丧石油化工安全环保技术 蠢 ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＡＦＥＴＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２００８年第２４卷第５期 浅析低压电动机的安全保护 韩佩新 （中国石油大连石化分公司添加剂厂，辽宁大连１１６０３０） 摘要：阐述了电动机保护装置的特性要求和目前市场上常见的几种保护装置的结构、性 能、工作原理和优缺点，并提出了产品研究和发展的方向。 关键词：保护；装置；温度；热敏电阻 电动机是国民经济各部门中广泛使用的动 力设备，其使用量与１３俱增。因此电动机的保 护已日益成为非常突出的问题。大家都知道电 动机在运行过程中会发热，其允许发热特性曲 线如图１。特别是在电动机频繁起动、过载起 动、过载运行等因素下，其发热量都很大，常常 会导致烧毁电动机而导致工作中断。据统计， 电动机的损坏大约有８０％是由于发热原因而造 成的。随着科学技术的发展，很多新型的、技术 过载电流倍数Ｐ 先进、可靠的电动机保护装置不断的被研制出 来，极大的满足了电动机的保护要求。可以说 图１ 电动机允许发热特性曲线 在这个领域内，其研究和发展有着十分重要的 经济意义和广阔的发展前景。 １ 电动机保护特性 我们知道，通电导体会发热，电动机是通过 电动机的保护基本上采取反时限特性，国家 电一磁转换而产生动力的，而电动机的保护从某 标准对一般系统电动机绕阻的保护规定如下： 种意义上来说，就是对电动机进行温度保护。无 １．１过载保护特性（如表１） 论采取什么方式均是对电动机的发热进行控制， 表１过载保护特性 而这种温度保护基本上可以分为间接保护和直接 序号 过电流 动作时间 起始状态 保护两大类。所谓间接保护就是通过对电动机的 整定电流 工作电流变化量进行监视，当一旦超过规定的电 １ １．０５ ２ ｈ不动作 冷态 流范围（也就是说其发热量超过要求）就应切断工 作电源，实现保护功能。其优点是系统简单，配置 ２ １．２ ＜２０ ｍｉｎ 热态 容易，价格经济。直接保护在国内还很少见，只有 ３ １．５ ＜３ ｍｉｎ 热态 在引进的电动机上有所采用，所谓直接保护就是 ４ ６．０ ５ ｓ 冷态 直接监视电动机绕阻的温升状态而进行保护，其 优点是动作可靠、准确、寿命长。 顺便指出，变压器类产品在运行中同样也 存在发热保护问题，也可以分为间接保护和直 收稿日期￣２００７—１２—２８。 作者简介：韩佩新，男，助理工程师。１９９８年毕业于抚 接保护两方面，原理上大同小异，不在另行 顺石油学院，现在中国石油大连石化分公司添加剂厂 叙述。 工作。电话：０４ｔ１—８６６７２１８６ ２００８年第２４卷第５期 毒 韩佩新．浅析低压电动机的安全保护 １．２断相保护特性（如表２） 表２继相保护特性 过电流 序号 整定电流 动作时间 起始状态 任意两相第三相 １ １．Ｏ ０．９ 不动作 冷态 ２ １．１５ ０ ＜２０ ｍｉｎ 热态 ２保护装置的种类和技术分析 ２．１热继电器式 采用热继电器对电动机进行保护是我国最早 采用的保护方式之一。最具代表性的是ＪＲ系列 产品，其可以实现过载和短路保护。有的产品还 具有断相保护功能，这种保护装置是直接连接到 电动机的回路中，利用热双金属片的热弯曲性能 而推动机械传动机构实现保护。 当两种相同尺寸，但热膨胀系数不同的金 属片在升高相同温度条件下，它们的膨胀率是 不同的，如果将这两种金属牢固地复合在一起 以后，在升温时就会使复合金属片发生弯曲。 当一条窄的（一般长宽之比不小于３比１）热双 金属片受热时，便会以一定的半径弯曲成弧形， 这是因为热膨胀系数高的主动层比热膨胀系数 低的被动层伸展的严重。过载保护采用的热继 电器，就是利用热双金属片的这个特性而实现 对电动机的保护。而断相保护也是利用热双金 属片的特性采用差动方式（一相热双金属片不 动，另两相弯曲）而实现保护的。对于短路保 护，因为系统不允许长期承受短路电流，（一般 为ｍｓ级）而热双金属片由于存在着热惯性，其 弯曲速度满足不了要求，所以通常采用电磁系 统实现，即当系统发生短路故障后，在短路电流 的作用下使衔铁吸合，实现瞬动保护。 热继电器式保护的主要优点在于其结构比较 简单，使用方便，成本低，所以应用范围广，应用量 较大。其缺点是整定值不准确，变化大，与电动机 允许发热特性很难保持一致，从而导致不能达到 可靠的保护要求，我国对早年生产的一些热继电 器进行了淘汰就是一个证明。 ２．２电子式保护继电器 电子式保护继电器以其特有的优点大量的被 应用到生产领域内，这无疑标志着我国在电动机 保护方面的重大改革和科技进步。电子式保护继 电器仍然遵循着反时限保护的特性。其主要由两 大部分组成：一是检测部分；二是执行部分。检测 部分通常采用电流互感器，利用其磁滞回路的直 线部分来获取信号。执行部分较为复杂，全部采 用电子元件来工作，其可以分为分立元件式、集成 元件式和分立一集成混合式三种。