簡(jiǎn)婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：低壓電動(dòng)機(jī)是石化企業(yè)常用的電氣電備，現(xiàn)場(chǎng)大量采用了低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。本文從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出發(fā)，結(jié)合低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器，探討低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)配置及低壓電器、低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的保護(hù)原理。為裝置現(xiàn)場(chǎng)低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：短路保護(hù)接地保護(hù)過(guò)載保護(hù)斷相保護(hù)

1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

      《GB50055-2011通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范"）中規(guī)定：

      （1）交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)和接地故障的保護(hù)

      （2）交流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)除應(yīng)符合本規(guī)程2.3.1條的規(guī)定外，尚應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的用途分別裝設(shè)過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、低電壓保護(hù)。

      （3）因此，三相交流電動(dòng)機(jī)必須裝設(shè)短路保護(hù)和接地保護(hù)，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況裝設(shè)過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)和低電壓保護(hù)。

2短路保護(hù)

2.1保護(hù)元器件的選擇

      《規(guī)范》2.3.4條中規(guī)定：交流電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)宜采用熔斷器或低壓路器的瞬動(dòng)過(guò)電流脫扣器，亦可采用帶瞬動(dòng)元件的過(guò)電流繼電器進(jìn)行保護(hù)。

      目前現(xiàn)場(chǎng)幾乎所有的低壓交流電動(dòng)機(jī)均采用帶瞬動(dòng)脫扣器的斷路器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

2.2保護(hù)元器件的選擇及整定

      《規(guī)范》2.3.5中規(guī)定：瞬動(dòng)過(guò)電流脫扣器或過(guò)電流繼電器瞬動(dòng)元件的整定電流應(yīng)取電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流周期分量有效值的2~2.5倍。

      按照電動(dòng)機(jī)保護(hù)原理，瞬動(dòng)元件整定值應(yīng)躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。規(guī)范中規(guī)定“應(yīng)取電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流周期分量有效值的2~2.5倍"的原因在于：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流包括兩個(gè)分量：周期分量和非周期分量，周期分量電流和非周期分量電流疊加成為全啟動(dòng)電流。其中周期分量就是通常所說(shuō)的“直接啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)電流可達(dá)到額定電流的6~7倍"的電流；非周期分量在啟動(dòng)瞬間電流值很大，可以使疊加后的全啟動(dòng)電流達(dá)到周期分量的2.3倍，但非周期分量衰減得很快，在一個(gè)周波（20ms）非周期分量就衰減到可以忽略的程度。

      早期的低壓斷路器其瞬動(dòng)動(dòng)作時(shí)間一般都大于20ms，因此不用考慮電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)非周期分量的影響。但目前的低壓斷路器其瞬動(dòng)動(dòng)作時(shí)間一般都小于20ms，因此必須重視非周期分量的影響，通過(guò)提高斷路器的瞬動(dòng)電流定值來(lái)躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的全啟動(dòng)電流。

      現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中，通過(guò)選擇“電動(dòng)機(jī)用"低壓斷路器并正確整定瞬動(dòng)數(shù)值即可滿足規(guī)范要求。低壓斷路器根據(jù)用途分類，可分為電動(dòng)機(jī)用斷路器和配電用斷路器。配電用斷路器的瞬動(dòng)動(dòng)作電流值一般為（5~10）In，其中In為斷路器額定電流值。電動(dòng)機(jī)用斷路器的瞬動(dòng)動(dòng)作電流值一般為（10-15）In，其中In為斷路器額定電流值。選擇斷路器時(shí)，應(yīng)保證In≥Ie（Ie為電動(dòng)機(jī)額定電流），可以看出，當(dāng)把電動(dòng)機(jī)用斷路器的整定值整定在（10-12）In時(shí)，即可滿足瞬動(dòng)電流一定大于電動(dòng)機(jī)（10-12）Ie，即規(guī)范中規(guī)定的的啟動(dòng)電流的2-2.5倍。有一些電動(dòng)機(jī)用塑殼斷路器不具備調(diào)整瞬動(dòng)電流的功能，但其內(nèi)部瞬動(dòng)值固定在了12In或12.5In，同樣滿足規(guī)范要求。

      由此可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)運(yùn)行低壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，只要根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定電流正確選擇電動(dòng)機(jī)用低壓斷路器，即可符合規(guī)范要求的短路保護(hù)。

3接地保護(hù)

      《規(guī)范》2.3.6中規(guī)定：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)器件滿足接地故障的保護(hù)要求時(shí)，應(yīng)采用短路保護(hù)器件兼作接地故障的保護(hù)。

      目前裝置低壓380V系統(tǒng)普遍采用TN-S系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生金屬性單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，由于不同系統(tǒng)內(nèi)正序、負(fù)序、零序阻抗的不同，單相接地電流值也不盡相同，通常在幾千安培左右。

      情況1：電動(dòng)機(jī)功率較小的回路，由于回路低壓斷路器的額定電流較小，其瞬動(dòng)動(dòng)作電流不是很大，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，單相接地故障電流能使得低壓斷路器瞬動(dòng)脫扣器動(dòng)作。因此正如《規(guī)范》2.3.6中規(guī)定，不必另外裝設(shè)接地保護(hù)裝置，采用低壓斷路器兼作接地故障的保護(hù)。

