淺談低壓三相異步電動(dòng)機過(guò)載和斷相保護電器的選擇與應用

摘  要：從目前工業(yè)與民用項目電氣設計的現狀出發(fā)，對低壓三相交流異步電動(dòng)機過(guò)載和斷相保護及元器件選用進(jìn)行歸納、比較、分析，提出了相關(guān)見(jiàn)解，以與設計同仁探討。

關(guān)鍵詞：電氣設計，低壓三相異步電動(dòng)機，過(guò)載及斷相保護電器

0引言

低壓三相異步電動(dòng)機在現代工業(yè)中占據重要的地位，在各行各業(yè)中安裝的各類(lèi)電動(dòng)機中有95﹪是三相籠型異步電動(dòng)機（下文所述電動(dòng)機皆指三相籠型異步電動(dòng)機）。異步電動(dòng)機在啟動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)電流Is為4~8.4倍額定電流In（對于籠型電動(dòng)機，啟動(dòng)電流應取其堵轉電流）。當電動(dòng)機啟動(dòng)完成后，電動(dòng)機電流迅速降低到額定電流In。

電動(dòng)機拖動(dòng)機械負載時(shí)，受機械負載波動(dòng)的影響，當機械負載過(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，需對電動(dòng)機裝設過(guò)負荷保護。

1過(guò)載和斷相保護電器的選擇

1.1相關(guān)規范要求

1）根據GB50055-2011《通用用電設備配電設計規范》第2.3.7條的規定，“交流電動(dòng)機的過(guò)載保護應符合下列規定：

1.運行中容易過(guò)載的電動(dòng)機、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，應裝設過(guò)載保護。連續運行的電動(dòng)機宜裝設過(guò)載保護，過(guò)載保護應動(dòng)作于斷開(kāi)電源。但斷電比過(guò)載造成的損失更大時(shí)，應使過(guò)載保護動(dòng)作于信號。

2.短時(shí)工作或斷續周期工作的電動(dòng)機可不裝設過(guò)載保護，當電動(dòng)機運行中可能堵轉時(shí)，應裝設電動(dòng)機堵轉的過(guò)載保護。”

2）過(guò)負荷保護器件的動(dòng)作特性應與電動(dòng)機過(guò)負荷特性相匹配。

3）交流電動(dòng)機的斷相保護，應符合下列規定。

①連續運行的三相電動(dòng)機，當采用熔斷器保護時(shí)，應裝設斷相保護；當采用低壓斷路器保護時(shí)，宜裝設斷相保護。

②斷相保護器件宜采用斷相保護熱繼電器，亦可采用溫度保護或專(zhuān)用的斷相保護裝置。

③交流電動(dòng)機采用低壓斷路器兼作電動(dòng)機控制電器時(shí)，可不裝設斷相保護；短時(shí)工作或斷續工作的電動(dòng)機亦可不裝設斷相保護。

對于民用拖動(dòng)一般負載的電動(dòng)機（功率較?。?，如：一般水泵、風(fēng)機類(lèi)負荷，過(guò)載和斷相保護宜采用具有斷相保護的熱繼電器。而工業(yè)上用于拖動(dòng)一些重要負載的電動(dòng)機，如：石油化工廠(chǎng)的鍋爐給水泵、油泵等類(lèi)負荷，可考慮電動(dòng)機保護種類(lèi)齊全的電動(dòng)機綜合保護器。電動(dòng)機綜合保護器具有短路保護、接地故障保護、過(guò)載保護、斷相保護、堵轉保護、剩余電流保護、負序保護、不平衡保護、低電壓保護、斷路器短路時(shí)拒動(dòng)作保護等功能，還有通信接口，可與后臺計算機組網(wǎng)，用計算機遠程監控。當然，價(jià)格也比較高昂。

對于民用等一般水泵、風(fēng)機類(lèi)負載，發(fā)生堵轉的可能性很低，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)現堵轉保護，延時(shí)要求躲過(guò)電動(dòng)機啟動(dòng)沖擊電流。而短路保護、接地故障保護、剩余電流保護可以通過(guò)采用具有四段保護（短路瞬時(shí)、過(guò)載、短路短延時(shí)、接地故障保護或剩余電流保護）功能的斷路器來(lái)實(shí)現。

