2.1?;ぴ骷难≡?/div>
《规范》2.3.4条中规定:交流电动机的短路保护宜采用熔断器或低压路器的瞬动过电流脱扣器,亦可采用带瞬动元件的过电流继电器进行?;?。
目前现场几乎所有的低压交流电动机均采用带瞬动脱扣器的断路器实现短路保护。
2.2保护元器件的选择及整定
《规范》2.3.5中规定:瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机起动电流周期分量有效值的2~2.5倍。
按照电动机?;ぴ恚捕ㄖ涤Χ愎缍钠舳缌?。规范中规定“应取电动机起动电流周期分量有效值的2~2.5倍"的原因在于:电动机启动时的启动电流包括两个分量:周期分量和非周期分量,周期分量电流和非周期分量电流叠加成为全启动电流。其中周期分量就是通常所说的“直接启动时电动机电流可达到额定电流的6~7倍"的电流;非周期分量在启动瞬间电流值很大,可以使叠加后的全启动电流达到周期分量的2.3倍,但非周期分量衰减得很快,在一个周波(20ms)非周期分量就衰减到可以忽略的程度。
早期的低压断路器其瞬动动作时间一般都大于20ms,因此不用考虑电动机启动时非周期分量的影响。但目前的低压断路器其瞬动动作时间一般都小于20ms,因此必须重视非周期分量的影响,通过提高断路器的瞬动电流定值来躲过电动机的全启动电流。
现场实际工作中,通过选择“电动机用"低压断路器并正确整定瞬动数值即可满足规范要求。低压断路器根据用途分类,可分为电动机用断路器和配电用断路器。配电用断路器的瞬动动作电流值一般为(5~10)In,其中In为断路器额定电流值。电动机用断路器的瞬动动作电流值一般为(10-15)In,其中In为断路器额定电流值。选择断路器时,应保证In≥Ie(Ie为电动机额定电流),可以看出,当把电动机用断路器的整定值整定在(10-12)In时,即可满足瞬动电流一定大于电动机(10-12)Ie,即规范中规定的的启动电流的2-2.5倍。有一些电动机用塑壳断路器不具备调整瞬动电流的功能,但其内部瞬动值固定在了12In或12.5In,同样满足规范要求。
由此可见,现场维护运行低压电动机时,只要根据电动机额定电流正确选择电动机用低压断路器,即可符合规范要求的短路?;?。
3接地保护
《规范》2.3.6中规定:当电动机的短路?;て骷憬拥毓收系谋;ひ笫?,应采用短路保护器件兼作接地故障的?;?。
目前装置低压380V系统普遍采用TN-S系统,当发生金属性单相接地故障时,会产生很大的短路电流,由于不同系统内正序、负序、零序阻抗的不同,单相接地电流值也不尽相同,通常在几千安培左右。
情况1:电动机功率较小的回路,由于回路低压断路器的额定电流较小,其瞬动动作电流不是很大,当发生单相接地故障时,单相接地故障电流能使得低压断路器瞬动脱扣器动作。因此正如《规范》2.3.6中规定,不必另外装设接地保护装置,采用低压断路器兼作接地故障的保护。
情况2:电动机功率较大的回路,尤其是75KW以上的电动机回路,回路低压断路器的额定电流较大,其瞬动动作电流则更大,当回路发生单相接地故障时,低压断路器并不能瞬动。例如某回路采用施耐德NS400N/400的塑壳开关,其瞬动电流整定为11In,即11×400=4400A,当电动机回路发生单相接地故障时,很可能故障电流小于4400A,低压断路器不动作,不能切除单相接地故障。
此时可以使用低压电动机综合保护器的“单相接地?;?,确保低压电动机回路配置“单相接地?;?。例如上?;↙M500系列?;て骶哂小暗ハ嘟拥乇;?,?;て鞑杉缍芈返牧阈虻缌?,当回路发生单相接地故障时,零序电流变大,由保护器发信号跳开主回路低压断路器。?;ぬ脱苟下菲髦饕强悸堑剑狈⑸鹗粜越拥厥?,短路电流很大,必须用具有较强灭弧能力的断路器切断短路电流。?;て鳌暗ハ嘟拥毓收?一般有两个整定值,低整定值可以用来监测回路绝缘情况,起报警作用;高整定值用于回路发生接地故障时跳闸。
