關(guān)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器的正確選用

1、關(guān)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器的正確選用連理枝(杭州之江開(kāi)關(guān)廠311234摘要論述了籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和各種起動(dòng)方式的電動(dòng)機(jī)沖擊電流。分析了使用型塑料外殼式斷路器做電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)時(shí),其瞬時(shí)動(dòng)作電流整定值選擇的因由和依據(jù)。關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī)起動(dòng)沖擊電流MCCB瞬動(dòng)電流整定值1引言電動(dòng)機(jī)保護(hù)型塑料外殼式斷路器(MCCB是籠型異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)行和運(yùn)行分?jǐn)嘀胁豢扇鄙俚谋Ｗo(hù)電器之一。用于電動(dòng)機(jī)保護(hù),額定電流在630A及以下(即保護(hù)的電動(dòng)機(jī)功率為315kW及以下的MCCB用途是不頻繁地起動(dòng)和在運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī),當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、短路、欠電壓等故障時(shí),能予以保護(hù)(自動(dòng)切斷電路。按使用的情況來(lái)看,用作電動(dòng)機(jī)保護(hù)的

2、斷路器有三種類(lèi)型:一是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嗍褂媒涣鹘佑|器,過(guò)載保護(hù)采用熱繼電器(熱繼電器除作過(guò)載保護(hù)外,還有躲過(guò)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流的可返回特性,此種特性也屬于過(guò)載范圍,而斷路器是作短路保護(hù)之用的,由于使用了接觸器來(lái)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止,電動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路和欠電壓等故障由斷路器承擔(dān);三是電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嘁约斑^(guò)載、短路、欠電壓均由一臺(tái)斷路器來(lái)操作和保護(hù),但它不能頻繁使用。本文論述的僅是作電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)時(shí),斷路器的瞬時(shí)動(dòng)作整定值應(yīng)如何正確選擇的問(wèn)題。2關(guān)于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)沖擊電流211籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流籠型異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率,s=n1-nn1,n1為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速,n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,s在01范圍內(nèi)變化。由式(1和式(2可見(jiàn),電動(dòng)機(jī)的電流和功率因數(shù)(cos都與轉(zhuǎn)差率s有關(guān),起動(dòng)時(shí)s1,I2很大,cos很小。通常起動(dòng)電流可達(dá)57倍的電動(dòng)機(jī)額定電流,而在定載起動(dòng)時(shí),cos為012。212電

4、動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的沖擊電流表現(xiàn)在:電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、Y-起動(dòng)變換、瞬時(shí)再起動(dòng)和逆轉(zhuǎn)(反向、制動(dòng)等情況,都會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,盡管沖擊電流的延續(xù)時(shí)間只有幾個(gè)周波,但將引起保護(hù)電器(例如斷路器的動(dòng)作(斷路器用于瞬動(dòng)保護(hù)的脫扣器是電磁鐵,對(duì)交流電流型電磁鐵而言,鐵心對(duì)銜鐵的吸力是與其線圈通過(guò)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(shí)電流,即峰值電流。產(chǎn)生沖擊電流的原因是:(1起動(dòng)電流的功率因數(shù)較低,過(guò)渡過(guò)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(guò)。當(dāng)起動(dòng)電流的功率因數(shù)為013時(shí),沖擊電流(峰值為起動(dòng)電流(有效值的兩倍左右。(2

5、殘留電壓將產(chǎn)生瞬時(shí)再合閘時(shí)的沖擊電流電動(dòng)機(jī)切斷電源再接通時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。這是因?yàn)殡m然電源被切斷,而電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械慣性,尚未停止轉(zhuǎn)動(dòng),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?yàn)檗D(zhuǎn)子(次經(jīng)濟(jì)交流電工技術(shù)雜志2002年第6期級(jí)線圈的殘余電流產(chǎn)生。因此,殘留電壓與再合閘時(shí)的電源的相量和(電相位關(guān)系產(chǎn)生的沖擊電流比電動(dòng)機(jī)完全停轉(zhuǎn)后(此時(shí)無(wú)殘留電壓的再起動(dòng)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(shí)間不長(zhǎng),僅幾個(gè)周波(當(dāng)f1=50Hz時(shí),一個(gè)周波為0102s,但是斷路器MCCB即使是1/2周波也可能脫扣(動(dòng)作。根據(jù)以上原因,在使用MCCB作電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)(瞬

6、動(dòng)脫扣時(shí),必須按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式來(lái)正確選擇其瞬動(dòng)電流值。3按不同的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式選擇斷路器瞬動(dòng)電流整定值311直接起動(dòng)時(shí)現(xiàn)設(shè)起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)為013,起動(dòng)電流為6I M (I M為電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備低壓機(jī)電式接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于AC-3使用類(lèi)別(電動(dòng)機(jī)起動(dòng),運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)?其額定通斷能力試驗(yàn)時(shí)規(guī)定I n100A時(shí),cos=0145;I n100A時(shí),cos= 0135。在電壽命試驗(yàn)時(shí),當(dāng)I17A時(shí),cos= 0165;I n17A時(shí),cos=0135。試驗(yàn)時(shí),cos的允差為-0105,即當(dāng)c

