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电动机保护器的热过载保护定值设置方法

孙春杰 2026-10-12 阅读约 15 分钟
 

本文摘要

本文介绍 AMP605 智能型电动机保护控制器的热过载保护定值设置方法:保护器以正、负序电流合成等效发热电流,按发热—散热动态过程累积热容模拟绕组温升,过载或跳闸后按冷却时间缓慢释放热容,防止热态再起动烧机。文中给出反时限动作时间计算、不同时间系数下的动作时间对照表、参数整定建议(保护动作值、起动闭锁、复位热容、冷却时间等),并以某水泥厂 22kW 电动机整定实例验证整定方法。

引言:数字式电动机保护器与热过载整定

低压电动机是工业生产的动力核心,广泛用于泵、风机、压缩机、输送带等设备,其用电量占工业总用电量的 60% 以上。过载是最常见的故障形式——绕组温度每超过绝缘允许温度 10 ℃,绝缘寿命即缩短一半,长期过载将烧毁电机。

长期以来过载保护由热继电器承担,但双金属片方案动作值分散、整定精度低;无热记忆,热态重复起动易损坏电机;轻载断相时线电流可能不超过整定值而绕组相电流已超限,存在保护死区;对起重等重复短时工作场景,双金属片温升跟不上绕组温升,保护不可靠,且无测量、记录与通信能力。

数字式电动机保护器实时计算等效发热电流与热积累,模拟绕组温升,动作精度高,并集成断相、不平衡、堵转、接地等保护及测量、记录、通信功能,正大量替代热继电器。热过载保护能否不误动、不拒动,关键在定值整定。本文以 AMP605 智能型电动机保护控制器为例介绍其整定方法。

1 电动机热过载保护原理与热模型

电动机发热以绕组铜损(I²R)为主,过载倍数越大允许运行时间越短,极限过载特性为反时限曲线,保护特性须位于其下方区间,才能既充分利用过载能力又不烧毁绕组。保护器无法直接测量绕组温度,工程上用热模型代替:由正、负序电流合成等效发热电流,按发热—散热动态过程累积热容(0~100% 表征绕组热状态),达到整定值即报警或跳闸。

模型的要点是热记忆:运转时自带风扇强制通风,散热强;停机后仅自然冷却,散热慢。因此过载或跳闸后热容按冷却时间缓慢释放,未充分冷却前禁止再起动,避免热态起动温升叠加。典型过程见图 1:冷态起动热容快速上升;运行电流不超过 1.05 倍额定值时热容缓慢释放;过载后热容重新累积,越过报警线预警、达到动作值跳闸;跳闸后散热至复位热容以下方允许复位再起动。

图1-热容累积与热记忆过程示意
图1:热容累积与热记忆过程示意

2 AMP605 热过载保护的设计

AMP605 适用于交流 690 V 以下异步电动机的保护与控制,配套 2~800 A 八种规格保护专用互感器,覆盖 2~800 A 额定电流,支持直接、保护、双向、星三角四种起动方式,广泛应用于电力、石油化工、煤炭、钢铁、冶金、建材等行业,是智能化 MCC 的理想选择。

AMP605 热过载保护在起动、运行全过程投入,考虑正、负序电流的综合热效应,等效发热电流为:

电动机等效发热电流计算公式

式中 I+、I− 为正、负序电流;正序发热系数 K1 在起动过程取 0.5、起动结束后取 1.0,负序发热系数 K2 取 6。负序电流在转子中感应接近两倍工频的电流,发热远强于正序;断相、不平衡等不对称故障也因此被折算进热模型统一覆盖。

动作时间按反时限方程计算:

热过载保护反时限动作时间计算公式

式中 Ie 为电动机额定电流,Tc 为反时限时间系数。方程有两个关键点:其一,Ieq = 6Ie 时 t ≈ Tc,即 Tc 近似为冷态 6 倍额定电流下的动作时间,故手册要求 Tc 低于电机冷态 6Ie 允许的过载时间;其二,1.05² 对应 1.05 倍额定电流的起动门槛,等效电流不超过 1.05Ie 时热容只散不积,保证长期安全运行。不同 Tc 下的特性曲线族见图 2:

图2-AMP605热过载保护反时限动作特性曲线族
图2:AMP605 热过载保护反时限动作特性曲线族

电机运行中热容累积电流-时间对照如下:

表1-不同 Tc 下的反时限动作时间 t(s)

Ieq_Ie c=1 c=2 c=4 c=6 c=8 c=10 c=15 c=20 c=30 c=40
1.20 103.70 207.41 414.81 622.22 829.63 1037.04 1555.56 2074.07 3111.11 4148.15
1.40 40.82 81.63 163.27 244.90 326.53 408.16 612.24 816.33 1224.49 1632.65
1.60 24.01 48.03 96.05 144.08 192.11 240.14 360.21 480.27 720.41 960.55
1.80 16.37 32.75 65.50 98.25 130.99 163.74 245.61 327.49 491.23 654.97
2.00 12.08 24.16 48.32 72.48 96.64 120.79 181.19 241.59 362.38 483.18
2.50 6.80 13.60 27.20 40.80 54.40 67.99 101.99 135.99 203.98 271.98
3.00 4.43 8.86 17.73 26.59 35.45 44.32 66.48 88.64 132.95 177.27
3.50 3.14 6.28 12.56 18.84 25.12 31.40 47.10 62.79 94.19 125.59
4.00 2.35 4.70 9.40 14.10 18.80 23.49 35.24 46.99 70.48 93.98
4.50 1.83 3.66 7.31 10.97 14.62 18.28 27.42 36.56 54.84 73.12
5.00 1.46 2.93 5.86 8.79 11.72 14.65 21.97 29.29 43.94 58.58
5.50 1.20 2.40 4.80 7.20 9.61 12.01 18.01 24.02 36.02 48.03
6.00 1.00 2.01 4.01 6.02 8.02 10.03 15.04 20.06 30.09 40.12
7.00 0.73 1.46 2.92 4.38 5.85 7.31 10.96 14.61 21.92 29.23
8.00 0.56 1.11 2.23 3.34 4.45 5.56 8.35 11.13 16.69 22.26