4过载?;?/strong>
《规范》2.3.7中规定:运行中容易过载的电动机、起动或自起动条件困难而要求限制起动时间的电动机,应装设过载?;?。连续运行的电动机宜装设过载保护,过载保护应动作于断开电源。但断电比过载造成的损失更大时,应使过载?;ざ饔谛藕?。
石化行业绝大多数电动机处于连续运行状态,因此应装设过载?;?。但对于特殊场合,如消防水电机,发生火灾时即使电动机过载,为保证发生火灾时电动机能继续运转,可使过载?;ざ饔谛藕?。
目前电动机综合?;て鞯摹肮缺;?是一种较合理、完善的过载?;??!肮缺;?的基本原理是:电动机综合?;て髟谄淠诓拷⒁桓龅缍姆⑷饶P停四P涂梢岳玫缍缌髦的D饧扑愕缍睦奂迫攘?。当累计热量达到电动机可承受热量的100%时,?;て魈⒁员;さ缍?。
4.1电动机过热?;さ牡刃У缌?/div>
电动机综合保护器虽然在其内部建立了物理模型来模拟电动机的发热,但是它的物理模型中重要的电气量仍然是电流。不同的是,在电动机综合保护器中进入物理模型中参与计算的电流并不是直接采集到的电流值,而是等效电流。
4.1.1电流正序分量与负序分量
任意一组三相不对称相量都可以分解成三相对称的相量,一组叫正序分量,一组叫负序分量,另一组叫零序分量。各分量计算方法可参考相关书籍。
4.1.2正序分量与负序分量对电动机的影响
当电动机定子绕组断相、三相不平衡时都将有正序和负序分量过大的现象,但是幅值相同的定子正序电流和定子负序电流在电动机内产生的热量并不相同,负序电流对电动机的影响非常大。
以电动机B相断相为例。当B相断相时,IB=0,IA和IC大小相等,方向相反,通过正序分量和负序分量计算方法可以得知,这时产生的正序电流与负序电流相等。但是通过相关公式可以证明,在电动机负荷率为1的情况下,尽管正序电流与负序电流相等,但是由负序电流引起的转子铜损比额定转子铜损增大到6.6倍,而正序电流引起的定子铜损比额定定子铜损仅增加1.88倍。因此,当有负序电流出现时,电动机转子损耗将显著增加,导致转子局部过热而烧毁。
4.1.3等效电流Ieq
了解到电动机正序电流和负序电流对电动机的影响后,为了简单方便的反映正序电流I1和负序电流I2的不同发热效应,英国GEC公司提出一个粗略反映上述发热效应的“等效电流Ieq"。即

式中K1为正序电流系数。在电动机启动阶段K1取0.5,是在电动机起动时把热过载的动作时间增大四倍,以防止因起动电流而使热过载?;の蠖辉诘缍T诵薪锥蜬1取1。
式中K2为负序电流系数,模拟负序电流I2的增强发热效应,一般取值范围为3~10。由于目前对电动机的热?;せ姑挥姓嬲鲜肚宄?,所以没有统一的标准,致使每个生产电动机综合保护器的厂家均按照自己的研究结果进行建立热模型,造成了K2系数选取的不一致。很多低压电动机综合?;て髦薪獽2固定为6。
4.2过热?;ざ魇奔涮匦?/div>
冷态下过热?;ざ魇奔淇砂匆韵鹿郊扑悖?/div>

式中:t—动作时间,s;
τ—电动机的发热时间常数,s;
Ieq—等效电流,A;
Ie—电动机额定电流,A;
K—电动机过负荷系数
4.2.1电动机的发热时间常数
电动机运行时内部的功率损耗,都变成热能,这会使电动机温度升高,温升上升到稳定温升的63.2%(约2/3)所需时间就是电动机的发热时间常数τ(s)。τ与电动机极数、结构形式和容量大小有关,τ与容量大小大约成正比变化?!胺⑷仁奔涑J?应由电动机厂家提供,但实际上很少电动机厂家提供此数据。根据UL标准的热?;ひ?,可以使用以下规定:发热时间常数等于35倍的t6,t6是电动机厂家表明的允许运行在6倍额定电流值时的时间。4.2.2电动机过负荷系数低压电动机过负荷能力较差,过负荷系数较低,很多电动机综合保护器将过负荷系数固定为1.05。
