淺談低壓三相異步電動(dòng)機(jī)過(guò)載和斷相保護(hù)電器的選擇與應(yīng)用

                        侯文莉

                安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011

    摘  要：從目前工業(yè)與民用項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)低壓三相交流異步電動(dòng)機(jī)過(guò)載和斷相保護(hù)及元器件選用進(jìn)行歸納、比較、分析，提出了相關(guān)見(jiàn)解，以與設(shè)計(jì)同仁探討。

   關(guān)鍵詞：電氣設(shè)計(jì)，低壓三相異步電動(dòng)機(jī)，過(guò)載及斷相保護(hù)電器

    0引言

   低壓三相異步電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)重要的地位，在各行各業(yè)中安裝的各類(lèi)電動(dòng)機(jī)中有95﹪是三相籠型異步電動(dòng)機(jī)（下文所述電動(dòng)機(jī)皆指三相籠型異步電動(dòng)機(jī)）。異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)電流Is為4~8.4倍額定電流In（對(duì)于籠型電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流應(yīng)取其堵轉(zhuǎn)電流）。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，電動(dòng)機(jī)電流迅速降低到額定電流In。

   電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載時(shí)，受機(jī)械負(fù)載波動(dòng)的影響，當(dāng)機(jī)械負(fù)載過(guò)大，繞組溫度上升，甚至超過(guò)繞組絕緣允許溫升，使絕緣加速老化，壽命縮短。為防止因絕緣老化引起短路的發(fā)生，因此，需對(duì)電動(dòng)機(jī)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

1過(guò)載和斷相保護(hù)電器的選擇

  1.1相關(guān)規(guī)范要求

   1）根據(jù)GB50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.3.7條的規(guī)定，“交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：

   1.運(yùn)行中容易過(guò)載的電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)或自起動(dòng)條件困難而要求限制起動(dòng)時(shí)間的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過(guò)載保護(hù)。連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)宜裝設(shè)過(guò)載保護(hù)，過(guò)載保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于斷開(kāi)電源。但斷電比過(guò)載造成的損失更大時(shí)，應(yīng)使過(guò)載保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。

   2.短時(shí)工作或斷續(xù)周期工作的電動(dòng)機(jī)可不裝設(shè)過(guò)載保護(hù)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中可能堵轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)的過(guò)載保護(hù)。”

  2）過(guò)負(fù)荷保護(hù)器件的動(dòng)作特性應(yīng)與電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷特性相匹配。

  3）交流電動(dòng)機(jī)的斷相保護(hù)，應(yīng)符合下列規(guī)定。

  ①連續(xù)運(yùn)行的三相電動(dòng)機(jī)，當(dāng)采用熔斷器保護(hù)時(shí)，應(yīng)裝設(shè)斷相保護(hù)；當(dāng)采用低壓斷路器保護(hù)時(shí)，宜裝設(shè)斷相保護(hù)。

  ②斷相保護(hù)器件宜采用斷相保護(hù)熱繼電器，亦可采用溫度保護(hù)或?qū)Ｓ玫臄嘞啾Ｗo(hù)裝置。

  ③交流電動(dòng)機(jī)采用低壓斷路器兼作電動(dòng)機(jī)控制電器時(shí)，可不裝設(shè)斷相保護(hù)；短時(shí)工作或斷續(xù)工作的電動(dòng)機(jī)亦可不裝設(shè)斷相保護(hù)。

  對(duì)于民用拖動(dòng)一般負(fù)載的電動(dòng)機(jī)（功率較?。?，如：一般水泵、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷，過(guò)載和斷相保護(hù)宜采用具有斷相保護(hù)的熱繼電器。而工業(yè)上用于拖動(dòng)一些重要負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，如：石油化工廠的鍋爐給水泵、油泵等類(lèi)負(fù)荷，可考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)種類(lèi)齊全的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器。電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器具有短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、剩余電流保護(hù)、負(fù)序保護(hù)、不平衡保護(hù)、低電壓保護(hù)、斷路器短路時(shí)拒動(dòng)作保護(hù)等功能，還有通信接口，可與后臺(tái)計(jì)算機(jī)組網(wǎng)，用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)然，價(jià)格也比較高昂。

   對(duì)于民用等一般水泵、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，發(fā)生堵轉(zhuǎn)的可能性很低，即便發(fā)生，也可以采用具有短路短延時(shí)電子脫扣器的斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護(hù)，延時(shí)要求躲過(guò)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊電流。而短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、剩余電流保護(hù)可以通過(guò)采用具有四段保護(hù)（短路瞬時(shí)、過(guò)載、短路短延時(shí)、接地故障保護(hù)或剩余電流保護(hù)）功能的斷路器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  也可以采用過(guò)電流繼電器、控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)（CPS）來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

