尤金宗

(福建眾合開發(fā)建筑設(shè)計院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平日益提高，對各類電氣設(shè)備、交流電動機等的使用也越來越頻繁。其中包括各類空調(diào)機、送排風(fēng)機、消防和平時兩用排煙排風(fēng)機、送風(fēng)補風(fēng)機、加壓送風(fēng)機等等。交流電動機的大面積使用，其控制、保護及電擊防護措施是否合理，也越來越顯出其重要性。筆者結(jié)合工程實際，探討交流電動機保護電器、主回路線纜的選擇，分析交流電動機接地故障保護校驗的必要性、分析接地故障電流的危害，并提出解決接地故障電流的措施。

1 交流電動機的控制、保護電器的選擇

1.1 熱繼電器

一般情況下，采用熱繼電器作為電動機的過載保護，熱過載電器的整定電流應(yīng)大于等于被保護電動機的額定電流。熱過載電器的額定電流宜不小于其整定電流的1.1倍；其中要求熱繼電器的整定值可調(diào)，整定值的調(diào)整范圍不應(yīng)小于額定值的20%；熱繼電器在7.2倍額定電流下的動作時間應(yīng)大于電動機的啟動時間[2]。

實際工程應(yīng)用中，常有混淆熱繼電器和過電流繼電器，誤把過電流繼電器的整定當(dāng)做熱繼電器的整定電流，設(shè)計中應(yīng)予以區(qū)分。以圖1中，7.5kW 6級鼠籠異步電動機(160M1-6),額定電流16.4A，啟動電流109.9A為例[2]，熱繼電器整定電流選14～18A即可滿足要求。

1.2 斷路器

當(dāng)電動機的主回路采用熱繼電器作為電動機的過載保護時，回路中的斷路器的長延時脫扣作為后備保護，斷路器的長延時脫扣器的整定值，應(yīng)滿足GB50055-2011第2.3.5-3條規(guī)范要求，Iset3 ≥(2～2.5)*Ist且Iset1=Iset3/Kins，所以Iset1應(yīng)滿足式1要求：

(1)

其中：Iset1——斷路器長延時脫扣器的整定電流，A；

Iset3——斷路器瞬時脫扣器的整定電流，A；

Kins——斷路器的瞬動電流倍數(shù)；

Ist——電動機的啟動電流，A。

以圖1為例，選用Kins=12的斷路器，則Iset1≥(2～2.5)*109.9/12=(18.3～22.9)A，所以Iset1取25A。綜上斷路器選Iset1=25A，Iset3=12Iset1=300A。

1.3 導(dǎo)體的選擇

電動機主回路導(dǎo)體的選擇，區(qū)別于配電線路中導(dǎo)體與過負(fù)荷保護電器的配合，并非按Iz≥Iset1，考慮經(jīng)濟性，只需滿足導(dǎo)體的載流量不小于電動機的額定電流[5]，即Iz≥Irm。

以圖1為例，Iz≥Irm=16.4A，選用BYJ-4×4mm2即滿足持續(xù)載流量計算要求。

圖1 電動機的控制及保護一次接線示意圖

其中：Iz——導(dǎo)體允許持續(xù)載流量，A；

Irm——電動機的額定電流，A。

2 電動機接地故障保護的校驗

2.1 斷路器靈敏度的要求

根據(jù)GB50054-2011第6.2.3條要求，當(dāng)選用斷路器作為短路保護電器時，被保護線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍[4]，即Id/Iset3≥1.3。

2.2 接地故障保護的計算

圖2為以實際工程為例，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》第三版、第四版，忽略電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗，得出接地故障回路中各元件的相保電阻和相保電抗，如表1所示。

圖2 某項目地下室風(fēng)機房配電示意圖

表1 故障回路中各元件的相保電阻和相保電抗[1-2]

故障回路的總阻抗為：

K3位置單相接地故障的電流：Ik3=220/Z=220/0.674=326 A；

斷路器脫扣器靈的敏度：K=Ik3/Iset3=326/(25×12)=1.09<1.3，不滿足要求。

3 接地故障電流的危害

當(dāng)用電設(shè)備或電動機發(fā)生接地故障，回路未及時切除故障電流時，由圖3可知，如果只在配電間內(nèi)做MEB總等電位聯(lián)結(jié)，人體的預(yù)期接觸電壓約等于故障電流在PE線上a-b-c點的電壓降。因線路L2、L3的保護線與相線等截面，所以a-b-c段保護線阻抗為該部分線路阻抗的一半，因此，a-b段保護線阻抗壓降Ua-b-c=I×Z′=326×0.5×(64.5+344)×0.001=66.6 V>50 V，不滿足安全電壓的要求。

