低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)定值整定探討

董桂成

（萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司，浙江 寧波 315812）

低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器（又名“低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器”）真正普及應(yīng)用始于2009年，自投放市場(chǎng)以來(lái)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的各種故障類型進(jìn)行了及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷，有效地防止了因意外或故障導(dǎo)致電機(jī)燒毀的發(fā)生，保證了生產(chǎn)的安全運(yùn)行，同時(shí)也節(jié)約了大量的資金。

而低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器中保護(hù)功能的定值整定，通常需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性進(jìn)行整定，定值過(guò)大則無(wú)法起到保護(hù)作用，定值過(guò)小則會(huì)造成接觸器或開(kāi)關(guān)頻繁誤跳，因此選擇合適的保護(hù)定值是保證低壓電動(dòng)機(jī)連續(xù)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的保護(hù)定值整定

推薦應(yīng)投入如下保護(hù)類型見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)功能類型投入推薦

1.1 起動(dòng)超時(shí)保護(hù)

起動(dòng)超時(shí)保護(hù)是為了防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)堵轉(zhuǎn)或因?yàn)橹剌d起動(dòng)等原因而導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)損壞電動(dòng)機(jī)，其時(shí)間定值的設(shè)置可按照電動(dòng)機(jī)的最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間Tmax來(lái)整定。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)的最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間，可以用下面兩種方法來(lái)得到：

1）實(shí)際測(cè)試法。電動(dòng)機(jī)帶正常負(fù)載起動(dòng)，起動(dòng)完成后查看低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的起動(dòng)時(shí)間，并記錄，重復(fù)三次起動(dòng)，將得到最大值即為最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間Tmax。

2）估算法?？梢杂孟铝泄焦浪汶妱?dòng)機(jī)的最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間

式中，Pe為電動(dòng)機(jī)的額定功率，單位為kW；Tmax為電動(dòng)機(jī)最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間，單位為s。

推薦采用實(shí)際測(cè)試法。

1.2 過(guò)載保護(hù)

采用數(shù)字式熱元件取代常規(guī)熱元件對(duì)電動(dòng)機(jī)過(guò)載發(fā)熱實(shí)現(xiàn)保護(hù)，具有反時(shí)限特性，此保護(hù)在起動(dòng)過(guò)程中和運(yùn)行過(guò)程中采用不同的熱元件模型，充分考慮了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，因此其整定不必躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間。

圖1為深圳中電公司的PMC-550 系列過(guò)載保護(hù)曲線圖，可知當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載電流倍數(shù)增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)脫扣的時(shí)間即允許運(yùn)行的時(shí)間急劇減小。尤其是在電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)、重載起動(dòng)、過(guò)載運(yùn)行等因素下電動(dòng)機(jī)實(shí)際發(fā)熱量較大，常常導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)中斷工作甚至燒毀。以下需重點(diǎn)考慮兩個(gè)參數(shù)：

圖1 過(guò)載保護(hù)曲線圖

1）電流定值。其電流定值應(yīng)該接近但是不小于額定電流，可設(shè)置為1.00Ie。

2）時(shí)間因子。時(shí)間因子可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)或廠家提供的安全運(yùn)行時(shí)間來(lái)查表。若無(wú)法給出典型的過(guò)載允許值，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)負(fù)載情況，利用下表選擇不同的Tov值。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]（GB 14048.4—2010）過(guò)載繼電器各種脫扣級(jí)別在不同條件（額定電流的倍數(shù)）下的脫扣時(shí)間要求分析計(jì)算與Tov值的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 Tov 與脫扣級(jí)別對(duì)應(yīng)表

根據(jù)文獻(xiàn)[6]（GB 755—2008）旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能標(biāo)準(zhǔn)9.3.3 節(jié)“額定輸出在315kW 及以下和額定電壓在1kV 及以下的多相電動(dòng)機(jī)應(yīng)能承受1.5 倍額定電流，歷時(shí)不應(yīng)小于2min”。據(jù)此計(jì)算，時(shí)間因子Tov的值不應(yīng)小于1.5。如果電流定值Iov值不是1.00Ie，則Tov需要根據(jù)公式折算。

