浅析低压电动机保护断路器的选型

浅析低压电动机保护断路器的选型

李浩

中铁第六勘察设计院集团有限公司

摘要：本文从电动机保护断路器的类型及特点、鼠笼式异步电动机的起动特性、电动机保护断路器脱扣曲线以及电动机保护断路器等几个方面来分析，为断路器选型和保护整定提供参考。

关键词：电动机保护；断路器；整定值

引言

现阶段电动机运行工况复杂，配电保护繁琐。断路器避免误动，准确切除故障是选型的重中之重。本文从电动机保护断路器的类型及特点、鼠笼式异步电动机的起动特性、断路器脱扣曲线分析等几个方面结合实际案例，为断路器选型提供一种简易计算方法。

1电动机保护断路器的类型及特点

1.1电动机保护断路器有两大类：

第一类，兼具过载保护和短路保护功能，脱扣器类型为热磁式和电子式。 第二类，只具有短路保护功能，短路保护元器件为磁脱扣线圈，也称单磁保护。

1.2电动机保护断路器有两大特点：

第一个特点，除了遵循GB 14048.2-2008外，过载保护的反时限特性必须满足GB 14048.4-2010标准的要求，即约定不脱扣电流和约定约定脱扣电流对应的时间，还需要满足过载继电器的脱扣级别要求。配电断路器过载保护曲线遵循的是GB 14048.2-2008标准中反时限断开特性。

第二个特点是磁保护或瞬时保护整定值相对配电型断路器高，一般12~15In甚至更高，目的是为了躲过电动机起动时在第一个半波出现的接通电流峰值，避免磁保护误动作；配电型断路器的瞬时整定一般为10In。

2鼠笼式异步电动机的起动特性

断路器的保护特性需要与电动机的工作特性相匹配。如图1所示左侧曲线为鼠笼式电动机起动特性曲线，电机起动电流通常为4~8.4In，峰值发生在第一个半波，在第二、第三周波内急剧衰减。右侧反时限脱扣曲线为保护电器过载保护曲线。从图可知反时限脱扣曲线需保持在电动机正常运行电流和起动电流的上方，磁保护或瞬时保护整定值Irm＞I"d。

 In为电动机额定电流（有效值）

 Id为电动机起动电流（有效值）

I"d为接通电流峰值（峰值）

图1 断路器与电动机特性曲线对比

3电动机保护断路器脱扣曲线分析

3.1热磁式电动机保护断路器

以额定电流23A断路器为例，热脱扣范围为17~23A，磁脱扣电流为327A±20%。查其样本反时限曲线，当电流低于262（327*80%）时，断路器热脱扣，动作时间范围落在最大和最小脱扣时间曲线之间；当电流大于392A时断路器磁脱扣，脱扣时间20ms；当故障电流介于327A的-20%与+20%之间时，断路器有可能磁脱扣动作，也有可能热脱扣动作，时间范围为20ms~1.5s之间（327A）。

3.2电子式电动机保护断路器

以额定电流为220A断路器为例，长延时保护设定值Ir范围为100A~220A。脱扣等级可选择5、10、20级。短延时保护可用于躲过电动机接通电流峰值，电流整定范围为（5~13）Ir，电流精度±15%。瞬时保护设定值固定为15倍Ir，当电流超过短路瞬时保护设定值Ii+15%，断路器立即动作。

3.3D型微型断路器

其瞬时脱扣电流范围为10In~20In。由于D型微断的瞬时脱扣电流门槛值比较高，可以躲过电动机起动瞬间的接通电流峰值，所以常被用于保护电动机，但其过载保护曲线是以标准GB 10963.1而不是GB14048.4验证的，所以不能为电动机提供有效的过载保护。以施耐德C60-40 D型微断为例，标准GB10963.1要求电流在1.13In时断路器2小时内不脱扣，1.45In时断路器在2小时内脱扣，相对于GB14048.4中1.0In（2小时不脱扣）和1.2In（2小时内脱扣），其在电动机过载时切断时间过长，导致电机温升加剧、损坏绝缘。当电流为1.5In时其动作时间为40~500s之间，而GB14048.4要求1.5In情况下过载的动作时间为2min（10A级）和4min（10级），微断的动作时间偏长；此外在7.2In电流下微断的动作时间范围在1.2~4.8s之间，对于电动机起动时间不长的场合微断不会误动作，但对于过载保护脱扣级别要求为10级（4＜Tp≤10）的场合，微断的热保护可能误动作。

4实际案例分析

某项目低压系统配置了一台容量Sn为1250kVA，阻抗电压百分比Uk为4%的变压器，负载侧有1台额定电压380V的YX3系列鼠笼式异步电动机，功率Pm为15kW，效率η为95%，功率因数cosφ为0.85，电动机直接起动，由于电动机离变压器距离很近，可以忽略电缆对短路电流的影响。

步骤一：估算预期短路电流，详见公式1-1。用于选择断路器短路分断能力。

                             1-1

步骤二：计算电动机额定电流（有效值），详见公式1-2。用于选择断路器额定电流和过载保护整定电流。

                      1-2

步骤三：查询电动机样本，其启动电流为额定电流的8倍，即224A。

步骤四：估算电动机接通电流峰值（峰值），详见公式1-3。其有效值为317A。用于避免起动过程中瞬时保护或磁保护误动作。

                                        1-3

步骤四：选择电动机保护断路器

a）热磁断路器：以施耐德断路器GV2ME32C为例，其短路分断能力为100kA(增加限流模块GV1L3) 大于Ik，热脱扣整定范围24~32A，磁脱扣电流416±20%，最小脱扣电流值332A大于电动机的接通电流317A(有效值)，可以满足保护要求。

b）电子断路器：以施耐德断路NSX100N-Micrologic2.2-M为例，短路分断能力为50kA(大于Ik)，额定电流In选择50A，长延时保护Ir整定范围为25~50A，选择最接近电动机额定电流28A的一档30A，短延时保护整定电流Isd最大为12倍Ir（360A）,延时时间20-60ms之间，瞬动保护脱扣电流设定值为Ii固定的750A（15In），都可以躲过电动机接通电流峰值，可以满足保护要求。

C）单磁断路器+热继电器：以施耐德断路NS80HMA50为例，短路分断能力70kA(大于Ik)，50A为磁脱扣器额定电流，瞬动保护整定电流选7In（350A）,可以躲过电动机接通电流峰值。过载保护以施耐德断LRD3353热继电器为例，保护整定范围23~32A，可将热保护脱扣电流整定在29A，接近但不小于电动机额定电流，满足保护要求。

结束语

综上所述，电动机保护断路器的过载保护特性需满足GB14048.4 接触器和电动机起动器标准中过载继电器脱扣级别要求，过载保护特性与热继电器一致，在满足短路分断能力和切断短路电流可靠性的同时避免起动过程中瞬时保护或磁保护误动作、是电动机保护断路器的选型要点。

参考文献

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