Product category
劉細鳳
江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇無錫 214432
摘要:在生產(chǎn)過程中,如果設(shè)備運行不暢,或者出現(xiàn)故障都會直接影響到生產(chǎn)活動的正常進行,給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失。而導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生故障的關(guān)鍵因素之一就是電動機出現(xiàn)問題,由于保護措施不到位導(dǎo)致電動機停止運轉(zhuǎn)甚至直接燒毀,從而影響到生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。
本文通過對水泵電動機的保護措施的探討和研究,希望能給相關(guān)人員的工作開展提供幫助,保障生產(chǎn)過程中水泵電動機的良好穩(wěn)定運行。并介紹了適合水泵電動機使用的ARD2F系列電動機保護器。
關(guān)鍵詞:水泵電動機、電動機、智能保護
一、概述:
目前水泵系統(tǒng)設(shè)備上使用的電機,大部分采用熱繼電器,作為電機的過載保護元件,因其體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但由于熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差,保護不可靠。受環(huán)境、溫度、本身材料等影響,在保護電機方面,已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
二、水泵設(shè)備電機損壞原因及改進的目的
電動機超負荷運轉(zhuǎn)、在相對潮濕的環(huán)境下工作、散熱出現(xiàn)問 題或者電流過大都有可能導(dǎo)致出現(xiàn)故障,其中對于水泵電動機而言,由于設(shè)備進水而導(dǎo)致其燒毀的比例相對較大。這一方面是由于為了提高傳輸效率或者出于安裝空間的考量大多數(shù)水泵電動機屬于一體式泵機組合系統(tǒng),即電動機和水泵的葉輪使用的是同一根傳動軸,主要是通過機械密封來防止水或者其他液體進入電動機的繞組內(nèi),但這種機械密封難以有效地進行事前預(yù)防,一旦損壞,電動機進水后必然會產(chǎn)生故障。另一方面水泵電動機的工作現(xiàn)場環(huán)境不可避免地會接觸到水或其他液體,這也進一步加大了其進水燒毀的風險。
對于一些生產(chǎn)制造型企業(yè)來說,一旦電動機停轉(zhuǎn)或者運轉(zhuǎn)不正常,都會影響其產(chǎn)品的生產(chǎn)進度和生產(chǎn)質(zhì)量,不僅會增加生產(chǎn)成本,對企業(yè)長久的發(fā)展也極為不利。對電機保護器選型也提出了苛刻的要求。所以在選擇保護器上一定要考慮電機與保護器的合理配用關(guān)系。理想的電機保護器不是功能最多,也不是所謂先進的,而是應(yīng)該滿足現(xiàn)場實際需求,做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一,具有較高的性能價格比。
三、智能電機保護器的現(xiàn)場應(yīng)用與選型
以我們用常見的智能型保護器為例來說明,介紹一下電機保護器外部輸入與保護器的配合關(guān)系,以便給選型和使用提供一些參考。
常見的幾種引起電機故障源輸入信號連接方式。主要有:電壓信號輸入、電流信號輸入、零序信號輸入、溫度信號輸入。電源采用交流220V供電,輸出方式直接采用接觸器控制。其他輸入輸出功能備選,如模擬量輸出可直接連接電壓表、電流表,以及作為其他外接設(shè)備的驅(qū)動信號。RS485通訊接口可用來遠程計算機連接監(jiān)測控制電機,作為大型設(shè)備和危險操作場所是不能少的。開關(guān)量信號輸入可作為電機啟動模式選擇,使用比較靈活。作為擴展功能備用。
3.1 欠壓、過壓、缺相保護
3.1.1 欠壓
當供電系統(tǒng)出現(xiàn)不正常的情況,電壓降低到一定程度,電機就會出現(xiàn)疲勞、堵轉(zhuǎn),達到幾倍的過電流。有時,在電壓恢復(fù)的瞬間,快要停轉(zhuǎn)或已經(jīng)停轉(zhuǎn)的電機同時運轉(zhuǎn),會導(dǎo)致線路電壓的重新下降,在配電系統(tǒng)中要盡量避免。所以,接入欠壓保護是十分必要的。
3.1.2 過壓
外因:由雷擊引起。
操作過電壓:由分閘、合閘等開關(guān)操作引起線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。
