程志芳
 

　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011
 

　　摘  要：從目前工業與民用項目電氣設計的現狀出發，對低壓三相交流異步電動機過載和斷相保護及元器件選用進行歸納、比較、分析，提出了相關見解，以與設計同仁探討。
 

　　關鍵詞：電氣設計，低壓三相異步電動機，過載及斷相保護電器
 

　　0引言
 

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

　　電動機拖動機械負載時，受機械負載波動的影響，當機械負載過大，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生，因此，需對電動機裝設過負荷保護。
 

　　1過載和斷相保護電器的選擇
 

　　1.1相關規范要求
 

　　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，“交流電動機的過載保護應符合下列規定：
 

　　1.運行中容易過載的電動機、起動或自起動條件困難而要求限制起動時間的電動機，應裝設過載保護。連續運行的電動機宜裝設過載保護，過載保護應動作于斷開電源。但斷電比過載造成的損失更大時，應使過載保護動作于信號。
 

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

　　2)過負荷保護器件的動作特性應與電動機過負荷特性相匹配。
 

　　3)交流電動機的斷相保護，應符合下列規定。
 

　　①連續運行的三相電動機，當采用熔斷器保護時，應裝設斷相保護；當采用低壓斷路器保護時，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用的斷相保護裝置。
 

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

　　對于民用拖動一般負載的電動機(功率較小)，如：一般水泵、風機類負荷，過載和斷相保護宜采用具有斷相保護的熱繼電器。而工業上用于拖動一些重要負載的電動機，如：石油化工廠的鍋爐給水泵、油泵等類負荷，可考慮電動機保護種類齊全的電動機綜合保護器。電動機綜合保護器具有短路保護、接地故障保護、過載保護、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、斷路器短路時拒動作保護等功能，還有通信接口，可與后臺計算機組網，用計算機遠程監控。當然，價格也比較高昂。
 

　　對于民用等一般水泵、風機類負載，發生堵轉的可能性很低，即便發生，也可以采用具有短路短延時電子脫扣器的斷路器來實現堵轉保護，延時要求躲過電動機啟動沖擊電流。而短路保護、接地故障保護、剩余電流保護可以通過采用具有四段保護(短路瞬時、過載、短路短延時、接地故障保護或剩余電流保護)功能的斷路器來實現。
 

　　也可以采用過電流繼電器、控制與保護開關(CPS)來實現過載保護。
 

　　綜上所述，采用具有斷相保護功能的熱繼電器性價比更高。
 

　　1.2熱繼電器和過載脫扣器的選擇
 

　　1)三相電動機的熱繼電器宜采用斷相保護和環境溫度補償型。
 

　　2)熱繼電器和過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)熱繼電器和過載脫扣器在7.2倍整定電流下的動作時間，應大于電動機的啟動時間。因此，應根據電動機的機械負載特性選擇過負荷保護器件的脫扣級別。過載脫扣器脫扣級別為10A的熱繼電器用于輕載電動機，脫扣級別為10的熱繼電器用于一般的電動機，脫扣級別為20和30的熱繼電器可用于重載啟動的電動機。
 

　　4)熱繼電器的復位方式：應防止電動機自行重新啟動。用按鈕、自復位式轉換開關或類似的主令電器手動控制啟停時，宜采用自動復位的熱繼電器。用自動接點以連續通電方式控制啟停時，應采用手動復位的熱繼電器，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，熱繼電器和過載脫扣器的整定電流應接近但不小于電動機額定電流。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—電動機額定電流。對于過載能力比較差的電動機，通常按電動機額定電流的60~80%來確定熱繼電器的正定電流。
 

　　②電動機的啟動時間太長導致過負荷保護誤動時，不能采取提高整定電流的做法，以免運行中過負荷保護失效。當電動機啟動慣性矩較大時，例如用于風機、卷揚機、空壓機和球磨機等設備的電動機，其啟動時間較長，一般在5s以上，甚至可達1min。為了使熱繼電器在電動機啟動時，可采用多種方法：a.熱繼電器經飽和電流互感器接入(啟動時間一般在20~30s，可達40s)；b.啟動時利用接觸器將熱繼電器元件接線端子短接，正常運行時再斷開接觸器；c.熱繼電器經過電流互感器接入，啟動時用中間繼電器將熱繼電器熱元件接線端子短接，正常運行時再斷開中間繼電器；d.采用脫扣級別為30的熱繼電器。
 

　　③過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系
 

　　對于電動機主回路，一般用斷路器或熔斷器進行短路保護，用交流接觸器控制電動機的合分和運行，用熱繼電器對電動機實施過載保護。配合類型1，允許在過載或短路故障過程中電動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，只允許在過載或短路故障過程中電動機主回路內部的接觸器發生觸點熔焊，用簡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、消防風機的過載保護時，過載時不能跳閘只能報警。
 

　　2多功能控制與保護開關(CPS)
 

　　CPS能夠接通、承載和分斷正常條件下的電流，及過負荷電流，而且能接通、在規定時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具有過負荷和短路保護功能。
 

　　3安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型
 

　　3.1產品簡介
 

　　ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業的配電領域。
 

　　4結語
 

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

　　【參考文獻】
 

　　[1] 張白帆.低壓成套開關設備的原理及其控制技術[M]北京：機械工業出版社,2017.
 

　　[2] 蘇志杰.淺談低壓三相異步電機過載和斷相保護電氣的選用[J].建筑工程技術與設計,2018(01):1617.
 

　　[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.