劉月英， 李良勝

(深圳市市政設計研究院有限公司，深圳518029)

0 引言

市政建筑工程電動機配電主回路元件一般由斷路器、接觸器和熱繼電器三部分組成。 此時斷路器主要起短路保護作用，其短延時和瞬時過電流脫扣器整定，主要取決于電動機起動過程中產生的沖擊電流。 而沖擊電流又受電動機起動方式、起動電流和電動機種類等多種因素約束，因此在工程設計中，斷路器短路整定是一個較為復雜的技術問題。本文特就籠型電動機起動方式對其配電斷路器短路整定影響展開探討。

1 電動機起動電流

電動機起動電流Ist大小，與電動機起動方式、種類、容量、極數(shù)等因素密切相關，一般是其額定電流的若干倍，二者存在如下關系式:

式中，Ist為起動電流(穩(wěn)態(tài)周期分量有效值)，A；K為起動電流倍數(shù)，取值可參見表1；In為電動機額定電流，A。

直接起動時，起動電流倍數(shù)值一般為5 ～8，本文一律取7；開式Y-△起動時，電機定子繞組由△接法變?yōu)樾切谓臃?，每相繞組所受電壓降低到運行電壓的1/3，起動電流為直接起動時起動電流的1/3；自耦變壓器起動方式是利用三相自耦變壓器(50%、65%、80%等多種抽頭比)降低電動機在起動過程中端電壓，以減小電動機起動電流，其起動電流為直接起動時起動電流乘以自耦變壓器抽頭比的平方。

軟起動是采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間晶閘管輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速；當晶閘管全導通時，電機達到額定轉數(shù)、工作在額定電壓，整個啟動過程結束。 該起動方式在保持電動機機械特性方面，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，一定程度上可以避免起動過流跳閘。 軟起動時，起動電流一般可取電動機額定電流的2 ～5 倍(即此時K ＝2 ～5，本文均取2.5)。

常規(guī)的變頻起動，是利用電力半導體器件通斷作用，把電壓、頻率固定不變的交流電源變成電壓、頻率都可調的電源。 即主要采用交-直-交方式(即VVVF 變頻或矢量控制變頻)先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，再把直流電源轉換成頻率、電源均可控制的交流電源，以供給電動機。 變頻起動時，起動電流一般可取為電動機額定電流的1～2 倍(即此時K＝1～2，本文均取1.5)。

2 電動機沖擊電流

三相異步電動機正常運行時，轉子切割定子繞組產生旋轉磁場的磁力線，轉子上就會產生一個感應電流和相應磁場；當轉子轉動時，定子繞組線圈就會切割該轉子磁場磁力線，產生與定子電流方向相反的電流；正是該電流阻礙定子上通過的電流(即產生阻抗)。 所以電動機正常運行時，其電流一般并不大。 而當電動機起動時，轉子還沒有轉動(或者轉速還很低)，沒有(或緩慢)切割磁力線，也就沒有(或幾乎沒有)產生該阻抗，因此電流就會很大，其暫態(tài)過程近似于短路(參考文獻[2] 第12.1.1.5 節(jié)，也有類似結論)。

電動機在起動過程中，回路電流并非恒定不變，而是隨著電動機轉速變化而變化。 其回路電流最大值亦即沖擊電流，將發(fā)生在第一周波的前半波，并在第二、三周波內較快衰減，接著在隨后較長一段時間內保持相對穩(wěn)定(此時回路電流可稱為起動電流Ist，即穩(wěn)態(tài)周期分量)，直到電動機接近額定轉速時再迅速下降，至起動結束時降至電動機額定電流。

參照參考文獻[1]，電動機起動時沖擊電流與其起動電流的關系式為:

圖1 Kp 與比值 關系曲線圖

根據(jù)以上推算，得出Ist≤Ip≤ 3 Ist。

3 斷路器整定電流

3.1 整定公式

電動機起動過程中，斷路器動作特性和電動機起動電流特性關系如圖2 所示。 此時要求配電主回路中斷路器不因電動機起動時沖擊電流而導致脫扣。 即斷路器短延時過電流脫扣器(若有)整定電流Iset2和瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3，均要躲過電動機沖擊電流Ip。

圖2 斷路器動作特性和電動機起動電流特性關系圖

參照GB 50055-2011《通用用電設備配電設計規(guī)范》第2.3.5 條4 款，短延時過電流脫扣器整定電流Iset2宜躲過沖擊電流，即Iset2＞Ip；考慮到斷路器動作誤差和電動機起動時電流誤差等因素，本文提出如下通用公式:

式中，Ka為短延時過電流脫扣器整定可靠系數(shù)。 根據(jù)前述第2 節(jié)內容和GB 50055 第2.3.5 條，Ka應大于3；本文取為1.8。 需注意的是，參考文獻[2]公式11.3—4 與GB 50055 第2.3.5 條規(guī)定存在一定差異，本文系按后者執(zhí)行。

對于瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3，根據(jù)參考文獻[2]公式11.3—5，可有:Iset3＝1.2Ip；再結合GB 50055，本文提出如下通用公式:

式中，Kb為瞬時過電流脫扣器整定可靠系數(shù)。 若據(jù)GB 50055，取為2～2.5；若據(jù)參考文獻[2]公式11.3～5，取為1.2×(2～2.5)；但本文取為2.2(該數(shù)值也借鑒了參考文獻[2]第12.1.5.3 節(jié)結論)。

3.2 整定電流倍數(shù)速查表

因此，根據(jù)公式(3)(4)及有關約定，分別得到:

因此可得到電動機不同起動方式下K、Iset2和Iset3關系表，見表1。

電動機不同起動方式下K、Iset2和Iset3關系表 表1

3.3 工程案例

以Y180M-4-H 電動機配電為例，額定功率為18.5kW，額定電流為35.9A。 假設其直接起動時起動電流取為其額定電流7 倍，其自耦降壓抽頭比為0.65，其軟起動和變頻起動的起動電流倍數(shù)分別為2.5 和1.5，并且假設回路短路靈敏度已經滿足規(guī)范要求，則根據(jù)表1 和前述內容，可得出不同起動方式下，18.5kW 電動機配電斷路器短延時過電流脫扣器(若有)整定電流Iset2和瞬時過電流脫扣器整定電流Iset3整定值，如表2 所示(括號內數(shù)值已按湊10 取整)。

18.5kW 電動機配電斷路器Iset2和Iset3整定值 表2

4 結束語

(1)電動機配電斷路器短路脫扣器整定值與電動機起動時沖擊電流密切相關，并應躲過后者。

(2)電動機起動時沖擊電流與其起動電流和配電回路總電阻及總電抗成分比等因素相關。

(3)電動機起動電流與其額定電流之間存在倍數(shù)關系，且隨起動方式不同而有所不同。

(4)實際工程中，進行合理抽象和適當簡化后，可以得到電動機配電斷路器短路脫扣器快捷整定方法。