浅谈异步电动机的保护

薛贵平，许明华

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

浅谈异步电动机的保护

薛贵平，许明华

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

异步电动机的保护是一个复杂的问题。在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等的不同选择与其相适应的保护装置及起动设备。从经济性考虑，采用电流检测加热型继电器更为有利。加热继电器是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式。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。

异步电动机;保护装置;控制;协调配合

1 概述

异步电动机是生产生活中的重要设备，具有结构简单，维修使用方便的特点，广泛应用于各种电力拖动场所。在水利水电工程建设中，异步电动机的使用也十分广泛，不论是按照电机的功率，还是使用范围看，三相异步电动机使用的程度最多最广。在水利水电工程建设中的电动机受使用环境差、负荷变化大、设备移动频繁、设备操作人员技术水平以及电网供电质量的影响，常常引起设备中的电动机发生故障甚至烧毁。为了保证电气设备的正常运行，就必须对电动机的缺相、过载、过热、欠压、失压以及相序等实行必要的保护，笔者就异步电动机的保护做一简单的分析和介绍。

2 异步电动机保护与控制的关系

异步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。如异步电动机直接起动时，往往产生4～7倍于额定电流的起动电流。若由接触器或断路器进行控制，电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，既使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损的加剧，以致损坏电器;对于塑料外壳式断路器，既使是不频繁操作，也很难达到要求。因此，在其使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时，由起动器中的接触器来承载接通起动电流，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。至于保护功能，则由配套的保护装置来完成。

此外，对异步电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。电动机的主回路由晶闸管接通和分断。有时，为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路(并联在晶闸管上)的负载。这种控制的方式有程控或非程控;近控或远控;慢速起动或快速起动等多种方式。另外，依赖电子元件，很容易做到如电子式继电器那样的各种保护功能。

3 异步电动机的保护装置

异步电动机的损坏主要是由于绕组过热或绝缘性能的降低引起的，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。笔者结合各种常用的保护装置进行介绍。

3．1 电流检测型保护装置

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。热继电器虽然动作时间的准确性一般，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。例如T系列双金属片式热过载继电器;3UA5、3UA6系列双金属片式热过载继电器;JR20型、JR36型热过载继电器等，其中JR36型为二次开发产品，可取代淘汰产品JRl6型。

带有热磁脱扣的电动机保护用断路器，其结构与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，故目前仍被大量采用，特别是小容量断路器尤为显著。如M611型电动机保护用断路器，DW16低压万能断路器(200—630 A)、S系列塑壳断路器(100A、200A、400A)。

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+断相保护，过载保护+断相保护+反相保护。②动作时间可选择(符合GBl4048．4—93标准)。标准型(10级):7．2In(In为电动机额定电流)，4～10s动作，用于标准电动机过载保护，速动型(10A级):7．2In时，2～10s动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型(30级): 7．2In时，9～30s动作，用于如风机电机等起动时间长的电动机过载保护。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。④有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。

固态继电器是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。其具有的监视、测量和保护的主要功能有:超速或失速保护;热记忆保护;大惯性负载的长时间加速保护;断相或不平衡相电流保护;相序保护;欠电压或过电压保护;过电流(过载)运行保护;堵转保护;失载(机轴断裂，传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌)保护;电动机绕组温度和负载的轴承温度保护等功能。每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前将电源切断，还可用发光二极管或数字显示故障的类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。

带有电子式脱扣的电动机保护用断路器的动作原理类同于上述电子式过电流继电器或固态继电器，其功能主要为: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，如M系列低压断路器。

软起动器的主电路采用晶闸管控制其分断或接通保护装置，一般做成故障检测模块，用来完成对异步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。

3．2 温度检测型保护装置

双金属片温度继电器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，其产品如JW2温度继电器。

热保护器为安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其为带2个触头的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，当其达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流，其可以作为小型三相电动机的温度、过载和断相保护，产品如SPB、DRB型热保护器。

在检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入了1～2个检测线圈，由自动平衡式温度计监视绕组温度。

热敏电阻温度继电器是直接埋入电动机绕组中的，一旦超过规定温度，其电阻值将急剧增大10～1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作，其产品如JW9系列船用电子温度继电器。

4 过载保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并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。特别是在大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合就显得更为突出。

过载保护装置的动作时间应比电动机起动的时间略长一点。电动机过载保护装置只有具备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。

过载保护装置的瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置若带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，只有这样，才能使电动机正常起动。

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。由于一般的过载保护装置不具备分断短路电流的能力，一旦其在运行中发生短路，就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)切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍由过载保护装置切断电路，故两者的动作之间应有选择性。

短路保护装置的特性是以熔断器为代表说明的，其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．因此而要求该范围应尽量小。从现行的IEC标准规定看，极限值为Is=0．75Ij，Ib=1．5Ij。目前过载保护装置的额定接通和分断能力均按0．75Ij考核显然偏低了一些，所以，在选择短路保护装置时Ij要考虑高一些，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。

5 结语

异步电动机的保护是决定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进而保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于其需要直接埋入电动机绕组里，价格较贵、维修困难等原因，目前仅在部分频繁操作的场合使用。从经济性考虑，采用热继电器更为有利，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)。对于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实施保护，可采用电子式或固态继电器。对于一般要求，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。

TM3;TM307

B

1001-2184(2015)01-0028-03

薛贵平(1967-)，男，四川眉山人，高级技师，从事水利水电、市政工程项目施工现场用电管理工作;

(责任编辑:李燕辉>)

2014-12-05

许明华(1975-)，男，四川乐至人，技师，从事水利水电、市政项目现场施工用电管理工作．