TN系統(tǒng)低壓電動機的幾種配電方案對比及選擇

張錦松, 龔曉璐

(湖北省緣達(dá)化工工程有限公司, 湖北 武漢 430000)

0 引 言

近年來,由于保護(hù)電器未能及時切除電氣故障所引發(fā)的事故時有發(fā)生,輕則燒毀設(shè)備,重則引發(fā)火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故。此類事故的直接原因在于電氣設(shè)計人員未根據(jù)配電距離的長短合理選擇配電方案,導(dǎo)致配電回路的保護(hù)靈敏度不符合要求,發(fā)生電氣故障時保護(hù)電器無法及時切除[1-2]。

本文針對TN系統(tǒng)中75 kW及以下(75 kW以上電機通常采用軟起動,軟起動器自帶完善的保護(hù)功能,本文不做討論)直接起動的低壓電動機配電回路的保護(hù)電器不同配置方案進(jìn)行分析及對比,介紹了不同配電距離時的合理方案。

1 低壓電動機保護(hù)的配置要求

1.1 電動機保護(hù)的基本配置

根據(jù)GB 50055—2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》第2.3節(jié)“低壓電動機的保護(hù)”的要求,低壓電動機保護(hù)基本配置的要求如下:

(1) 應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)和接地保護(hù)。

(2) 運行中容易過載的電動機、起動或自起動條件困難而要求限制起動時間的電動機,應(yīng)裝設(shè)過載保護(hù)。連續(xù)運行的電動機宜裝設(shè)過載保護(hù)。

(3) 連續(xù)運行的三相電動機,當(dāng)采用熔斷器保護(hù)時,應(yīng)裝設(shè)斷相保護(hù);當(dāng)采用低壓斷路器保護(hù)時,宜裝設(shè)斷相保護(hù)。

根據(jù)以上要求,并結(jié)合通常情況,本文將按照電動機裝設(shè)短路保護(hù)、接地保護(hù)、過載保護(hù)及斷相保護(hù)的原則進(jìn)行保護(hù)電器的選擇。

1.2 各項保護(hù)的基本要求及保護(hù)電器選擇

(1) 短路保護(hù)。當(dāng)電動機正常運行、正常起動或自起動時,短路保護(hù)器件不應(yīng)誤動作,發(fā)生短路故障時應(yīng)及時切除故障。為此,短路保護(hù)器件的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:

① 瞬動過電流脫扣器或過電流繼電器瞬動元件的整定電流應(yīng)取電動機起動電流的2.0～2.5倍,本文取2.2倍。

② 當(dāng)采用短延時過電流脫扣器或過電流繼電器作保護(hù)時,其整定電流應(yīng)躲過電動機起動電流,本文取1.2倍起動電流。

③ 被保護(hù)回路末端的三相短路電流應(yīng)不小于瞬時保護(hù)或短延時保護(hù)整定電流的1.3倍。

選擇電動機保護(hù)用電磁脫扣型斷路器即可提供瞬時保護(hù);如需短延時保護(hù),可選用電子脫扣型斷路器或電動機綜合保護(hù)器。

(2) 接地保護(hù)。接地保護(hù)可采用3種形式,分別為采用短路保護(hù)器件兼做接地保護(hù)、采用三相不平衡電流保護(hù)及采用剩余電流保護(hù)。3種形式均需滿足“被保護(hù)回路末端的單相短路電流應(yīng)大于接地保護(hù)整定電流的1.3倍”的要求。

采用三相不平衡電流保護(hù)時需選用電動機綜合保護(hù)器;采用剩余電流保護(hù)時可選用帶剩余電流保護(hù)功能的塑殼斷路器。

(3) 過載保護(hù)、斷相保護(hù)。通常采用熱繼電器或電動機綜合保護(hù)器為電動機提供過載保護(hù)及斷相保護(hù)。

2 幾種不同保護(hù)配置方案及其最大配電距離

電動機配電回路的保護(hù)電器配置通常可采用以下3種典型方案。

2.1 方案一

2.1.1 保護(hù)器件配置

采用電磁脫扣型塑殼斷路器+熱繼電器。

2.1.2 斷路器選擇及最大配電距離

該方案采用塑殼斷路器短路瞬時保護(hù)兼做接地保護(hù),為滿足接地保護(hù)靈敏度要求,回路末端單相短路電流應(yīng)不小于斷路器瞬時脫扣器整定電流的1.3倍。電動機用塑殼斷路器瞬時脫扣器整定電流一般為斷路器額定電流的12倍,故斷路器額定電流應(yīng)滿足:

式中:In——斷路器額定電流;

IrM——電動機額定電流;

IZ——電纜長期載流量;

IstM——電動機起動電流;

