaal beveiliging, zodat bij onderbreking van 1 fase het totale systeem leidt tot uitschakeling. Bij bimetaal -uitschakelinrichtingen werkt het bimetaal rechtstreeks in op een schakelslot (fig. hier onder). Regeling

Bimetaal

Symbolisch

0 verwarmingselement 1 motor

Het bimetaal relais bedient een hulpcontact dat uitgevoerd wordt als omschakelcontact met momentschakeling. De momentschakeling (zowel bij het in - als uitschakelen, wordt verkregen door een veermechanisme.Na afkoeling van de bimetaalstrip keert het hulpcontact, normaal in zijn oorspronkelijke stand terug, tenzij een vergrendeling wordt toegepast wat dikwijls het geval is.

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

4 Het grote voordeel van het hulpcontact ligt in het feit dat een mechanische beweging (metaalstrip) wordt omgezet in een elektrisch signaal, zodat de toepassingsmogelijkheden onbeperkt zijn. Meestal bedient dit contact de uitschakeling van de hoofdcontactor. hoofdcontacten Instelknop 1 3 5

Resetknop

uitschakelbrug

95 bimetaal 97 hefboom 96 2

4

6



De thermistor-motorbeveiliging

De thermistor -motorbeveiliging is een thermisch beveiligingsinrichting voor de bewaking van temperaturen. Een thermistorbeveiliging bestaat uit L - een halfgeleider – temperatuurvoeler - een uitschakelapparaat De thermistor zelf is een halfgeleider element met temperatuurafhankelijke, niet lineaire, weerstandsverhouding. Het element heeft een positieve 1 temperatuurscoëfficiënt, vandaar de benaming PTC -weerstand. S0 Bij het bereiken van de aanspreektemperatuur, wordt de weerstand plots zo groot, dat het F2 S1 uitschakelapparaat, langs elektronische 3x H1 K1 versterking, aanspreekt. 2 K1 1 : elektronische versterker met N uitschakelinrichting

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

5 2 : temperatuurvoeler 

De nulspanningsbeveiliging Het relais bestaat over het algemeen over een U-vormige ijzeren kern, waaraan een draaibaar anker is bevestigd. Op deze kern is een spanningspoel L1 L2 L3 geplaatst. Bij bekrachtigen van de spoel wordt langs een klinkinrichting, een hiermee gekoppeld systeem ingeschakeld gehouden. Valt de spanning weg of wordt deze onvoldoende, dan wordt de vergrendelpal U V W van de schakelinrichting ontkoppeld, waardoor het schakelmechanisme uitvalt. M3 Bij het gebruik van elektromagnetische schakelaars (relais en contactoren) vervalt de nulspanningsbeveiliging.

PRAKTISCHE UITVOERING van de beveiligingsprincipes

Toepassen van smeltveiligheden Twee mogelijkheden worden geboden : - berekening - opvolgen van de aanwijzingen van de fabrikant Voor de benaderende berekening van de smeltveiligheden gebruikt men volgende vuistregels : 

bij gebruik van snelle veiligheden neemt men : Hierin is :



In = nominale stroomsterkte Id = maximale aanloopstroom

bij gebruik van trage veiligheden neemt men :

Id In = -------1,5

Id In : ---------2

B. Gebruik van bimetaal 

Instelling van de relais-uitschakelinrichting Het bimetaal kan traploos ingesteld worden binnen bepaalde grenzen. Dit gebeurt met behulp van een instelknop. Men stelt het relais zo nauwkeurig mogelijk in op de nominale stroomsterkte van de aangesloten motor. Een te lage instelling verhindert de volle benutting

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

6 van het motorvermogen, een te hoge instelling waarborgt geen overbelastingsbeveiliging. Correct ingestelde bimetalen schakelen echter niet tijdig uit wanneer vb. de koeling van de motor belemmerd wordt (vervuiling) of een vreemde warmtebron de motortemperatuur doet oplopen. In dit geval is een thermistor-beveiliging als extra toepassing aan te bevelen.



