談談電機保護器在鋼鐵廠應用
發(fā)布時間：2022-03-23 19:46
電動機是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中應用最廣范、最重要的設備，只有電動機的正常運轉(zhuǎn)才可保證生產(chǎn)設備連續(xù)順行。電動機所帶負載種類繁多，如何保證正常運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。
一、電動機的故障形式及保護原理
電動機由于種種原因，其故障形式可分為機械和電氣兩方面：
1.機械方面有掃堂、振動、軸承過熱等。
2.電氣方面主要有長時間過負荷運轉(zhuǎn)，繞組絕緣老化損壞，繞組匝間短路及對地短路；電網(wǎng)質(zhì)量差，電壓波動大；電動機斷相運行；電機堵轉(zhuǎn)；大型電機冷卻系統(tǒng)故障等。
電動機發(fā)生對稱故障及不對稱故障時，電動機三相電流都會發(fā)生變化，超過電動機的額定電流，因此可根據(jù)這一特性來對電機進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值，電源欠壓運行電流上升比例將等于電壓下降的比例。針對以上情況，電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測，根據(jù)電流不同性質(zhì)來確定不同保護方式，從而對電機加以斷電保護。
二、電機保護器的類型及應用
1.目前我國采用的電動機保護主要有熱繼電器、電磁式電流繼電器、電子式電機保護器，酸菜魚。熱繼電器利用雙金屬片熱效應原理，當電流流過它時產(chǎn)生熱量，當電流超過整定值一定倍數(shù)時啟動脫扣裝置切斷主回路達到保護目的。在保護電動機過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點，但其功能少，無斷相保護，電動機發(fā)生掃堂、堵轉(zhuǎn)、長期過載、頻繁啟動等故障起不到保護作用，熱繼電器的動作曲線和電動機實際保護曲線不一致，失去保護作用。且重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，誤差較大、易受環(huán)境溫度影響誤動作，耗材多、性能指標落后等缺陷。電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護功能，有的還有缺相保護，過載保護具有反時限特性，但其結(jié)構(gòu)復雜，機械制造精度高，價格高且體積龐大，目前已被淘汰。電子式電機保護器通過檢測三相電流值和整定值，采用電位器旋鈕或撥碼開關(guān)操作來實現(xiàn)對電動機的保護，電路一般采用模擬式，具有反時限和定時限工作特性。
2.隨著社會的發(fā)展，人們對電動機保護的要求也越來越高，希望電機保護器的功能多樣化，性能可靠，維護簡單，體積要小。傳統(tǒng)產(chǎn)品正被一些更先進的技術(shù)產(chǎn)品所取代，智能型電機保護器能實現(xiàn)電動機智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設定，采用液晶屏作為顯示窗口，能夠支持多種通訊協(xié)議。
三、智能電機保護器應用及原理
本溪鋼鐵集團煉鐵廠新建360m2燒結(jié)機工程對輥破碎機、四輥破碎機、冷礦振動篩等重載設備選用SJD550系列低壓電機保護器，該保護器適用于額定電壓為AC380V的三相交流異步電動機。保護器安裝在MNS抽屜式低壓配電柜中，采用分體式結(jié)構(gòu)，將表頭嵌入開關(guān)柜抽屜面板上，方便隨時調(diào)整、設定參數(shù)和顯示、監(jiān)控，同時數(shù)字化顯示面板也增添柜體美觀性，使設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，方便巡視和維護。使用時按照電機控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量值范圍即可。分體式電機保護器，使主回路的一次電纜直接穿過電機保護器的電流互感器，即可實現(xiàn)對電動機的控制和保護。（如：圖1）
