（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 内蒙古鄂尔多斯市 017209）
摘要：我国工业企业与民用行业中运行着行贤以鼠笼式电动机为控制对象的低压电气控制设备,这些设备有的是制造厂家随主机配套供应,有的则是用户自行设计的。然而,目前低压交流电动机的配电设计只考虑到短路保护、过负荷保护、断相保护和低电压保护等,却忽视了电动机主回路的电气隔离与接地故障保护、短路保护电器与起动器和接触器的协调配合及控制回路的可靠性等问题,因而电动机主回路与控制回路的安全性与可靠性得不到保证,常导致人身伤亡与设备损坏事故。
关键词：电动机；控制回路；回路设计；注意问题；
一、短路保护电器与起动器和接触器的协调配合
起动器和接触器应与短路保护电器协调配合,短路保护电器宜采用起动器和接触器制造厂家推荐的型号及规格,根据国家标准BJ 2 4 5 8《低压机电式接触器和电动机起动器》,其要点如下:
1.过载保护电器与短路保护电器之间应有选择性:在过载保护器和短路保护电器两条时间一电流特性平均曲线交点所对应的电流以下,短路保护电器不应动作,而过载保护电器应动作使起动器断开,起动器应无损坏;在曲线交点对应电流以上,短路保护电器应在过载保护电器动作之前动作;起动器应满足制造厂规定的协调配合类型的条件。
2.允许有两种协调配合类型:l型(原称a型)—要求起动器和接触器在短路条件下不应对人身和设备造成危害,但允许进行维修和更换零件后再继续使用;2型(原称c型)—要求起动器和接触器在短路条件下不应对人身和设备造成危害,且应能继续使用,但允许有容易分开的触头熔焊。
3.上述两项要求,由起动器和接触器制造厂家通过试验验证。起动器和接触器制造厂家应成套供应或推荐适用的短路保护电器,以保证协调配合的要求。下面以常见的电动机保护电器的组合型式为例来分析保护电器及控制电器之间的协调配合问题
图1是“断路器十接触器+热继电器”组合的时间一电流特性曲线。其中曲线1表示热继电器的特性,曲线2表示断路器热脱扣器的特性。I1表示接触器的分断能力,12表示热继电器热元件过电流的承受能力,I3表示断路器的极限分断能力(须大于最大预期短路电流I k ）。
本组合中低压断路器和热继电器共同对电动机进行过载保护:低倍数过载段(即小于I。部分)由热继电器负责,高倍数过载段(即大于I。部分)由断路器的热脱扣器负责分断。即热继电器作可靠的过载保护,断路器热脱扣器仅用作过载后备保护。断路器中的瞬时脱扣器负责分断负荷侧的短路电流,其整定值须满足灵敏度要求。若只允许接触器有触头熔焊,即2型配合条件,则一条途径是短路电流由高倍数过载段负责,在规定时间内延时动作;另一条途径是若电磁脱扣器瞬动整定倍数较低,则在热继电器和接触器达到过电流承受能力时,能够瞬时动作。图2是“熔断器+接触器十热继电器”组合的时间一电流特性曲线。其中曲线l是热继电器的特性曲线,曲线2是熔断器的特性曲线。11表示接触器的分断能力,I2表示热电器热元件过电流承受能力,I3表示熔断器极限分断能力(须大于最大预期短路电流I k)。本组合中低倍数过载段(即小子I。部分)由热继电器负责,高倍数过载段(即大于10部分)由熔断器负责分断。短路电流则由熔断器负责分断。当只允许有触头熔焊时,熔断器必须能保护热一继电器免遭超过其额定电流 10倍的大电流破坏,并确保交流接触器主触头在超过其额定电流8--10倍的大电流通过时不发生熔焊或仅有轻微熔焊。因此,当短路电流或高倍数过载电流发生时,为满足热继电器和接触器热稳定性的要求,熔断器应在10 s之内可靠动作。
