摘要:電動機燒毀是每一個生產(chǎn)企業(yè)都無法回避的現(xiàn)象，怎樣加強電動機保護(hù)，使生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定，減少企業(yè)非正常停機時間。電動機保護(hù)成為電氣技術(shù)人員一個重關(guān)課題。因此，該文從小廟嶺選礦公司機電事故進(jìn)行分析，通過對公司部分電動機保護(hù)研究改造，發(fā)現(xiàn)熱繼電器從經(jīng)濟和安全價值上應(yīng)該退出大中型電動機保護(hù)的序列，希望可以給大家予以借鑒。
關(guān)鍵詞：電動機保護(hù) 熱繼電器 智能控制器
一、引言
筆者在實際電氣維修過程中發(fā)現(xiàn)，龍宇鉬業(yè)小廟嶺選礦公司生活水泵房購買的75 kW生活水泵成套柜子采用QB4軟啟動器進(jìn)行啟動，啟動過程中采用QB4軟啟動器控制保護(hù)，啟動后由200/5電流互感器提供電流信號由熱繼電器提供過電流保護(hù)。在運行過程中并未出現(xiàn)什么故障。但是在近期一次巡檢過程中，檢修人員發(fā)現(xiàn)生活水泵房水泵在運行過程中有一相電流無顯示，通過檢査發(fā)現(xiàn)電流互感器有一相擊穿造成短路引起無電流信號。通過此次維修引起我們深思，如果是缺相故障那么熱繼電器是不是同樣提供不了保護(hù)，熱繼電器對于互感器引入的電流信號，是否可以滿足熱繼電器對于電動機保護(hù)？希望可以通過此次的熱繼電器對大中型電動機保護(hù)的研究，對大家得以提示和探討。
二、熱繼電器對電動機保護(hù)的探討
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機作為將電能轉(zhuǎn)化為機械能的重要設(shè)備，成為絕大多數(shù)動力機械的基礎(chǔ)。隨著礦山行業(yè)不斷集團(tuán)化，規(guī)模化，加之行業(yè)本身的特點就是大通量、滿負(fù)荷的連續(xù)運轉(zhuǎn)，大功率電動機使用比較多，然而相應(yīng)的大中型電動機保護(hù)成為比較重要的環(huán)節(jié)，生產(chǎn)對電機設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性要求較高，一旦發(fā)生電機事故，就意味著直接損失和間接影響生產(chǎn)的損失。
在電機出現(xiàn)過流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、過壓、欠壓、三相不平衡、過熱等等故障的初期，直接的表現(xiàn)就是反映在電流的變化上，我們從電動機額定電流的定義上分析，即電動機在允許溫升下的大電流。電流升高如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理，就會造成線圈過熱引起繞組老化，Q=I²RT,Q熱功率，I電流，R為電動機線圈電阻，T為時間，從上式中可以看到電動機發(fā)熱定子線圈阻值升高，熱功率會升高，但是電阻加大引起電流升高，熱功率會隨著電流的平方加大，這也就是為什么電動機堵轉(zhuǎn)溫升為什么迅速加大的原因。定子繞組絕緣值就像河床堤壩一樣沖擊到一定程度就會引起電動機繞組相間短路或接地或者斷路等故障。所以對于電動機保護(hù)重要的就是電動機繞組電流上的變化的控制和實時采集監(jiān)控。
我們通常采用的熱繼電器的主要作用就是保護(hù)電動機或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)，其具有反時限的保護(hù)特性。是串聯(lián)在電動機主回路上依靠定子繞組電流通過發(fā)熱元件(即雙金屬片)時所產(chǎn)生的熱量，使雙金屬片受熱彎曲而推動機構(gòu)動作通斷輔助觸點的一種電器。以前熱繼電器廠家注重通過改進(jìn)雙金屬合金動片成份來提高繼電器保護(hù)性能，推桿與開關(guān)斷電位置之間間距值的設(shè)置通過旋鈕簡單設(shè)置，現(xiàn)場安裝保護(hù)都是電工師傅憑經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)該是沒有一個準(zhǔn)確的量化。設(shè)備環(huán)境溫度的變化對熱繼電器影響還是有一定的影響，相信沒有人會根據(jù)環(huán)境溫度對熱繼電器進(jìn)行調(diào)整保護(hù)定值。因為現(xiàn)代企業(yè)電氣設(shè)備都是DCS控制，熱繼電器也很難融入現(xiàn)場控制當(dāng)中，現(xiàn)場操作人員以及主控室基本上無法實時監(jiān)測電動機運行情況。
根據(jù)在廠里的調(diào)査基本上電動機采用的是ARD智能控制器進(jìn)行控制保護(hù)，高壓電動機采用微機保護(hù)測控裝置保護(hù)。而單位新近的成套設(shè)備的75 kW及以上電動機采用的都是利用電流互感器二次回路串接熱繼電器進(jìn)行保護(hù)，包括250 kW鄂式破碎機電氣保護(hù)回路。大中型電動機的維修價格不菲，維修周期長，同樣因為電動機體積重量大，檢修更換時間比較長所引起的停機時間，造成的生產(chǎn)損失更是無法估計。
所以感覺對于大中型電動機的保護(hù)熱繼電器已無法滿足，應(yīng)該退出保護(hù)序列。我們査看現(xiàn)在市面上的智能電機保護(hù)控制器，國產(chǎn)智能保護(hù)器結(jié)合了現(xiàn)代科技的計算機技術(shù)，控制技術(shù)，通訊技術(shù)及顯示技術(shù)，集成了電動機的多種起動控制方案，監(jiān)視電動機的啟動運行以及故障異常時電動機的電參數(shù)。通過對電動機電流實時采集，進(jìn)行模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換，充分利用微處理器的數(shù)字量快速處理能力，結(jié)合具體的電動機額定參數(shù)和用戶整定的時間以及限值參數(shù)對電動機是否異常和故障類別進(jìn)行正確判斷和區(qū)別處理確保電動機的安全運行，可通過中文液晶顯示，發(fā)光指示，4~20ma信號輸出，RS485通訊等多種形式告知用戶。控制室操作人員可在后臺微機上，現(xiàn)場操作人員在工作現(xiàn)場完成所有保護(hù)器的各種保護(hù)數(shù)據(jù)的監(jiān)測。同時，在線監(jiān)測電機的運行負(fù)載和供電電源的質(zhì)量，為及早發(fā)現(xiàn)機械設(shè)備過載和接地故障等，創(chuàng)造了條件。為保證工藝系統(tǒng)的安全生產(chǎn)、減少事故停車，提供了可靠依據(jù)。
