低壓電動機保護定值整定探討

董桂成

（萬華化學集團股份有限公司，浙江 寧波 315812）

低壓電動機保護控制器（又名“低壓電動機綜合保護器”）真正普及應用始于2009年，自投放市場以來，對電動機的各種故障類型進行了及時、準確的判斷，有效地防止了因意外或故障導致電機燒毀的發生，保證了生產的安全運行，同時也節約了大量的資金。

而低壓電動機保護控制器中保護功能的定值整定，通常需要根據現場電動機運行特性進行整定，定值過大則無法起到保護作用，定值過小則會造成接觸器或開關頻繁誤跳，因此選擇合適的保護定值是保證低壓電動機連續正常運行的關鍵。

1 低壓電動機保護控制器的保護定值整定

推薦應投入如下保護類型見表1。

表1 保護功能類型投入推薦

1.1 起動超時保護

起動超時保護是為了防止電動機起動時堵轉或因為重載起動等原因而導致起動時間過長損壞電動機，其時間定值的設置可按照電動機的最長起動時間Tmax來整定。

對于電動機的最長起動時間，可以用下面兩種方法來得到：

1）實際測試法。電動機帶正常負載起動，起動完成后查看低壓電動機保護控制器的起動時間，并記錄，重復三次起動，將得到最大值即為最長起動時間Tmax。

2）估算法。可以用下列公式估算電動機的最長起動時間

式中，Pe為電動機的額定功率，單位為kW；Tmax為電動機最長起動時間，單位為s。

推薦采用實際測試法。

1.2 過載保護

采用數字式熱元件取代常規熱元件對電動機過載發熱實現保護，具有反時限特性，此保護在起動過程中和運行過程中采用不同的熱元件模型，充分考慮了電動機的運行工況，因此其整定不必躲過電動機的起動時間。

圖1為深圳中電公司的PMC-550 系列過載保護曲線圖，可知當電動機過載電流倍數增大時，電動機脫扣的時間即允許運行的時間急劇減小。尤其是在電動機頻繁起動、重載起動、過載運行等因素下電動機實際發熱量較大，常常導致電動機中斷工作甚至燒毀。以下需重點考慮兩個參數：

圖1 過載保護曲線圖

1）電流定值。其電流定值應該接近但是不小于額定電流，可設置為1.00Ie。

2）時間因子。時間因子可以根據電動機的數據手冊或廠家提供的安全運行時間來查表。若無法給出典型的過載允許值，需要根據電動機起動時負載情況，利用下表選擇不同的Tov值。

根據文獻[2]（GB 14048.4—2010）過載繼電器各種脫扣級別在不同條件（額定電流的倍數）下的脫扣時間要求分析計算與Tov值的對應關系見表2。

表2 Tov 與脫扣級別對應表

根據文獻[6]（GB 755—2008）旋轉電機的性能標準9.3.3 節“額定輸出在315kW 及以下和額定電壓在1kV 及以下的多相電動機應能承受1.5 倍額定電流，歷時不應小于2min”。據此計算，時間因子Tov的值不應小于1.5。如果電流定值Iov值不是1.00Ie，則Tov需要根據公式折算。

將表2對應關系進行反向驗證，選取脫扣級別class 10 時（查表得Tov=2），在冷態開始7.2 倍額定電流下，計算出過載脫扣時間。

T=6.45s 符合文獻[2]中class 等級為10 時的脫扣時間4s＜T≤10s 的標準要求。文獻[3]（JB/T 10736—2007）標準中規定反時限特性由制造商自行規定。

因此，對于輕載起動電動機，Tov推薦設置為1.5～2；對于重載起動電動機，Tov推薦設置為4～6。電動機的輕載起動與重載起動，與工藝情況有關，例如皮帶運輸機一般是重載，但是如果配置離合器，就是輕載起動。

1.3 阻塞保護

此保護在電動機起動過程中自動退出，運行時投入，因此其時間定值與電流定值不必考慮起動時間與起動電流。

一般低壓電動機的堵轉電流為6～7 倍額定電流，阻塞保護的電流定值不應超過額定堵轉電流的75%，時間定值不超過堵轉允許時間的80%，如果電動機數據手冊未給出上述數據，則阻塞保護的電流定值推薦為3.5Ie，時間定值推薦為4s。

1.4 斷相保護

低壓電動機損壞事故近1/3 是斷相造成的，此保護對電動機運行非常重要，因此建議每臺保護裝置都投入。斷相保護是嚴重的不平衡保護，因而有些廠家將斷相和不平衡作為同一種保護，或斷相為不平衡的80%，或固有邏輯。斷相保護須設置為跳閘，此保護時間定值推薦設置為2.5s。

