低壓增安型異步電動機熱過載保護的改進

屈莉

摘 要：低壓增安型三相異步電動機是適用于工廠2區內具有爆炸危險場所的防爆電機，其防爆技術原理是在保證電機正常運行的條件下，不產生電弧、火花，或在可能點燃爆炸性混合物的高溫的基礎上，進一步采取電磁和機械方面的措施，以提高安全性，避免在正常和認可的過載條件下出現問題。隨著增安型異步電動機被廣泛采用、數字技術的不斷發展和新一代低壓電動機智能綜合保護器的逐步普及，增安型電動機的熱過載保護（TE時間保護）已日趨完善。

關鍵詞：增安型電動機；熱保護；啟動電流比；綜合保護器

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.105

1 在石化企業中的應用

增安型電動機和隔爆型電動機是防爆電動機中被大量使用的防爆電動機。在相同的爆炸氣體危險環境（2區）中，從電動機防護、維修工程量和價格因素等方面考慮，增安型電動機均具有優勢，尤其是在含有氫氣組分的爆炸危險性氣體場所（比如加氫、制氫工藝裝置），相比于具有防爆標志dIICT4的隔爆性電動機，增安型電動機價格的優勢更為明顯。此外，由于IIC級防爆電動機的隔爆間隙要求極為嚴格，進行多次現場檢修后往往會影響其隔爆性能；隔爆型電動機對軸承間隙的要求非常嚴格，且在運行中常發生“抱軸”的現象。因此，增安型電動機在防爆電動機中所占比例已呈逐年遞增的趨勢。而從數量上看，在石化企業中被使用的增安型電動機又多為低壓籠型異步電動機。

2 相關規范

國標《爆炸性氣體環境用電氣設備》（GB 3836.3—2010）第3部分——增安型“e”條款4.7.1 中規定，電氣設備任何部分的溫度不應超過所使用材料的耐熱溫度，并且任何可能與潛在爆炸性環境接觸的部件的表面溫度不應超過規定的最高表面溫度。

第5.2.4.4.1條規定，如果采用電流保護裝置防止設備超過極限溫度，則應確定啟動電流比IA/IN和tE時間，并標注在電動機的銘牌上；確保當電動機被堵轉時，電流保護裝置能在tE時間結束前斷開電源；通常情況下，如果電動機的tE時間大于圖1中作為啟動電流比IA/IN函數關系確定的tE時間最小值，則可滿足上述要求；tE時間應≥5 s，啟動電流比IA/IN應≤10.電動機tE時間最小值與啟動電流比（IA/IN）的關系如圖1所示。

在上述規范的附錄C中，對保護裝置的選擇提供了指導性說明，建議采用反時限延時過載保護裝置。該裝置不僅能夠監視電動機電流，而且當電動機堵轉時，能在tE時間內斷開電動機電源。

第5.2.4.4.2條規定，如果使用了繞組溫度傳感器（RTDS）輔助保護裝置，以防止電動機溫度過高，則應確定啟動電流比IA/IN，并標注在電動機銘牌上。但tE時間不需要確定和標注。與保護裝置關聯的繞組溫度傳感器應滿足電動機的熱保護要求，即使在電機堵轉時，也應滿足4.7.4條中的要求。

3 熱過載保護裝置的選擇

從開始使用低壓增安型電動機，在很長的一段時間內，其熱過載保護裝置一直采用蘇州機床電器廠生產的3UA59e型（現稱為JRS3-63F型）熱繼電器。該設備附帶的某些設計手冊，比如“工業與民用配電設計手冊第三版”中列出了不同容量增安型電動機所應選用的JRS3-63F熱繼電器的對照表。該型號熱繼電器在低壓增安型電動機的應用普及上起到了先驅作用。截至目前為止，部分常規保護的低壓增安型異步電動機仍采用該型號的熱繼電器。但多年的運行經驗表明，這種熱繼電器保護增安型電動機中存在一定的不足之處。

3.1 JRS3-63F型熱繼電器的選擇和存在的問題

可對應某個整定電流范圍選定JRS3-63F型熱繼電器，進而反映其保護特性的繼電器動作時間—整定電流倍數特性曲線也可隨之確定。這個特性曲線只能滿足某類特定的增安型電動機，該類電動機相關的參數應滿足以下條件：①電動機額定電流應處于整定范圍內；②電動機的tE時間和啟動電流倍數曲線應處于繼電器動作時間—整定電流倍數特性曲線上，并考慮規范中的20%的時間誤差。

3.2 JRS3-63F型熱繼電器規格的選擇

選擇熱繼電器的規格時，可參照以下2點：①按照電動機制造商提供的配套規格選擇。②如果無法得到個別電動機的熱繼電器配套規格，則可在該電動機的tE時間和熱繼電器IA/IN（啟動電流比）相應電流規格的特性曲線中找出該點的坐標。如果該點在曲線上方，則可配套使用。對于驅動風機類等啟動時間較長的負載配套電動機，應注意保證電動機的啟動時間在熱態啟動時不大于tE時間；冷態啟動時不大于tE時間的1.7倍。

在工程實踐中，常出現JRS3-63F型熱繼電器使用不靈活的問題，這是因為熱繼電器的規格是根據電動機制造商提供的配套規格確定的，而現場到貨的電動機的特性（出廠時標注在銘牌上的啟動電流倍數和tE時間）因種種原因（比如生產廠家不同或與樣本數據有出入）會發生變化，導致早已確定的、隨低壓配電盤供貨的熱繼電器很難與所保護的電動機相配合，在實際操作中很難做到準確地一一對應。

3.3 配合不當的后果

電動機與熱繼電器配合不當的后果有以下2點：①電動機的特性曲線下移。tE時間會降至熱繼電器IA/IN（啟動電流比）相應電流規格特性曲線的下方，導致熱繼電器的保護動作時間過長，無法在tE時間內切斷電源，達不到增安型電動機熱過載保護的目的。②電動機特性曲線上移。tE時間會處于熱繼電器IA/IN（啟動電流比）相應電流規格的特性曲線上方較遠處，導致熱繼電器保護動作時間過短，電動機無法完成啟動。

因此，在工程應用中，迫切需要一種更為靈活、可靠的低壓增安型電動機熱過載保護裝置，這種保護裝置應能更加方便、準確地確定相應的動作時間—整定電流倍數特性曲線。

4 tE時間保護功能和整定計算