关于电动机保护型断路器的正确选用

1、关于电动机保护型断路器的正确选用连理枝(杭州之江开关厂311234摘要论述了笼型异步电动机的起动电流和各种起动方式的电动机冲击电流。分析了使用型塑料外壳式断路器做电动机短路保护时,其瞬时动作电流整定值选择的因由和依据。关键词电动机起动冲击电流MCCB瞬动电流整定值1引言电动机保护型塑料外壳式断路器(MCCB是笼型异步电动机在起动、运行和运行分断中不可缺少的保护电器之一。用于电动机保护,额定电流在630A及以下(即保护的电动机功率为315kW及以下的MCCB用途是不频繁地起动和在运转中分断电动机,当电动机发生过载、短路、欠电压等故障时,能予以保护(自动切断电路。按使用的情况来看,用作电动机保护的

2、断路器有三种类型:一是电动机的起动、运转中分断使用交流接触器,过载保护采用热继电器(热继电器除作过载保护外,还有躲过电动机的起动电流的可返回特性,此种特性也属于过载范围,而断路器是作短路保护之用的,由于使用了接触器来分、合电路,因此它可比较频繁地操作;二是使用接触器作电动机的起动和停止,电动机的过载、短路和欠电压等故障由断路器承担;三是电动机在起动、运转中分断以及过载、短路、欠电压均由一台断路器来操作和保护,但它不能频繁使用。本文论述的仅是作电动机的短路保护时,断路器的瞬时动作整定值应如何正确选择的问题。2关于电动机的起动电流和起动冲击电流211笼型异步电动机的起动电流笼型异步电动机的定子电流

3、I1=I0-I2,I0为激磁电流,数值小可忽略,因此I1I2(I2为电动机的转子电流。I2=E2R22+X22=s E20R22+(sX202=E2(R2/s2+X22(1cos2=R2R22+(sX202(2式中E2=4144S f1N2E20=4144f1N2f1电源频率(f1=50HzR2转子电阻X2转子电感s电动机的转差率,s=n1-nn1,n1为定子旋转磁场转速,n为电动机转子转速,s在01范围内变化。由式(1和式(2可见,电动机的电流和功率因数(cos都与转差率s有关,起动时s1,I2很大,cos很小。通常起动电流可达57倍的电动机额定电流,而在定载起动时,cos为012。212电

4、动机起动时的冲击电流起动时电动机的冲击电流表现在:电动机的直接起动、Y-起动变换、瞬时再起动和逆转(反向、制动等情况,都会产生很大的冲击电流,尽管冲击电流的延续时间只有几个周波,但将引起保护电器(例如断路器的动作(断路器用于瞬动保护的脱扣器是电磁铁,对交流电流型电磁铁而言,铁心对衔铁的吸力是与其线圈通过的电流和线圈匝数成正比的,吸力FI N,N为线圈匝数,I为瞬时电流,即峰值电流。产生冲击电流的原因是:(1起动电流的功率因数较低,过渡过程直流成分的叠加交流分量的振幅尽管稳定,但因受直流分量的影响,就有冲击电流流过。当起动电流的功率因数为013时,冲击电流(峰值为起动电流(有效值的两倍左右。(2

5、残留电压将产生瞬时再合闸时的冲击电流电动机切断电源再接通时,会产生较大的冲击电流。这是因为虽然电源被切断,而电动机由于机械惯性,尚未停止转动,因此带有残留电压。这种残留电压不仅是由于有剩磁而产生,还因为转子(次经济交流电工技术杂志2002年第6期级线圈的残余电流产生。因此,残留电压与再合闸时的电源的相量和(电相位关系产生的冲击电流比电动机完全停转后(此时无残留电压的再起动相比要大(残留电压+电源电压/电源电压倍。这样的冲击电流持续时间不长,仅几个周波(当f1=50Hz时,一个周波为0102s,但是断路器MCCB即使是1/2周波也可能脱扣(动作。根据以上原因,在使用MCCB作电动机的短路保护(瞬

6、动脱扣时,必须按电动机的起动方式来正确选择其瞬动电流值。3按不同的电动机起动方式选择断路器瞬动电流整定值311直接起动时现设起动时功率因数为013,起动电流为6I M (I M为电动机的额定电流,选择的断路器额定电流I nI M,一般I n=I M。按照G B1404814低压开关设备和控制设备低压机电式接触器和电动机起动器标准:对于AC-3使用类别(电动机起动,运转中分断,其额定通断能力试验时规定I n100A时,cos=0145;I n100A时,cos= 0135。在电寿命试验时,当I17A时,cos= 0165;I n17A时,cos=0135。试验时,cos的允差为-0105,即当c

7、os=0135时,最小为cos=013。(I n17A,电动机的功率至少8 9kW,电动机的电感L较大,故认定电动机起动时cos为013是有根据的。cos=013表示其相对的电阻值较小,而电感L较大。起动电流的直流成分:i2=I m sin(-e-t/T, T为非周期分量(自由分量的衰减时间常数。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。短路电流发生1/2周波时,当-=-/2,i=i1+i2为最大值,即冲击电流i ch=(1+e-0101/T2I,设(1+e-0101/T为冲击系数K ch,则i ch=2K