Ik1——線路末端單相短路電流。

根據(jù)式(1)、式(2)選擇斷路器額定電流及電纜規(guī)格,并計算出斷路器與不同規(guī)格電纜配合時的最大配電距離。方案一中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離如表1所示。

表1 方案一中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離 m

2.2 方案二

2.2.1 保護(hù)器件配置

采用帶剩余電流保護(hù)的電磁脫扣型塑殼斷路器+熱繼電器。

2.2.2 斷路器選擇及最大配電距離

該方案采用剩余電流保護(hù)做接地保護(hù),剩余電流保護(hù)動作值為毫安級,遠(yuǎn)低于斷路器瞬動電流整定值,只需校驗短路瞬動保護(hù)靈敏度,即回路末端三相短路電流應(yīng)不小于斷路器瞬時脫扣器整定電流的1.3倍。此方案中斷路器額定電流應(yīng)滿足:

IrM≤In≤IZ

(3)

2.2IstM≤12In≤Ik3/1.3

(4)

式中:In——斷路器額定電流;

IrM——電動機額定電流;

IZ——電纜長期載流量;

IstM——電動機起動電流;

Ik3——線路末端三相短路電流。

根據(jù)式(3)、式(4)選擇斷路器額定電流及電纜規(guī)格,并計算出斷路器與不同規(guī)格電纜配合時的最大配電距離。方案二中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離如表2所示。

表2 方案二中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離 m

2.3 方案三

2.3.1 保護(hù)器件配置

采用電磁脫扣型塑殼斷路器+電動機綜合保護(hù)器。

2.3.2 斷路器選擇及最大配電距離

該方案采用電動機綜合保護(hù)器的三相不平衡保護(hù)功能做接地保護(hù),利用斷路器短路瞬動保護(hù)及綜保短路短延時保護(hù)功能做短路保護(hù)。三相不平衡保護(hù)動作值一般設(shè)定為電動機額定電流的50%,遠(yuǎn)低于短路短延時電流整定值,只需校驗短路短延時保護(hù)靈敏度,即回路末端三相短路電流應(yīng)不小于短延時保護(hù)整定電流的1.3倍。此方案中斷路器額定電流及綜保的短延時整定電流應(yīng)滿足:

式中:In——斷路器額定電流;

IrM——電動機額定電流;

IZ——電纜長期載流量;

IstM——電動機起動電流;

Ik3——線路末端三相短路電流;

Iset2——短路短延時保護(hù)動作電流。

根據(jù)式(5)～式(7)選擇斷路器額定電流及電纜規(guī)格,整定綜保短延時保護(hù)動作電流,并計算保護(hù)器件與不同規(guī)格電纜配合時的最大配電距離。方案三中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離如表3所示。

電壓降不超過5%時的線路最大允許長度如表4所示。

表3 方案三中保護(hù)電器、電纜選擇及滿足保護(hù)靈敏度的最大配電距離 m

3 方案選擇及注意事項

3.1 方案選擇

由表1～表4可以看出,配電距離在100 m以內(nèi)時3種方案均能滿足要求,從經(jīng)濟性的角度考慮,推薦采用方案一;配電距離在100～200 m時,方案二和方案三均可選擇,但由于剩余電流保護(hù)過于靈敏,較少用于電動機配電回路,

表4 電壓降不超過5%時的線路最大允許長度 m

因此對于新建工程推薦采用方案三,對于已采用方案一但不符合保護(hù)靈敏度要求、需要進(jìn)行改造的工程,為減少工作量,可按方案二進(jìn)行改造;在面對200 m以上的長距離配電時,選擇方案三更為合理。

3.2 注意事項

(1) 方案三中斷路器必須配帶分勵脫扣器,接觸器分?jǐn)嗄芰Σ蛔?發(fā)生短路或接地故障時,應(yīng)由綜保保護(hù)跳閘出口跳斷路器切除故障。

(2) 某些電氣元器件制造廠為節(jié)約成本,將32 A以下的塑殼斷路器的瞬動電流統(tǒng)一按400 A左右設(shè)計制作,遠(yuǎn)超瞬動整定要求。這種類型的斷路器十分制約配電距離,極易造成短路保護(hù)靈敏度不滿足要求,在選型時應(yīng)排除此類斷路器。

4 結(jié) 語

電氣設(shè)計中應(yīng)合理設(shè)置配電室,使其盡量靠近負(fù)荷中心,避免長距離配電這種不利情況。但在實際工作中受各種外在因素制約,電氣專業(yè)往往不得不被動面臨長距離配電,此時應(yīng)特別注意保護(hù)靈敏度的檢驗,選擇滿足規(guī)范要求且相對經(jīng)濟合理的方案。