控制回路工作過程（如：圖2），合上開關(guān)QL，選擇工作位，合上安全開關(guān)SSE，SLS開關(guān)選擇手動或自動，按下現(xiàn)場啟動按鈕SF或由控制室發(fā)出啟動指令KQ閉合，接觸器線圈KM1、KM2得電，主回路接通電動機運轉(zhuǎn)，設備啟動。電機保護器進入運行狀態(tài)，此時電動機如果出現(xiàn)故障，經(jīng)（圖1）檢測回路檢測，控制回路電動機保護器保護接點（103-105或105-107）動作，使控制回路失電，接觸器線圈KM1、KM2斷電，電動機主回路失電達到保護電機的目的。并且顯示面板上的故障燈亮，發(fā)出報警信號，生產(chǎn)廠可根據(jù)實際需要通過故障輸出點（圖1：901-911）或通訊接口將故障信息上傳至主控制室計算機，電機保護器保持故障狀態(tài)，直到維護人員查明故障原因，才可手動按顯示面板上的故障復位鍵進行復位，電機保護器還可以保存故障信息，以備查詢。
四、智能電機保護器具備功能
1.啟動超時保護：從啟動到電動機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的時間，考慮裕度一般整定為電機實際啟動時間的1.2倍。采用定時限，電機啟動過程中，超過設定的啟動時間后，三相平均電流≥1.2倍的額定電流或三相平均電流≤10%的額定電流，啟動超時保護立即動作。
2過載保護：電動機長期運行在額定電流以上，造成電動機過熱和絕緣降低從而燒壞電機。過載保護提供反時限保護曲線對電動機進行保護。
SJD550電機保護器具有12（表1）個不同的過載曲線可供選擇，用戶可根據(jù)電動機過載保護級別對K系數(shù)進行選擇。對應關(guān)系（如圖：3）
當三相電流平均值>1.05Ie，保護按照特性曲線延時動作，三相電流平均值≤1.05Ie時，過載保護不動作。
3.過流堵轉(zhuǎn)保護：適用于負荷過大或自身機械原因，造成電機軸被卡住的故障電流很大的保護。動作整定值范圍為100%Ie～600%Ie，設定是依據(jù)電動機制造廠提供的最大允許堵轉(zhuǎn)電流值設定。
4.斷相保護：斷相故障對電動機危害較大，如果控制器檢測到斷相發(fā)生，斷相保護延時動作。采用定時限保護，延時時間為0.02s～5s。
5.電流不平衡保護：不平衡的三相供電電壓也是導致電動機熱損壞的主要原因，如果三相不平衡率≥1.1倍不平衡整定值至延時時間結(jié)束，保護可靠動作，采用定時限保護。
6.短路保護：電動機相間短路和繞組匝間短路燒毀電機，當故障電流大于設定的接觸器允許分斷電流時，將接觸器斷開。如果任一相電流≥1.05倍整定值，短路保護動作。
此外，電機保護器還具備接地保護、漏電保護、欠壓保護等功能，可根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行設定，可擴展測量漏電電流、電壓、功率、電度等基本電參數(shù)，提供1路4-20MA模擬量輸出功能，支持手持式編程模塊接口，便于現(xiàn)場讀數(shù)和整定，通信協(xié)議可選Modbus-RTU、Profibus-DP。
五、結(jié)語
電機保護器是用電系統(tǒng)的重要器件，選用電機保護器既能使電動機充分發(fā)揮過載能力，又免于損壞，可以提高工藝控制的準確性、科學性，降低事故率，而且還能提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平，保證電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。現(xiàn)今電機保護器已朝著多元化發(fā)展，這就需要我們在選型上充分考慮電動機的保護需求，能夠及時、準確判斷故障，根據(jù)負載類型、使用環(huán)境、設備重要程度合理選擇保護功能和保護方式，力求經(jīng)濟合理。實現(xiàn)對電動機的良好保護，減少非計劃停車，降低事故損失。
參考文獻：
[1] 劉順田.淺談低壓電動機保護器[J].純堿工業(yè)，2008.
[2] 張風平，劉輝.淺談低壓電動機保護器的應用[J].化學工程與裝備，2011.