8、 ch I,2K ch为峰值系数。查有关资料,当cos=013时,峰值系数2。I为电动机的起动电流。现假定电动机的起动电流I=6I n(I M,冲击电流i ch=26I n=12I n,若电动机起动电流为7I n,则冲击电流为14I n。MCC B的瞬动电流以有效值表示,则可达122142I n,即814859189倍的I n。312Y-起动仍设定电动机起动电流为6I n,起动时功率因数为013。由于使用了Y形联结起动,起动电流虽然降低到1/3,即6I n/3=2I n,但是电动机从Y形联结(起动到形联结(运转的一瞬间因短暂停电,电动机惯性旋转的残余电压与转换到形联结时的电网电压的矢量和,就产

9、生一个近10倍于I n的脉冲电流,绕组转为形联结时,相当于再一次起动,而此时的电动机转速还未完全等于正常的转速,因此冲击电流为19倍I n,即I n621+13。断路器瞬时整定值必须在19/3I n=131435I n(有效值,即14倍甚至更大。313自耦减压起动器起动仍假定电动机起动电流为6I n,起动时的功率因数为013。cos=013,电路中电感量大,电阻值小,电动机的冲击电流为两倍起动电流。采用自耦减压起动器起动电动机时,如果电动机的电压接自耦变压器的80%抽头,则起动电流为6(0182I n=3184I n,电源电压接自耦变压器的65%抽头,起动电流为6(01652I n=21535

10、I n,接自耦变压器的50%抽头,起动电流为115I n,冲击电流分别为23184I n717I n,221535I n5I n和2115I n=3I n。MCCB的瞬动电流整定值(有效值分别是5143I n、316I n和2112I n。应该指出,自耦减压起动器起动时从变压器抽头的不同值到全电压的电动机运转的过渡过程,倘若是开路转换,也会产生一个十倍于I n的脉冲电流,这种电流对电动机而言要引起“抖动”,对机床加工零件的尺寸精度有影响。如果是闭路转换就无此问题。314瞬动再起动仍假定电动机起动电流和起动时的功率因数分别为6I n和013。当运行的电动机停止供电的瞬间,电动机的机械惯性使之继续

11、转动,如果在它尚未停止转动时又(下转第56页电工技术杂志2002年第6期关于电动机保护型断路器的正确选用的主要原因,零线烧断后,负载中性点电位由o 点移到d 点,如图2b 所示。图2绕组电流分布及电压相量图(3变压器T 1烧损原因由于负载中性点偏移,变压器T 1一次电压由原来的相电压220V 变为U ad ,其值约为330V ,这个电压远远高于额定电压220V ,会使铁心严重饱和,损耗增大,同时由于励磁电压过高,对变压器线圈的绝缘构成严重的威胁,这就是变压器烧损的原因。(4照明烧损原因零线烧断之前,b 、c 相负载相电压升高,是烧损照明灯的主要原因。零线烧断后,由于接地电阻R d1和R d2的

12、阻值都在4左右,通过接地网流回供电变压器中性点的T 1单相负载电流降低很多,b 、c 相负载过电压有所降低,b 、c 相照明灯串联接在线电压U bc 上,加在照明灯上的电压低于220V ,发生熄灭现象。此时,因负载中性点电位偏移,加在a 相上照明灯的电压高于220V ,发生烧损照明灯的事故。4预防措施(1合理分配负荷,尽量使三相负荷平衡。(2电阻加热炉推荐使用三相变压器-整流-直流炉,感应加热炉推荐使用三相变压器-整流-逆变型感应炉。(3单相负载尽量接在线电压上,在其他两相上分别接电感和电容,补偿成一平衡的三相系统。(4采用适当的无功功率补偿装置,如静止无功功率补偿器(SVC 、综合补偿装置等

13、。(5在中性点满足运行要求时,尽量使变压器某一侧采用三角形联结,减小由于单相负载造成的三相不平衡过电压。(6电网管理部门应制定更加严格的管理制度,加强对单相负载用电的管理。5结束语通过上述分析,单相负载造成的三相不平衡及所产生的过电压,会给用电设备和电网带来严重的危害,必须引起足够的重视,采取适当的措施加以避免。参考文献社,19982李心广,赖声礼.电网的无功及三相不平衡综合补偿研究.电网技术,2001(103邹笃镭,卢育惠.电弧炉供电线路的无功补偿原理与控制系统.东北工学院学报,1990收稿日期:20020107(上接第54页突然令其再起动,因为残留电压的存在,此时外施电压加上残留电压的作用

14、,会使它的冲击电流最大,达622I n =24I n (峰值。MCCB 的瞬动电流整定值达242I n =16197I n 17I n 。根据上面四种起动方式,可以认为用于电动机保护的断路器其瞬动电流整定值在815倍I n (有效值的标准数值是有理论和实践依据的。至于各种电动机保护的MCCB 究竟选多大的瞬动整定电流,取决于笼型电动机的型号(包括极数、容量和采取的起动方式。4使用起动器起动电动机时的注意事项(1起动时间的整定值必须适度,否则会导致过载而使保护电器脱扣,使电动机停转。根据实测,100kW 及以下电动机的轻载起动时间不超过1s ,带泵起动,起动时间约在215s 以下,只有大的离心通风机等,起动