      情況2：電動(dòng)機(jī)功率較大的回路，尤其是75KW以上的電動(dòng)機(jī)回路，回路低壓斷路器的額定電流較大，其瞬動(dòng)動(dòng)作電流則更大，當(dāng)回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，低壓斷路器并不能瞬動(dòng)。例如某回路采用施耐德NS400N/400的塑殼開(kāi)關(guān)，其瞬動(dòng)電流整定為11In，即11×400=4400A，當(dāng)電動(dòng)機(jī)回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，很可能故障電流小于4400A，低壓斷路器不動(dòng)作，不能切除單相接地故障。

      此時(shí)可以使用低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的“單相接地保護(hù)"，確保低壓電動(dòng)機(jī)回路配置“單相接地保護(hù)"。例如上海華建LM500系列保護(hù)器具有“單相接地保護(hù)"，保護(hù)器采集電動(dòng)機(jī)回路的零序電流，當(dāng)回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電流變大，由保護(hù)器發(fā)信號(hào)跳開(kāi)主回路低壓斷路器。保護(hù)跳低壓斷路器主要是考慮到，當(dāng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，短路電流很大，必須用具有較強(qiáng)滅弧能力的斷路器切斷短路電流。保護(hù)器“單相接地故障"一般有兩個(gè)整定值，低整定值可以用來(lái)監(jiān)測(cè)回路絕緣情況，起報(bào)警作用；高整定值用于回路發(fā)生接地故障時(shí)跳閘。

4過(guò)載保護(hù)

      《規(guī)范》2.3.7中規(guī)定：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)。

      石化行業(yè)絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，因此應(yīng)裝設(shè)過(guò)載保護(hù)。但對(duì)于特殊場(chǎng)合，如消防水電機(jī)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)即使電動(dòng)機(jī)過(guò)載，為保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)電動(dòng)機(jī)能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可使過(guò)載保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。

      目前電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的“過(guò)熱保護(hù)"是一種較合理、完善的過(guò)載保護(hù)?！斑^(guò)熱保護(hù)"的基本原理是：電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器在其內(nèi)部建立一個(gè)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱模型，此模型可以利用電動(dòng)機(jī)電流值模擬計(jì)算電動(dòng)機(jī)的累計(jì)熱量。當(dāng)累計(jì)熱量達(dá)到電動(dòng)機(jī)可承受熱量的99%時(shí)，保護(hù)器跳閘以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。

4.1電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)的等效電流

      電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器雖然在其內(nèi)部建立了物理模型來(lái)模擬電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，但是它的物理模型中重要的電氣量仍然是電流。不同的是，在電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器中進(jìn)入物理模型中參與計(jì)算的電流并不是直接采集到的電流值，而是等效電流。

5斷相保護(hù)

      《規(guī)范》2.3.10中規(guī)定：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)。

      石化行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)基本上采用低壓斷路器保護(hù)，規(guī)范規(guī)定“宜"裝設(shè)斷相保護(hù)，但從目前公布的數(shù)據(jù)顯示，由于斷相故障引起低壓電動(dòng)機(jī)燒毀的比例非常大，為保護(hù)電動(dòng)機(jī)正常，應(yīng)裝設(shè)斷相保護(hù)。

      使用電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的回路，投入電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)后，發(fā)生斷相故障時(shí)，由于存在負(fù)序電流，熱保護(hù)能跳閘切除故障。但如果需要快速切除斷相故障，需要投入專門的斷相故障。

      例如上海華建LM500系列保護(hù)器提供“斷相保護(hù)"，當(dāng)保護(hù)器檢測(cè)到三相電流中，一相電流小于0.1Im，另兩相電流大于0.25Im（Im為電動(dòng)機(jī)額定電流）時(shí)，認(rèn)為發(fā)生斷相故障，經(jīng)用戶設(shè)置的延時(shí)時(shí)間后保護(hù)器動(dòng)作，快速切除故障。

6低電壓保護(hù)

      《規(guī)范》2.3.12中規(guī)定：按工藝或安全條件不允許自起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)；為保證重要電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)而需要切除的次要電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)。低電壓保護(hù)器件宜采用低壓斷路器的欠電壓脫扣器、接觸器或接觸器式繼電器的電磁線圈，亦可采用低電壓繼電器和時(shí)間繼電器。

      石化行業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生低電壓或失電時(shí)，為保證系統(tǒng)恢復(fù)電壓后重要電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)，多數(shù)非重要電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù)。目前現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)回路均采用接觸器作為控制元器件，當(dāng)系統(tǒng)低電壓時(shí)，接觸器線圈釋放，接觸器主觸點(diǎn)打開(kāi)，切除電動(dòng)機(jī)。因此可不必設(shè)置單獨(dú)的低電壓保護(hù)裝置。

7安科瑞智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹

7.1產(chǎn)品介紹

      智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器)，采用單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有SOE故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、以及民用建筑等領(lǐng)域。本保護(hù)器具有RS485遠(yuǎn)程通訊接口，DC4-20mA模擬量輸出，方便與PLC、PC等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

7.2技術(shù)參數(shù)

7.2.1數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

7.2.2模塊式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

7.3產(chǎn)品選型

說(shuō)明：“√"表示具備，“■"表示可選。

8結(jié)束語(yǔ)

      以上為《GB50055-2011通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的電動(dòng)機(jī)保護(hù)類型以及如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)今的低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器中除上述幾種保護(hù)外，還有啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、電流不平衡保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、欠電流保護(hù)等等，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)需求投入某種保護(hù)，既能提高保護(hù)的準(zhǔn)確性，又為跳閘后查找故障提供方便。

參考文獻(xiàn)

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[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：簡(jiǎn)婷，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電