一、電動機的故障形式及保護原理
電動機由于種種原因，其故障形式可分為機械和電氣兩方面：
1.機械方面有掃堂、振動、軸承過熱等。
2.電氣方面主要有長時間過負荷運轉(zhuǎn)，繞組絕緣老化損壞，繞組匝間短路及對地短路；電網(wǎng)質(zhì)量差，電壓波動大；電動機斷相運行；電機堵轉(zhuǎn)；大型電機冷卻系統(tǒng)故障等。
電動機發(fā)生對稱故障及不對稱故障時，電動機三相電流都會發(fā)生變化，超過電動機的額定電流，因此可根據(jù)這一特性來對電機進行保護。電機過載、斷相、欠壓都會造成繞組電流超過額定值，電源欠壓運行電流上升比例將等于電壓下降的比例。針對以上情況，電動機保護器可通過對三相運行電流進行檢測，根據(jù)電流不同性質(zhì)來確定不同保護方式，從而對電機加以斷電保護。
二、電機保護器的類型及應用
1.目前我國采用的電動機保護主要有熱繼電器、電磁式電流繼電器、電子式電機保護器，酸菜魚。熱繼電器利用雙金屬片熱效應原理，當電流流過它時產(chǎn)生熱量，當電流超過整定值一定倍數(shù)時啟動脫扣裝置切斷主回路達到保護目的。在保護電動機過載方面具有反時限性能和結(jié)構(gòu)簡單的特點，但其功能少，無斷相保護，電動機發(fā)生掃堂、堵轉(zhuǎn)、長期過載、頻繁啟動等故障起不到保護作用，熱繼電器的動作曲線和電動機實際保護曲線不一致，失去保護作用。且重復性能差，大電流過載或短路故障后不能再次使用，誤差較大、易受環(huán)境溫度影響誤動作，耗材多、性能指標落后等缺陷。電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護功能，有的還有缺相保護，過載保護具有反時限特性，但其結(jié)構(gòu)復雜，機械制造精度高，價格高且體積龐大，目前已被淘汰。電子式電機保護器通過檢測三相電流值和整定值，采用電位器旋鈕或撥碼開關(guān)操作來實現(xiàn)對電動機的保護，電路一般采用模擬式，具有反時限和定時限工作特性。
2.隨著社會的發(fā)展，人們對電動機保護的要求也越來越高，希望電機保護器的功能多樣化，性能可靠，維護簡單，體積要小。傳統(tǒng)產(chǎn)品正被一些更先進的技術(shù)產(chǎn)品所取代，智能型電機保護器能實現(xiàn)電動機智能化綜合保護，集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設定，通過操作面板按鈕來操作，用戶可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各種參數(shù)修正設定，采用液晶屏作為顯示窗口，能夠支持多種通訊協(xié)議。
三、智能電機保護器應用及原理
本溪鋼鐵集團煉鐵廠新建360m2燒結(jié)機工程對輥破碎機、四輥破碎機、冷礦振動篩等重載設備選用SJD550系列低壓電機保護器，該保護器適用于額定電壓為AC380V的三相交流異步電動機。保護器安裝在MNS抽屜式低壓配電柜中，采用分體式結(jié)構(gòu)，將表頭嵌入開關(guān)柜抽屜面板上，方便隨時調(diào)整、設定參數(shù)和顯示、監(jiān)控，同時數(shù)字化顯示面板也增添柜體美觀性，使設備運行情況及故障狀態(tài)一目了然，方便巡視和維護。使用時按照電機控制回路工作電壓及負載的額定電流選用相應的量值范圍即可。分體式電機保護器，使主回路的一次電纜直接穿過電機保護器的電流互感器，即可實現(xiàn)對電動機的控制和保護。（如：圖1）
