电动机保护型断路器的正确选用

电动机保护型塑料外壳式断路器（MCCB）是鼠笼型异步电动机在起动、运行和运行中分断中不可缺或的保护电器之一。用于电动机保护，额定电流在630A及以下（即保护的电动机功率为315kW及以下）的MCCB用途是，不频繁地起动和在运转中分断电动机，当电动机发生过载、短路、欠电压等故障时，能予以保护（自动切断电路）。

　　按使用的情况来看，断路器用作电动机保护的有3种类型：

　　(1) 电动机的起动、运转中的分断使用交流接触器，过载保护采用热继电器，而断路器用于短路保护。由于使用了接触器来分、合电路，因此，可比较频繁地操作；

　　(2) 使用接触器作电动机的起动和停止，电动机的过载、短路和欠电压等故障由断路器承担；

　　(3) 电动机的起动、运转中分断以及过载、短路、欠电压均由1台断路器来操作和保护，但它不能频繁使用。

1 电动机的起动电流和电动机的起动冲击电流

1.1 鼠笼型异步电动机的起动电流

　　鼠笼型异步电动机的定子电流：
　　
　　式中I₀——激磁电流 　　I₁——定子电流
　　I₂——转子电流

　　I₀很小，可忽略，因此有：
　　I₁≈I₂
　　
　　f₁——电源频率，f1=50Hz
　　R₂——转子电阻
　　X₂——转子电感
　　S——电动机的转差率

　　式中n₁——定子旋转磁场转速
　　n——电动机转子转速
　　S——转差率，S在S≈0～S≈1中变化
　　
　　由式（1）和式（2）可见，电动机的电流和功率因数（cosφ）都与转差率S有关，起动时S≈1，I2很大，cosφ很小。通常起动电流可达5～7倍的电动机额定电流，而在定载起动时，cosφ为0.2。

1.2 电动机起动时的冲击电流

　　起动时电动机的冲击电流表现在：电动机的直接起动、Y-△（星-三角）起动变换、瞬时再起动和逆转（反向）、制动等情况，它们都会产生很大的冲击电流，尽管冲击电流的延续时间只有几个周波，但将引起保护电器（例如断路器）的动作。

　　产生冲击电流的原因是：

　　(1） 起动电流的功率因数较低，过渡过程直流成分的叠加。

　　尽管交流分量的振幅稳定，但因受直流分量的影响，就有冲击电流流过。当起动电流的功率因数为0.3时，冲击电流（峰值）为起动电流（有效值）的2倍左右。

　　(2） 残留（余）电压将产生瞬时再合闸时的冲击电流

　　因此，在使用MCCB作电动机的短路保护（瞬动脱扣）时，必须按电动机的起动方式来正确选择其瞬动电流值。

2 按不同的电动机起动方式选择断路器瞬动电流整定值

　　假定电动机起动电流为6I_n，起动时的功率因数为0.3。

2.1直接起动时

　　因起动时功率因数为0.3，起动电流为6I_m（I_m为电动机的额定电流，选择的断路器额定电流I_n≥I_m，一般I_n=I_m）。

　　cosφ=0.3表示，其相对的电阻值较小，而电感L较大。

　　起动电流的直流成分：
　　

　　大，直流分量i2就大。短路电流发生在1/2周波时，当ψ-φ=-π/2，i=i1 i2为最大值，即冲击电流ich=(1 )为冲击系数Kch，则ich为峰值系数η。查有关资料，当cosφ=0.3时，峰值系数η达1.978≈2。I为电动机的起动电流。现假定电动机的起动电流:I=6I_n（I_M），冲击电流ich=2×6I_n=12I_n，若电动机起动电流为7I_n，则冲击电流为14I_n。MCCB的瞬动电流如以有效值表示，则可达，即8.485～9.89I_n。

2.2 Y-△（星-三角）起动

　　由于使用了Y形接线起动，起动电流虽然降低到1/3，即6I_n/3=2I_n。但是，电动机从Y连接（起动）到△连接（运转）的一瞬间因短暂停电，电动机惯性旋转的残余电压与转换到△时的电网电压的矢量和，就产生一个近10I_n的脉冲电流，转至绕组为△接线时，等于再一次起动，而此时的电动机转速还未完全等于正常的转速。因此，冲击电流为。断路器瞬时整定值必须在19/（有效值），即14倍甚至更大。

2.3 自耦减压起动器起动

　　cosφ=0.3，电路中电感量大，电阻值小，电动机的冲击电流为2倍起动电流。采用自耦减压起动器起动电动机时，如果进入电动机的电压是自耦变压器的80%抽头，则起动电流为6×0.82=384I_n，电源电压接自耦变压器的65%抽头;起动电流为6×(0.65)2=2.535In，接自耦变压器的50%抽头，起动电流为1.5I_n。冲击电流分别为2×3.84≈7.7I_n，2×2.535≈5I_n和2×1.5=3I_n。MCCB的瞬动电流整定值（有效值）分别是5.43I_n、3.6I_n和2.12I_n。

　　应该指出，自耦减压起动器起动时从变压器抽头的不同值到全电压的电动机的运转的过渡过程，倘若是开路转换，也会产生一个10In和脉冲电流，这种电流对电动机而言要引起“抖动”，对机床加工零件的尺寸精度有影响。如果是闭路转换就无此问题。

2.4 瞬动再起动

　　当运行的电动机停止供电的短时间，电动机的机械惯性使之仍在转动，如果在它尚未停止转动，又突然令其再起动，因为残留电压的存在，此时外施电压加上残留电压的作用，会使它的冲击电流最大，达6×2×2=24In（峰值）。MCCB的瞬动电流整定值达

3 结论

　　根据上面4种起动方式，可以认为用于电动机保护的断路器其瞬动电流整定值在8～15In（有效值）的标准数值是有理论和实践依据的。至于各种电动机保护的MCCB究竟选多大的瞬动整定电流，是取决于鼠笼型电动机的型号（包括极数）、容量和采取的起动方式。 来源:输配电设备网

4 使用起动器起动电动机时的注意点

　　(1) 起动时间的整定值必须适度，否则,会导致过载而使保护电器脱扣，使电动机停转。根据实测，100kW及以下，电动机的轻载起动时间不超过1s，带泵起动，起动时间约在2.5s以下，只有大的离心通风机等，起动时间才大于5s。为此，若采用时间继电器自动控制起动时间，则时间的设置应当合理、正确，否则，瞬时电流包络发热面积（全部起动时间与起动电流的乘积）超过一定值时，会使热继电器和断路器的过载脱扣器动作。

　　(2) 为了避免出现Y-△起动器在进行Y向△转换时，产生的瞬时10In的脉冲电流，用手动星-三角起动器起动时，应在电动机转速达80%额定转速时，转换至△（三角）连接。