低压电动机继电保护简析

李玉玲

摘要：交流低压电动机的继电保护内容比较多，短路保护、过载保护、过电流保护及断相保护等为人们所熟知，而低电压保护、堵转保护、漏电保护以及不平衡保护对多数人来说比较陌生。在此众多保护中，有些是必须的，有些是可选的，这些都需要根据电动机实际使用环境及用途等条件确定。

关键词：电动机、继电保护、短路、过载、断相

前言：电动机是现代工业中应用最广泛的用电设备，而低压交流电动机又占工业用电动机的大多数。如何保证电动机的安全可靠运行涉及多方面的问题，从选型到配电、从继电保护到后台监控，等等。下面就交流低压电动机主要继电保护方面简要分析。

1. 交流电动机的设短路保护和接地故障保护。

交流电动机的短路故障，由于其故障电流最大，不发生则以，一旦发生后果往往非常严重，所以交流电动机的电路保护历来最受人们重视。

根据相关规范要求，低压交流电动机应装设短路保护和接地故障保护，这也是电动最重要的保护。常规的短路保护包括三相短路保护、两相短路保护及单项接地保护等，此处将短路保护与接地故障保护分开来讲，主要是考虑两保护可以分开设置，因为一般三相短路故障及两相短路故障的故障电流要比单相接地故障电流大的多。保护的主要要求如下：

1.1）当选择断路器作为电动机短路保护电器时，电动机主回路应采用电动机保护型低压断路器，断路器的瞬动过电流脱扣器的整定值应为电动机起动电流的2~2.5倍，一般取2.2倍。

1.2）当采用短延时扣器作短路保护时，短延时脱扣器整定电流宜躲过起动电流周期分量最大有效值，延时时间不宜小于0.1s。

1.3）交流电动机的间接接触防护应符合GB50054的有关要求，当电机的短路保护器件满足接地故障的保护要求时，应采用短路保护器件兼做接地故障的保护。

1.4）当采用断路器作为短路保护电器时，线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时动作脱扣器或短延时脱扣器整定电流的1.3倍。

现在工程设计中一般采用断路器的瞬时过电流脱口器作为电动机的短路保护器件，断路器的瞬时动作脱扣器一旦起动，将不会停止，因此在选型及动作电流整定时应特别注意，充分考虑断路器本身的动作允许误差（一般为20%），保证断路器能可靠动作的同时，能够躲过电动机的启动电流，避免误动作。而电动机起动电流的大小，与电动机的起动方式有很大关系，如变频、软起、星三角等均能降低电动机的起动电流，此处就不详细论述。

当采用短路保护兼做接地故障保护时，动作灵敏度应满足规范要求，即线路末端单相接地故障电流应大于断路器短路保护整定值的1.3倍及以上，以保证动作的可靠性。由于一般单相接地短路电流相对较小，且配电电缆长度对线路末端短路电流影响较大，尤其是单相接地短路电流，所以在实际工程中，只有当电动机距离变电所非常近时，才能满足此要求。特别注意的是，此处说的是距离变电所（即变压器），而非距离断路器的安装处，因为短路电流最终流回变压器中性点，以形成短路电流的通路。

当断路器的短路保护不能满足接地故障保护要求时，可采取以下措施等：

1. 采用具有单相接地保护功能的低压断路器；

2. 采用漏电保护且宜动作断路器；

3. 采用电动机型综合保护器；

4. 采用专用的零序电流互感器和电流继电器组成接地保护。

当电动机回路选用综合保护器作为单相接地保护设施时，由于综合保护器同时可实现过载保护、断相保护等，断路器可选单磁电动机型，更为经济，亦可选用热磁型断路器，断路器的过载保护作为后备保护。

2. 电动机的过载保护及堵转保护

在实际生产过程中，电动机过载是比较常见的故障，造成过载常见的原因有：负荷过大、缺相、电压超过允许值、电动机损害等，电动机过载会造成电动机发热量大幅增大、噪音增大、绝缘老化甚至烧毁电机。

连续运行的电动机应尽可能装设过载保护，而运行中易过载的电动机、起动条件困难进而需要限制起动时间的电动机，则必须要装设过载保护装置，此外，爆炸危险环境中可能过载的电动机也必须要装设过载保护装置。正常环境中短时工作或断续工作的电动机可不装设过载保护器件。实际工况中，电动机运行过程中可能出现堵转时，还应装设用于电动机堵转的过载保护。