控制回路工作過程（如：圖2），合上開關(guān)QL，選擇工作位，合上安全開關(guān)SSE，SLS開關(guān)選擇手動或自動，按下現(xiàn)場啟動按鈕SF或由控制室發(fā)出啟動指令KQ閉合，接觸器線圈KM1、KM2得電，主回路接通電動機運轉(zhuǎn)，設備啟動。電機保護器進入運行狀態(tài)，此時電動機如果出現(xiàn)故障，經(jīng)（圖1）檢測回路檢測，控制回路電動機保護器保護接點（103-105或105-107）動作，使控制回路失電，接觸器線圈KM1、KM2斷電，電動機主回路失電達到保護電機的目的。并且顯示面板上的故障燈亮，發(fā)出報警信號，生產(chǎn)廠可根據(jù)實際需要通過故障輸出點（圖1：901-911）或通訊接口將故障信息上傳至主控制室計算機，電機保護器保持故障狀態(tài)，直到維護人員查明故障原因，才可手動按顯示面板上的故障復位鍵進行復位，電機保護器還可以保存故障信息，以備查詢。
四、智能電機保護器具備功能
1.啟動超時保護：從啟動到電動機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的時間，考慮裕度一般整定為電機實際啟動時間的1.2倍。采用定時限，電機啟動過程中，超過設定的啟動時間后，三相平均電流≥1.2倍的額定電流或三相平均電流≤10%的額定電流，啟動超時保護立即動作。
2過載保護：電動機長期運行在額定電流以上，造成電動機過熱和絕緣降低從而燒壞電機。過載保護提供反時限保護曲線對電動機進行保護。
SJD550電機保護器具有12（表1）個不同的過載曲線可供選擇，用戶可根據(jù)電動機過載保護級別對K系數(shù)進行選擇。對應關(guān)系（如圖：3）
當三相電流平均值>1.05Ie，保護按照特性曲線延時動作，三相電流平均值≤1.05Ie時，過載保護不動作。
3.過流堵轉(zhuǎn)保護：適用于負荷過大或自身機械原因，造成電機軸被卡住的故障電流很大的保護。動作整定值范圍為100%Ie～600%Ie，設定是依據(jù)電動機制造廠提供的最大允許堵轉(zhuǎn)電流值設定。
4.斷相保護：斷相故障對電動機危害較大，如果控制器檢測到斷相發(fā)生，斷相保護延時動作。采用定時限保護，延時時間為0.02s～5s。
5.電流不平衡保護：不平衡的三相供電電壓也是導致電動機熱損壞的主要原因，如果三相不平衡率≥1.1倍不平衡整定值至延時時間結(jié)束，保護可靠動作，采用定時限保護。
6.短路保護：電動機相間短路和繞組匝間短路燒毀電機，當故障電流大于設定的接觸器允許分斷電流時，將接觸器斷開。如果任一相電流≥1.05倍整定值，短路保護動作。
此外，電機保護器還具備接地保護、漏電保護、欠壓保護等功能，可根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行設定，可擴展測量漏電電流、電壓、功率、電度等基本電參數(shù)，提供1路4-20MA模擬量輸出功能，支持手持式編程模塊接口，便于現(xiàn)場讀數(shù)和整定，通信協(xié)議可選Modbus-RTU、Profibus-DP。
五、結(jié)語
電機保護器是用電系統(tǒng)的重要器件，選用電機保護器既能使電動機充分發(fā)揮過載能力，又免于損壞，可以提高工藝控制的準確性、科學性，降低事故率，而且還能提高電氣控制系統(tǒng)的自動化水平，保證電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。現(xiàn)今電機保護器已朝著多元化發(fā)展，這就需要我們在選型上充分考慮電動機的保護需求，能夠及時、準確判斷故障，根據(jù)負載類型、使用環(huán)境、設備重要程度合理選擇保護功能和保護方式，力求經(jīng)濟合理。實現(xiàn)對電動機的良好保護，減少非計劃停車，降低事故損失。
參考文獻：
[1] 劉順田.淺談低壓電動機保護器[J].純堿工業(yè)，2008.
[2] 張風平，劉輝.淺談低壓電動機保護器的應用[J].化學工程與裝備，2011.
下一篇：電機安全使用之電機保護器時代