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NED401型数字式电动机保护测控装置
第二部分 NED401数字式电动机保护测控装置
1 应用范围
装置适用于电厂、钢铁、煤矿、石油、化工等企业各压等级的异步电动机保护，包括熔断器-高压接触器（F-C）回路控制的电动机。
2 功能配置
? 电流速断保护 ? 过负荷保护 ? 热过载保护 ? 堵转保护
? 起动时间过长保护
? 负序过流保护（不平衡保护） ? 接地保护 ? 低电压保护 ? 过电压保护 ? 轻载保护
? 热过载闭锁合闸回路 ? 连续起动闭锁合闸回路 ? TV断线检测
? F-C过流闭锁出口（适用于熔断器-高压接触器回路控制的电动机）
3 工作原理
3.1 速断保护
作为电动机绕组及引出线发生相间短路时的主保护。当机端（电源侧）最大相电流值大于整定电流时，保护瞬时动作于跳闸。
速断保护电流整定值包括电动机起动时的速断电流定值Isdq和运行中的速断电流定值Isd，Isdq可按躲过电动机在额定负荷下的最大起动电流来整定，即：Isdq=Kk×Iqd（式中：Kk-可靠系数，可取为1.3，Iqd-电动机的最大起动电流）；Isd可按躲过区外短路故障时流过电动机的最大电流来整定，一般可取为Isdq的一半，即Isd=0.5×Isdq。
当电动机起动时，速断电流定值自动设定为Isdq，当电动机起动完毕，速断电流定值自动设定为Isd，这样，既可有效防止起动过程中因起动电流过大引起的误动，同时还能保证正常运行中保护有较高的灵敏度。
速断保护设有一段延时，当延时整定为0时，即为瞬时动作。若电动机采用熔断器-高压接触器（F-C）回路控制，则保护可经设定的延时跳闸以躲过熔断器熔断时间。
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NED401型数字式电动机保护测控装置 IIsdq降压起动方式IIsdqj起动判别IIsd运行判别&&&t动作出口& 图3.1 电动机速断保护逻辑框图
3.2 过负荷保护
过负荷保护设二段延时t1和t2，当最大相电流大于整定值时，经延时t1发过负荷告警信号，经延时t2动作于跳闸。 过负荷保护在电动机起动时自动退出，起动结束后自动投入。
图3.2 电动机过负荷保护逻辑框图 Imax起动判别&t1t2告警跳闸3.3 热过载保护 综合考虑了电动机正序、负序电流所产生的热效应，为电动机各种过负荷引起的过热提供保护，也作为电动机短路、起动时间过长、堵转等的后备。 用等效电流Ieq来模拟电动机的发热效应，即：
Ieq=K1I1?K2I2 式中：Ieq-等效电流
I1-正序电流 I2-负序电流
K1-正序电流发热系数，在电动机起动过程中K1=0.5，起动完毕恢复K1=1 K2-负序电流发热系数，K2=3～10，可取K2=6
根据电动机的发热模型，电动机的动作时间t（可理解成热积累）和等效运行电流Ieq之间的特性曲线由下列公式给出：
22t=τln
22Ieq?Ip22Ieq?I?
式中：Ip-过负荷前的负载电流，若过负荷前处于冷态，则Ip=0
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NED401型数字式电动机保护测控装置
I∞-启动电流，即保护不动作所要求的规定的电流极限值 τ-时间常数，反映电动机的过负荷能力
这一判据充分考虑了电动机定子的热过程及其过负荷前的热状态。装置用热含量来表示电动机的热过程，热含量与定子电流的平方成正比，通过换算，将其量纲化成反映电动机过负荷能力的时间常数τ。当热含量值达到τ时，装置即跳闸。当热含量达到Ka×τ时，发过热告警信号，其中，Ka为告警系数，其取值范围为：(Ie/I∞)2＜Ka＜1。
启动电流I∞可按额定电流Ie的1.05～1.15倍整定。
发热时间常数τ应由电机厂提供，如果厂家没有提供，可按下述方法之一进行估算：
① 如果厂家提供了电动机的热限曲线或一组过负荷能力的数据，则按下式计算τ:
τ=
tI2ln22I?I?
求出一组τ后取较小的值。
②如已知堵转电流I和允许堵转时间t，也可由下式估算τ：
τ= t 2Iln22I?I?③按下式计算τ： ?e?K2?Tstartτ=?0 式中：θe为电动机的额定温升，K为起动电流倍数，θ0为电动机起动时的温升,Tstart为电动机的起动时间。 I1I2图3.3 电动机等效电流动作出口热过载保护逻辑框图 3.4 堵转保护 当电动机转子处于停滞状态时（滑差S=1），电流将急剧增大而造成电动机的烧毁事故。可引入电动机转速开关信号和正序电流共同构成堵转保护，其中，电动机转速开关信号可由“压板投退”控制字中的“转速开关接点”投退，转速开关接点由开入端子接入。 堵转保护还可作为短路的后备。 堵转保护I1t在电动机起动作出口&转速开关 12 起动判别NED401型数字式电动机保护测控装置
动时自动退出，起动结束后自动投入。若在电动机起动过程中发生堵转，长起动保护会动作，虽然动作时间可能大于允许的堵转时间，但考虑到堵转前电动机处于冷却状态，允许适当延长跳闸时间。
图3.4 电动机堵转保护逻辑框图
3.5 起动时间过长保护
电动机起动时间过长会造成转子过热，当装置实际测量的起动时间超过整定的允许起动时间时，保护动作于跳闸。
装置测量电动机起动时间Tstart的方法：当电动机三相电流均从零发生突变时认为电动机开始起动，起动电流达到10%Ie （Ie：额定电流）开始计时，直到起动电流过峰值后下降到112%Ie时为止，之间的历时称为Tstart。 3.6 负序过流保护（不平衡保护）
当电动机电流不对称时，会出现较大的负序电流，而负序电流将在转子中产生2倍工频感应电流，将使转子发热大大增加，危及电动机的安全运行。电流不平衡保护为匝间短路、断相、反相等故障的主保护，还可作为不对称短路时的后备。
装置有反时限和定时限两种动作特性供选择。 反时限的动作判据为：
2?I2??2?1??t≥A ?I??2q?式中：I2-电动机的负序电流；
I2q-反时限特性的负序启动电流，可按电动机长期允许的负序电流下能可靠返回整定，通常取1.05I2∞，而I2∞为电动机长期允许的负序电流。 A-电动机转子热容量常数，当A值无法提供时，为整定方便，装置采
用I2=3I2q时的允许时间t3q确定A值，即A=8t3q。 定时限采用二段式负序过流，其动作判据为：
I2＞I2qn T＞Tzdn
n=1,2，负序过流Ⅰ段主要保护电动机匝间短路、断相、反相等故障，可取I2q1 为（0.6～1）Ie（Ie：最大负荷电流），时限按躲过开关不同期合闸出现的暂态过程的时间整定。
负序过流Ⅱ段作为灵敏的不平衡电流保护，可取I2q2 为（0.2～0.6）Ie。 外部发生短路故障时，电动机的反馈负序电流可能引起负序电流保护误动。根据异步电动机区内、外发生不对称短路时I2/I1的比值不同，当满足下列条件时，闭锁负序电流保护：I2≥1.2I1，其中，I1为正序电流，I2为负序电流。而电动机内部发生短路故障时，自动解除闭锁，保证了可靠动作。
闭锁条件可由 “压板投退”控制字中的“I2≥1.2I1闭锁”投退。如用作同步电动机保护时可将其退出。
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