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

更新時(shí)間：2021-06-23 　點(diǎn)擊次數(shù)： 992次

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)載過大，繞組溫度上升，甚至超過繞組絕緣允許溫升，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)過負(fù)荷保護(hù)。

1過載和斷相保護(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)的過載保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：

1.運(yùn)行中容易過載的電動(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)過載保護(hù)。連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)宜裝設(shè)過載保護(hù)，過載保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于斷開電源。但斷電比過載造成的損失更大時(shí)，應(yīng)使過載保護(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)的過載保護(hù)。”

2）過負(fù)荷保護(hù)器件的動(dòng)作特性應(yīng)與電動(dòng)機(jī)過負(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)（功率較小），如：一般水泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)荷，過載和斷相保護(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、油泵等類負(fù)荷，可考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)種類齊全的電動(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實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護(hù)，延時(shí)要求躲過電動(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)可以通過采用具有四段保護(hù)（短路瞬時(shí)、過載、短路短延時(shí)、接地故障保護(hù)或剩余電流保護(hù)）功能的斷路器來實(shí)現(xiàn)。

也可以采用過電流繼電器、控制與保護(hù)開關(guān)（CPS）來實(shí)現(xiàn)過載保護(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)載特性選擇過負(fù)荷保護(hù)器件的脫扣級(jí)別。過載脫扣器脫扣級(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)換開關(guān)或類似的主令電器手動(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)再斷開接觸器；c.熱繼電器經(jīng)過電流互感器接入，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)再斷開中間繼電器；d.采用脫扣級(jí)別為30的熱繼電器。

③過負(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)施過載保護(hù)。配合類型1，允許在過載或短路故障過程中電動(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，只允許在過載或短路故障過程中電動(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)的過載保護(hù)時(shí)，過載時(shí)不能跳閘只能報(bào)警。

2多功能控制與保護(hù)開關(guān)（CPS）

CPS能夠接通、承載和分?jǐn)嗾l件下的電流，及過負(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