7、os=0135時(shí),最小為cos=013。(I n17A,電動(dòng)機(jī)的功率至少8 9kW,電動(dòng)機(jī)的電感L較大,故認(rèn)定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)cos為013是有根據(jù)的。cos=013表示其相對(duì)的電阻值較小,而電感L較大。起動(dòng)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(shí)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(shí),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(shí),峰值系數(shù)2。I為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流?，F(xiàn)假定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流I=6I n(I M,沖擊電流i ch=26I n=12I n,若電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為7I n,則沖擊電流為14I n。MCC B的瞬動(dòng)電流以有效值表示,則可達(dá)122142I n,即814859189倍的I n。312Y-起動(dòng)仍設(shè)定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為6I n,起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)為013。由于使用了Y形聯(lián)結(jié)起動(dòng),起動(dòng)電流雖然降低到1/3,即6I n/3=2I n,但是電動(dòng)機(jī)從Y形聯(lián)結(jié)(起動(dòng)到形聯(lián)結(jié)(運(yùn)轉(zhuǎn)的一瞬間因短暫停電,電動(dòng)機(jī)慣性旋轉(zhuǎn)的殘余電壓與轉(zhuǎn)換到形聯(lián)結(jié)時(shí)的電網(wǎng)電壓的矢量和,就產(chǎn)

9、生一個(gè)近10倍于I n的脈沖電流,繞組轉(zhuǎn)為形聯(lián)結(jié)時(shí),相當(dāng)于再一次起動(dòng),而此時(shí)的電動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)器起動(dòng)仍假定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為6I n,起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為013。cos=013,電路中電感量大,電阻值小,電動(dòng)機(jī)的沖擊電流為兩倍起動(dòng)電流。采用自耦減壓起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),如果電動(dòng)機(jī)的電壓接自耦變壓器的80%抽頭,則起動(dòng)電流為6(0182I n=3184I n,電源電壓接自耦變壓器的65%抽頭,起動(dòng)電流為6(01652I n=21535

10、I n,接自耦變壓器的50%抽頭,起動(dòng)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(dòng)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(dòng)器起動(dòng)時(shí)從變壓器抽頭的不同值到全電壓的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)渡過(guò)程,倘若是開(kāi)路轉(zhuǎn)換,也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)十倍于I n的脈沖電流,這種電流對(duì)電動(dòng)機(jī)而言要引起“抖動(dòng)”,對(duì)機(jī)床加工零件的尺寸精度有影響。如果是閉路轉(zhuǎn)換就無(wú)此問(wèn)題。314瞬動(dòng)再起動(dòng)仍假定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流和起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)分別為6I n和013。當(dāng)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)停止供電的瞬間,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性使之繼續(xù)

11、轉(zhuǎn)動(dòng),如果在它尚未停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)又(下轉(zhuǎn)第56頁(yè)電工技術(shù)雜志2002年第6期關(guān)于電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器的正確選用的主要原因,零線燒斷后,負(fù)載中性點(diǎn)電位由o 點(diǎn)移到d 點(diǎn),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(fù)載中性點(diǎn)偏移,變壓器T 1一次電壓由原來(lái)的相電壓220V 變?yōu)閁 ad ,其值約為330V ,這個(gè)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于額定電壓220V ,會(huì)使鐵心嚴(yán)重飽和,損耗增大,同時(shí)由于勵(lì)磁電壓過(guò)高,對(duì)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(fù)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(guò)接地網(wǎng)流回供電變壓器中性點(diǎn)的T 1單相負(fù)載電流降低很多,b 、c 相負(fù)載過(guò)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(shí),因負(fù)載中性點(diǎn)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(fù)荷,盡量使三相負(fù)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(fù)載盡量接在線電壓上,在其他兩相上分別接電感和電容,補(bǔ)償成一平衡的三相系統(tǒng)。(4采用適當(dāng)?shù)臒o(wú)功功率補(bǔ)償裝置,如靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器(SVC 、綜合補(bǔ)償裝置等

13、。(5在中性點(diǎn)滿(mǎn)足運(yùn)行要求時(shí),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(fù)載造成的三相不平衡過(guò)電壓。(6電網(wǎng)管理部門(mén)應(yīng)制定更加嚴(yán)格的管理制度,加強(qiáng)對(duì)單相負(fù)載用電的管理。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)上述分析,單相負(fù)載造成的三相不平衡及所產(chǎn)生的過(guò)電壓,會(huì)給用電設(shè)備和電網(wǎng)帶來(lái)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(xiàn)1林海雪.電力系統(tǒng)的三相不平衡.北京:中國(guó)電力出版社,19982李心廣,賴(lài)聲禮.電網(wǎng)的無(wú)功及三相不平衡綜合補(bǔ)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(wú)功補(bǔ)償原理與控制系統(tǒng).東北工學(xué)院學(xué)報(bào),1990收稿日期:20020107(上接第54頁(yè)突然令其再起動(dòng),

14、因?yàn)闅埩綦妷旱拇嬖?此時(shí)外施電壓加上殘留電壓的作用,會(huì)使它的沖擊電流最大,達(dá)622I n =24I n (峰值。MCCB 的瞬動(dòng)電流整定值達(dá)242I n =16197I n 17I n 。根據(jù)上面四種起動(dòng)方式,可以認(rèn)為用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)的斷路器其瞬動(dòng)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(shí)踐依據(jù)的。至于各種電動(dòng)機(jī)保護(hù)的MCCB 究竟選多大的瞬動(dòng)整定電流,取決于籠型電動(dòng)機(jī)的型號(hào)(包括極數(shù)、容量和采取的起動(dòng)方式。4使用起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)(1起動(dòng)時(shí)間的整定值必須適度,否則會(huì)導(dǎo)致過(guò)載而使保護(hù)電器脫扣,使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)測(cè),100kW 及以下電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)時(shí)間不超過(guò)1s ,帶泵起動(dòng),起動(dòng)時(shí)間約在215s 以下,只有大的離心通風(fēng)機(jī)等,起