动力回路保护开关的选择

程俊恒 胡忠魁 陈利恒

（1.匠人规划建筑设计股份有限公司，郑州 450003；2.河南四方建设管理有限公司，河南 漯河 462000）

1 引言

在民用建筑中，低压笼型电动机使用非常广泛，比如风机、水泵、压缩机等。笼型电动机常用的起动方式有全压起动和降压起动两种。相对来说，全压起动时，起动电流大，降压起动时，起动电流小。线路的保护开关瞬时过电流脱扣器整定电流既要能躲开电动机起动时的峰值电流，又要保证断路器的灵敏度，所以，整定电流不能太小，又不能太大。由于这两种起动方式对应的起动电流差别比较大，所以，不同的起动方式，线路的保护开关瞬时过电流脱扣器整定电流就不同。

2 对规范条文的认识

关于笼型电动机的起动方式，民规有明确要求。民用建筑电气设计规范(JGJ16-2008)第 9.2.2条 电动机的起动应符合下列规定：

（1）电动机起动时，其端子电压应保证机械要求的的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

交流电动机起动时，其配电母线上的电压应符合下列规定：

1）电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。

2）电动机不与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器，且不频繁起动时，不宜低于额定电压的80%。

3）当电动机由单独的变压器供电时，其允许值应按机械要求的起动转矩确定。

对于低压电动机除满足上述规定外，还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

（2）当符合下列条件时，笼型电动机应全压起动：

1）机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩。

2）电动机起动时，配电母线的电压应符合本条第1款规定。

3）电动机起动时，不应影响其他负荷的正常运行。

（3）当不符合全压起动的条件时，笼型电动机应降压起动。

（4）当机械有调速要求时，笼型电动机的起动方式应与调速方式相配合。

全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，只要符合规定的条件就应采用。当不符合全压起动的条件时，应优先采用降压起动方式，包括切换绕组接线、自耦变压器、软起动器起动等。降压起动时起动电流小，但起动转矩也小，起动时间延长，绕组温度升高。只有在不符合全压起动的条件时才宜采用。

对于常用的全压起动、自耦变压器降压起动、软起动、星－三角降压起动等起动方式及其特点如表1所示。

表1 常用各起动方式下的起动方式及特点

3 工程实例

某大型高层住宅小区消火栓泵功率Pe=55kW，额定电流In=104A，全压起动电流Ist=728A。由变电所低压配电室引来两路电源，两路均采用交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV22-3x50+2x25mm2电缆，线路长100m，变压器容量1000kVA，变压器xT=0.06(uT= 6%)，系统短路容量200MVA。线路末端单相接地故障短路电流为1.59kA。

将以上数据代入参考文献[1]270页表 6-16公式，可以得出如下数据（本文仅列出计算结果，计算过程从略）。

电动机的额定视在功率SrM=0.068MVA；

电动机的起动视在功率SstM=0.48MVA。

设定变压器的负载率为 0.8,则接于变压器低压侧母线上（除消火栓泵外）的其他负荷的视在功率Sfh=0.732MVA，无功功率Sfh=0.439MVA；

变压器低压侧母线处的短路容量Skm=15.4MVA；

电动机起动时回路的输入容量Sst=0.45MVA，

电动机起动时变电所母线电压相对值

ustm=0.972=97.2%

电动机起动时端子电压相对值

ustM=0.911=91.1%

由上述结果可知，本工程电动机全压起动时变电所母线电压及电动机端子电压均满足规范要求，允许使用全压起动。对于通用机械（风机、水泵、压缩机）来说，绝大多数均能承受电动机全压起动的冲击转矩，不易全压起动者则仅有长轴传动的深井泵之类极少数例子而已。故，本工程采用全压起动。

对于配电线路来说，干线保护断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流应大于或等于回路中可能出现的最大峰值电流，即考虑最大电动机起动电流的 2倍，由下式确定：

Izd为断路器瞬时过电流脱扣器整定电流（A）；Ist为最大一台电动机起动电流；Ib为除最大一台电动机之外的线路计算电流，本工程实例中没有，则代入数据。

断路器选用塑壳断路器, 只带电磁脱扣器，额定电流为125A，瞬动电流整定值为14倍额定电流。

Izd=14IR=125×14=1750＞1747.2A，满足要求。如果按12倍额定电流，则不能满足要求。

对于该配电线路来说还应校验断路器的灵敏度，线路末端单相接地故障短路电流为1.59kA，灵敏度系数为不满足要求，若想满足要求，可以在线路首段加装剩余电流动作保护，或者放大电缆截面。经计算可知，采用放大电缆截面的方法不够经济，采用剩余电流动作保护是经济可行的一种方法，故本文推荐在线路首端加装剩余电流动作保护器，但是由于是消防回路，所以线路漏电时，剩余电流动作保护只应报警以提醒工作人员，不应跳闸。

4 降压起动比较

电动机起动时，如果采用降压起动，则起动电流就会降低很多，这可以降低线路干线保护断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流，从而提高断路器的灵敏度系数。

以本工程为例，几种常见的降压起动方式对应的起动电流、断路器动作电流、灵敏度系数等比较如下：

（1）自耦变压器降压起动，采用变比0.8：

断路器选择塑壳断路器，只带电磁脱扣器，额定电流为125A，瞬动电流整定值为9倍额定电流，即

（2）软起动，起动倍数为4倍In：

断路器额定电流及瞬动电流选择同（1），即Izd=1125，＞416×2×1.2

灵敏度系数同（1），满足要求。

（3）星-三角降压起动：

断路器额定电流及瞬动电流选择同（1），即Izd=1125，＞240.2×2×1.2，

灵敏度系数为同（1），满足要求。

由以上比较可知，采用降压起动后，由于降低了电动机的起动电流，使得线路干线保护断路器的瞬时过电流脱扣器整定电流不需要太大就可以躲开线路的峰值电流，在线路接地故障电流不变的情况下，使得断路器灵敏度系数增大了。

5 结论

对于距离较远、电动机容量较大的供电线路来说，单相短路电流较小，如果采用全压起动，由于线路保护开关瞬时过电流脱扣器整定电流较大，则很可能难以保证断路器的灵敏度要求。如果灵敏度不够，就需要在线路首端加装剩余电流动作保护器或者加大导线的截面积。

如果采用降压起动，就可以降低电动机的起动电流，使得线路保护开关的瞬时过电流脱扣器以较小地整定电流就能躲开线路的峰值电流，有利于提高断路器的灵敏度。

[1] 中国航空工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册[M].第三版.北京:中国电力出版社.2005: 267-273, 276-278,658-662.

程俊恒，男，中级工程师/生产副总，目前主要工作内容为建筑工程设计。

胡忠魁（1976-），男，中级工程师/项目副总监，目前主要工作内容为建筑电气设计。