Toepassing van bimetaal-beveiliging bij eenfasige motor

Hiervoor kunnen enkelfasige relais of driefasige relais gebruikt worden. Bij gebruik van een driefasig relais past men de hiernaast staande schakeling toe. Het relais wordt eveneens ingesteld op de nominale motorstroom.



Uitschakelwaarden De uitschakelwaarde van een bimetaal is functie van de verhouding tussen de aanspreekstroom en de ingestelde waarde. Deze waarden worden weergegeven in grafieken en tabellen, die uitsluitsel geven betreffende deze waarden. (T1 en T2 zijn traagheidswaarden)

Aanspreekwaarden Aanspreekstroom als veelvoud van de ingestelde stroom In (nominaal) 1,05 x In 1,20 x In 1,50 x In 6 x In



6EI

Vertragingstijd

Bedrijfstoestand

> 2 uur < 2 uur < 2 min < 2 sec (T1) < 5 sec (T2)

Koud Warm Warm Koud

Vergrendeling

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

7 Bimetaal-beveiligingen worden meestal uitgevoerd met zelfvergrendeling. Dit betekent dat na uitschakeling van het hulpcontact (bij relais) mechanisch verhinderd wordt, om na afkoelen, in zijn uitgangstoestand terug te keren. De vergrendeling kan meestal opgeheven worden door middel van een ontgrendelingsknop (hand – auto) en kan eventueel hierdoor buiten werking worden gesteld. Vergrendeling is in vele gevallen wenselijk. Wordt bvb. de motor bediend door een continu contact (vb. vlotter of drukschakelaar) dan wordt de motor, na afkoeling van het bimetaal, automatisch opnieuw ingeschakeld. Is de storingsoorzaak intussen niet weggenomen, dan wordt de motor popnieuw ingeschakeld, vervolgens opnieuw uitgeschakeld enz……. Dit leidt, ondanks gebruik van relais en een goede instelling van de veiligheid, tot verbranden van de motor.



Temperatuurcompensatie De temperatuurcompensatie moet slechts worden uitgevoerd indien de motor wordt opgesteld in een ruimte waarvan de temperatuur hoger is dan de maximale temperatuur die door de fabrikant, van de motor, wordt opgegeven. In dit geval wordt de nominale belastingswaarde van de motor gereduceerd, door de instelling van het thermisch relais, overeenkomstig te reduceren.



Kortsluitbeveiliging Tot een bepaalde stroomsterkte (vernietigingspunt) beveiligt een bimetaal zichzelf, tegen de schadelijke gevolgen van overbelasting, door het inleiden van de uitschakeling. Ter beveiliging van de bimetalen tegen kortsluiting moeten daarom smeltveiligheden of maximaalrelais toegepast worden, waarvan de uitschakelkarakteristieken die van het bimetaal snijden, VOOR het vernietigingspunt.

C. Motorbeveiliging door motorbeveiligingsschakelaar of vermogenautomaat Zowel de motorbeveiligingsschakelaar als de vermogenautomaat zijn apparaten, speciaal vervaardigd voor het schakelen en beveiligen van motoren.

Een motorbeveiligingsschakelaar bevat (fig. 1): - een handbediende schakelaar (met drukknopbediening)

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

8 -

een schakelslot een bimetaalrelais eventueel een maximaal- relais

Fig. 1

Fig. 2

Vermogenautomaten (fig. 2) worden gebruikt binnen het gebied waarin de schakelaar kortsluitvast is zonder smeltveiligheden. Hij omvat : - een met de hand of van op afstand bediende schakelaar - een bimetaalrelais - een kortsluit- maximaal- uitschakelrelais De aanspreekwaarde van het magnetisch-maximaalrelais is, met het oog op de aanloopstroom van draaistroommotoren, vastgesteld ip 11 x In. Het schakelbereik is met 10 tot 12 x In zeer nauw begrensd. Het magnetische maximaal-relais werkt gescheiden van het thermische maximaal-relais, maar op dezelfde uitschakelbrug.