二、电气隔离与接地故障保护
1.主回路的电气隔离。电气隔离是保护安全的主要措施。我国过去对高压回路的安全隔离有明确规定,但对低压回路的安全隔离却重视不够。实际上超过s V的接触电压对人体都是不安全的,而且人们大量接触的却正是低压用电设备,因此低压电气安全保护更有必要。为了保证低压电动机及其控制设备的运行维修人员的安全,每台电动机的主回路上应装设隔离电器,但共用一套短路保护电器的一组电动机,或由同一配电箱(屏)供电且允许无选择地断开的一组电动机,可共用一套隔离电器。隔离电器要能有效地起到隔离作用,在结构上须有明显的断开点且隔离距离满足规定要求.当采用电动机主回路的主开关兼作隔离时,其主开关须符合隔离要求,可采用刀开关加熔断器、负荷开关、刀熔开关、隔离型低压断路器等。若采用一般的电动机保护型断路器(如D 2 20、C 45 A D等)作主开关,则主开关前还应装设隔离器(无载开断)。隔离电器宜装设在控制电器附近或其他便于操作维修的地点(如配电箱或控制箱内),无载开断的隔离电器应防止无关人员随意地开关。
2.接地故障保护。接地故障是指相线对地或与地有关联的外露可导电部分(如设备外壳)的接触短路。它同一般相间短路相比较,其故障电流数值虽然不大,但有可能导致人身触电伤亡事故,后果较严重。所以其保护对策比一般相间短路保护有着特殊的差异。我国过去对接地故障保护认识不够,总认为只要将设备外壳经保护线接地或接零就可以了,而对短路保护电器的动作特性是否满足接地故障保护的要`求不加校验,从而造成人身间接触电事故的发生。
三、变频控制电动机的控制回路应注意的问题
设计中经常碰到需变频控制的电动机．如果变频控制回路设计不当．会出现烧毁变频器的危险。
1.问题一。当变频器前串接触器时．启动电动机的正确顺序应是先接通接触器。再接通变频器：停止电动机的正确顺序应是先断开变频器。再断开接触器。这一点在控制回路设计和PLC编程时尤为重要．否则会造成变频器使用寿命的缩短。图1是一个工程设计中的实例。图中在变频器前设有接触器KM，正常的开、停机是通过SF、SS及HK实现，而电动机的急停是通过HK切断KM实现。电动机的急停违反正确的停车顺序。先断KM会产生d i／d t。造成过电压直接作用于变频器。使变频器承受过电压而损坏。正确的接线见图2。图中的停机方式是将HK串接在变频器的启、停控制环节中。这样无论启动、
停止还是急停电动机。均满足先停变频器的要求。同理在启动电动机时，应先合变频器前的接触器KM．然后再接通变频器的启动接口。图2是通过一个钥匙旋钮SF先闭合接触器KM，然后操作变频器。接触器KM仅在检修变频器时操作。故SF的钥匙正常时被“收缴”，检修时拿出来。
2.问题二。在图3的接法中，当电动机运行于旁路回路时．电流会通过QF、KM 2、KH，将线路电压反向加到变频器输出端，造成变频器承受反向电压而烧毁。正确的接法见图4。当电动机运行于旁路回路时，由于有KM。的隔离作用，不会将电压反向加到变频器的输出端。
4.问题四。控制回路设计还应注意主回路和控制回路的同步问题。当电动机的主回路断电时，控制回路也应该同步断电。防止主回路断电后，控制回路仍带电．当主回路电源恢复时，电机会出现自启动，可能造成对机旁人员的伤害。当控制回路直接引自主回路时，将控制回路接至QF的下侧，见图2。当控制电源不是引自电机的主回路时，应将主回路OF的辅助常开触点串接人控制电源的熔断器FU后。
四、电动机被直接启动时的控制回路设计应注意的几点问题
