浅论异步电动机的各种保护

　

摘要： 本文论述了异步电动机在发生过载、短路、断相、欠电压等故障时产生的后果以及它们的有效保护方法。

关键词：异步电动机　故障　保护
电动机的故障大体分为两部分：一部分是机械的原因。例如轴承和风机的磨损或损坏：另一部分是电磁故障，二者互有关连。如轴承损坏，引起电动机的过载，甚至堵转，而风叶损坏，使电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。电磁故障的原因很多，如电动机的过载、断相、欠电压和短路都足以使电动机受损和毁坏。过载、断相、欠电压运行都会使绕组内的电流增大，发热量增加(导体的发热量是和电流的平方成正比的)，而短路造成的危害就更大。短路的原因是电动机本身的绝缘材料质量差或电动机受潮(在农村是经常发生的，例如受雨淋或落水)，以致于绕组的相间击穿，引起短路。此外，还有电动机置于有酸碱物的场所，因受腐蚀而损坏绝缘。
一、电动机的过载及其保护
电动机的过载除上述原因外，还有：
a.电动机周围环境温度过高，散热条件差；
b.电动机在大的起动电流下缓慢起动；
c.电动机长期低速运行；
d.电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。
电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。
从电动机的结构来看，鼠笼型电机的定子铁心置放绕组的槽内必须有良好的绝缘物，绕组(铜线)表面有绝缘漆层，绕线式电动机转子绕组与定子绕组一样，绕组与铁心槽衬以绝缘物，三个端线所接的铜滑环，环间，环与转轴之间也是彼此绝缘的。为了保证电动机的相间、带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料的。各种绝缘都有一定的耐受工作温度的指标。IEC85规定A级(105℃)、E级(120℃)、B级(130℃)、F级(155℃)……。八十年代，IEC216提出了一个新的耐热标准，称为温度指数TI(Temperature Index)以此代替IEC85。TI是按阿尼罗乌丝(Arrhenins)公式t=10 a＋b/T 计算的。式中： t—寿命[小时(h)]
T—绝缘材料使用的温度(℃)
a、b—与材料有关的常数
例如：某电动机使用的绝缘材料a=－2，b=1034，使用温度T=164℃
得 t=10－2＋(1034/642)=10 4.30=2000h
它表示此绝缘物使用于164℃时，其使用寿命为20000小时。
如果把使用温度提高8℃，则T=164＋8=172℃
t=10 －2＋(1034/172)=10 4=10000h
它说明很早以来，电工技术工作者提出的绝缘材料的使用温度每增加8℃，其使用寿命就减半是有理论和实践依据的。
电动机的过载保护安秒(I－t)曲线(反时限)
1.电动机的过载特性
2.保护电器的保护特性
3.电动机的起动电流特性
　　保护器的I－t曲线在电动机过载特性之内，但两曲线间距不必拉得过大，以便做到既不使电动机因为过载造成温升增大影响寿命，又充分利用电动机本身的最大耐受过载能力。根据生产和科学实践，对电动机的保护特性已由IEC947—4《低压开关设备和控制设备。低压机电式接角器和电动机起动器》作出了新的规定(我国的GB14048.4等效于IEC标准)，对无温度补尝的保护电器：
1.0In>2h不动作
1.2In≤2h动作
7.2In：2s　　在八十年代，我国曾有科技人员对绕组采用B级绝缘(允许工作温度为130℃)的电动机，进行了实测(即不动作和动作的时间极限，此极限表明不会引起绝缘水平下降的电流与时间的最大值)：
　　以上实测值是在几台电动机上测试的，不够全面，但它表明，这个标准还是比较实际的(6In是老标准)旧标准把6In作为可返回特性的电流，它相当于电动机的起动电流，经可返回时间(在通以6In时的延时时间，后将电流返回1倍In或0.9In，此段时间内保护电器不允许动作，这种可返回特性的规定是为了躲过电动机的起动，它的可返回时间应大于电动机的起动时间，旧标准的可返回时间分1s、3s、8s、13s几种)。鉴于把起动电流定在6倍和可返回时间固定在上述的4种已不能完全反映现实情况(例如Y型鼠笼型电动机的起动电流倍数就有5、 5.5、 6、 6.5、 6.8、 7的六种)，因此我国的GB14048.4(等效采用IEC947－4)统一规定为7.2倍，并对不同的起动时间规定了延时时间Tp。美国NEMA(美国全国电气制造商协会)1993年的MG－1标准对电动机的过载和失速(相当于电动机的堵转和刚起动——笔者注)保护作了新的规定：“输出功率不超过500HP(马力，相当于368kW—笔者注)，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常工作温度初次起动，耐受1.5倍全额电流的时间应不等于2min”，又规定：“功率输出不超过500HP，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常温度初次起动时，应能耐锁定转子电流的失速时间不少于12s”，从以上标准和对我国绝大多数的电动机的起动时间的统计来看，选1.5In为2min，7.2In为2s二、电动机的短路保护(电动机保护电器瞬时动作电流整定值)电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。一些文献提到，断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流。Isct—断路器瞬时动作电流整定值A； k —可靠系数，它考虑了电动机起动电流的 误差和断路器瞬动电流的误差，k一般取1.2；I'st—全起动电流值，也称尖峰电流A。所谓全起动电流，是包括周期分量和非周期分量两部分。非周期分量的衰减时间约为30ms左右，而一般的非选择性断路器的全分断时间在20ms之内，因此必须把非周期分量考虑进去。I’st为1.7～2倍的电动机起动电流I’st。在诸多文献中，如《建筑电气设计手册》规定Isct≥(1.7～2)Ist，而《工业与民用配电设计手册》规定Isct=1.7Ist，有的手册则规定Icst为2～2.5倍的电动机起动电流。低压电器标准，如JB1284《低压断路器》的编制说明中认为，根据实验和统计，保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8～15倍电动机的额定电流的，而绕线式电动机应整定在3～6倍电动机额定电流。8～15倍鼠笼型电动机额定电流是一个范围，具体的数值还需要考虑电动机的型号、容量、起动条件等等因素。以下，我们分析一下，鼠笼型电动机起动时的全起动电流(类峰电流)。
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