將表2對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行反向驗(yàn)證，選取脫扣級(jí)別class 10 時(shí)（查表得Tov=2），在冷態(tài)開(kāi)始7.2 倍額定電流下，計(jì)算出過(guò)載脫扣時(shí)間。

T=6.45s 符合文獻(xiàn)[2]中class 等級(jí)為10 時(shí)的脫扣時(shí)間4s＜T≤10s 的標(biāo)準(zhǔn)要求。文獻(xiàn)[3]（JB/T 10736—2007）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定反時(shí)限特性由制造商自行規(guī)定。

因此，對(duì)于輕載起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，Tov推薦設(shè)置為1.5～2；對(duì)于重載起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，Tov推薦設(shè)置為4～6。電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)與重載起動(dòng)，與工藝情況有關(guān)，例如皮帶運(yùn)輸機(jī)一般是重載，但是如果配置離合器，就是輕載起動(dòng)。

1.3 阻塞保護(hù)

此保護(hù)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)退出，運(yùn)行時(shí)投入，因此其時(shí)間定值與電流定值不必考慮起動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)電流。

一般低壓電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流為6～7 倍額定電流，阻塞保護(hù)的電流定值不應(yīng)超過(guò)額定堵轉(zhuǎn)電流的75%，時(shí)間定值不超過(guò)堵轉(zhuǎn)允許時(shí)間的80%，如果電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)未給出上述數(shù)據(jù)，則阻塞保護(hù)的電流定值推薦為3.5Ie，時(shí)間定值推薦為4s。

1.4 斷相保護(hù)

低壓電動(dòng)機(jī)損壞事故近1/3 是斷相造成的，此保護(hù)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行非常重要，因此建議每臺(tái)保護(hù)裝置都投入。斷相保護(hù)是嚴(yán)重的不平衡保護(hù)，因而有些廠家將斷相和不平衡作為同一種保護(hù)，或斷相為不平衡的80%，或固有邏輯。斷相保護(hù)須設(shè)置為跳閘，此保護(hù)時(shí)間定值推薦設(shè)置為2.5s。

1.5 不平衡保護(hù)

根據(jù)文獻(xiàn)[5]GBT 22713—2008（不平衡電壓對(duì)三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能的影響），電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)其電壓不平衡度不應(yīng)超過(guò)5%，而電動(dòng)機(jī)在不平衡電壓下運(yùn)行時(shí)1%的三相電壓不平衡會(huì)導(dǎo)致6%～10%的三相電流不平衡，因此5%的電壓不平衡會(huì)導(dǎo)致30%的電流不平衡。

不平衡時(shí)短時(shí)間運(yùn)行不會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞，因此推薦不平衡保護(hù)設(shè)置為告警，定值設(shè)置為30%，時(shí)間定值設(shè)置為5s。

1.6 過(guò)負(fù)荷保護(hù)

定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)可以作為電動(dòng)機(jī)過(guò)載的主保護(hù)，如果投入了過(guò)載保護(hù)，則此保護(hù)可以作為后備保護(hù)。其整定方法根據(jù)文獻(xiàn)[1]《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版P670 公式（12-6）：

式中，Krel為可靠系數(shù)，如果定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于告警，則取1.05，如果動(dòng)作于跳閘，則取1.2；Kr為返回系數(shù)，取0.90（低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的實(shí)際返回系數(shù)）。

因此，根據(jù)以上公式，如果動(dòng)作于告警，電流定值設(shè)置為1.2Ie；如果動(dòng)作于跳閘電流定值設(shè)置為1.4Ie。動(dòng)作時(shí)間推薦設(shè)置為30s。

另外，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)不同電動(dòng)機(jī)實(shí)際或特殊情況，可按需投入下列保護(hù)類型（見(jiàn)表3）。