一般由信号比 较、过电流保护、延时电路、触发电路、执行元件及 电源等部分组成，可以实现对电动机的全部保护 要求。可以这样说，电子式保护继电器是热继电 器的更新换代产品，两者相比电子式保护继电器 的保护功能与灵敏度都占有绝对的优势，其具有 的技术先进，可靠准确，整定值可实现连续调整等 特点，使得保护的电动机即可避免因过电流、断 相、短路、三相不平衡等原因而烧坏电动机，还可 以按照要求任意设定整定值。但是，电子保护式 继电器的缺点在于其技术要求较高，操作安装维 护较复杂，而且易受互感器精度影响，其输入信号 不理想，制造工艺复杂，对元件质量要求较高等。 例如、ＰＭＡＣ８００低压电动机保护测控装置的开发 设计充分考虑到低压电动机运行于３８０Ｖ大接地 电流系统和电动机转子高速旋转的特点，对不同 类型的故障采用不同的序分量电流组合，以确保 继电保护功能实现的可靠性、灵敏性、速动性以及 与进线和厂用低压变保护配合的选择性。对电动 机保护的发展是一个完美的补充。 虽然电子式保护继电器发展历史不长，但由 于它具有寿命长、工作可靠、精度高、动作速度快、 功能强大等热继电器无法比拟的优势，已经成为 电动机保护装置的更新换代品种。 ２．３熔断器式保护装置 熔断器在配电装置中起到保护电路的作用， 熔断器自动断开电路是利用熔体串联在保护电器 中。当电路发生过载、短路时，熔体的温度升高直 至达到熔点时，熔体便开始融化，从而切断电路。 熔断器作为一种保护方式，也基本上遵循反时限 特性。 作为一种传统的保护方式，其以分断能力高， 可靠性好，安装面积小，使用维护简单、方便和价 格低廉等优点，而一直被广泛应用。但其存在的 缺点是离散性大，无法调整，精度低，特性不好，受 鬟 蠢 石油化工安全环保技术 谢 ２００８年第２４卷第５期 环境因素影响大，所以通常用来做短路保护之用。 在三相电路中使用的熔断器在运行中往往会 发生某相熔断器熔断，剩余两相仍正常工作的情 况而造成缺相运行。我们知道，电动机在缺相运 行的条件下会很快烧毁，如果是在缺相运行状态 下起动电动机，也会在很短时间内烧毁电动机。 这是熔断器保护的一个极大缺点和隐患。为此人 们研究出了熔断器监视保护继电器。其作用是监 视熔断器的熔断状况，只要任一相熔断器熔断，都 会使电动机断电而停止工作。 熔断器监视保护继电器基本上分为两种， 一种是机械式，熔断器与保护机构组装在一起， 此种装置要求熔断器一端带有撞针，当任一相 熔断后，其撞针弹出，撞击机构而分断电路。并 且必须在更换熔体之后电路才能正常工作。由 于对熔体的这一特殊要求，所以其容量都不大， 一般不超过６３Ａ。另一种是电子式结构，其把 取样电路并联到三相熔断器两端，当任一相熔 断器的熔体熔断后都会使取样电路输出一个高 信号，并送至执行单元从而完成保护，其适用范 围广，动作可靠。这种装置在国外已经大量应 用，但在国内还很少见到。 ２．４温度保护继电器 所谓温度保护实际上就是直接保护的一种， 其结构是在电动机绕组中预先埋设测温元件（一 般为ＰＴＣ热敏电阻）配合控制设备，对电动机进行 有效的温度保护，ＰＴＣ热敏电阻也称正温度系数 热敏电阻。它的电阻值随温度的升高而增大，属 于非线性变化，当温度达到某一温度时，电阻急剧 增大，而发生突变，其曲线如图２。 ｏ ｆ Ｊ ＼ ， ＼ ＼ ／ 一４Ｏ ０ ４０ ８０ １２Ｏ温度／℃ 图２电阻随温度变化的曲线图 温度保护就是利用了热敏电阻的这一特性， 当电动机的绕组温度达到规定值时，热敏电阻的 阻值发生突变，呈很高的阻性，其保护装置获得此 信号，进行处理后，通过控制设备使电动机停止工 作，实现保护。其原理框图如图３。 图３温度保护过电流原理图 由此可见，直接监视温度来实现对电动机 的保护是一种极可靠、准确的方式。其缺点是 热敏电阻的安装工艺复杂，涉及范围广。但是 温度保护在国外许多国家，特别是发达国家，已 被广泛的应用并日趋完善。它是电气控制的一 个必不可少的组成部分。不但使电动机寿命得 到延长，而且运行系统也得到了有效的保护。 在我国采用温度控制技术仅仅是刚刚起步， 处于推广阶段。不过随着技术的发展，用户的增 加，温度保护技术一定会以低廉的价格，简单的系 统结构，可靠的保护特性等优点而获得长足的 发展 ３结语 目前，我国在电动机的保护方式上经常在 一个回路中采取双重保护措施，即采用热继电 器加熔断器保护或电子式继电器加熔断器保护 方式。其道理无非就是提高保护的可靠性。由 此可见，熔断器做为一种保护方式，还是十分重 要的，尤其在后备保护方面，还有着无法比拟的 优越性。在此，还应顺便指出，尽管热继电器存 在着很多不足之处，但如今由于其自身技术的 不断发展，仍然以其独特的优势继续存在，并不 断发展。 除上述介绍的四种保护方式以外。随着电子 计算机和微电子技术在工业中的应用，今后还会 出现更先进，可靠的保护方式，使电动机保护技术 更加完善，精确、可靠。而伴随着工业、农业、军工 等行业的飞速发展，我们相信在电气拖动系统上， 电动机保护也同样是控制领域内的一个重要环 节，也一定会获得巨大的进步。
