關(guān)于電動機保護型斷路器的正確選用

1、關(guān)于電動機保護型斷路器的正確選用連理枝(杭州之江開關(guān)廠311234摘要論述了籠型異步電動機的起動電流和各種起動方式的電動機沖擊電流。分析了使用型塑料外殼式斷路器做電動機短路保護時,其瞬時動作電流整定值選擇的因由和依據(jù)。關(guān)鍵詞電動機起動沖擊電流MCCB瞬動電流整定值1引言電動機保護型塑料外殼式斷路器(MCCB是籠型異步電動機在起動、運行和運行分?jǐn)嘀胁豢扇鄙俚谋Ｗo電器之一。用于電動機保護,額定電流在630A及以下(即保護的電動機功率為315kW及以下的MCCB用途是不頻繁地起動和在運轉(zhuǎn)中分?jǐn)嚯妱訖C,當(dāng)電動機發(fā)生過載、短路、欠電壓等故障時,能予以保護(自動切斷電路。按使用的情況來看,用作電動機保護的

2、斷路器有三種類型:一是電動機的起動、運轉(zhuǎn)中分?jǐn)嗍褂媒涣鹘佑|器,過載保護采用熱繼電器(熱繼電器除作過載保護外,還有躲過電動機的起動電流的可返回特性,此種特性也屬于過載范圍,而斷路器是作短路保護之用的,由于使用了接觸器來分、合電路,因此它可比較頻繁地操作;二是使用接觸器作電動機的起動和停止,電動機的過載、短路和欠電壓等故障由斷路器承擔(dān);三是電動機在起動、運轉(zhuǎn)中分?jǐn)嘁约斑^載、短路、欠電壓均由一臺斷路器來操作和保護,但它不能頻繁使用。本文論述的僅是作電動機的短路保護時,斷路器的瞬時動作整定值應(yīng)如何正確選擇的問題。2關(guān)于電動機的起動電流和起動沖擊電流211籠型異步電動機的起動電流籠型異步電動機的定子電流

3、I1=I0-I2,I0為激磁電流,數(shù)值小可忽略,因此I1I2(I2為電動機的轉(zhuǎn)子電流。I2=E2R22+X22=s E20R22+(sX202=E2(R2/s2+X22(1cos2=R2R22+(sX202(2式中E2=4144S f1N2E20=4144f1N2f1電源頻率(f1=50HzR2轉(zhuǎn)子電阻X2轉(zhuǎn)子電感s電動機的轉(zhuǎn)差率,s=n1-nn1,n1為定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,n為電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,s在01范圍內(nèi)變化。由式(1和式(2可見,電動機的電流和功率因數(shù)(cos都與轉(zhuǎn)差率s有關(guān),起動時s1,I2很大,cos很小。通常起動電流可達57倍的電動機額定電流,而在定載起動時,cos為012。212電

4、動機起動時的沖擊電流起動時電動機的沖擊電流表現(xiàn)在:電動機的直接起動、Y-起動變換、瞬時再起動和逆轉(zhuǎn)(反向、制動等情況,都會產(chǎn)生很大的沖擊電流,盡管沖擊電流的延續(xù)時間只有幾個周波,但將引起保護電器(例如斷路器的動作(斷路器用于瞬動保護的脫扣器是電磁鐵,對交流電流型電磁鐵而言,鐵心對銜鐵的吸力是與其線圈通過的電流和線圈匝數(shù)成正比的,吸力FI N,N為線圈匝數(shù),I為瞬時電流,即峰值電流。產(chǎn)生沖擊電流的原因是:(1起動電流的功率因數(shù)較低,過渡過程直流成分的疊加交流分量的振幅盡管穩(wěn)定,但因受直流分量的影響,就有沖擊電流流過。當(dāng)起動電流的功率因數(shù)為013時,沖擊電流(峰值為起動電流(有效值的兩倍左右。(2

