淺談低電氣控制系統中低壓電動機常用保護環節的作用

高飛翔　楚金澄　孟凡鈺　丁成

摘 要：在污水處理廠管理中，電氣控制系統的安全始終占有重要地位，直接關系著人民的生命和財產安全。因此，應該加強對電氣控制系統的安全重視。在生產工藝流程中，只有保證電氣控制系統的安全，才能使工藝順利進行，為此，需要在滿足生產工藝的前提下，必須考慮在電氣控制系統的設計和運行中可能發生的各種非正常工作情況和系統故障，在電氣控制系統中，安裝各種保護裝置、設計各種保護環節是所有電氣控制系統中不能缺失的組成成分，它們對電氣系統的安全保護分管監工，各盡其責，時刻保護著電氣系統的安全運作，但系統中各種保護裝置數目較多，安裝繁瑣，因此，需要尋找一種可以代替多種保護裝置的保護器顯得尤為重要。下面主要談談低壓電動機保護控制器及其在常用電氣控制系統中的保護作用。

關鍵詞：電氣控制系統 低壓電動機 保護環節

中圖分類號：TM307 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0131-03

眾所周知，在電動機的運行過程中，都會產生發熱現象，并且這是造成電動機損壞的重要原因。有報道稱，發熱是致使70%左右電動機損壞的罪魁禍首[1-3]。另外，在電動機運行過程中，其他故障的出現也會導致電動機發熱燒毀，從而造成生產線停產給企業帶來了巨大的經濟損失[4-7]。因此，對電動機開設保護裝置顯得尤為重要。隨著社會的進步，科技的發展，出現了各種新型的、先進的、安全的電動機保護裝置，而這些裝置在很大程度上對電動機都發揮了重要的保護作用。下面就為大家簡單介紹一下低壓電動機保護控制器及其在電氣控制系統中的作用。

1 低壓電動機保護控制器性能

低壓電動機是科技進步的產物，與普通電動機相比，它在增加安全性、提高運行效率等方面都具有很大的優勢[8-11]。因此，低壓電動機正在逐漸取代傳統電動機的地位。在電氣控制系統中所使用的低壓電動機的保護控制器采用網絡通信技術，與接觸器、軟啟動器、塑殼斷路器等配套裝置，使低壓電動機擁有了一整套的集測量、控制、保護功能、計量及通信于一體的專業化解決方案，從而使新型的低壓交流電動機取締了熱保護器、剩余電流動作保護器、熱繼電器等多種獨立的保護器，與此同時，還取消了測量儀表、電流互感器、輔助繼電器、時間繼電器、中間繼電器、可編控制器、控制和選擇開關、指示燈、變送器等設備，基于傳統電動機基礎上的這些完善，使得低壓電動機成為智能化電動機的優先搭配選擇。

隨著低壓電動機的廣泛應用，其保護控制器產品也隨之發展迅速，在市場上也占有了較大的比例和份額。目前國際上較突出的品牌有ABB、SIEMENS、Sehneider等[12-13]，這些都是專業制造低壓電動機的生產廠家，已經在業內取得了良好的口碑。另外，除了國外品牌外，近年來我國也涌現出了較多的研發與制造低壓電動機的產品生產商，而且通過強大的市場推廣、技術革新，不僅使生產成本極大降低，同時還有逐漸取代傳統電動機保護裝置的趨勢。不過隨著生產廠家的增多，導致競爭愈演愈烈，從而產品的質量也是魚龍混雜，價格差別較大，因此，這就要求人們在選取低壓電動機保護裝置時，需掌握熟練的理論知識及實踐經驗。

2 低壓電動機在電氣控制系統中保護環節的作用

2.1 短路保護

如果電器或線路絕緣受到損壞、負載短路、接線錯誤時，就會產生短路現象。而短路保護是隨之應運而生的一種保護措施。一旦發生短路情況，就會產生瞬時高于電動機額定電流十幾倍至幾十倍不等的故障電流。在這種電流過于強大的情況下，會造成配電線路或電氣設備發生損壞，嚴重的還可引起火災，釀成巨大的生命財產損失。因此，對短路加以保護顯得尤為重要。由于短路過程可以產生強大的瞬時電流，這就要求保護裝置必須具備在很短時間內迅速切斷電源的能力。目前，電路短路常用的保護方法兩種，即低壓電路器保護和熔印電路器。不同電動機所處環境不同，造成的短路原因也不一樣，因此要針對電動機短路的具體原因進行分析，并結合實際環境采取不同的保護措施[14]。

如果電動機經常在潮濕的環境下工作時，就會發生繞組過熱現象，由于定子繞組相間的絕緣環節薄弱，就會發生電擊穿，從而嚴重損壞機器。特別是在污水處理過程中使用的電動機，由于長期置于潮濕環境，加上定子繞組間的絕熱保護層隨著工作時間的延長而不完全牢固，因此很容易發生電擊穿故障。特別是電動機槽中的上、下兩相繞組，由于層間的繞組相對薄弱更加容易造成電擊穿現象的發生。相間短路故障表現為定子電流不平衡、電動機聲音異常、熔斷器或保護電器動作燒斷，嚴重的還會引發繞組燒斷。根據相間短路故障的發生原因，只要認真分析電流中正序和負序電流是否異常，就可及時發現異步電動機相間的短路故障，進而對電動機采取及時的保護措施。

