《电工技术》期刊精选——低压电机的保护与控制

电工技术 2018-01-09 08:47:15
低压电机的保护与控制


    刘玲

    (洛阳钼业集团金属材料有限公司,洛阳471000)


    [摘要]系统介绍低压电机的基本电气参数、保护种类、控制方式、电流测量方法、起动方式以及控制保护电器的选用方法,以保证低压电机的有效保护和控制,最后以ST-500M型低压电机保护控制器在某公司的应用实例来说明其效果。


    关键词 低压 电机 保护 控制 电流表 TA断路器 接触器


    0引言
    电机种类繁多,但工厂、企业和民用建筑中最常用的是低压交流三相异步电机(以下简称电机)。如何正确处理其保护、控制、测量和信号问题是工厂电气设计工作的一项重要内容。本文主要针对低压电机的控制与保护进行分析。
    1电机基本电气参数
    1.1额定电压
    我国工厂常用低压电机的额定电压一般为380V,单相鼠笼式异步电机的电压等级为220V。电网电压波动会影响电机的输出功率,只有电压保持在其额定值的95%~105%时,电机的输出功率才能维持在额定值,否则就不能保证。
    1.2额定频率
    我国交流供电电网额定频率为50Hz,偏差不超过±0.5Hz时,电机的输出功率能维持在额定值,否则会受影响。在某些工程中,个别引进设备配置电机的额定频率为60Hz,其在实际运行中的转速和输出功率降幅较大,这也是电机额定频率与实际供电频率不一致的原因。
    1.3额定功率
    工厂常用低压电机的额定功率一般在250kW以下,个别电机可达320kW。
    1.4额定电流
    设计选择电机热保护继电器时,需要计算电机的额定电流。在额定电压下,电机额定电流受功率因数影响。通常电机功率因数按0.8考虑(90kW以上电机功率因数会达到0.85左右),以此估算,每1kW约有2A的额定电流。对于1.1kW以下的小型电机,由于其自身损耗所占比例较大,每1kW可按照3A额定电流估算。
    1.5起动电流倍数
    在设计电机起动回路保护设备及计算母线电压降时,需要明确电机的起动电流倍数,其值一般按6~7倍额定电流考虑,它与电机的起动转矩有关。
    2电机保护的种类
    电机保护包括短路保护、过负荷保护、断相保护、接地保护、温度保护、低电压保护等。下面仅介绍最常用的短路保护、过负荷保护和断相保护。
    2.1短路保护

    短路保护是在线路和电机内部产生相间及相对地短路时,为避免发生更大的设备损害而设置的保护,其特点是短路电流大,动作越快越好。短路保护是所有电机都必须设置的最为普遍的保护,可通过在主回路中设置熔断器、断路器来实现。


    2.2过负荷保护


    过负荷保护也称为过载保护,是针对电机过负荷或堵转来设置的,可防止电机因过热而烧毁,其特点是保护动作电流相对较小,动作时间较长。过负荷保护通常采用热继电器、电机智能保护器、具有电机过负荷保护的断路器(也称为电机起动器)来实现。


    2.3断相保护


    供电回路某相断线时,会造成已工作的电机缺相运行,使其产生低过流现象,时间持续太长会烧毁电机。设计时可在电机的主回路中加装带热差动的三相式热继电器,当回路中发生断相时,该相回路的热元件因无电流而降温,另外两相的因电流加大而过热,产生的热差使热继电器动作,从而使接触器跳闸,达到断相保护的目的。设计时也可采用专门的电机断相保护器或具有断相保护功能的电动机智能保护器。断相保护一般为延时动作,以免误动。


    3电机的控制


    一般情况下,每台电机应分别装设控制电器,但当工艺需要或使用条件许可时,一组电机可共用一套控制电器。在工厂电气设计中,控制一些小功率轴流风机、屋顶风机(小则几十瓦,大则1~2kW),数台电机就可共用一套控制电器。一般来说,控制电器采用接触器、起动器或其它电机专用控制开关,但起动次数少的电机也可采用低压断路器兼作控制电器。


    4电机电流测量


    4.1电流表的安装场合


    (1)55kW及以上的电机需要安装电流表。因为大功率电机价格高,安装电流表后能及时了解其运行是否正常。而小电机如无特殊要求,装设电流表会增加投资。根据不同的工况,也可为30kW及以上的电机装设电流表。

    (2)根据工艺要求,应为需检测交流电流的电机安装电流表。在化工生产装置中,一些搅拌装置,如污酸污水处理工段反应釜搅拌器,在工作全过程中,其负载转矩是不一样的,通过电流表便可了解搅拌器的工作状态。因此,根据工艺的要求,有些功率小于55kW(甚至只有1~2kW)的电机也需装设电流表。


    4.2对电流表和TA量程范围的要求


    电流表的测量范围和TA变比的选择,宜满足当电机以额定值运行时仪表的指标在标度尺的50%~70%。这样,观察起来比较明显,读数比较精确,同时也给电机留有一定的过负荷裕度。电机起动时的起动电流为6~7倍额定电流,若使用普通的电流表,指针会摆动到终端撞击终端挡件,容易受损。因此,电机回路的电流表应选用过负荷型电流表,可起到保护指针的作用。当采用数字显示式电流表时,就不受限制了。


    4.3电流表的设置要点


    (1)对于三相电机,一般不需在三相都装设电流表,因为其三相电流基本是平衡的。电流表可装在电机控制中心(MCC)的低压开关柜上,也可装在现场操作柱(箱)或控制屏(台)上。根据不同的工况,为满足操作与监视要求,可将电流表单独安装在上述场所之一或选择两处、三处都安装,要求电流表的安装位置和高度便于观察。


    (2)对于小功率电机(额定电流一般不超过16A),可将电流表串接在其主回路中。更普遍的作法是将电流表接在TA的二次回路中,这种方式不受电机功率限制,电流表放置位置较灵活,更适于多个电流表的安装。


    4.4TA准确度的选择


    低压TA准确度的要求与其所配的电流表准确度等级以及二次侧的负载大小有关。TA二次侧电流表有5A和1A两个系列。TA的误差与铁芯的平均长度及互感器二次内阻抗成正比,与铁芯截面积和二次绕组匝数的平方成反比,故使用1A系列的准确度比5A的高。TA误差与二次负荷阻抗成正比,要保证其规定的准确度,5A的电流表只能用于距互感器较短的距离内,而1A的电流表则可在250m左右的距离内保持规定的精度。在化工装置电气设计中,如果仅在MCC装设电流表,选择5A的;如果在现场装设电流表,则选择1A的。


    4.5电流表在TA二次回路中的接法


    (1)仅有电流表的二次回路。当电机功率较小,热保护采用一次直接式时,TA只需测一相的电流,也只需在一相上安装TA。其一只电流表与多只电流表接法如图1所示。



    图1仅有电流表的TA二次回路电流表接法


    (2)电流表与热继电器组合的二次回路。当电机功率较大时,选用的热保护器件有两种,一种是采用大容量热继电器直接接在一次回路中;另外一种是采用小容量热继电器接在互感器二次回路中,其电流表三相式接法如图2所示。   


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