淺談低壓交流電動機的長距離控制回路存在的問題及對策

周湘

安徽海螺建材設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 安徽蕪湖 241070

1 概述

在水泥工廠建設(shè)過程中，由于全廠總體布置需要，存在少數(shù)生產(chǎn)車間內(nèi)電機距離變電所內(nèi)控制柜較遠(yuǎn)的情況，導(dǎo)致電機控制線路較長，從而出現(xiàn)接觸器和繼電器不能正常的吸合和釋放現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)運行，甚至危及到相關(guān)人員和設(shè)備的安全。曾經(jīng)在水泥生產(chǎn)過程中出現(xiàn)過電機開機正常，卻不能正常停機，如水泥庫頂?shù)碾姍C；也曾出現(xiàn)長皮帶電機已停機，而皮帶機速度信號顯示電機未停機的現(xiàn)象等；而出現(xiàn)這些現(xiàn)象一般發(fā)生在遠(yuǎn)距離低壓交流電動機的控制回路上，其問題的出現(xiàn)，與控制電纜的長度、截面的選擇，以及低壓交流電動機的控制回路的設(shè)計等等有著密切的關(guān)系。

2 問題

案例一：國內(nèi)某水泥廠皮帶機出現(xiàn)速度信號在停機后或在皮帶機打滑時繼續(xù)存在，中間繼電器保持吸合，未正常動作；其控制原理：控制思想為現(xiàn)場控制優(yōu)先；二次控制回路電源取自一次回路（電壓為220VAC）；皮帶打滑檢測采用二線制電感式接近開關(guān)，通過中間繼電器將信號送至DCS 系統(tǒng)。

案例二：國外某水泥廠粘土破碎電機出現(xiàn)了電機運行后在現(xiàn)場按停機按鈕時，電機未實現(xiàn)停機，停機信號中間繼電器保持吸合的現(xiàn)象；其控制原理：控制思想為中控控制優(yōu)先；二次控制回路電源取自專用控制電源回路（電壓為220VAC）；現(xiàn)場按鈕在主控制回路中，開機、停機按鈕均通過中間繼電器將信號送至DCS 系統(tǒng)然后由DCS 實現(xiàn)開機、停機；現(xiàn)場實測停機信號繼電器兩端電壓達(dá)到171V 左右，足以讓中間繼電器吸合。

案例三：國外某水泥廠余熱發(fā)電出現(xiàn)低壓電機停機后控制柜上運行燈常亮現(xiàn)象；其控制原理：控制思想為現(xiàn)場控制優(yōu)先；二次控制回路電源取自專用控制電源回路（電壓為220VAC）；現(xiàn)場實測停機后運行燈兩端電壓達(dá)到134V 左右。

3 分析

以上三個案例共同點：控制電纜都比較長，均在200 多米以上；其原因估計為控制線路電容的存在導(dǎo)致中間繼電器始終保持吸合和指示燈常亮。

相關(guān)規(guī)范對交流電動機控制回路有明確的要求，如《低壓電氣裝置第5-55 部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝其他設(shè)備》（GB/T16895．20-2017）中規(guī)定，在功能性應(yīng)考慮：運行部件之間的電纜的特性（包括阻抗和長度）不應(yīng)對輔助回路的運行產(chǎn)生不利影響；電纜的電容不應(yīng)損害輔助回路的執(zhí)行機構(gòu)的正常運行，開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的選擇，應(yīng)考慮電纜的特性和長度。

《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中提到了控制線路長度的校驗，當(dāng)采用交流控制電路，按線路的電容和電壓降共同決定控制線路的允許長度；從校驗計算公式可以看出，在低壓交流電動機長距離控制回路中，影響控制回路可靠運行主要有幾個因數(shù)：控制回路電源的選擇（交、直流的選擇，電壓等級的選擇）、控制回路中元器件選擇、控制電纜的選擇等；同時又可以看出，按線路電容校驗和按線路電壓降校驗兩者相互制衡，如提高控制回路的電壓等級，按線路電壓降校驗允許線路的長度增加了，但按照線路電容校驗允許線路的長度反而減少；因此，任何一個因數(shù)的不合理都可能導(dǎo)致控制回路不能正常工作。一般情況下，控制電路的電壓越高，按電容決定的運行長度越短，而按電壓降決定的允許長度則越長；每一控制電壓下的允許長度，應(yīng)取二者中較小的值。當(dāng)交流控制電路無法滿足線路允許的長度的要求時，可采用直流控制電路，采用直流控制電路控制線路只需按照電壓降校驗。

按照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中公式核算的幾種常規(guī)情況如下：

（1）以某品牌中間繼電器（線圈保持功率10VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導(dǎo)線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為172m，按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為16690m，由此可見，線路電容決定著控制電纜最大允許電纜長度，可采用降低控制回路電壓的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度，采用交流110V 可增加到689m，此時按照電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度減小至4172m。

（2）以某品牌接觸器（線圈保持功率200VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導(dǎo)線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為3444m，按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為834m，由此可見，電壓降決定著控制電纜最大允許電纜長度，可采用增大導(dǎo)線截面的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度，采用2．5mm2 可增加到1344m。

（3）以某品牌繼電器（線圈功率1VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導(dǎo)線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為17m，按電壓降校驗電壓降影響非常小，由此可見，線路電容完全決定著控制電纜最大允許電纜長度，若采用交流110V 可增加到69m，增加的效果不大，可采用直流控制或增大保持功率并聯(lián)電阻的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度。

4 解決方案

根據(jù)以上案例和分析看，出現(xiàn)問題主要原因為長距離控制電纜電容的影響，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》中核算公式，有以下解決方案：

方案一：控制回路電源采用直流，所有二次控制回路元器件全部采用直流元器件；校驗好控制線路電壓降，可從根本上解決長距離控制問題。以上案例一問題采用了方案一進行解決。

方案二：相關(guān)中間繼電器并聯(lián)電阻，增大保持功率；本方案比較復(fù)雜，電阻值需要根據(jù)電纜長度進行計算，且功率不宜太大（電阻功率不宜大于10W），且不能全面杜絕問題的發(fā)生。以上案例二、案例三采用了方案二進行解決。