5、殘留電壓將產(chǎn)生瞬時再合閘時的沖擊電流電動機切斷電源再接通時,會產(chǎn)生較大的沖擊電流。這是因為雖然電源被切斷,而電動機由于機械慣性,尚未停止轉(zhuǎn)動,因此帶有殘留電壓。這種殘留電壓不僅是由于有剩磁而產(chǎn)生,還因為轉(zhuǎn)子(次經(jīng)濟交流電工技術(shù)雜志2002年第6期級線圈的殘余電流產(chǎn)生。因此,殘留電壓與再合閘時的電源的相量和(電相位關(guān)系產(chǎn)生的沖擊電流比電動機完全停轉(zhuǎn)后(此時無殘留電壓的再起動相比要大(殘留電壓+電源電壓/電源電壓倍。這樣的沖擊電流持續(xù)時間不長,僅幾個周波(當(dāng)f1=50Hz時,一個周波為0102s,但是斷路器MCCB即使是1/2周波也可能脫扣(動作。根據(jù)以上原因,在使用MCCB作電動機的短路保護(瞬

6、動脫扣時,必須按電動機的起動方式來正確選擇其瞬動電流值。3按不同的電動機起動方式選擇斷路器瞬動電流整定值311直接起動時現(xiàn)設(shè)起動時功率因數(shù)為013,起動電流為6I M (I M為電動機的額定電流,選擇的斷路器額定電流I nI M,一般I n=I M。按照G B1404814低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓機電式接觸器和電動機起動器標(biāo)準(zhǔn):對于AC-3使用類別(電動機起動,運轉(zhuǎn)中分?jǐn)?其額定通斷能力試驗時規(guī)定I n100A時,cos=0145;I n100A時,cos= 0135。在電壽命試驗時,當(dāng)I17A時,cos= 0165;I n17A時,cos=0135。試驗時,cos的允差為-0105,即當(dāng)c

7、os=0135時,最小為cos=013。(I n17A,電動機的功率至少8 9kW,電動機的電感L較大,故認(rèn)定電動機起動時cos為013是有根據(jù)的。cos=013表示其相對的電阻值較小,而電感L較大。起動電流的直流成分:i2=I m sin(-e-t/T, T為非周期分量(自由分量的衰減時間常數(shù)。T=L/R,所以i2=I m sin(-e-tR/L。e-tR/L=1e tR/L,R小,L大,e-tR/L大,直流分量i2就大。短路電流發(fā)生1/2周波時,當(dāng)-=-/2,i=i1+i2為最大值,即沖擊電流i ch=(1+e-0101/T2I,設(shè)(1+e-0101/T為沖擊系數(shù)K ch,則i ch=2K

8、 ch I,2K ch為峰值系數(shù)。查有關(guān)資料,當(dāng)cos=013時,峰值系數(shù)2。I為電動機的起動電流?，F(xiàn)假定電動機的起動電流I=6I n(I M,沖擊電流i ch=26I n=12I n,若電動機起動電流為7I n,則沖擊電流為14I n。MCC B的瞬動電流以有效值表示,則可達122142I n,即814859189倍的I n。312Y-起動仍設(shè)定電動機起動電流為6I n,起動時功率因數(shù)為013。由于使用了Y形聯(lián)結(jié)起動,起動電流雖然降低到1/3,即6I n/3=2I n,但是電動機從Y形聯(lián)結(jié)(起動到形聯(lián)結(jié)(運轉(zhuǎn)的一瞬間因短暫停電,電動機慣性旋轉(zhuǎn)的殘余電壓與轉(zhuǎn)換到形聯(lián)結(jié)時的電網(wǎng)電壓的矢量和,就產(chǎn)

9、生一個近10倍于I n的脈沖電流,繞組轉(zhuǎn)為形聯(lián)結(jié)時,相當(dāng)于再一次起動,而此時的電動機轉(zhuǎn)速還未完全等于正常的轉(zhuǎn)速,因此沖擊電流為19倍I n,即I n621+13。斷路器瞬時整定值必須在19/3I n=131435I n(有效值,即14倍甚至更大。313自耦減壓起動器起動仍假定電動機起動電流為6I n,起動時的功率因數(shù)為013。cos=013,電路中電感量大,電阻值小,電動機的沖擊電流為兩倍起動電流。采用自耦減壓起動器起動電動機時,如果電動機的電壓接自耦變壓器的80%抽頭,則起動電流為6(0182I n=3184I n,電源電壓接自耦變壓器的65%抽頭,起動電流為6(01652I n=21535