當供電系統(tǒng)中,其相電壓高于我們預(yù)設(shè)的保護電壓值,保護器動作,斷開常閉觸點、使KM斷電,主觸頭斷開,電機停轉(zhuǎn)。從而保護電機。
3.1.3 缺相
在水泵系統(tǒng)中,有相當一部分設(shè)備采用三相不接地供電。當供電系統(tǒng)中,某一相斷電, 會使設(shè)備電機電流突然增大,使輸入電壓不正常,當電壓值異常于設(shè)定值,保護器動作。切斷KM接觸器。
3.2 過流保護
過流保護是電機保護中的重點,對電機的危害也最大。主要包括過載、短路、堵轉(zhuǎn)、三相不平衡等。我們把電流互感器作為檢測和輸入元件。
3.2.1 過載
如果在某種情況下使電機的實際使用功率超過電機的額定功率,則稱這種現(xiàn)象為電機過載。過載電機的工作電流大于其額定電流,通常在1.5倍以內(nèi)應(yīng)屬正常范圍。一旦超出正常范圍,保護機構(gòu)動作,切斷接觸器,同時發(fā)出過載信號。
3.2.2 短路
三相電機的短路情況復(fù)雜一些,有單相接地短路,也有相間短路;單相接地短路時中任意一相與PE線直接短接了,一般不會燒毀電機,但是會在電機外殼帶電,容易造成觸電。另外就是相間短路,有兩相短路,也有三相短路,三相短路電流會大得多。電機內(nèi)部短路大都是電機繞組絕緣損壞造成的,絕緣損壞一般是電機長時間過載運行造成。當電機絕緣破壞、內(nèi)部匝間短路、接線錯誤等,都將發(fā)生短路現(xiàn)象,瞬間的短路電流使保護器動作,避免事故進一步擴大。
3.2.3 堵轉(zhuǎn)
當負載突然增大,電機本身內(nèi)部問題(軸承損壞、掃膛) 、傳動機構(gòu)、變速器等,上述任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都是導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)的原因。堵轉(zhuǎn)會使電機電流持續(xù)增加,可達額定電流的7倍,時間稍長就會燒壞電機,當電流值達到保護器設(shè)定值時,保護器動作。
3.3 零序保護
零相序保護輸入端,正常運行的電機電流大小、向量之和等于零,零序互感器二次線圈的電流也為零,當發(fā)生接地故障時,零序互感器二次線圈將出現(xiàn)較大的電流,發(fā)出信號切斷供電,零序保護主要用來作為漏電保護。
3.4 溫度檢測
高溫是電機絕緣的殺手,有時電流值未達到保護值,但是溫度已經(jīng)高到足以損害絕緣狀態(tài)時,應(yīng)該加以保護。在電機內(nèi)部安裝一個熱敏元件,當環(huán)境溫度變化、散熱不良等一些原因,設(shè)備出現(xiàn)異常致使溫度升高,超出我們設(shè)定的溫度范圍,保護器執(zhí)行保護動作,斷開電機回路,避免高溫帶來的設(shè)備損害。
以上我們只做了幾種常用的保護措施輸入,對一些不經(jīng)常巡視、距離遠、危險場所(如高溫、腐蝕),應(yīng)配合遠程控制功能,既保證設(shè)備的正常運行,又可保證人員的安全,使生產(chǎn)順利進行。
對于一般電機,以上保護環(huán)節(jié)已經(jīng)基本能滿足現(xiàn)場需要。當然還要考慮到現(xiàn)場環(huán)境, 如現(xiàn)場濕度、環(huán)境溫度,操作端與執(zhí)行端距離的要求,設(shè)備維護周期,對電網(wǎng)波動敏感程度等。
經(jīng)過以上改進,使我們能夠提前預(yù)知電機運行狀態(tài),在出現(xiàn)問題時,能夠及早判斷。通過保護器的回看功能,還能判斷出現(xiàn)問題的基本位置,為維修維護提供依據(jù)。
四、保護器選擇分類
現(xiàn)代智能電機保護器還有很多在實際生產(chǎn)中需要的功能,如回看功能、遠程通訊、遠程控制、多種啟動方式選擇等。
保護器在類型上分為:一般普通型、數(shù)碼顯示監(jiān)控型、智能監(jiān)控中文顯示型。
4.1 一般普通型
結(jié)構(gòu)比較簡單,主要功能以突出過載、缺相(三相不平衡)堵轉(zhuǎn)等故障保護。故障類型采用指示燈顯示。
4.2 數(shù)碼顯示監(jiān)控型
數(shù)碼顯示監(jiān)控型保護器, 內(nèi)部電路運用單片機,采用數(shù)碼管作為顯示窗口,智能化綜合保護, 集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定,用戶可以自行對各種參數(shù)修正。
4.3 智能監(jiān)中文顯示控型
智能漢字顯示更適合國內(nèi),與其他類型相比,功能更加完善。此類產(chǎn)品對各種參數(shù)、狀態(tài)、信息直接在操作面板單元上中文漢顯液晶顯示,使界面更加直觀醒目,并且支持遠程計算機通訊功能。啟動方式有多種選擇,并有存儲回看功能,給后期的維護維修提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
