動(dòng)力回路保護(hù)開關(guān)的選擇

程俊恒 胡忠魁 陳利恒

（1.匠人規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，鄭州 450003；2.河南四方建設(shè)管理有限公司，河南 漯河 462000）

1 引言

在民用建筑中，低壓籠型電動(dòng)機(jī)使用非常廣泛，比如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等。籠型電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方式有全壓起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種。相對(duì)來說，全壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流大，降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流小。線路的保護(hù)開關(guān)瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流既要能躲開電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的峰值電流，又要保證斷路器的靈敏度，所以，整定電流不能太小，又不能太大。由于這兩種起動(dòng)方式對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流差別比較大，所以，不同的起動(dòng)方式，線路的保護(hù)開關(guān)瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流就不同。

2 對(duì)規(guī)范條文的認(rèn)識(shí)

關(guān)于籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，民規(guī)有明確要求。民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ16-2008)第 9.2.2條 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端子電壓應(yīng)保證機(jī)械要求的的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動(dòng)不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。

交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的90%；電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的85%。

2）電動(dòng)機(jī)不與照明或其他對(duì)電壓波動(dòng)敏感的負(fù)荷合用變壓器，且不頻繁起動(dòng)時(shí)，不宜低于額定電壓的80%。

3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)由單獨(dú)的變壓器供電時(shí)，其允許值應(yīng)按機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩確定。

對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)除滿足上述規(guī)定外，還應(yīng)保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。

（2）當(dāng)符合下列條件時(shí)，籠型電動(dòng)機(jī)應(yīng)全壓起動(dòng)：

1）機(jī)械能承受電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩。

2）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，配電母線的電壓應(yīng)符合本條第1款規(guī)定。

3）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，不應(yīng)影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。

（3）當(dāng)不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)，籠型電動(dòng)機(jī)應(yīng)降壓起動(dòng)。

（4）當(dāng)機(jī)械有調(diào)速要求時(shí)，籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式應(yīng)與調(diào)速方式相配合。

全壓起動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)、最可靠的起動(dòng)方式，只要符合規(guī)定的條件就應(yīng)采用。當(dāng)不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用降壓起動(dòng)方式，包括切換繞組接線、自耦變壓器、軟起動(dòng)器起動(dòng)等。降壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流小，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也小，起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，繞組溫度升高。只有在不符合全壓起動(dòng)的條件時(shí)才宜采用。

對(duì)于常用的全壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、軟起動(dòng)、星－三角降壓起動(dòng)等起動(dòng)方式及其特點(diǎn)如表1所示。

表1 常用各起動(dòng)方式下的起動(dòng)方式及特點(diǎn)

3 工程實(shí)例

某大型高層住宅小區(qū)消火栓泵功率Pe=55kW，額定電流In=104A，全壓起動(dòng)電流Ist=728A。由變電所低壓配電室引來兩路電源，兩路均采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV22-3x50+2x25mm2電纜，線路長(zhǎng)100m，變壓器容量1000kVA，變壓器xT=0.06(uT= 6%)，系統(tǒng)短路容量200MVA。線路末端單相接地故障短路電流為1.59kA。

將以上數(shù)據(jù)代入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)[1]270頁(yè)表 6-16公式，可以得出如下數(shù)據(jù)（本文僅列出計(jì)算結(jié)果，計(jì)算過程從略）。

電動(dòng)機(jī)的額定視在功率SrM=0.068MVA；

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)視在功率SstM=0.48MVA。

設(shè)定變壓器的負(fù)載率為 0.8,則接于變壓器低壓側(cè)母線上（除消火栓泵外）的其他負(fù)荷的視在功率Sfh=0.732MVA，無功功率Sfh=0.439MVA；

變壓器低壓側(cè)母線處的短路容量Skm=15.4MVA；

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)回路的輸入容量Sst=0.45MVA，

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)變電所母線電壓相對(duì)值

ustm=0.972=97.2%

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)端子電壓相對(duì)值

ustM=0.911=91.1%

由上述結(jié)果可知，本工程電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)變電所母線電壓及電動(dòng)機(jī)端子電壓均滿足規(guī)范要求，允許使用全壓起動(dòng)。對(duì)于通用機(jī)械（風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)）來說，絕大多數(shù)均能承受電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的沖擊轉(zhuǎn)矩，不易全壓起動(dòng)者則僅有長(zhǎng)軸傳動(dòng)的深井泵之類極少數(shù)例子而已。故，本工程采用全壓起動(dòng)。