10、I n,接自耦變壓器的50%抽頭,起動電流為115I n,沖擊電流分別為23184I n717I n,221535I n5I n和2115I n=3I n。MCCB的瞬動電流整定值(有效值分別是5143I n、316I n和2112I n。應(yīng)該指出,自耦減壓起動器起動時從變壓器抽頭的不同值到全電壓的電動機運轉(zhuǎn)的過渡過程,倘若是開路轉(zhuǎn)換,也會產(chǎn)生一個十倍于I n的脈沖電流,這種電流對電動機而言要引起“抖動”,對機床加工零件的尺寸精度有影響。如果是閉路轉(zhuǎn)換就無此問題。314瞬動再起動仍假定電動機起動電流和起動時的功率因數(shù)分別為6I n和013。當(dāng)運行的電動機停止供電的瞬間,電動機的機械慣性使之繼續(xù)

11、轉(zhuǎn)動,如果在它尚未停止轉(zhuǎn)動時又(下轉(zhuǎn)第56頁電工技術(shù)雜志2002年第6期關(guān)于電動機保護型斷路器的正確選用的主要原因,零線燒斷后,負載中性點電位由o 點移到d 點,如圖2b 所示。圖2繞組電流分布及電壓相量圖(3變壓器T 1燒損原因由于負載中性點偏移,變壓器T 1一次電壓由原來的相電壓220V 變?yōu)閁 ad ,其值約為330V ,這個電壓遠遠高于額定電壓220V ,會使鐵心嚴(yán)重飽和,損耗增大,同時由于勵磁電壓過高,對變壓器線圈的絕緣構(gòu)成嚴(yán)重的威脅,這就是變壓器燒損的原因。(4照明燒損原因零線燒斷之前,b 、c 相負載相電壓升高,是燒損照明燈的主要原因。零線燒斷后,由于接地電阻R d1和R d2的

12、阻值都在4左右,通過接地網(wǎng)流回供電變壓器中性點的T 1單相負載電流降低很多,b 、c 相負載過電壓有所降低,b 、c 相照明燈串聯(lián)接在線電壓U bc 上,加在照明燈上的電壓低于220V ,發(fā)生熄滅現(xiàn)象。此時,因負載中性點電位偏移,加在a 相上照明燈的電壓高于220V ,發(fā)生燒損照明燈的事故。4預(yù)防措施(1合理分配負荷,盡量使三相負荷平衡。(2電阻加熱爐推薦使用三相變壓器-整流-直流爐,感應(yīng)加熱爐推薦使用三相變壓器-整流-逆變型感應(yīng)爐。(3單相負載盡量接在線電壓上,在其他兩相上分別接電感和電容,補償成一平衡的三相系統(tǒng)。(4采用適當(dāng)?shù)臒o功功率補償裝置,如靜止無功功率補償器(SVC 、綜合補償裝置等

13、。(5在中性點滿足運行要求時,盡量使變壓器某一側(cè)采用三角形聯(lián)結(jié),減小由于單相負載造成的三相不平衡過電壓。(6電網(wǎng)管理部門應(yīng)制定更加嚴(yán)格的管理制度,加強對單相負載用電的管理。5結(jié)束語通過上述分析,單相負載造成的三相不平衡及所產(chǎn)生的過電壓,會給用電設(shè)備和電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的危害,必須引起足夠的重視,采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右员苊?。參考文獻社,19982李心廣,賴聲禮.電網(wǎng)的無功及三相不平衡綜合補償研究.電網(wǎng)技術(shù),2001(103鄒篤鐳,盧育惠.電弧爐供電線路的無功補償原理與控制系統(tǒng).東北工學(xué)院學(xué)報,1990收稿日期:20020107(上接第54頁突然令其再起動,因為殘留電壓的存在,此時外施電壓加上殘留電壓的作用

14、,會使它的沖擊電流最大,達622I n =24I n (峰值。MCCB 的瞬動電流整定值達242I n =16197I n 17I n 。根據(jù)上面四種起動方式,可以認(rèn)為用于電動機保護的斷路器其瞬動電流整定值在815倍I n (有效值的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值是有理論和實踐依據(jù)的。至于各種電動機保護的MCCB 究竟選多大的瞬動整定電流,取決于籠型電動機的型號(包括極數(shù)、容量和采取的起動方式。4使用起動器起動電動機時的注意事項(1起動時間的整定值必須適度,否則會導(dǎo)致過載而使保護電器脫扣,使電動機停轉(zhuǎn)。根據(jù)實測,100kW 及以下電動機的輕載起動時間不超過1s ,帶泵起動,起動時間約在215s 以下,只有大的離心通風(fēng)機等,起動