D. Motorbeveiliging in speciale gevallen 

Zware aanloop Voor een ongestoorde aanloop wordt een voldoende lange uitschakeltijd vereist bij het aanlopen van de motor. Het aanwenden van een beveiligingsrelais met vertragingstijd T2 (minimum uitschakeltijd 5 sec.) is doorgaans voldoende.

Bij een nog grotere aanlooptijd past men best onderstaande methode toe :

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

9

K1

K1

K2

F

M

Fig. a Met verzadigingstransfo

K1

K2

F

M

Fig. b Met overbruggingsrelais

F1

F2

M

Fig. c Met overbruggingsbeveiligings-relais

Bij het eerste schema (fig. a) worden verzadigingstransformatoren toegepast. Dit systeem wordt gebruikt bij middelmatige en zware motoren. De overzettigsverhouding is tot 1,2 x de motorstroom, praktisch lineair. Binnen dit bereik onderscheidt het zich dus niet van een normaal relais. Boven deze waarde (1,2 x In) neemt de secundaire stroom NIET meer lineair toe. Dit veroorzaakt een grotere tijdsvertraging waardoor langere aanlooptijden mogelijk worden. Bij kleinere motoren is een aanloopoverbrugging van de beveiliging economischer (fig. b) Het beveiligingsrelais wordt tijdens het aanlopen niet door de volle stroom doorlopen. Pas na voltooide aanloop wordt, door uitschakeling van het overbruggingsrelais (K2), de volle motorstroom door het beveiligingsrelais geleid. Het waarborgt, bij correcte instelling van het relais, volledige beveiliging van de motor tijdens zijn normale werking. De aanloop dient echter steeds gecontroleerd te verlopen. Het derde toegepast systeem (fig. c) is dat van de aanloop met een overbruggingsbeveiligings-relais eventueel met behulp van een tijdrelais. Hier worden 2 beveiligingsrelais gebruikt. Van het eerste relais wordt de instelwaarde zo gekozen dat het geschikt is voor de nominale stroomsterkte van de motor. Het tweede relais wordt ingesteld op de stilstandstroom (blokkeerstroom) van de motor. D.w.z. dat hij bij eventueel blokkeren van de motor, binnen de normale afschakeltijd (2 tot 5 sec.) moet reageren en zeker binnen de omschakeltijd van het tijdrelais.

Beveiliging van motoren Herhalingsvragen

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter

10

1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Waarom dienen elektrische motoren beveiligd te worden ? Noem 5 oorzaken van temperatuursstijging bij motoren. Wat is het nadeel bij overdimensionering van een motor ? Noem 4 elektrische motorbeveiligingsapparaten. Van welke toestellen of apparatuur kan men gebruik maken voor het beveiligen van motoren tegen kortsluiting ? Bij het beveiligen van motoren tegen overstroom, kan men gebruik maken van twee methoden. a. Welke ? b. Wat is het verschil tussen beide ? Bij motorbeveiligingen met een bimetaal is een hulpcontact voorzien. Wat is hiervan het voordeel ? Wat is een thermistor – motorbeveiliging ? Verklaar de werking. Wat is het doel van nulspanningsbeveiliging ? Waarvoor dient de omschakelpal bij een bimetaal-relais ? Wat is het doel van de zelfvergrendeling bij bimetaal-relais ? Wat verstaat men onder temperatuurscompensatie bij beveiliging van motoren ? Bespreek. Hoe kan men het bimetaalrelais tegen beschadiging bij kortsluiting beschermen ? Wat is een motorbeveiligingschakelaar ? (Bespreek kort) Wanneer worden beveiligingsrelais met tijdsvertraging gebruikt ? Bespreek het principe van de aanloopoverbrugging met overbruggingsrelais. Geef tevens de bijbehorende opstelling (schema). Bespreek het principe van de aanloopoverbrugging met overbruggingsbeveiligingsrelais met tijdrelais. Geef bijbehorende schets.

6EI

Motorbeveiliging

KTA GITO Groenkouter...