圖3 TN系統(tǒng)做總等電位聯(lián)結(jié)發(fā)生接地故障時電流走向

在TN系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)機房內(nèi)的電源箱不僅供電給風(fēng)機房的風(fēng)機用電，同時還給其他回路供電時，因所有用電設(shè)備的PE線均連為一體，當(dāng)一處用電設(shè)備發(fā)生接地故障，該回路未在規(guī)定時間內(nèi)切除時，必將故障電壓Ua-b-c傳至該部分回路，給系統(tǒng)設(shè)備用電安全帶來極大隱患。

4 電擊防護的保護措施

4.1 等電位聯(lián)結(jié)

根據(jù)GB50054-2011第5.2.5條要求，當(dāng)電動機發(fā)生接地故障后，斷路器不能滿足自動切斷故障回路時，應(yīng)在風(fēng)機房內(nèi)設(shè)置輔助等電位端子箱SEB，并將機房內(nèi)外露可導(dǎo)電部分和外界可導(dǎo)電部分再做等電位聯(lián)結(jié)[4]。

由圖4可知，在風(fēng)機房內(nèi)設(shè)置輔助等電位SEB后，當(dāng)風(fēng)機回路發(fā)生接地故障，保護電器未在規(guī)定的時間內(nèi)切除故障回路時，忽略人體流過的故障電流，風(fēng)機房內(nèi)電源箱的PE線上的預(yù)期接觸電壓將由原來的電壓Ua-b-c降至Ua-b。Ua-b=326×0.5×64.5×0.001=10.5 V。因此，合理設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)，能有效降低預(yù)期接觸人體“手”到“腳”的阻抗，從而降低預(yù)期接觸電壓，是電擊防護措施中最為重要的手段之一。

圖4 TN系統(tǒng)做輔助等電位聯(lián)結(jié)后，發(fā)生接地故障時電流走向

為避免故障電壓傳至其他風(fēng)機房，遠離電源處的風(fēng)機房均應(yīng)設(shè)置輔助等電位SEB。對于強電間，弱電間，變配電室等電氣設(shè)備較多的房間，兩個外露可導(dǎo)電部分或外露可導(dǎo)電部分與外部可導(dǎo)電部分，一般都在伸臂范圍內(nèi)，也建議在該房間設(shè)置輔助等電位；對于廚房、水泵房等潮濕場所，更應(yīng)設(shè)置輔助等電位聯(lián)結(jié)。

4.2 其他防護措施

為提高TN系統(tǒng)中故障防護靈敏性，應(yīng)提高接地故障電流值，適當(dāng)放大相導(dǎo)體以及保護導(dǎo)體的截面積；選用帶短延時過電流脫扣器的斷路器，當(dāng)斷路器的瞬時脫扣器Iset3太大無法滿足接地故障電流靈敏度要求時，采用電流值較小的短延時過電流脫扣器Iset2；選用帶三相不平衡電流保護功能的斷路器；非消防用電動機配電回路，采用帶剩余電流保護的斷路器等等措施。

當(dāng)風(fēng)機所在的場所的地面下無鋼筋時，則可以在地面敷設(shè)電位均衡線或敷設(shè)鐵絲網(wǎng)，且與PE線及風(fēng)機外露可導(dǎo)電部分可靠連接，以此形成等電位，減少觸電事件的發(fā)生。電位均衡線宜采用25×4扁鋼或φ10圓鋼接近地表面，并留有防護層；鐵絲網(wǎng)宜為150×150，采用網(wǎng)格φ3焊接而成。等電位聯(lián)結(jié)的范圍不宜小于電動機的外露可導(dǎo)電部分向外1.2 m，如圖5所示。

圖5 地面等電位聯(lián)結(jié)做法

5 結(jié)論

交流電動機在我們的日常生活中隨處可見，其用電安全關(guān)系著使用者的人身安全，因此，對于電動機的電擊防護尤為重要。在設(shè)計中應(yīng)注意如下問題：

首先，應(yīng)合理選擇保護斷路器的瞬時脫扣值，熱繼電器的動作整定值和額定電流及供電線纜的截面等，選擇后還應(yīng)對所選設(shè)備進行靈敏度校驗，確保保護斷路器能按規(guī)定要求切除故障回路。

最后，應(yīng)該做好總等電位和輔助等電位聯(lián)結(jié)。對于長距離供電的配電箱，宜在附近設(shè)置SEB端子箱，并將電源的PE線、建筑物鋼筋、外露可導(dǎo)電部分、外部可導(dǎo)電部分與SEB端子箱連接。對沒有鋼筋的場所，建議采用地面設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)的做法。