异步电动机的电气装置保护

[摘要]阐述异步电动机的保护与控制关系，介绍异步电动机的各种保护装置。不管采用何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。

[关键词]异步电动机 保护装置控制

中图分类号：O44 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110019-01

一、电动机的保护与控制关系

电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。如电动机直接启动时，往往产生47倍额定电流的启动电流。若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受启动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，使用中往往与启动器串联在主回路中一起使用，此时由启动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。

电动机保护装置：

电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的，而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。下面结合产品做些介绍。

二、电流检测型保护装置

（一）热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在

电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。

（1）带有热磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故日前仍被大量采用．特别是小容量断路器尤为显著。

（2）电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：

①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护十断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。

②动作时间可选择（符合GBl4048.4－93标准）。

③电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3－4倍，甚至更大倍数（热继电器为1.56倍），特别适用于电动机容量经常变动的场合（例如矿井等）。

④有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。

（3）带有电子式脱扣的电动机保护用断路器其动作原理类同上述电子式过电流继电器或固态继电器。功能主要有：电路参量显示（电流、电压、功率、功率因数等），负载监控（按规定切除或投入负载），多种保护特性（指数曲线反时限、I2t曲线反时限、定时限或其组合），故障报警，试验功能，自诊断功能，通信功能等。

（4）软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。

（二）温度检测型保护装置

（1）双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。产品如JW2温度继电器。

（2）热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。

（3）检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1－2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。

（4）热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10－1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。

三、护装置与异步电动机的协调配合

为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护，必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出。

（一）过载保护装置与电动机的协调配合

1．过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转；但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。

2．过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比启动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。

3．过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。

过载保护装置与短路保护装置的协调配合一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置（如断路器或熔断器等）来切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。故两者的动作之间应有选择性。

短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为Ij，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有Is及Ib两个，此时就要求 Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。显然，在Is－Ib范围内就很难确保有选择性．因此要求该范围应尽量小。从现行IEC标准规定来看，极限值为Is＝O.75Ij，Ib＝1.25Ij。目前过载保护装置的额定接通和分断能力均按0.75Ij考核，显然偏低一些，从IEC标准修改的动向，今后有可能按 Ij考核，以提高其可靠性。因此上述的协调配合应既考虑其选择性，又考虑其额定接通和分断能力。

异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。直接检测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于需直接埋入电动机绕组里，价格较贵、维修困难等原因，仅在部分频繁操作场合使用；从经济性考虑，采用电流检测型更为有利，加热继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式（从实际使用情况看，目前使用量占大多数）；对动作性能要求较高及功能要求全或价格昂贵的大容量电动机保护，则可采用电子式或固态继电器；对一般要求，则采用带热--磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。但不管采用何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。

作者简介：

施胜波，男，大学本科，助理工程师，上海电力学院毕业，主要从事电气运行工作。