过载保护应动作于断开电源；当断电比过载造成损失更大时，应使过载动作于信号（如消防水泵、旋转电机的励磁回路、起重电磁铁的供电回路、电流互感器的二次回路等）。

通常采用热过载继电器或过载脱扣器作为过载保护设施，当然也可以采用综合保护器等设备。热过载继电器或过载脱扣器的整定电流应接近但不小于电动机的额定电流，动作时限应躲过电动机正常起动或自起动时间。当采用热继电器作为过载保护器件时，继电器整定电流应躲过电动机的起动电流或者于电动机起动时短接掉。当选择断路器的过载脱扣器作为电动机的过载保护时，脱扣器整定时不仅要考虑躲过起动，还需要根据各断路器厂家的具体规格型号的整定规则，如常规断路器的过载保护脱扣器整定值范围为0.8~1倍的额定电流。

3. 交流电动机的断相保护

实际应用中，在过载烧毁的电动机中，断相故障占很大一部分，所以常规电动机宜装设断相保护，而电动机如果装设在爆炸危险环境中，电动机的断相保护则是必须要装设的。装设断相保护装置后，断相保护装置可在电动机烧毁前切断电源，从而有效保护电动机的安全。

电动机的断相保护可采用热继电器、专用断相保护器及低压电动机综合保护器等。电动机的断相保护应符合下列规定：

3.1）连续运行的电动机，当采用熔断器保护时，应装设断相保护；当采用低压断路器保护时，宜装设断相保护。因为电动机断相时，电流会出现过载，用熔断器作保护时，需要过载电流的热效应将每一相熔断器逐一熔断，反应迟缓，故要另外装设断相保护，对断路器而言，过载保护动作后，将切断三相电源，比熔断器效果好。

3.2）断相保护器件宜采用断相保护热继电器，亦可采用温度保护或专用的断相保护装置。

电动机实际运行中由于熔丝熔断、开关或启动设备接触不良、线路断线等原因，造成电源缺相，电动机成为单相（380V）运行。这时，在工作中的二相线圈的电流将增加为原来的1.73倍，电机则可能因过热而烧毁。

交流电动机采用低压断路器兼做电动机的控制电器时（一般采用接触器作为电动机控制器），可装设断相保护；正常环境中短时工作制或断续周期工作制的电动机可不装设断相保护。

4. 交流电动机的低电压保护

交流电动机的低电压保护于电动机的重要程度密切相关，实际工程中经常为保证重要电动机的再起动的成功率，而对不重要的电动机装设低压保护，保护瞬时跳开断路器等。

工艺或安全条件不允许自起动的一般电动机应装设低压保护，保护的选择还需根据电动机实际情况的不同，分别装设短延时或长延时的低电压保护，短延时一般延时可取0.5~1.5s，长延时一般可取9~20s。

总结

以上几种保护为低压电动继电保护中最为常用的保护，除此外还有欠流、过电压、漏电及不平衡等保护。但不是每种保护都是独立存在，更不是每种保护都需要设置，例如：漏电保护可以解决接地故障的保护问题，同时还可以解决间接接触防护问题，不平衡保护可以从一定程度解决断相问题。

另外，交流电动机的继电保护，不是一个独立的个体，与变压器容量、电缆规格、电缆长度、负载特性等都有密切的关系，设置时应做到全面综合考虑。

现代工业设计中，随着我过电子技术水平的提高，使得低压电机综合保护器的价格越来越平民化，使之在工业中的应用越来越广。而采用了低压综合保护器后，短路保护（包括三相短路及两相短路）仍由断路器实现，其余各种均可以由综合保护器完成，综合保护器选型时应特别注意，综合保护器同时还可以记录保护动作类型，方便后期检修等。在存在微机监控后台系统的厂区，综合保护器可以通过通讯将电动机运行及故障的各项参数传至后台，更有利于企业管理，以实现现代工业自动化。

结束语

交流低压电动机用途最广，用电也最大，所以交流电动机的保护非常重要，而交流电动机的各项保护，应根据实际情况做到具体情况、具体对待，以做到技术合规、经济合理、安全可靠，不能一概而论，更不能为节省投资等原因而“偷工减料”。

参考文献

1、《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

2、《工业与民用供配电设计手册》第四版

3、《低压配电设计规范》GB50054-2011