通过大量实例数据分析，可以得知在直接启动电动机的控制回路时极易因设计问题而导致电机烧毁。因此，应对直接启动电动机的控制回路设计加以注意。具体如下：第一，在电动机控制回路的实际设计中，常常能够见到如图1的错误接线，造成KH无法发挥保护作用。同时，也常常能够见到KM同KH触点错位的设计，特别是在电机正、反转控制回路的设计之中，由于过载保护是正、反转回路共有的，故应将其放在公用部分，正确的做法是放在SA前，如图2所示。
第二，如图2中的正、反转控制回路设计，若对其进行分析可以清楚地看到，在KM与HG并联个数较多时，并联电阻值会被减小，而控制回路的电流则会被加大，此时若不对回路的触电容量进行校验，势必会造成常闭触电的粘连，导致无法停机的问题出现。而若是KH触电发生粘连，还会引发电机烧毁。故而在控制回路的设计中应该根据实际样本，查出接触器与指示灯的电阻值，计算并联电阻阻R Σ，控制回路电流为：I=220RΣ，应小于等于控制回路中触点的额定电流。第三，通过大量数据分析可以得知，对控制回路进行设计时，其信号灯颜色问题是最容易出现混乱的。所以，对控制回路进行设计时应该做好信号灯颜色的设计，例如：在控制回路中：指示灯为红色代表停机，指示灯绿色则代表运行；在中压断路器的控制回路中：指示灯为红色则代表着断路器的合闸位置，指示灯为绿色则代表着断路器的跳闸位置。
五、控制回路的可靠性
为确保电动机正常运行,应把控制回路的可靠性看作是和主回路的可靠性同等重要的。所以电动机控制回路的电源及接线方式应安全可靠、简单适用。
图控制回路接线示例
在TN和T T系统中的控制回路发生接地故障时,保护或控制接点可能被大地短接,使控制失灵或线圈通电,造成电动机不能停车或意外起动。当控制回路接线复杂、线路很长,特别是恶劣环境中装有较多的行程开关和联锁接点时,这个问题就更加突出。采用正确的接线方式,能够避免上述问题。在图中,(a)接线是正确的:当A、B任何一点接地时,控制接点与保护接点均不被短接,甚至A和B两点同时接地时电动机也将因熔断器熔断而停车;(b)接线是错识的:当C、D任一点接地时,控制接点或保护接点被短接,运行中的电动机将不能停车,不工作的电动机将意外起动,这种接线不能采用;(c)接线也是不正确的:当F点接地时,保护接点被短接,热继电器将失去保护作用,电动机运行中过载也不能停车,这种接线也不应采用;(d)接线是有问题的:当G或H一点接地时,仅l1,或L3上的熔断器熔断,线圈接于相电压下,通电的接触器不能可靠释放,不通电的则不排除吸合的可能,从而有可能造成电动机不能停车或意外起动,这种作法只能用于简单的控制回路(如磁力起动器中)。此外,当图中A、B、E、G或H点接地时,相应的熔断器熔断,电动机被迫(A、B、E)或可能(G、H)停止工作。
为确保控制回路的可靠性,可在控制回路中装设隔离变压器,使控制回路与电源地隔离,这样就能避免电动机意外起动或不能停车,而且任何一点接地时,电动机也能继续运行。对可靠性要求高的复杂控制回路,可采用直流电源。直流控制元件较交流控制元件性能可靠,且直流电源独立性强,不受主回路各种事故的干扰,所以更加安全可靠。但直流控制回路宜采用不接地系统,并装设绝缘监察。
参考文献：
[1]杨鹰．低压电动机控制回路设计应注意的几个问题．建筑电气，2013.
[2]王安．低压交流电动机主回路与控制回路设计应注意的几个可题．电工技术，2012．
[3]杨斌，许杰．低压电动机电路设计应注意的问题．电气开关．2012.
论文作者:李东阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：回路论文; 接触器论文; 电动机论文; 电流论文; 变频器论文; 电器论文; 起动器论文; 《电力设备》2017年第27期论文;