9.2  电动机9.2.1  本节不适用于控制电动机、直线电动机及其他用途的特殊电动机。9.2.2  工作条件不同时,绝缘条件不同,故需调整保护措施。9.2.3  主用、备用成组设备的二次控制回路电源分别设置,是为了与一次侧协调动作,避免一个二次控制回路出现故障而影响另一台设备运行。9.2.5  第1款 电动机频繁启动通常指每小时启动数十次以上。9.2.7  笼型电动机启动方式增加了软启动。图2及图3为笼型电动机软启动、直接启动、星-三角启动的特性曲线。    从图中可以看出,电动机直接启动,启动转矩大,而启动转矩与启动电流成正比,因此,直接启动时,启动电流也大,在电动机直接启动时,对机械造成冲击,使电网电压波动,影响其他负荷正常使用。    星-三角启动方式,启动转矩小,不利于克服静阻转矩,延长电动机的启动时间,造成电动机过载。当星形转换为三角形的瞬间,转矩突然增大,对机械设备有冲击。    软启动的特性曲线比较平滑,有利于延长电动机的寿命,对机械造成冲击较小,并且不会使电网电压造成较大的波动。从实际工程中了解到,有些水管管路会造成水泵电动机过载,有烧毁电动机的例子,而使用软启动装置后,过载问题随即得到解决。当然,软启动装置价格高,它还是非线性器件,能产生高次谐波,污染电网、增加能耗。9.2.8  直流电动机的启动不仅受机械调速要求和温升的制约,而且受换向器火花的限制。《旋转电机 定额和性能》GB/T 755规定:直流电动机和交流换向器电动机在最高满磁场转速下,电动机应能承受1.5倍的额定电流,历时不小于60s。上述要求比较严格,尤其对小型直流电动机而言,可能允许有较高的偶然过电流,因此对直流电动机启动提出了本规定。9.2.10  第1款 数台电动机共用一套短路保护电器属于极特殊情况,一般不采用;导流风机、风机盘管等单相风机在容量满足要求时,允许共用一个短路保护电器。    第3款 为了确保短路保护器件不误动作,应从保护电器的类型和额定电流两方面确定。9.2.11  保护电器的类别有多种,根据负荷特点,短路保护电器主要分为照明保护型、配电型、电动机保护型、电子元器件保护型等。用于电动机回路的短路保护电器宜选用保护电动机型。当选用低压熔断器时,宜选用电动机保护型熔断器。    电动机启动时存在非周期分量,上海电器科学研究所的实验表明:启动电流非周期分量主要出现在第一个半波;电动机启动电流第一个半波的有效值通常不超过其周期分量有效值的2倍,个别情况可达2.3倍。因此,本标准取2倍~2.5倍。9.2.12  第3款 水泵房一般由专业人员进入,发生直接接触电击的可能性极小,安全防护的重点是防止间接接触电击防护(故障防护)。对于常见的TN和TT系统,参见图4和图5故障电流分析图,可以发现,对于TN系统而言,单相接地故障电流通常较大,利用保护电器的短路保护可以兼作接地故障保护,但需要对故障电流If进行验证,避免发生故障电流过小短路保护无法动作的情况;对于TT系统,单相接地故障电流较小(数安培),需要加装RCD来进行故障保护,考虑到兼顾电气火灾防护的功能,故在此规定选用灵敏度为300mA的剩余电流保护器进行防止间接接触电击防护(故障防护)。9.2.13  根据美国《电气建设与维护》杂志报道,烧毁电动机的实例中约95%的电动机是由过负荷造成的。这些故障主要有机械过载、断相运行、三相不平衡、电压过低、频率升高、散热不良、环境温度过高等。    短时工作或断续周期工作的电动机,采用传统的双金属片热继电器整定较困难,效果不好,鉴于目前设备现状,此时可不装设过负荷保护。如果采用电子式热继电器,还是可以选择过负荷保护的。    对于设有固定备用泵的消防泵类等设备,其工作泵的过负荷保护应动作于跳闸,停止工作,投入固定备用泵,而固定备用泵过负荷保护时应仅动作于信号,且声光警示信号送至消防控制室。    过负荷保护器件宜采用电子式的热继电器。双金属片热继电器可靠性低。    表9.2.13为过负荷保护器件通电时的动作电流,该表引用国际标准《低压开关设备和控制设备》IEC 60947相关条款,对于不同负荷应选择不同类型的过负荷保护器。由于双金属片热继电器还在广泛使用,IEC没有涉及30类以上及10A类以下类型,但是,某些场合电动机过负荷保护需要30类以上和10A类以下的非标准产品,因此本条款增加了“当电动机启动时间超过30s时,应向厂家订购与电动机过负荷特性相配合的非标准过负荷保护器件”。