4.2.3举例
上海华建公司LM500系列?;て鞯娜缺;ざ魇奔涔轿?/div>

其中TL为电动机热过载整定时间系数,TL的选择应低于电动机在冷态6倍额定电流下所允许的过载时间TA(即3.2.1中提到的t6)
5断相?;?/strong>
《规范》2.3.10中规定:连续运行的三相电动机,当采用熔断器?;な?,应装设断相保护;当采用低压断路器?;な?,宜装设断相保护。
石化行业现场电动机基本上采用低压断路器保护,规范规定“宜"装设断相?;?,但从目前公布的数据显示,由于断相故障引起低压电动机烧毁的比例非常大,为?;さ缍#ψ吧瓒舷啾;?。
使用电动机综合保护器的回路,投入电动机热?;ず?,发生断相故障时,由于存在负序电流,热?;つ芴⑶谐收?。但如果需要快速切除断相故障,需要投入专门的断相故障。
例如上?;↙M500系列?;て魈峁岸舷啾;?,当?;て骷觳獾饺嗟缌髦校幌嗟缌餍∮?.1Im,另两相电流大于0.25Im(Im为电动机额定电流)时,认为发生断相故障,经用户设置的延时时间后?;て鞫?,快速切除故障。
6低电压?;?/strong>
《规范》2.3.12中规定:按工艺或安全条件不允许自起动的电动机应装设低电压保护;为保证重要电动机自起动而需要切除的次要电动机应装设低电压?;?。低电压?;て骷瞬捎玫脱苟下菲鞯那返缪雇芽燮鳌⒔哟テ骰蚪哟テ魇郊痰缙鞯牡绱畔呷?,亦可采用低电压继电器和时间继电器。
石化行业,当系统发生低电压或失电时,为保证系统恢复电压后重要电动机的自启动,多数非重要电动机应装设低电压保护。目前现场电动机回路均采用接触器作为控制元器件,当系统低电压时,接触器线圈释放,接触器主触点打开,切除电动机。因此可不必设置单独的低电压保护装置。
7安科瑞智能电动机?;て鹘樯?/strong>
7.1产品介绍
智能电动机保护器(以下简称?;て?,采用单片机技术,具有抗干/扰/能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等多种情况进行?;?,并设有SOE故障事件记录功能,方便现场维护人员查找故障原因。适用于煤矿、石化、冶炼、电力、以及民用建筑等领域。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4-20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统。实现电动机运行的远程监控。
7.2技术参数
7.2.1数字式电动机?;て?/div>
7.2.2??槭降缍;て?/div>
7.3产品选型
说明:“√"表示具备,“■"表示可选。
8结束语
以上为《GB50055-2011通用用电设备配电设计规范》中规定的电动机?;だ嘈鸵约叭绾问迪郑纸竦牡脱沟缍酆媳;て髦谐鲜黾钢直;ね?,还有启动时间过长?;?、电流不平衡?;?、堵转?;?、欠电流?;さ鹊?,实际应用时可以根据需求投入某种?;?,既能提高?;さ淖既沸裕治⒑蟛檎夜收咸峁┓奖?。
参考文献
[1]王维俭.电气主设备继电?;ぴ碛胗τ茫ǘ妫M].中国电力出版社,2002.
[2]刘鑫.低压电动机的?;づ渲?/div>
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
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