也可以采用過(guò)電流繼電器、控制與保護開(kāi)關(guān)（CPS）來(lái)實(shí)現過(guò)載保護。

綜上所述，采用具有斷相保護功能的熱繼電器性?xún)r(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)機的熱繼電器宜采用斷相保護和環(huán)境溫度補償型。

2）熱繼電器和過(guò)載脫扣器的整定電流應當可調，調整范圍應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，應大于電動(dòng)機的啟動(dòng)時(shí)間。因此，應根據電動(dòng)機的機械負載特性選擇過(guò)負荷保護器件的脫扣級別。過(guò)載脫扣器脫扣級別為10A的熱繼電器用于輕載電動(dòng)機，脫扣級別為10的熱繼電器用于一般的電動(dòng)機，脫扣級別為20和30的熱繼電器可用于重載啟動(dòng)的電動(dòng)機。

4）熱繼電器的復位方式：應防止電動(dòng)機自行重新啟動(dòng)。用按鈕、自復位式轉換開(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)復位的熱繼電器。用自動(dòng)接點(diǎn)以連續通電方式控制啟停時(shí)，應采用手動(dòng)復位的熱繼電器，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接近但不小于電動(dòng)機額定電流。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)機額定電流。對于過(guò)載能力比較差的電動(dòng)機，通常按電動(dòng)機額定電流的60~80％來(lái)確定熱繼電器的正定電流。

②電動(dòng)機的啟動(dòng)時(shí)間太長(cháng)導致過(guò)負荷保護誤動(dòng)時(shí)，不能采取提高整定電流的做法，以免運行中過(guò)負荷保護失效。當電動(dòng)機啟動(dòng)慣性矩較大時(shí)，例如用于風(fēng)機、卷?yè)P機、空壓機和球磨機等設備的電動(dòng)機，其啟動(dòng)時(shí)間較長(cháng)，一般在5s以上，甚至可達1min。為了使熱繼電器在電動(dòng)機啟動(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40s）；b.啟動(dòng)時(shí)利用接觸器將熱繼電器元件接線(xiàn)端子短接，正常運行時(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(xiàn)端子短接，正常運行時(shí)再斷開(kāi)中間繼電器；d.采用脫扣級別為30的熱繼電器。

③過(guò)負荷保護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行短路保護的元件之間的配合關(guān)系

對于電動(dòng)機主回路，一般用斷路器或熔斷器進(jìn)行短路保護，用交流接觸器控制電動(dòng)機的合分和運行，用熱繼電器對電動(dòng)機實(shí)施過(guò)載保護。配合類(lèi)型1，允許在過(guò)載或短路故障過(guò)程中電動(dòng)機主回路元器件損壞，但更換元器件后能恢復正常運行。配合運行2，只允許在過(guò)載或短路故障過(guò)程中電動(dòng)機主回路內部的接觸器發(fā)生觸點(diǎn)熔焊，用簡(jiǎn)單工具修理后能恢復正常運行。需要強調的是，用于消防負荷，如消火栓泵、噴淋泵、消防風(fēng)機的過(guò)載保護時(shí)，過(guò)載時(shí)不能跳閘只能報警。

2多功能控制與保護開(kāi)關(guān)（CPS）

CPS能夠接通、承載和分斷正常條件下的電流，及過(guò)負荷電流，而且能接通、在規定時(shí)間內承載并分斷規定的非正常條件下的電流，如短路電流。因此，CPS具有過(guò)負荷和短路保護功能。

3安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機保護器介紹與綜合選型

3.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ARD該系列低壓電動(dòng)機保護器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，具有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、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結語(yǔ)

通過(guò)上述比較分析，對在不同負載情況下，三相異步電動(dòng)機過(guò)載及斷相保護及元器件選擇實(shí)現的方法，并明確一般負荷時(shí)采用熱繼電器的經(jīng)濟可靠性。

【參考文獻】

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