如果采用标准产品不能满足要求,可以采用“在启动过程的一定时限内短接或切除过负荷保护器件”的措施。    电动机所拖动的机械按其启动、运行特性可分为三类,这样分类是相对的,有的文献将负载分为重载和轻载。本标准将其分为三类:    轻载:启动时间短,起始转矩小;一般风机、水泵,负荷为流体的负载,和转速成正比,启动时转速从零到正常转速启动负载逐步增加到正常负荷都是轻载启动。    中载:启动时间较长,起始转矩较大。    重载:启动时间长,起始转矩大。比如水泥行业的球磨机,钢铁行业的轧钢机,煤矿行业的皮带机、起重机提升启动通常认为是重载启动。    而实际工程中,负载启动特性相差较大。9.2.17  交流电动机的主回路由隔离电器、短路保护电器、控制电器、过负荷保护电器、附加保护器件、导线等组成。主回路的构成可以是上述器件的全部或部分,但隔离电器、短路保护电器和导线是必不可少的。关于三相交流电动机的主回路构成,国际上比较统一,IEC、VDE、NEC等标准均与我国标准一致。在现行的国家低压电器标准中,已列入了低压空气式开关、隔离开关、隔离器、熔断器组合电器等隔离电器。低压断路器标准中也列入了隔离型。半导体电器严禁用作隔离电器。9.2.19  短路保护电器应与其负荷侧的控制电器和过载保护电器相配合,这些要求引自IEC标准。    从表12中可以看出,一般设备由于供电可靠性要求较低可以用1类配合,而2类配合强调供电的可靠性和连续性,因此重要负荷如消防类负荷应满足2类配合。据有关资料介绍,IEC正在制定要求更高的3类配合标准。    接触器或启动器的限制短路电流不应小于安装处的预期短路电流,即发生短路时,短路保护电器切断故障回路之前,接触器或启动器应能承受故障电流,满足1类或2类配合要求。    短路保护电器宜采用接触器或启动器产品标准中规定的型号和规格。必须通过试验,得出与接触器或启动器相配合的短路保护电器。9.2.21  根据IEC有关规定,启动和停止电动机所需要的所有开关电器与适当的过负荷保护电器相结合的组合电器称为启动器。因此,控制电器系指电动机的启动器、接触器及其他开关电器,而不是“控制电路电器”。    根据电动机保护配合的要求,堵转电流及以下电流应由控制电器接通和分断。大多数的Y系列电动机堵转电流小于或等于7Ie,最小三相电动机为0.37kW,Ie≈1.1A。因此,选择接触器时,应该考虑分合堵转电流,其额定电流一般不应小于7A。9.2.22  电线或电缆(以下简称线缆)载流量有关数据没有列入本规定。设计时应考虑下列因素:    1  电动机工作制有连续、断续、短时工作制,各种工作制还可细分。因此,按基准工作制的额定电流选择导线比较准确、简单。    2  导线与电动机相比,发热时间常数及过载能力较小,设计时应考虑这个问题,也就是说,导线应留有裕量。美国NEC法规规定,导线载流量不应小于电动机额定电流的125%。日本《内线规程》规定,当额定电流不大于50A时,导线载流量不应小于电动机额定电流的125%;当额定电流大于50A时,导线载流量不应小于电动机额定电流的111%。    3  按照国际标准《低压开关设备和控制设备》IEC 60947的要求,启动后电刷短路的绕线式电动机,其转子回路导线的载流量按轻载、中载、重载分成三类。9.2.23  交流电动机的控制回路:    第1款 每台电动机的控制回路装设隔离电器和短路保护电器与一次线路一致。有些设备,如消防类水泵,如果控制回路断电会造成严重后果,是否另设短路保护应根据具体情况决定,设计者可以考虑下列因素(以消防类水泵为例):是否有备用泵,保护器件的可靠性如何,一次回路保护电器的整定值是否能保护二次回路。    第2款 控制回路的电源和接线的安全、可靠最为关键。以消火栓泵为例,为了提高可靠性,控制回路应采取如下措施:工作泵与备用泵控制电源应分开设置、工作泵与备用泵控制回路应独立。TN和TT系统中的控制回路发生接地故障时,应避免保护和控制被大地短接,造成电动机意外启动或不能停车。    如图6所示,当a点发生对大地短路时,电气通路为:L1—熔断器—接触器线圈—a点—大地,因此,接触器线圈带电,造成电动机不能停车,或电动机意外启动。