對(duì)于配電線路來說，干線保護(hù)斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流應(yīng)大于或等于回路中可能出現(xiàn)的最大峰值電流，即考慮最大電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的 2倍，由下式確定：

Izd為斷路器瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流（A）；Ist為最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流；Ib為除最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之外的線路計(jì)算電流，本工程實(shí)例中沒有，則代入數(shù)據(jù)。

斷路器選用塑殼斷路器, 只帶電磁脫扣器，額定電流為125A，瞬動(dòng)電流整定值為14倍額定電流。

Izd=14IR=125×14=1750＞1747.2A，滿足要求。如果按12倍額定電流，則不能滿足要求。

對(duì)于該配電線路來說還應(yīng)校驗(yàn)斷路器的靈敏度，線路末端單相接地故障短路電流為1.59kA，靈敏度系數(shù)為不滿足要求，若想滿足要求，可以在線路首段加裝剩余電流動(dòng)作保護(hù)，或者放大電纜截面。經(jīng)計(jì)算可知，采用放大電纜截面的方法不夠經(jīng)濟(jì)，采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)是經(jīng)濟(jì)可行的一種方法，故本文推薦在線路首端加裝剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，但是由于是消防回路，所以線路漏電時(shí)，剩余電流動(dòng)作保護(hù)只應(yīng)報(bào)警以提醒工作人員，不應(yīng)跳閘。

4 降壓起動(dòng)比較

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，如果采用降壓起動(dòng)，則起動(dòng)電流就會(huì)降低很多，這可以降低線路干線保護(hù)斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流，從而提高斷路器的靈敏度系數(shù)。

以本工程為例，幾種常見的降壓起動(dòng)方式對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流、斷路器動(dòng)作電流、靈敏度系數(shù)等比較如下：

（1）自耦變壓器降壓起動(dòng)，采用變比0.8：

斷路器選擇塑殼斷路器，只帶電磁脫扣器，額定電流為125A，瞬動(dòng)電流整定值為9倍額定電流，即

（2）軟起動(dòng)，起動(dòng)倍數(shù)為4倍In：

斷路器額定電流及瞬動(dòng)電流選擇同（1），即Izd=1125，＞416×2×1.2

靈敏度系數(shù)同（1），滿足要求。

（3）星-三角降壓起動(dòng)：

斷路器額定電流及瞬動(dòng)電流選擇同（1），即Izd=1125，＞240.2×2×1.2，

靈敏度系數(shù)為同（1），滿足要求。

由以上比較可知，采用降壓起動(dòng)后，由于降低了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，使得線路干線保護(hù)斷路器的瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流不需要太大就可以躲開線路的峰值電流，在線路接地故障電流不變的情況下，使得斷路器靈敏度系數(shù)增大了。

5 結(jié)論

對(duì)于距離較遠(yuǎn)、電動(dòng)機(jī)容量較大的供電線路來說，單相短路電流較小，如果采用全壓起動(dòng)，由于線路保護(hù)開關(guān)瞬時(shí)過電流脫扣器整定電流較大，則很可能難以保證斷路器的靈敏度要求。如果靈敏度不夠，就需要在線路首端加裝剩余電流動(dòng)作保護(hù)器或者加大導(dǎo)線的截面積。

如果采用降壓起動(dòng)，就可以降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，使得線路保護(hù)開關(guān)的瞬時(shí)過電流脫扣器以較小地整定電流就能躲開線路的峰值電流，有利于提高斷路器的靈敏度。

[1] 中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版.北京:中國(guó)電力出版社.2005: 267-273, 276-278,658-662.

程俊恒，男，中級(jí)工程師/生產(chǎn)副總，目前主要工作內(nèi)容為建筑工程設(shè)計(jì)。

胡忠魁（1976-），男，中級(jí)工程師/項(xiàng)目副總監(jiān)，目前主要工作內(nèi)容為建筑電氣設(shè)計(jì)。