3 AMP605 热过载保护的参数设置详解

整定分两步:先做初始配置——按实际接线选择互感器型号、设置额定相电压与电动机额定电流,电流回路接线与端子定义不一致会导致等效电流计算错误、保护误动,必须按手册要求接线;再设置保护参数(表 2)。

表2-AMP605 热过载保护参数整定表

参数 整定范围 默认值 整定建议
保护功能使能 禁止 / 使能 禁止 投入
保护方式 报警 / 跳闸 / 全部 全部 重要电机选“全部”,先报警后跳闸
保护动作值 50%~100%(热容) 50% 一般取 50%,需利用过载能力可提高
起动闭锁 不闭锁 / 闭锁 不闭锁 重载起动且已配堵转保护时可闭锁
复位热容值 0%~50% 0% 默认冷态复位;需快速恢复可放宽
复位热容方式 手动 / 自动 手动 重要电机保持手动
反时限时间系数 Tc 1~40 s 5 s 按冷态 6Ie 允许过载时间整定并留裕度
冷却时间 1~60 min 30 min 大容量、散热条件差的负载取上限

整定要点:① Tc 是核心定值,风机、水泵等轻载起动场合可取 5~10s,重载起动、起动时间长或频繁起动的场合取大值,并与堵转、起动超时保护配合;② 复位热容默认 0%,即冷态才允许复位,从根源杜绝热态再起动烧机;③ 冷却时间决定热容释放速度,驱动大惯量负载时应加长。

4 AMP605 热过载保护应用案例

现场案例:某水泥厂 22kW 电动机热过载保护整定

某水泥厂一台 22kW 三相异步电动机,额定电流 42.5A,配 AMP605-100A 及 aCT-MP-100A 互感器,直接起动,起动电流约 6 倍额定、持续约 4s。整定为 Tc=10s、动作热容 50%、复位热容 0%、手动复位、冷却时间 30min。

起动校核:冷态 6Ie 对应动作时间约 10s,实际起动约 4s 内电流即回落,热容累积至约 40% 后转而释放,起动可靠不误动。过载校核:1.5 倍过载动作时间 t=35×10/(1.5²−1.05²)≈305s,2 倍过载约 121s,与电动机热特性配合合理。投运后某日运行电流升至 1.6 倍额定,热容越过报警线后按约 4min 时限跳闸;检查确认机械负载异常,排除后待热容释放复位开车,避免绕组烧毁,事件记录亦为故障追溯提供依据。该系列已在电力、石化、钢铁、水泥等行业大量应用。

5 结语:电动机热过载保护定值整定要点

热过载保护的价值取决于热模型与定值的贴合程度:Tc 决定“允许多大的过载、持续多久”,复位热容与冷却时间决定“何时允许再起动”。按本文方法结合电动机冷态 6Ie 过载时间整定 AMP605,既能充分利用电动机的过载能力,又能可靠规避热态再起动与长期过载风险,配合事件记录功能,为电机的安全运行与故障追溯提供完整依据。

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FAQ:电动机热过载保护整定常见问题

Q1:热过载保护为什么能比热继电器更可靠?

数字式保护器实时计算等效发热电流与热积累,模拟绕组温升,动作精度高,并带热记忆——热态重复起动时能禁止再起动;同时集成断相、不平衡、堵转、接地等保护及测量、记录、通信功能,而双金属片热继电器动作值分散、无热记忆,存在保护死区。

Q2:Tc 时间系数怎么整定?

Tc 近似为冷态 6 倍额定电流下的动作时间,应低于电机冷态 6Ie 允许的过载时间;风机、水泵等轻载起动可取 5~10s,重载起动、起动时间长或频繁起动的场合取大值,并与堵转、起动超时保护配合。

Q3:复位热容和冷却时间起什么作用?

复位热容默认 0%,即冷态才允许复位,从根源杜绝热态再起动烧机;冷却时间决定热容释放速度,驱动大惯量负载时应加长(范围 1~60 min)。

Q4:AMP605 支持多大范围的电机?

适用于交流 690V 以下异步电动机,配套 2~800A 八种规格保护专用互感器,支持直接、保护、双向、星三角四种起动方式,覆盖电力、石化、煤炭、钢铁、冶金、建材等行业。

Q5:整定完成后如何验证是否合理?

按起动校核与过载校核复核:冷态 6Ie 对应动作时间应大于实际起动时间(避免起动误动),1.5 倍、2 倍过载动作时间与电动机热特性配合合理即可。