电动机全压启动时电压降的计算及校验＊

周斌

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010）

电动机全压启动时电压降的计算及校验＊

周斌

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010）

基于电动机起动条件及起动压降允许值指标，分析了基尔霍夫定律在电动机全压启动计算中的优势。并以泵站实例，验证了该方法在电动机全压起动电压降计算和校验工程实际应用中的可行性和准确性。

电动机；全压起动；电压降；短路容量

1 前言

电动机启动方式的选择十分关键，全压启动方式较为常用，其优点主要表现为安全可靠、效率高，但也存在一定的不足，如：电压波动过大、容易产生过负荷、导致传动机构出现损伤等［1］。因此，在选择电动机启动方式时，要结合电动机实际情况以及实际工作需要，通过详细电压降计算和校验予以确定。

2 电动机起动条件及起动方式选择

电动机回路的过电流保护启动时要满足一定的条件，在电动机启动时不误动，但是在线路末端发生短路的情况下，需要及时有效地将电源切断，而且短路保护的灵敏度要满足要求，即敏感度系数要在1.3以上。电动机启动时，需要保证电动机回路的短路保护灵敏度符合要求，确认其符合标准规范后，再进行电动机起动电压降的计算和校验［2］。电动机启动过程中，电动机的回路阻抗值越大，越有利于电压降的校验，但同时电动机回路阻抗值较大时，不利于电动机正常运行时短路的电压降。在母线电压无法满足规范要求时，通常会采用降压启动的方式。

全压启动和降压启动是电动机启动过程中常用的两种启动方式，两种启动方式各具特点，各自适用于相应的条件。全压启动的优点是操作简单、经济可靠，但是存在的不足之处是启动电流较大，且产生较大的电压降。而降压启动对电流要求不高，但其缺点表现为启动时间较长，效率低［3］。在实际应用中，通常只有在全压启动不满足要求时，才采用软启动等降压启动方式。因此，通过详细计算分析，以检验全压启动是否满足电压降要求，对于电动机经济运行尤为重要。

3 电动机全压启动条件及指标要求

根据我国通用用电设备的相关标准规范规定，电动机启动时，需要保证端子电压满足机械启动转矩的要求，且配电系统电压波动要控制在一定范围内，以免影响配电系统中其它设备的正常工作与运行。电动机需要在一定时间内频繁多次启动时，配电母线电压要在额定电压的90%以上；如果电动机的启动次数相对不频繁时，配电母线电压要求不小于额定电压的85%；如果配电母线上不存在照明以及其他可能受电压波动影响的负荷时，对配电母线电压要求是超过额定电压大小的80%［4］。

电动机在全压启动的情况下，要保障配电母线电压降和电动机端子电压降满足电动机正常起动的实际要求［5］。电动机全压启动时，会产生较大的冲击转矩，这个冲击转矩超过电动机的承受范围就会影响电动机的正常运行，造成不利影响。

4 电动机全压启动电压降分析

由于设计手册提供的启动公式具有一定的局限性，不能适用于所有电动机启动时电压降的计算，只可以在一级配电电动机启动电压降中计算。对于多级配电电动机，在进行全压启动电压降计算时，可将各阻抗进行转并联后，利用基尔霍夫定律进行计算。电动机启动需要满足的要求为：

其中：ustM为电动机端子电压相对值大小；Mj为电动机传动机械静阻转矩相对值大小；MstM为电动机起动转矩相对值大小。

4.1 电动机全压启动电压降计算

假设电动机在投入运行前，母线电压的值与网标称电压值大小相等，如图1所示。

图1 计算电路

根据《工业与民用配电设计手册》，母线短路容量Skm计算公式为：

式中：SrT为配电变压器的额定容量，MV.A；xT为配电变压器的短路阻抗百分值；SK为系统短路容量MV.A。

当电动机采用全压启动方式时，启动回路额定输入容量Srt可以用下列表达式表示，即：

式中：SstM为电动机额定启动容量，MV.A，由电动机额定容量SrM和启动电流倍数Kst决定，即：SstM＝Kst· SrM；xL为配电线缆阻抗，Ω。

电动机启动时母线电压相对值ustm为：

式中：Qfh为预接负荷的无功功率，MVar，其值为，cosφ为功率因数，电动机端子电压绝对值ustM为：

4.2 电动机全压启动计算实例

泵站工程中，变电所距离水泵房80m。为确定变压器低压侧导体截面积大小，需要了解系统短路流量、变压器容量及线路长度等，并经过一系列计算得到电动机启动时配电箱母线上电压变动情况及变电所母线电压变化情况。将计算结果与标准规定值的进行对比分析，来判断其是否符合设计规范的相关规定。工程特性参数为：SK是系统短路容量，其值为50MVA；SrT是变压器容量，其值为2.5MVA，短路阻抗xT为4.5%；低压配电柜距离变压器长度10m；电动机现地起动柜距离低压配电柜长度80m；电动机与现地起动柜间距离40m；除该电动机外，配电系统中还有75kW、55kW和15kW电动机各1台，功率因数为0.8。

