淺論異步電動機的各種保護

引言：本文論述了異步電動機在發生過載、短路、斷相、欠電壓等故障時產生的后果以及它們的有效保護方法。

電動機的故障大體分為兩部分：一部分是機械的原因。例如軸承和風機的磨損或損壞：另一部分是電磁故障，二者互有關連。過載、斷相、欠電壓運行都會使繞組內的電流增大，發熱量增加（導體的發熱量是和電流的平方成正比的），而短路造成的危害就更大。短路的原因是電動機本身的絕緣材料質量差或電動機受潮（在農村是經常發生的，例如受雨淋或落水），以致于繞組的相間擊穿，引起短路。此外，還有電動機置于有酸堿物的場所，因受腐蝕而損壞絕緣。

一、電動機的過載及其保護

（一）電動機的過載除上述原因外，還有：a.電動機周圍環境溫度過高，散熱條件差；b.電動機在大的起動電流下緩慢起動；c.電動機長期低速運行；d.電動機頻繁起動、制動、正反轉運行及經常反接制動。

（二）電動機的過載由于電流增大，發熱劇增，從而使其絕緣物受到損害，縮短了其使用壽命甚至被燒毀。

（三）怎樣進行電動機的過載保護，現在對電動機的過載保護采用最多的是熱繼電器，也有相當數量采用有復式脫扣器（熱動和電磁脫扣器，后者用于短路保護）的斷路器。對于重載起動的電動機（起動時間為一般電動機的數倍），如果使用一般的熱繼電器，常常會在起動過程中發生誤動作（跳閘），使電動機無法起動。因此需要選用帶速飽和電流互感器或限流電阻的熱繼電器，這種型式是通過速飽和電流互感器或限流電阻使起動電流成比例地縮小，就可以大大延長電動機的起動時間，保證正常起動，還有采取起動時將熱繼電器短接，起動完畢再將熱繼電器投入運行——完全短路法。此外，對帶速飽和互感器的熱繼電器，起動時將互感器二次繞組短接，起動完畢后再使之投入等方法，來滿足重載起動電動機的需要。

二、電動機的短路保護（電動機保護電器瞬時動作電流整定值

電動機在短路情況下的保護，通常選用斷路器，有的地方也使用熔斷器。一些文獻提到，斷路器的瞬時動作電流整定值應能躲過電動機的全起動電流。所謂全起動電流，是包括周期分量和非周期分量兩部分。非周期分量的衰減時間約為30ms左右，而一般的非選擇性斷路器的全分斷時間在20ms之內，因此必須把非周期分量考慮進去。根據實驗和統計，保護鼠籠型電動機的斷路器，其瞬動電流是整定在8～15倍電動機的額定電流的，而繞線式電動機應整定在3～6倍電動機額定電流。8～15倍鼠籠型電動機額定電流是一個范圍，具體的數值還需要考慮電動機的型號、容量、起動條件等等因素。以下，我們分析一下，鼠籠型電動機起動時的全起動電流（類峰電流）。

1.起動電流的低功率因數，過渡過程的非周期分量的存在。在這種情況下，周期分量的幅值盡管穩定，但受非周期分量的影響，故有尖峰電流流過。當起動電流的COS=0.3時，尖峰電流為起動電流（有效值）的2倍左右；

2.殘余電壓的影響而產生的瞬間再合閘的尖峰電流。電動機切斷電源后再接通時，當切斷電源而電動機尚未停下，就帶有殘余電壓。這種殘余電壓不僅是由于有剩磁而產生，而且還由于次級線圈（轉子）有殘余電流而形成，所存在的殘余電壓與再合閘時的電源電壓在某一相位時的疊加，就會產生尖峰電流。其大小與電動機完全停止后再起動相比，要大（殘余電壓+電源電壓）比電源電壓倍，這種尖峰電流雖然僅出現1-2周波，但足以使斷路器的瞬時脫扣器動作。因為1、2兩個原因，可出現下列情況：（1）電動機直接起動。（2）星—三角（Y-Δ）起動。（3）自耦減壓起動。（4）瞬時再起動。

三、關于鼠籠型電動機的斷相保護電動機的斷相分為兩類，一是電動機外部的電源線斷線；二是電動機內部定子繞組的斷線，而電動機內部接線又分為星形聯結和三角形連接兩種。因此提到斷相必須分清是那一種性質，另外，所謂斷相保護，是指正在運行中的電動機。

1.被保護的電動機的定子繞組是星形聯結，斷相運行時，一般說未斷的兩相電流會增大。由于電壓的不平衡，至少有一相電流增大。因是星形聯結，線電流等于相電流，所以對于星形聯結的電動機，選用一般的三極熱繼電器或三極保護電動機型的斷路器，是能夠起到有效保護的。

2.被保護的電動機的定子繞組是三角形聯結，當電動機發生斷相時會有兩種情況產生：

a.電動機外部的電源線斷線（如熔斷器——相熔斷），線電流已經不能正確反映相電流的大小，即不能有效地反映電動機繞組是否已處于過載狀態。為解決保護問題，應采用帶斷相保護的熱繼電器，如JR 20、T系列、3UA系列等。

b.電動機的定子繞組為三角形聯結，繞組斷了一相，有一相線電流與未斷線前是一樣的，因此，可以選用一般的三極熱繼電器來保護。

四、關于電動機的欠電壓保護

當低壓配電和用電電路因發生故障而使網絡電壓大幅度降低時，就會使正常運轉的電動機出 現疲倒、堵轉、使大批電動機產生幾倍的過電流甚至短路。此時必須使用保護電器將故障電 壓切斷，以便保護電動機（特別是功率為30kV及以上的電動機）及其線路。

電壓降低到足以使電動機疲倒、堵轉的電壓，稱為臨界電壓。在臨界電壓出現時，低壓保護電器恰好會動作就稱為欠電壓保護。

當電網電壓低于電動機的臨界電壓，保護裝置方始動作，稱為失壓保護，失壓保護是欠電壓 保護的一種。

我們知道，在電動機的起動瞬間（或在全電壓下電動機運轉時的轉矩小于負載轉矩時）其電流 變得很大，如果電路的電壓下降到臨界電壓的上限值造成堵轉時，電動機的電流最大可達5In，時間略長就要燒毀電動機。

前者有殘余電壓，故有殘余電磁轉矩的作用，這就是電動機達到停機的惰行時間較長。還可 能帶來本身的短路，且此時如果電網電壓恢復正常，再起動時，會產生很大的沖擊電流，擴大故障范圍；而在電壓完全消失時，或者僅有20%～30%額定電壓下，達到停機的時間僅為 純機械的較短惰行時間而已，此時（電動機尚未全停下）即使電壓恢復正常，所造成的沖擊電 流也不大。失壓保護的意義在于防止自起動。

瞬時動作—對于不重要的，不影響生產工藝流程的電動機，一旦有低于臨界電壓者立即動作；一般短延時0.5s左右，短延時動作主要針對欠電壓對象，用瞬時動作甩掉一批次要的電動機，而用短延時動作來保住一些主要的電動機。長延時動作—適用于重要的，起動條件不困難的繞線型電動機；可以自起動但技術保安條例不允許自起動的鼠籠型電動機，延時大約5～10s，通常它的整定時間大于5s而小于電動機 的全部惰行時間。長延時動作主要針對失壓保護，其目的是爭取一部分比較重要，而其起動 條件又不困難的電動機盡可能不退出運轉。

參考文獻

[1]楊德印.電動機的控制與變頻調速原理.機械工業出版社.

（作者單位：黑龍江省火電第三工程公司）