三、安科瑞ARD3電動機保護(hù)器
3.1、ARD3電動機保護(hù)器的介紹
ARD3智能型電動機保護(hù)器（以下簡稱ARD3），適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機。產(chǎn)品體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動化水平。
ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護(hù)單元，有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領(lǐng)域。詳見圖1-圖2。
圖1智能電動機保護(hù)器動作示意圖
圖2過載特性曲線圖
安科瑞ARD3系列電動機保護(hù)器的功能如下：
（1）輔助電源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。
（2）測量功能分為基本測量(電流參數(shù))和增選測量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。
（3）具有起動超時、過載、堵轉(zhuǎn)、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、
（4）過壓、欠壓、欠功率、過功率、tE時間等電動機綜合保護(hù)功能。
（5）9路DI無源干節(jié)點輸入，信號電源采用內(nèi)置DC24V電源。
（6）5路DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，軟起動等多種起動方式，通過通訊總線可實現(xiàn)。
3.2、電動機保護(hù)器的選型
型號 功能 | ARD2 | ARD2L | ARD2F | ARD3 | ARD3T | ||
應(yīng)用場合 | 低壓0.4kv-1.14kv電動機保護(hù) | ||||||
保護(hù)功能 | 起動超時 | √ | √ | √ | √ | √ | |
過載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
欠載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
短路 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
阻塞 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
堵轉(zhuǎn) | √ | √ | √ | √ | √ | ||
不平衡 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
反饋超時 |
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| √ | ||
外部故障 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
模塊結(jié)構(gòu)故障 |
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| √ | ||
內(nèi)部故障 |
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| √ | ||
過壓 |
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欠壓 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
斷相 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
相序 |
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過功率 |
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| ■ | ■ |
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欠功率 |
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tE時間 |
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主體溫度保護(hù) |
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主體溫度傳感器故障 |
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| √ | ||
模塊溫度保護(hù) |
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模塊溫度傳感器故障 |
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| ■ | ||
報警 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
失壓重起（抗晃電） |
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4-20mA輸入保護(hù) |
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剩余電流 （選一種） | 接地 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
通訊功能 | Modbus_RTU | ■ | ■ | ■ | ■ | √ | |
雙Modbus_RTU |
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| ■ | ■ | ■ | ||
Profibus_DP |
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DeviceNet |
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| ■ | ■ |