电动机△接线启动电流约3.4kA，电动机Y接线启动电流约1.089kA，电动机的额定电流大小为0.698kA，电动机额定功率大小为0.4MW，功率因数为0.87。

采用Y接线方式全压启动，计算出变压器低压侧额定电流值，即：

母线截面选择中，为满足设计要求和电动机的正常启动运行，需要满足IkT≥IrT。L1截面积选择为3×［2（125×10）］＋125×10，载流量大小约为4100A，查设计手册得，每单位长度电抗值为0.147mΩ。

电动机采用星型接线，启动倍数为：

电动机额定启动容量为：

除上述的负荷功率之外，还需要计算出接在同一母线上的其它负荷功率大小，即：

在进行电缆选择时，需要结合设计要求和工程实际需要进行综合比选，最主要是要满足IL3≥IrM条件。电缆截面积确定为2×（3×185＋1×95）。当选择2×（3×185＋1×95）截面时，电缆单位长度电抗值大小为0.076mΩ／m，电阻值为0.095mΩ／m，则并联线路L3电抗值和电阻值为：

从变电所母线接到水泵房配电箱的密集型母线L2的电阻值计算，即：

密集型母线校量值有较高要求，要求不应低于IL2，再结合施工过程中环境温度情况做出相应调整，确定出载流量校正系数，最大限度满足载流量对其要求。所选母线为1250A，L2段截面积大小为3×（80×8）＋63×6.3，载流量值大小在1320A左右，单位长度电抗值为0.050mΩ／m，电阻值为0.17mΩ／m。

线路L2电阻值和和电抗计算，即：

假设变压器负载率为0.8，则低压侧母线视在功率为：

在满足上述条件基础上，计算得变压器低压侧母线上的其它负荷无功功率为：

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假设L1段母线的电抗值和电阻值均为零，则△L＝L2＋L3＝80＋40＝120m，其中：40m采用2×（3× 185＋1×95）电缆，80m采用1250A密集型母线。XAL＝XL1＋XL2＝0.00152＋0.0136＝0.01512Ω，计算得电动机额定容量SstM＝0.736MVA，则电动机起动时起动回路的额定输入容量Sst为：

母线短路容量Skm为：

电动机启动时母线电压相对百分值为：

电动机启动时端子电压相对百分值为：

校验结果表明：由于水泵电动机属于启动频率不太频繁设备，其机端电压为90.6%的额定电压，即0.344kV，大于规范要求的机端电压85%指标，满足电动机启动时电压降要求，校验通过。

5 结论

选择电动机启动方式时，要结合电动机实际情况及实际工作需要来确定。进行电压降计算时，在做好充分调查和准备工作的基础上，采用科学计算方法，避免由于计算错误而导致系统出现故障，最大限度确保电动机的安全稳定运行。水泵属于应用频率不太频繁设备，采用基尔霍夫定律算法，其结果能满足电动机起动母线及端子电压降计算要求。

［1］裴 雷，樊 烨.电动机全压起动的讨论及计算［J］.电气应用，2014，33（16）：28－31.

［2］孙建设，张惠敏，史 磊.水泵电机的全压起动及保护技术［J］.电机与控制应用，2006，（08）：55－58.

［3］机械电子工业部天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册2版［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［4］戴圣伟，王 欣，李燕林，等.三相异步电机的智能软起动［J］.电工技术.2012，（10）：30－32.

［5］李耀辉，刘永新.综合故障诊断及录波系统在消弧线圈接地系统中的应用［J］.电气时代，2013，（07）：62－64.

Calculation and verification of voltage drop of motor under full－voltage starting mode

ZHOU Bin
（Central and Southern China Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Based on the starting conditions and the voltage drop allowable value for the motor starting，the advantages of the Kirchhoff law in the calculation of the starting voltage of the motor are analyzed.Taking the pump station as an example，the feasibility and the accuracy of the Kirchhoff law method in calculation and verification of the motor’s voltage drop under full－voltage starting mode are presented.

motor；full voltage starting；voltage drop；short circuit capacity

TM301.2

：A

1005—7277（2017）01—0047—03

2016－09－01

中央高校基本科研业务费专项基金项目（22057803）

周 斌（1963－），男，汉族，湖北省武汉市人，本科，高级工程师，主要从事市政电气及自动化的设计。