五、保護器在選擇上應(yīng)注意事項
在選擇保護器的同時,還要考慮到以下幾種因素:
(1)電動機主要參數(shù):主要是功率、電壓、電流、頻率方面,為選型提供依據(jù)。(2)使用環(huán)境因素的影響:主要指溫度、濕度、污染等。(3)電動機使用方向:指拖動機械設(shè)備要求。(4)控制系統(tǒng):控制模式有手動、自動化程序等工作運行。啟動方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動等啟動方式。(5)安裝要求:在選型上要考慮安裝空間大小,留有足夠的余量,便于散熱及接線、維護、查看方便。(6)靈敏度要求:是帶載啟動還是空載啟動,是滿載還是逐漸加載,主要是在電流設(shè)定方面要考慮到啟動瞬間的電流值與額定電流值之間的時間差。(7)其他方面:如生產(chǎn)現(xiàn)場對電動機位置的隨意性、啟動停止的頻繁程度等。
六、ARD系列電動機保護器產(chǎn)品選型介紹
ARD智能電動機保護器適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路,集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行,帶有邏輯可編程功能,可以滿足多種控制方式。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu),由主體、顯示單元、互感器組成,可適應(yīng)各種柜體的安裝。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。
6.1、功能特點
■ 支持基波和全波電力參數(shù)測量(U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ),電流及電流不平衡度、電流正序、負序、零序分量、電壓、三相電壓相角、剩余電流。
■ 保護功能包括過載反時限、過載定時限、接地、起動超時、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時間、外部故障、起動次數(shù)限制、運行時間報警、故障次數(shù)報警。
■ 9路可編程DI輸入,默認采用內(nèi)置DC24V電源,也可選擇外部有源濕接點。
■ 5路可編程DO輸出,滿足直接起動,星—三角起動,自耦變壓器起動,等多種起動方式,可通過通訊總線實現(xiàn)主站對電動機的遙控“起/停"。
■ 可選抗晃電功能:支持晃電立即再啟動、失壓重起動。
■ 可選配MODBUS_RTU通訊、PROFIBUS DP通訊,支持最多2路通訊接口。
■ 可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口,與DCS系統(tǒng)相接,可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。
■ 具有故障記錄、起動記錄、停車記錄、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。
■ 顯示界面液晶顯示,支持中/英文切換。
6.2、產(chǎn)品選型
五、結(jié)束語
通常選用電機保護器,要充分考慮到電機的過載能力,避免損壞。提高可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。力爭做到經(jīng)濟合理。在功能選擇上應(yīng)綜合考慮到電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、占主體設(shè)備上的重要程度、停止電機運行是否會對生產(chǎn)造成影響以及影響的程度等因素。
通過以上改造,必定能改善供電、用電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性,并且對水泵電氣控制系統(tǒng)的自動化水平提高了一個臺階, 同時大大降低了維修成本, 提高了電機的運行效率, 增加了經(jīng)濟效益,對水泵電動機具有積極的推進作用。
參考文獻:
[1]夏智偉.水泵電動機的保護措施探討[J].科技資訊, 2020.01期
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.
[3] GB 14048.4-2020 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分:接觸器和電動機起動器機電式接觸器和電動機起動器(含電動機保護器).
作者介紹:
劉細鳳,女,現(xiàn)任職于江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司,主要研究方向為電動機保護裝置的應(yīng)用。