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開關(guān)量輸入 | 2路 | ■ | ■ |
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6路 |
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8路 |
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| 4路標(biāo)配4路選配 | ||
9路 |
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| ■ | √ |
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繼電器輸出 | 4路 | 2路標(biāo)配 2路選配 |
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5路 |
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| 2路標(biāo)配 3路選配 | √ |
| ||
6路 |
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| ||
7路 |
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| 4路標(biāo)配3路選配 | ||
液位信號輸入 | 浮球式液位傳感器輸入 |
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干簧式液位傳感器輸入 |
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液位變送輸入 |
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起動控制 |
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| ■ | √ | √ | ||
4-20mA模擬量輸出 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
事件記錄 | 8條事件記錄 | ■ | ■ |
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| √ | |
20條事件記錄 |
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| ■ | ■ |
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運行信息記錄 |
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| √ | √ | √ | ||
邏輯功能 | 定時器 |
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| √ | |
計數(shù)器 |
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| √ | ||
真值表 |
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| √ | ||
參數(shù)測量 | 三相電流 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電流 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
三相電壓 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
功率、功率因數(shù) |
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| ■ | ■ | ■ | ||
頻率 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
電能 |
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| ■ | ■ | ||
PTC/NTC |
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| ■ | ■ | √ | ||
4-20mA輸入 |
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| ■ | ||
測溫模塊 |
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| ■ | ||
液位高度 |
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界面顯示 | LED數(shù)碼管顯示 | √ |
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LCD液晶顯示 |
| √ | ■ | ■ | ■ | ||
說明：“√”表示具備“■”表示可選
四、結(jié)束語
對于電動機保護(hù)隨著科技的發(fā)展不斷地完善，以前我們對于大型高壓電動機的保護(hù)都是采用的微機保護(hù)測控裝置，因為高壓電機維護(hù)價格高，所以保護(hù)器也舍得用高價格的設(shè)備，保護(hù)比較完善。隨著我國科學(xué)技術(shù)的日新月異,，電子產(chǎn)品價格都在降低。反觀現(xiàn)在變頻器接觸器化的概念提出，數(shù)字智能型控制器也將隨著科技的發(fā)展價格逐漸降低。電動機保護(hù)器以其優(yōu)良的保護(hù)特性，友好的通訊界面，靈活的接線方式將逐步取代熔斷器和熱繼電器保護(hù)。
參考文獻(xiàn)
【1】王志勝.熱繼電器退出大中型電動機保護(hù)序列的探討與研究
【2】陳德桂.智能電網(wǎng)與低壓電器智能化的發(fā)展[J].低壓電器，2010（5）：1-6,48.【3】安科瑞工業(yè)用0.4KV測控類保護(hù)產(chǎn)品選型手冊2018.7
【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用手冊.2019.11版
