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浅谈低压三相异步电动机过载和断相保护电器的选择与应用
2021-05-21 13:38:28 来源：安科瑞王蒙蒙
王蒙蒙摘 要：从目前工业与民用项目电气设计的现状出发，对低压三相交流异步电动机过载和断相保护及元器件选用进行归纳、比较、分析，提出了相关见解，以与设计同仁探讨。
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 2018011
关键词：电气设计，低压三相异步电动机，过载及断相保护电器
0引言
低压三相异步电动机在现代工业中占据重要的地位，在各行各业中安装的各类电动机中有95﹪是三相笼型异步电动机（下文所述电动机皆指三相笼型异步电动机）。异步电动机在启动状态下启动电流Is为4~8.4倍额定电流In（对于笼型电动机，启动电流应取其堵转电流）。当电动机启动完成后，电动机电流迅速降低到额定电流In。
电动机拖动机械负载时，受机械负载波动的影响，当机械负载过大，绕组温度上升，甚至超过绕组绝缘允许温升，使绝缘加速老化，寿命缩短。为防止因绝缘老化引起短路的发生，因此，需对电动机装设过负荷保护。
1过载和断相保护电器的选择
1.1相关规范要求
1）根据GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》第2.3.7条的规定，“交流电动机的过载保护应符合下列规定：
1.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，应装设过载保护。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，应使过载保护动作于信号。
2.短时工作或断续周期工作的电动机可不装设过载保护，当电动机运行中可能堵转时，应装设电动机堵转的过载保护。”
2）过负荷保护器件的动作特性应与电动机过负荷特性相匹配。
3）交流电动机的断相保护，应符合下列规定。
①连续运行的三相电动机，当采用熔断器保护时，应装设断相保护；当采用低压断路器保护时，宜装设断相保护。
②断相保护器件宜采用断相保护热继电器，亦可采用温度保护或专用的断相保护装置。
③交流电动机采用低压断路器兼作电动机控制电器时，可不装设断相保护；短时工作或断续工作的电动机亦可不装设断相保护。
对于民用拖动一般负载的电动机（功率较小），如：一般水泵、风机类负荷，过载和断相保护宜采用具有断相保护的热继电器。而工业上用于拖动一些重要负载的电动机，如：石油化工厂的锅炉给水泵、油泵等类负荷，可考虑电动机保护种类齐全的电动机综合保护器。电动机综合保护器具有短路保护、接地故障保护、过载保护、断相保护、堵转保护、剩余电流保护、负序保护、不平衡保护、低电压保护、断路器短路时拒动作保护等功能，还有通信接口，可与后台计算机组网，用计算机远程监控。当然，价格也比较高昂。
对于民用等一般水泵、风机类负载，发生堵转的可能性很低，即便发生，也可以采用具有短路短延时电子脱扣器的断路器来实现堵转保护，延时要求躲过电动机启动冲击电流。而短路保护、接地故障保护、剩余电流保护可以通过采用具有四段保护（短路瞬时、过载、短路短延时、接地故障保护或剩余电流保护）功能的断路器来实现。
也可以采用过电流继电器、控制与保护开关（CPS）来实现过载保护。
综上所述，采用具有断相保护功能的热继电器性价比更高。
1.2热继电器和过载脱扣器的选择
1）三相电动机的热继电器宜采用断相保护和环境温度补偿型。
2）热继电器和过载脱扣器的整定电流应当可调，调整范围应不小于其额定电流的20％。
3）热继电器和过载脱扣器在7.2倍整定电流下的动作时间，应大于电动机的启动时间。因此，应根据电动机的机械负载特性选择过负荷保护器件的脱扣级别。过载脱扣器脱扣级别为10A的热继电器用于轻载电动机，脱扣级别为10的热继电器用于一般的电动机，脱扣级别为20和30的热继电器可用于重载启动的电动机。
4）热继电器的复位方式：应防止电动机自行重新启动。用按钮、自复位式转换开关或类似的主令电器手动控制启停时，宜采用自动复位的热继电器。用自动接点以连续通电方式控制启停时，应采用手动复位的热继电器，但工艺有特殊要求的除外。
5）整定电流和额定电流的确定：
①一般情况下，热继电器和过载脱扣器的整定电流应接近但不小于电动机额定电流。热继电器的整定电流可按下式来确定：IFR=（1.05~1.1）In式中IFR—热继电器整定值；In—电动机额定电流。对于过载能力比较差的电动机，通常按电动机额定电流的60~80％来确定热继电器的正定电流。
②电动机的启动时间太长导致过负荷保护误动时，不能采取提高整定电流的做法，以免运行中过负荷保护失效。当电动机启动惯性矩较大时，例如用于风机、卷扬机、空压机和球磨机等设备的电动机，其启动时间较长，一般在5s以上，甚至可达1min。为了使热继电器在电动机启动时，可采用多种方法：a.热继电器经饱和电流互感器接入（启动时间一般在20~30s，可达40s）；b.启动时利用接触器将热继电器元件接线端子短接，正常运行时再断开接触器；c.热继电器经过电流互感器接入，启动时用中间继电器将热继电器热元件接线端子短接，正常运行时再断开中间继电器；d.采用脱扣级别为30的热继电器。
③过负荷保护器件的额定电流宜不小于整定电流的1.1倍。
1.3热继电器及交流接触器与执行短路保护的元件之间的配合关系
对于电动机主回路，一般用断路器或熔断器进行短路保护，用交流接触器控制电动机的合分和运行，用热继电器对电动机实施过载保护。配合类型1，允许在过载或短路故障过程中电动机主回路元器件损坏，但更换元器件后能恢复正常运行。配合运行2，只允许在过载或短路故障过程中电动机主回路内部的接触器发生触点熔焊，用简单工具修理后能恢复正常运行。需要强调的是，用于消防负荷，如消火栓泵、喷淋泵、消防风机的过载保护时，过载时不能跳闸只能报警。
2多功能控制与保护开关（CPS）
CPS能够接通、承载和分断正常条件下的电流，及过负荷电流，而且能接通、在规定时间内承载并分断规定的非正常条件下的电流，如短路电流。因此，CPS具有过负荷和短路保护功能。
3安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型
3.1产品简介
ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
3.2产品选型
产品功能
4结语
通过上述比较分析，对在不同负载情况下，三相异步电动机过载及断相保护及元器件选择实现的方法，并明确一般负荷时采用热继电器的经济可靠性。
【参考文献】
[1] 张白帆．低压成套开关设备的原理及其控制技术[M]北京：机械工业出版社,2017．
[2] 苏志杰.浅谈低压三相异步电机过载和断相保护电气的选用[J].建筑工程技术与设计,2018(01):1617.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介：
王蒙蒙，女，本科安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电动机保护器的设计与应用
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