低压电动机保护定值整定探讨

2015-05-27董桂成

电气技术 2015年6期

关键词：额定电流接触器定值

董桂成

（万华化学集团股份有限公司，浙江宁波 315812）

低压电动机保护控制器（又名“低压电动机综合保护器”）真正普及应用始于2009年，自投放市场以来，对电动机的各种故障类型进行了及时、准确的判断，有效地防止了因意外或故障导致电机烧毁的发生，保证了生产的安全运行，同时也节约了大量的资金。

而低压电动机保护控制器中保护功能的定值整定，通常需要根据现场电动机运行特性进行整定，定值过大则无法起到保护作用，定值过小则会造成接触器或开关频繁误跳，因此选择合适的保护定值是保证低压电动机连续正常运行的关键。

1 低压电动机保护控制器的保护定值整定

推荐应投入如下保护类型见表1。

表1 保护功能类型投入推荐

1.1 起动超时保护

起动超时保护是为了防止电动机起动时堵转或因为重载起动等原因而导致起动时间过长损坏电动机，其时间定值的设置可按照电动机的最长起动时间Tmax来整定。

对于电动机的最长起动时间，可以用下面两种方法来得到：

1）实际测试法。电动机带正常负载起动，起动完成后查看低压电动机保护控制器的起动时间，并记录，重复三次起动，将得到最大值即为最长起动时间Tmax。

2）估算法。可以用下列公式估算电动机的最长起动时间

式中，Pe为电动机的额定功率，单位为kW；Tmax为电动机最长起动时间，单位为s。

推荐采用实际测试法。

1.2 过载保护

采用数字式热元件取代常规热元件对电动机过载发热实现保护，具有反时限特性，此保护在起动过程中和运行过程中采用不同的热元件模型，充分考虑了电动机的运行工况，因此其整定不必躲过电动机的起动时间。

图1为深圳中电公司的PMC-550 系列过载保护曲线图，可知当电动机过载电流倍数增大时，电动机脱扣的时间即允许运行的时间急剧减小。尤其是在电动机频繁起动、重载起动、过载运行等因素下电动机实际发热量较大，常常导致电动机中断工作甚至烧毁。以下需重点考虑两个参数：

图1 过载保护曲线图

1）电流定值。其电流定值应该接近但是不小于额定电流，可设置为1.00Ie。

2）时间因子。时间因子可以根据电动机的数据手册或厂家提供的安全运行时间来查表。若无法给出典型的过载允许值，需要根据电动机起动时负载情况，利用下表选择不同的Tov值。

根据文献[2]（GB 14048.4—2010）过载继电器各种脱扣级别在不同条件（额定电流的倍数）下的脱扣时间要求分析计算与Tov值的对应关系见表2。

表2 Tov 与脱扣级别对应表

根据文献[6]（GB 755—2008）旋转电机的性能标准9.3.3 节“额定输出在315kW 及以下和额定电压在1kV 及以下的多相电动机应能承受1.5 倍额定电流，历时不应小于2min”。据此计算，时间因子Tov的值不应小于1.5。如果电流定值Iov值不是1.00Ie，则Tov需要根据公式折算。

将表2对应关系进行反向验证，选取脱扣级别class 10 时（查表得Tov=2），在冷态开始7.2 倍额定电流下，计算出过载脱扣时间。

T=6.45s 符合文献[2]中class 等级为10 时的脱扣时间4s＜T≤10s 的标准要求。文献[3]（JB/T 10736—2007）标准中规定反时限特性由制造商自行规定。

因此，对于轻载起动电动机，Tov推荐设置为1.5～2；对于重载起动电动机，Tov推荐设置为4～6。电动机的轻载起动与重载起动，与工艺情况有关，例如皮带运输机一般是重载，但是如果配置离合器，就是轻载起动。

1.3 阻塞保护

此保护在电动机起动过程中自动退出，运行时投入，因此其时间定值与电流定值不必考虑起动时间与起动电流。

一般低压电动机的堵转电流为6～7 倍额定电流，阻塞保护的电流定值不应超过额定堵转电流的75%，时间定值不超过堵转允许时间的80%，如果电动机数据手册未给出上述数据，则阻塞保护的电流定值推荐为3.5Ie，时间定值推荐为4s。

1.4 断相保护

低压电动机损坏事故近1/3 是断相造成的，此保护对电动机运行非常重要，因此建议每台保护装置都投入。断相保护是严重的不平衡保护，因而有些厂家将断相和不平衡作为同一种保护，或断相为不平衡的80%，或固有逻辑。断相保护须设置为跳闸，此保护时间定值推荐设置为2.5s。

1.5 不平衡保护

根据文献[5]GBT 22713—2008（不平衡电压对三相笼型感应电动机性能的影响），电动机运行时其电压不平衡度不应超过5%，而电动机在不平衡电压下运行时1%的三相电压不平衡会导致6%～10%的三相电流不平衡，因此5%的电压不平衡会导致30%的电流不平衡。

不平衡时短时间运行不会导致电动机损坏，因此推荐不平衡保护设置为告警，定值设置为30%，时间定值设置为5s。

1.6 过负荷保护

定时限过负荷保护可以作为电动机过载的主保护，如果投入了过载保护，则此保护可以作为后备保护。其整定方法根据文献[1]《工业与民用配电设计手册》第三版P670 公式（12-6）：

式中，Krel为可靠系数，如果定时限过负荷保护动作于告警，则取1.05，如果动作于跳闸，则取1.2；Kr为返回系数，取0.90（低压电动机保护控制器的实际返回系数）。

因此，根据以上公式，如果动作于告警，电流定值设置为1.2Ie；如果动作于跳闸电流定值设置为1.4Ie。动作时间推荐设置为30s。

另外，根据不同现场不同电动机实际或特殊情况，可按需投入下列保护类型（见表3）。

表3 保护功能类型按需投退

按需投入的保护类型以及整定方法本文不再赘述。

2 电机起动运行过程中的保护问题

2.1 电机起动时剩余电流保护误动问题

剩余电流保护需在电动机起动和运行全过程中投入，而电机起动的比运行时漏电流大，因而按照电动机正常运行时和线路泄露电流整定的剩余电流保护定值在电机起动时容易造成误动作的问题。传统的做法是抬高保护定值，但保护灵敏度会下降。深圳中电PMC-550 系列采用定值加倍的做法，电动机起动过程为2 倍的定值，起动完成后恢复至保护定值。

下面为以实测的电动机漏电流为基础用数据统计的方法得到的漏电流与电动机额定功率P的关系如下（φ为随机误差）：

起动漏电流：Is=0.4399P0.7055+φ

运行漏电流：Iq=0.1140P0.5952+φ

2.2 接触器分断短路电流问题

实际应用中电动机的短路故障通常由熔断器或开关设备等进行保护，当开关灵敏度不够时通常要求投入短路保护。由于接触器没有分段短路电流的能力，当故障电流超过接触器允许开断的最大电流时会造成主触点烧死或拉弧现象，导致事故的进一步扩大。PMC-550 系列具有接触器分段能力保护，如故障电流小于接触器的最大分断电流，保护动作后通过接触器主触点来断开故障回路，而当故障电流大于接触器的最大分断电流，保护动作后闭锁接触器出口通过驱动断路器的分励线圈来断开故障回路，从而实现更为可靠的保护。

另外，接地保护投入时也应考虑低压接触器的分断能力问题，低压直接接地系统如TN-S、TN-C等系统中接地电流很大，若进行短路电流计算并校验超出接触器分断能力时可通过投入接触器分断能力保护闭锁接触器出口并跳开关以切断短路电流。