  綜上所述，采用具有斷相保護(hù)功能的熱繼電器性價(jià)比更高。

  1.2熱繼電器和過(guò)載脫扣器的選擇

  1）三相電動(dòng)機(jī)的熱繼電器宜采用斷相保護(hù)和環(huán)境溫度補(bǔ)償型。

  2）熱繼電器和過(guò)載脫扣器的整定電流應(yīng)當(dāng)可調(diào)，調(diào)整范圍應(yīng)不小于其額定電流的20％。

  3）熱繼電器和過(guò)載脫扣器在7.2倍整定電流下的動(dòng)作時(shí)間，應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。因此，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載特性選擇過(guò)負(fù)荷保護(hù)器件的脫扣級(jí)別。過(guò)載脫扣器脫扣級(jí)別為10A的熱繼電器用于輕載電動(dòng)機(jī)，脫扣級(jí)別為10的熱繼電器用于一般的電動(dòng)機(jī)，脫扣級(jí)別為20和30的熱繼電器可用于重載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。

  4）熱繼電器的復(fù)位方式：應(yīng)防止電動(dòng)機(jī)自行重新啟動(dòng)。用按鈕、自復(fù)位式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或類(lèi)似的主令電器手動(dòng)控制啟停時(shí)，宜采用自動(dòng)復(fù)位的熱繼電器。用自動(dòng)接點(diǎn)以連續(xù)通電方式控制啟停時(shí)，應(yīng)采用手動(dòng)復(fù)位的熱繼電器，但工藝有特殊要求的除外。

  5）整定電流和額定電流的確定：

   ①一般情況下，熱繼電器和過(guò)載脫扣器的整定電流應(yīng)接近但不小于電動(dòng)機(jī)額定電流。熱繼電器的整定電流可按下式來(lái)確定：IFR=（1.05~1.1）In式中IFR—熱繼電器整定值；In—電動(dòng)機(jī)額定電流。對(duì)于過(guò)載能力比較差的電動(dòng)機(jī)，通常按電動(dòng)機(jī)額定電流的60~80％來(lái)確定熱繼電器的正定電流。

   ②電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間太長(zhǎng)導(dǎo)致過(guò)負(fù)荷保護(hù)誤動(dòng)時(shí)，不能采取提高整定電流的做法，以免運(yùn)行中過(guò)負(fù)荷保護(hù)失效。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)慣性矩較大時(shí)，例如用于風(fēng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、空壓機(jī)和球磨機(jī)等設(shè)備的電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，甚至可達(dá)1min。為了使熱繼電器在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可采用多種方法：a.熱繼電器經(jīng)飽和電流互感器接入（啟動(dòng)時(shí)間一般在20~30s，可達(dá)40s）；b.啟動(dòng)時(shí)利用接觸器將熱繼電器元件接線端子短接，正常運(yùn)行時(shí)再斷開(kāi)接觸器；c.熱繼電器經(jīng)過(guò)電流互感器接入，啟動(dòng)時(shí)用中間繼電器將熱繼電器熱元件接線端子短接，正常運(yùn)行時(shí)再斷開(kāi)中間繼電器；d.采用脫扣級(jí)別為30的熱繼電器。

  ③過(guò)負(fù)荷保護(hù)器件的額定電流宜不小于整定電流的1.1倍。

  1.3熱繼電器及交流接觸器與執(zhí)行短路保護(hù)的元件之間的配合關(guān)系

  對(duì)于電動(dòng)機(jī)主回路，一般用斷路器或熔斷器進(jìn)行短路保護(hù)，用交流接觸器控制電動(dòng)機(jī)的合分和運(yùn)行，用熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施過(guò)載保護(hù)。配合類(lèi)型1，允許在過(guò)載或短路故障過(guò)程中電動(dòng)機(jī)主回路元器件損壞，但更換元器件后能恢復(fù)正常運(yùn)行。配合運(yùn)行2，只允許在過(guò)載或短路故障過(guò)程中電動(dòng)機(jī)主回路內(nèi)部的接觸器發(fā)生觸點(diǎn)熔焊，用簡(jiǎn)單工具修理后能恢復(fù)正常運(yùn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，用于消防負(fù)荷，如消火栓泵、噴淋泵、消防風(fēng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)時(shí)，過(guò)載時(shí)不能跳閘只能報(bào)警。

  2多功能控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)（CPS）

CPS能夠接通、承載和分?jǐn)嗾l件下的電流，及過(guò)負(fù)荷電流，而且能接通、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載并分?jǐn)嘁?guī)定的非正常條件下的電流，如短路電流。因此，CPS具有過(guò)負(fù)荷和短路保護(hù)功能。

3安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

  3.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

   ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

  3.2產(chǎn)品選型

      產(chǎn)品功能

4結(jié)語(yǔ)

  通過(guò)上述比較分析，對(duì)在不同負(fù)載情況下，三相異步電動(dòng)機(jī)過(guò)載及斷相保護(hù)及元器件選擇實(shí)現(xiàn)的方法，并明確一般負(fù)荷時(shí)采用熱繼電器的經(jīng)濟(jì)可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張白帆．低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的原理及其控制技術(shù)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2017．

[2] 蘇志杰.淺談低壓三相異步電機(jī)過(guò)載和斷相保護(hù)電氣的選用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018(01):1617.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.

作者簡(jiǎn)介：

侯文莉，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用