TN系统低压电动机的几种配电方案对比及选择

2021-04-13张锦松龚晓璐

现代建筑电气 2021年3期

张锦松, 龚晓璐

(湖北省缘达化工工程有限公司, 湖北武汉 430000)

0 引言

近年来,由于保护电器未能及时切除电气故障所引发的事故时有发生,轻则烧毁设备,重则引发火灾、爆炸等严重事故。此类事故的直接原因在于电气设计人员未根据配电距离的长短合理选择配电方案,导致配电回路的保护灵敏度不符合要求,发生电气故障时保护电器无法及时切除[1-2]。

本文针对TN系统中75 kW及以下(75 kW以上电机通常采用软起动,软起动器自带完善的保护功能,本文不做讨论)直接起动的低压电动机配电回路的保护电器不同配置方案进行分析及对比,介绍了不同配电距离时的合理方案。

1 低压电动机保护的配置要求

1.1 电动机保护的基本配置

根据GB 50055—2011《通用用电设备配电设计规范》第2.3节“低压电动机的保护”的要求,低压电动机保护基本配置的要求如下:

(1) 应装设短路保护和接地保护。

(2) 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。

(3) 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。

根据以上要求,并结合通常情况,本文将按照电动机装设短路保护、接地保护、过载保护及断相保护的原则进行保护电器的选择。

1.2 各项保护的基本要求及保护电器选择

(1) 短路保护。当电动机正常运行、正常起动或自起动时,短路保护器件不应误动作,发生短路故障时应及时切除故障。为此,短路保护器件的选择应符合下列规定:

① 瞬动过电流脱扣器或过电流继电器瞬动元件的整定电流应取电动机起动电流的2.0～2.5倍,本文取2.2倍。

② 当采用短延时过电流脱扣器或过电流继电器作保护时,其整定电流应躲过电动机起动电流,本文取1.2倍起动电流。

③ 被保护回路末端的三相短路电流应不小于瞬时保护或短延时保护整定电流的1.3倍。

选择电动机保护用电磁脱扣型断路器即可提供瞬时保护;如需短延时保护,可选用电子脱扣型断路器或电动机综合保护器。

(2) 接地保护。接地保护可采用3种形式,分别为采用短路保护器件兼做接地保护、采用三相不平衡电流保护及采用剩余电流保护。3种形式均需满足“被保护回路末端的单相短路电流应大于接地保护整定电流的1.3倍”的要求。

采用三相不平衡电流保护时需选用电动机综合保护器;采用剩余电流保护时可选用带剩余电流保护功能的塑壳断路器。

(3) 过载保护、断相保护。通常采用热继电器或电动机综合保护器为电动机提供过载保护及断相保护。

2 几种不同保护配置方案及其最大配电距离

电动机配电回路的保护电器配置通常可采用以下3种典型方案。

2.1 方案一

2.1.1 保护器件配置

采用电磁脱扣型塑壳断路器+热继电器。

2.1.2 断路器选择及最大配电距离

该方案采用塑壳断路器短路瞬时保护兼做接地保护,为满足接地保护灵敏度要求,回路末端单相短路电流应不小于断路器瞬时脱扣器整定电流的1.3倍。电动机用塑壳断路器瞬时脱扣器整定电流一般为断路器额定电流的12倍,故断路器额定电流应满足:

式中:In——断路器额定电流;

IrM——电动机额定电流;

IZ——电缆长期载流量;

IstM——电动机起动电流;

Ik1——线路末端单相短路电流。

根据式(1)、式(2)选择断路器额定电流及电缆规格,并计算出断路器与不同规格电缆配合时的最大配电距离。方案一中保护电器、电缆选择及满足保护灵敏度的最大配电距离如表1所示。

表1 方案一中保护电器、电缆选择及满足保护灵敏度的最大配电距离 m

2.2 方案二

2.2.1 保护器件配置

采用带剩余电流保护的电磁脱扣型塑壳断路器+热继电器。

2.2.2 断路器选择及最大配电距离

该方案采用剩余电流保护做接地保护,剩余电流保护动作值为毫安级,远低于断路器瞬动电流整定值,只需校验短路瞬动保护灵敏度,即回路末端三相短路电流应不小于断路器瞬时脱扣器整定电流的1.3倍。此方案中断路器额定电流应满足:

IrM≤In≤IZ

(3)

2.2IstM≤12In≤Ik3/1.3

(4)

式中:In——断路器额定电流;

IrM——电动机额定电流;

IZ——电缆长期载流量;

IstM——电动机起动电流;

Ik3——线路末端三相短路电流。

根据式(3)、式(4)选择断路器额定电流及电缆规格,并计算出断路器与不同规格电缆配合时的最大配电距离。方案二中保护电器、电缆选择及满足保护灵敏度的最大配电距离如表2所示。

表2 方案二中保护电器、电缆选择及满足保护灵敏度的最大配电距离 m

2.3 方案三

2.3.1 保护器件配置

采用电磁脱扣型塑壳断路器+电动机综合保护器。

2.3.2 断路器选择及最大配电距离

该方案采用电动机综合保护器的三相不平衡保护功能做接地保护,利用断路器短路瞬动保护及综保短路短延时保护功能做短路保护。三相不平衡保护动作值一般设定为电动机额定电流的50%,远低于短路短延时电流整定值,只需校验短路短延时保护灵敏度,即回路末端三相短路电流应不小于短延时保护整定电流的1.3倍。此方案中断路器额定电流及综保的短延时整定电流应满足:

式中:In——断路器额定电流;

IrM——电动机额定电流;

IZ——电缆长期载流量;

IstM——电动机起动电流;

Ik3——线路末端三相短路电流;

Iset2——短路短延时保护动作电流。

根据式(5)～式(7)选择断路器额定电流及电缆规格,整定综保短延时保护动作电流,并计算保护器件与不同规格电缆配合时的最大配电距离。方案三中保护电器、电缆选择及满足保护灵敏度的最大配电距离如表3所示。

电压降不超过5%时的线路最大允许长度如表4所示。