表3 保護(hù)功能類型按需投退

按需投入的保護(hù)類型以及整定方法本文不再贅述。

2 電機(jī)起動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的保護(hù)問(wèn)題

2.1 電機(jī)起動(dòng)時(shí)剩余電流保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題

剩余電流保護(hù)需在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行全過(guò)程中投入，而電機(jī)起動(dòng)的比運(yùn)行時(shí)漏電流大，因而按照電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)和線路泄露電流整定的剩余電流保護(hù)定值在電機(jī)起動(dòng)時(shí)容易造成誤動(dòng)作的問(wèn)題。傳統(tǒng)的做法是抬高保護(hù)定值，但保護(hù)靈敏度會(huì)下降。深圳中電PMC-550 系列采用定值加倍的做法，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程為2 倍的定值，起動(dòng)完成后恢復(fù)至保護(hù)定值。

下面為以實(shí)測(cè)的電動(dòng)機(jī)漏電流為基礎(chǔ)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法得到的漏電流與電動(dòng)機(jī)額定功率P的關(guān)系如下（φ為隨機(jī)誤差）：

起動(dòng)漏電流：Is=0.4399P0.7055+φ

運(yùn)行漏電流：Iq=0.1140P0.5952+φ

2.2 接觸器分?jǐn)喽搪冯娏鲉?wèn)題

實(shí)際應(yīng)用中電動(dòng)機(jī)的短路故障通常由熔斷器或開(kāi)關(guān)設(shè)備等進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)靈敏度不夠時(shí)通常要求投入短路保護(hù)。由于接觸器沒(méi)有分段短路電流的能力，當(dāng)故障電流超過(guò)接觸器允許開(kāi)斷的最大電流時(shí)會(huì)造成主觸點(diǎn)燒死或拉弧現(xiàn)象，導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。PMC-550 系列具有接觸器分段能力保護(hù)，如故障電流小于接觸器的最大分?jǐn)嚯娏?，保護(hù)動(dòng)作后通過(guò)接觸器主觸點(diǎn)來(lái)斷開(kāi)故障回路，而當(dāng)故障電流大于接觸器的最大分?jǐn)嚯娏?，保護(hù)動(dòng)作后閉鎖接觸器出口通過(guò)驅(qū)動(dòng)斷路器的分勵(lì)線圈來(lái)斷開(kāi)故障回路，從而實(shí)現(xiàn)更為可靠的保護(hù)。

另外，接地保護(hù)投入時(shí)也應(yīng)考慮低壓接觸器的分?jǐn)嗄芰?wèn)題，低壓直接接地系統(tǒng)如TN-S、TN-C等系統(tǒng)中接地電流很大，若進(jìn)行短路電流計(jì)算并校驗(yàn)超出接觸器分?jǐn)嗄芰r(shí)可通過(guò)投入接觸器分?jǐn)嗄芰ΡＷo(hù)閉鎖接觸器出口并跳開(kāi)關(guān)以切斷短路電流。

3 結(jié)論

本文介紹了目前低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器的保護(hù)功能中推薦投入和按需投入的保護(hù)類型，以國(guó)際、國(guó)內(nèi)、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為前提并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提供各保護(hù)類型的整定計(jì)算原則和推薦定值，為使用者提供參考整定依據(jù)。

實(shí)踐證明，廣泛采用低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器，不但可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制的有效、科學(xué)地管理，降低事故發(fā)生率，還對(duì)提高電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)也必將起到積極的推動(dòng)作用。

[1] 任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3 版.北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2] IEC 60947-4-1 低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1 部分: 接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB 14048.4—2010.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)[S].

[3] JB/T 10736—2007 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器,機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).

[4] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB/T 14598.303—2011.數(shù)字式電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)裝置通用技術(shù)條件,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB/T 22713—2008./IEC 60034-26: 2006 不平衡電壓對(duì)三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能的影響,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,GB 755—2008./IEC60034-1 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7] PMC-550A 低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器用戶說(shuō)明書[Z].深圳中電電力技術(shù)股份有限公司,2014.