图7控制电源为380V,如果b点发生短路,L1—熔断器—接触器线圈—b点—大地构成电气通路,结果是电动机不能停车或意外启动。因此,图6和图7都是不可靠的控制接线方案,设计时应引起注意。    如果直流控制回路采用其中一极接地系统,也有可能出现图6和图7的错误接线,因此,直流控制回路最好采用不接地系统,并装设绝缘监视。    额定电压不超过交流50V或直流120V的控制回路的接线和布线,应有防止高电位引入措施,主要方法有短路保护电器设过电压保护、电源侧设浪涌保护器、220V强电触点不能直接接入交流50V或直流120V控制箱(柜)等。    第3款 本条款说明电动机一地控制和两地控制要求。在控制点不能观察到电动机或所拖动的机械时,在控制点装设指示电动机工作状态的信号和仪表、启动按钮和停止按钮。    第4款 从安全性考虑,自动控制、联锁或远方控制的电动机,宜有就地控制和解除远方控制的措施,当突然启动可能危及周围人员时,应在机旁装设启动预告信号和应急断电开关或自锁式按钮。自动控制或联锁控制的电动机,还应有手动控制和解除自动控制或联锁控制的措施。    第5款 从安全性作出的要求。9.2.24  其他保护电器或启动装置的选择:    第1款 组合式保护电器是多功能的电动机保护产品,组合式保护电器分为三类:第一类为CPS,CPS采用了以接触器为主体的模块式组合结构,以一个具有独立结构形式的单一产品实现隔离电器、断路器、接触器、过负荷继电器等元件的主要组合功能,包括电动机单向控制、可逆控制等多系列产品。    第二类为集隔离电器、短路保护电器、过负荷保护电器于一体;第三类包括隔离电器、短路保护电器功能。这两类组合式保护电器可以与同厂的某些接触器插接安装。与独立的电动机保护、控制器件相比,组合式保护电器的体积较小。    第2款 民用建筑中,除消防设备外,大功率的水泵如果采用直接启动或星-三角启动等启动方式,可能造成对电网的冲击,对机械设备产生不良的影响(参见图2和图3)。另外,由于水管网络的问题,可能造成电动机长期过负荷,过负荷保护动作,使水泵不能正常工作;如果过负荷保护选择不当,则会缩短电动机的寿命,甚至烧毁电动机。而采用软启动装置则可避免此类问题的发生,对电动机有较好的保护作用。    多大功率的水泵、风机要用软启动装置应根据本标准第9.2.5条的要求确定。9.2.25  交流电动机的节能要求:    电动机类负荷占民用建筑的负荷比例较大,其节能意义重大。根据现行国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》GB 18613规定,电动机能效限定值是指在标准规定测试条件下,所允许电动机效率最低的保证值,电动机能效限定值是强制性的,必须满足。而电动机节能评价值是在标准规定测试条件下,节能电动机效率应达到的最低保证值。电动机节能评价值比能效限定值要高。节能评价值是推荐性的,当电动机满足节能评价值的要求,就可认为电动机是高能效型的。    “当机械工作在不同工况时,在满足工艺要求的情况下,电动机宜采用调速装置”。对风机、设备而言,不同工况往往有不同流量或风量的要求,这是由工艺所决定的。通过调节电动机的转速不仅可以满足调节流量或风量的要求,而且能达到节能的效果。因为,流量与转速的一次方成正比,而功率与转速的三次方成正比。从表13可以得出,转速n为额定转速ne的75%时,功率P为额定功率Pe的42.1875%;转速为额定转速的25%时,功率为额定功率的1.5625%。因此,根据需求(如流量、风量等)对电动机调速,节能效果十分明显。    当工艺只有2个~3个工况时,笼型电动机采用变极对数调速有较多优点:效率高、控制电路简单,易维修,价格低,与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。    当工况较多时,调速变得频繁,采用变频调速比较合适。变频调速无附加转差损耗,效率高,调速范围宽,尤其适合于较长时间处于低负载运行或启停运行较频繁的场合,达到节电和保护电机的目的。    现在国内外对电磁兼容十分重视,在推广、普及高效节能产品的同时不能忽视产品给环境带来的电磁污染。

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