低压增安型异步电动机热过载保护的改进

屈莉

摘 要：低压增安型三相异步电动机是适用于工厂2区内具有爆炸危险场所的防爆电机，其防爆技术原理是在保证电机正常运行的条件下，不产生电弧、火花，或在可能点燃爆炸性混合物的高温的基础上，进一步采取电磁和机械方面的措施，以提高安全性，避免在正常和认可的过载条件下出现问题。随着增安型异步电动机被广泛采用、数字技术的不断发展和新一代低压电动机智能综合保护器的逐步普及，增安型电动机的热过载保护（TE时间保护）已日趋完善。

关键词：增安型电动机；热保护；启动电流比；综合保护器

中图分类号：TM343 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.105

1 在石化企业中的应用

增安型电动机和隔爆型电动机是防爆电动机中被大量使用的防爆电动机。在相同的爆炸气体危险环境（2区）中，从电动机防护、维修工程量和价格因素等方面考虑，增安型电动机均具有优势，尤其是在含有氢气组分的爆炸危险性气体场所（比如加氢、制氢工艺装置），相比于具有防爆标志dIICT4的隔爆性电动机，增安型电动机价格的优势更为明显。此外，由于IIC级防爆电动机的隔爆间隙要求极为严格，进行多次现场检修后往往会影响其隔爆性能；隔爆型电动机对轴承间隙的要求非常严格，且在运行中常发生“抱轴”的现象。因此，增安型电动机在防爆电动机中所占比例已呈逐年递增的趋势。而从数量上看，在石化企业中被使用的增安型电动机又多为低压笼型异步电动机。

2 相关规范

国标《爆炸性气体环境用电气设备》（GB 3836.3—2010）第3部分——增安型“e”条款4.7.1 中规定，电气设备任何部分的温度不应超过所使用材料的耐热温度，并且任何可能与潜在爆炸性环境接触的部件的表面温度不应超过规定的最高表面温度。

第5.2.4.4.1条规定，如果采用电流保护装置防止设备超过极限温度，则应确定启动电流比IA/IN和tE时间，并标注在电动机的铭牌上；确保当电动机被堵转时，电流保护装置能在tE时间结束前断开电源；通常情况下，如果电动机的tE时间大于图1中作为启动电流比IA/IN函数关系确定的tE时间最小值，则可满足上述要求；tE时间应≥5 s，启动电流比IA/IN应≤10.电动机tE时间最小值与启动电流比（IA/IN）的关系如图1所示。

在上述规范的附录C中，对保护装置的选择提供了指导性说明，建议采用反时限延时过载保护装置。该装置不仅能够监视电动机电流，而且当电动机堵转时，能在tE时间内断开电动机电源。

第5.2.4.4.2条规定，如果使用了绕组温度传感器（RTDS）辅助保护装置，以防止电动机温度过高，则应确定启动电流比IA/IN，并标注在电动机铭牌上。但tE时间不需要确定和标注。与保护装置关联的绕组温度传感器应满足电动机的热保护要求，即使在电机堵转时，也应满足4.7.4条中的要求。

3 热过载保护装置的选择

从开始使用低压增安型电动机，在很长的一段时间内，其热过载保护装置一直采用苏州机床电器厂生产的3UA59e型（现称为JRS3-63F型）热继电器。该设备附带的某些设计手册，比如“工业与民用配电设计手册第三版”中列出了不同容量增安型电动机所应选用的JRS3-63F热继电器的对照表。该型号热继电器在低压增安型电动机的应用普及上起到了先驱作用。截至目前为止，部分常规保护的低压增安型异步电动机仍采用该型号的热继电器。但多年的运行经验表明，这种热继电器保护增安型电动机中存在一定的不足之处。

3.1 JRS3-63F型热继电器的选择和存在的问题

可对应某个整定电流范围选定JRS3-63F型热继电器，进而反映其保护特性的继电器动作时间—整定电流倍数特性曲线也可随之确定。这个特性曲线只能满足某类特定的增安型电动机，该类电动机相关的参数应满足以下条件：①电动机额定电流应处于整定范围内；②电动机的tE时间和启动电流倍数曲线应处于继电器动作时间—整定电流倍数特性曲线上，并考虑规范中的20%的时间误差。

3.2 JRS3-63F型热继电器规格的选择

选择热继电器的规格时，可参照以下2点：①按照电动机制造商提供的配套规格选择。②如果无法得到个别电动机的热继电器配套规格，则可在该电动机的tE时间和热继电器IA/IN（启动电流比）相应电流规格的特性曲线中找出该点的坐标。如果该点在曲线上方，则可配套使用。对于驱动风机类等启动时间较长的负载配套电动机，应注意保证电动机的启动时间在热态启动时不大于tE时间；冷态启动时不大于tE时间的1.7倍。

在工程实践中，常出现JRS3-63F型热继电器使用不灵活的问题，这是因为热继电器的规格是根据电动机制造商提供的配套规格确定的，而现场到货的电动机的特性（出厂时标注在铭牌上的启动电流倍数和tE时间）因种种原因（比如生产厂家不同或与样本数据有出入）会发生变化，导致早已确定的、随低压配电盘供货的热继电器很难与所保护的电动机相配合，在实际操作中很难做到准确地一一对应。

3.3 配合不当的后果

电动机与热继电器配合不当的后果有以下2点：①电动机的特性曲线下移。tE时间会降至热继电器IA/IN（启动电流比）相应电流规格特性曲线的下方，导致热继电器的保护动作时间过长，无法在tE时间内切断电源，达不到增安型电动机热过载保护的目的。②电动机特性曲线上移。tE时间会处于热继电器IA/IN（启动电流比）相应电流规格的特性曲线上方较远处，导致热继电器保护动作时间过短，电动机无法完成启动。

因此，在工程应用中，迫切需要一种更为灵活、可靠的低压增安型电动机热过载保护装置，这种保护装置应能更加方便、准确地确定相应的动作时间—整定电流倍数特性曲线。

4 tE时间保护功能和整定计算