2.2 過電流保護

過電流保護是與短路保護不同的另一種保護方法。過電流現象也是不同于短路現象的一種故障，其主要是指電動機或電器元件電流超過其額定電流的運行狀態。而過電流保護則是在超過電動機額定電流之后所應用的一種保護措施。電動機發生過電流之后，要在允許最大升溫、電氣元件損壞之前采取一定的措施將不正常電流恢復到正常狀態。過電流保護常用的方法是采用過電流繼電器，在電流達到電動機所規定的額定電流之前，將電流繼電器線圈按接在被保護的電路中，然后電流繼電器主觸頭斷開，從而發揮切斷電動機電源的作用。這種過電流保護環節，在三相繞線轉子異步電動機和直流電動機的控制電路中經常用到，當過電流繼電器動作電流是電動機額定電流的1.2倍時，則過電流繼電器也能夠起到短路保護的作用[15]。

2.3 熱過載保護

針對不同的過熱載現象，采取不同的保護措施，具體方法如下：（1）電機啟動時間過長的保護：在規定的時間內假如電機沒有啟動，又或是在允許啟動時間內電機沒有從啟動狀態轉換為正常的運行狀態，電機很容易因啟動時間過長而發生燒毀，因此，需要對啟動時間過長的電機進行及時保護。（2）電機發生堵轉時的保護：如果發現電流超過電機正常運作的額定電流數倍時，除了考慮過電流故障外，還需要判斷是否是由于電機發生了堵轉故障，而長時間的運行堵轉也會致使電機燒毀。故此，一旦在運行過程中，電機發生堵轉故障時，就應立即啟動電機保護功能對電機進行及時保護。（3）電機三相電流不平衡的保護：如果電機電流出現不平衡現象時，首先可以考慮是否是電機內部線圈發生了相間短路故障。由于三相電流不平衡對低壓電動機本身造成的危害并不大，但是，如果不采取措施就會導致不平衡電流所引起的發熱區域逐漸擴大，致使更嚴重的電機故障發生。所以，必須重視低壓電動機三相電流不平衡所帶來的潛在安全隱患，及時查出，并進行正規處理，進一步杜絕事故的發生。所謂三相電流不平衡保護就是針對電機三相電流檢測出的不平衡度來判斷是否發生不平衡現象而啟動的功能。

2.4 失電壓保護

只有在一定的額定電壓下才能夠使電動機正常工作。在電動機正常運轉過程中，若電壓不穩定，如出現過高、過低或工作運行時出現的非人為因素而導致的突然斷電，致使電壓的瞬間消失，造成機器設備的運行停止，嚴重的還會發生人身事故。因此，應用必要的措施來減少或杜絕此類事故的發生顯得相當重要。所謂的失電壓保護是在非正常電壓恢復過程中，電動機自主運行而采取的一種自我保護措施，如采用接觸器、按鈕控制等相關的機器設備來停轉或重新啟動電動機的動作。在電壓消失的情況下，接觸器能夠做到自動釋放，接著切斷電動機電源；而在電壓重新恢復正常穩定之后，由于先前動作中接觸器鎖頭發生了自行斷開，因此電動機并不會在電壓正常后自行運作。采用控制開關、手動開關等不能自動復位的控制接觸器時，要采用零電壓繼電器使用裝置進行專業化的安裝。故而，如果在運行過程中電動機存在失電現象時，零電壓繼電器就會自動釋放，又因為自鎖電路斷開，所以電動機即使在電源電壓自動恢復后也不會自主運行。

2.5 弱磁保護

當直流電動機超負荷運行時，就會出現磁場消失或減弱的情況，進而電樞電流的繞組絕緣保護裝置就會在運行速度過快的電樞電流下發生薄弱繼而出現損耗現象。另外，如果直流電動機運行時處于輕負荷狀態，就會出現磁場消失現象，致使電動機發生飛車或超速狀況。不管是超負荷運行還是輕負荷運行，都會對電機造成損害，因此，可以根據其所特有的磁場性質來采取弱磁保護措施，從而達到電機保護的目的。在輕負荷運載的情況下發生磁場消失現象就會導致電動機超速或飛車，這兩種情況下都會對電動機產生損害，因而針對其所具有的磁場特性可以采取弱磁保護措施，達到電氣控制系統中低壓電動機保護的目的。

2.6 其他保護

除了上面所述的一些保護外，還有油壓保護、水壓保護、超速保護、行程保護等，都是在控制電路中，通過串接一個受這些參數控制的常閉觸頭或常開觸頭來實現對控制電路的電源控制。而這些裝置主要包括：壓力繼電器、測速發電機、離心開關、行程開關等。

3 結語

低電氣控制系統是儀器運行過程中的安全保障，在污水處理廠的運行安全管理中占有非常重要的地位。因此，低電氣控制系統中低壓電動機常用保護環節必須在安全可靠的前提下，滿足生產工藝要求，為此在低電氣控制系統中低壓電動機常用保護環節的設計和運行管理，必須考慮系統發生各種故障和不正常工作情況的可能性，在低電氣控制系統中低壓電動機常用保護環節中設置有各種保護裝置。在污水處理廠的運行流程中有很多地方涉及到發電機，如何確保發動機的正常工作成為污水處理廠必須考慮事情之一。在電氣控制系統中，只有電動機處于安全運作狀態下，才能保證生產設備的正常運行。因此，對電氣控制系統采取必要的安全保護措施顯得十分重要。在對電氣控制系統的安全設計中，不能單獨考慮一點，要結合多種因素進行綜合考慮，這樣才能夠避免許多不必要的安全事故發生。在電路控制系統中，安裝各種安全保護裝置，如采用短路保護、過電流保護、過熱載保護、失電壓保護、弱磁保護等多種保護措施，從而達到對電氣控制系統中的低電壓電動機的保護。文章通過對低壓電動機的介紹及電氣控制系統中保護環節的分析，從而可以看出，在污水處理廠里，低壓電動機綜合器逐漸取代傳統電動機器是一種必經的趨勢，在不久以后，低壓電動機綜合器可能會成為電氣控制系統中主要的電機保護設備。

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