1.5 不平衡保護

根據文獻[5]GBT 22713—2008（不平衡電壓對三相籠型感應電動機性能的影響），電動機運行時其電壓不平衡度不應超過5%，而電動機在不平衡電壓下運行時1%的三相電壓不平衡會導致6%～10%的三相電流不平衡，因此5%的電壓不平衡會導致30%的電流不平衡。

不平衡時短時間運行不會導致電動機損壞，因此推薦不平衡保護設置為告警，定值設置為30%，時間定值設置為5s。

1.6 過負荷保護

定時限過負荷保護可以作為電動機過載的主保護，如果投入了過載保護，則此保護可以作為后備保護。其整定方法根據文獻[1]《工業與民用配電設計手冊》第三版P670 公式（12-6）：

式中，Krel為可靠系數，如果定時限過負荷保護動作于告警，則取1.05，如果動作于跳閘，則取1.2；Kr為返回系數，取0.90（低壓電動機保護控制器的實際返回系數）。

因此，根據以上公式，如果動作于告警，電流定值設置為1.2Ie；如果動作于跳閘電流定值設置為1.4Ie。動作時間推薦設置為30s。

另外，根據不同現場不同電動機實際或特殊情況，可按需投入下列保護類型（見表3）。

表3 保護功能類型按需投退

按需投入的保護類型以及整定方法本文不再贅述。

2 電機起動運行過程中的保護問題

2.1 電機起動時剩余電流保護誤動問題

剩余電流保護需在電動機起動和運行全過程中投入，而電機起動的比運行時漏電流大，因而按照電動機正常運行時和線路泄露電流整定的剩余電流保護定值在電機起動時容易造成誤動作的問題。傳統的做法是抬高保護定值，但保護靈敏度會下降。深圳中電PMC-550 系列采用定值加倍的做法，電動機起動過程為2 倍的定值，起動完成后恢復至保護定值。

下面為以實測的電動機漏電流為基礎用數據統計的方法得到的漏電流與電動機額定功率P的關系如下（φ為隨機誤差）：

起動漏電流：Is=0.4399P0.7055+φ

運行漏電流：Iq=0.1140P0.5952+φ

2.2 接觸器分斷短路電流問題

實際應用中電動機的短路故障通常由熔斷器或開關設備等進行保護，當開關靈敏度不夠時通常要求投入短路保護。由于接觸器沒有分段短路電流的能力，當故障電流超過接觸器允許開斷的最大電流時會造成主觸點燒死或拉弧現象，導致事故的進一步擴大。PMC-550 系列具有接觸器分段能力保護，如故障電流小于接觸器的最大分斷電流，保護動作后通過接觸器主觸點來斷開故障回路，而當故障電流大于接觸器的最大分斷電流，保護動作后閉鎖接觸器出口通過驅動斷路器的分勵線圈來斷開故障回路，從而實現更為可靠的保護。

另外，接地保護投入時也應考慮低壓接觸器的分斷能力問題，低壓直接接地系統如TN-S、TN-C等系統中接地電流很大，若進行短路電流計算并校驗超出接觸器分斷能力時可通過投入接觸器分斷能力保護閉鎖接觸器出口并跳開關以切斷短路電流。

3 結論

本文介紹了目前低壓電動機保護控制器的保護功能中推薦投入和按需投入的保護類型，以國際、國內、行業的標準規范為前提并結合實際運行經驗提供各保護類型的整定計算原則和推薦定值，為使用者提供參考整定依據。

實踐證明，廣泛采用低壓電動機保護控制器，不但可以實現生產工藝控制的有效、科學地管理，降低事故發生率，還對提高電氣系統的自動化、智能化水平和發展國民經濟也必將起到積極的推動作用。

[1] 任元會.工業與民用配電設計手冊[M].3 版.北京:中國電力出版社,2005.

[2] IEC 60947-4-1 低壓開關設備和控制設備 第4-1 部分: 接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器,國家質量監督檢驗檢疫總局,GB 14048.4—2010.國家標準化管理委員會[S].

[3] JB/T 10736—2007 低壓電動機保護器,機械行業標準,國家發展和改革委員會.

[4] 國家質量監督檢驗檢疫總局,GB/T 14598.303—2011.數字式電動機綜合保護裝置通用技術條件,中華人民共和國國家標準[S].

[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局,GB/T 22713—2008./IEC 60034-26: 2006 不平衡電壓對三相籠型感應電動機性能的影響,中華人民共和國國家標準[S].

[6] 國家質量監督檢驗檢疫總局,GB 755—2008./IEC60034-1 旋轉電機 定額和性能,中華人民共和國國家標準[S].

[7] PMC-550A 低壓電動機保護控制器用戶說明書[Z].深圳中電電力技術股份有限公司,2014.