如何确保低压配电装置和异步电动机用电安全？

技能点

●正确选用和安装常用低压电器。

●掌握异步电动机的控制、运行与维护。

知识点

●常用低压电器的性能特点及保护作用。

●异步电动机的技术参数、控制、运行与维护。

安全要点

●低压带电作业的安全要求。

一、低压配电装置

1.保护电器

（1）保护类型

1）短路保护是指电路或设备发生短路时，迅速切断电源。

2）过载保护是当电路或设备的载荷超过允许范围时，能延时切断电源的一种保护。

3）失电压（欠电压）保护是当电源电压消失或低于某一限值时，能自动断开电路的一种保护。

（2）电气设备的外壳防护

第一种防护性能

第二种防护性能

（3）熔断器

熔断器在电路中主要起到短路保护作用，用于保护电路。熔断器的熔体串联在被保护的电路中，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。

（4）热继电器

热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护，是一种利用电流热效应原理工作的电器，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。

（5）电磁式继电器

电磁式过电流继电器（或脱扣器）是依靠电磁力作用进行工作的。交流过电流继电器的动作电流可在其额定电流110%～350%的范围内调节，直流的可在其额定电流70%～300%的范围内调节。

失电压（欠电压）脱扣器也是利用电磁力作用来工作的，正常工作时衔铁处在闭合位置。当电路电压消失或降低至40%～75%时，衔铁被弹簧拉开，并通过脱扣机构使减压起动器或断路器动作而断开电路。

2.开关电器

（1）刀开关

刀开关是手动开关，只能用于不频繁起动。用刀开关操作异步电动机时，开关额定电流应大于或等于电动机额定电流的3倍。

刀开关没有或只有极为简单的灭弧装置，无力切断短路电流。因此，刀开关下方应装有熔体或熔断器。 （2）低压断路器俗称（俗称自动开关）

（3）交流接触器

主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。它具有低电压释放保护功能，在电力拖动控制电路中被广泛应用。

3.配电装置

低压配电屏又叫做开关屏或配电盘、配电柜，是将低电路所需的开关设备、测量仪表、保护装置和辅助设备等，按一定的接线方案安装在金属柜内构成的一种组合式电气设备，用以进行控制、保护、计量、分配和监视等。它适用于发电厂、变电所、厂矿企业中作为额定工作电压不超过380V低压配电系统中的动力、配电、照明配电。

4.低压电气设备安全工作的基本要求

1）配电屏及屏上的元器件的名称、标志、编号等是否清楚、正确，盘上所有的操作手柄、按钮和按键等的位置与现场实际情况是否相符，固定是否牢靠，操作是否灵活。

2）配电屏上表示“合”、“分”等信号灯和其他信号指示是否正确。

3）隔离开关、断路器、熔断器和互感器等的触点是否牢靠，有无过热、变色现象。

4）二次电路导线的绝缘层是否破损、老化。

5）配电屏上标有操作模拟板时，模拟板与现场电气设备的运行状态是否对应。

6）仪表或表盘玻璃是否松动，仪表指示是否正确。

7）配电室内的照明灯具是否完好，照度是否明亮均匀，观察仪表时有无眩光。

8）巡视检查中发现的问题应及时处理，并加以记录。

5.低压带电作业的要求

低压带电工作应设专人监护，使用有绝缘柄的工具，工作时站在于燥的绝缘物上，戴绝缘手套和安全帽，穿长袖衣，严禁使用锉刀、金属尺和带有金属物的毛刷、毛掸等工具。

在高低压同杆架设的低压带电电路上工作时，应先检查与高压线的距离，采取防止误碰高压带电设备的措施。

在低压带电导线未采用绝缘措施前，工作人员不得穿越。在带电的低压配电装置上工作时，要保证人体和大地之间、人体与周围接地金属之间、人体与其他导体或零件之间有良好的绝缘或相应的安全距离，应采取防止相间短路和单相接地的隔离措施。上杆前先分清相线与中性线，选好工作位置。断开导线时，应先断开相线，后断开中性线。搭接导线时，顺序应相反。因低压相间距离很小，所以检修中要注意防止人体同时接触两根线头。

二、异步电动机

1.异步电动机的技术参数

（1）额定电压U_N 表示电动机定子绕组规定使用的线电压。

（2）额定电流I_N 表示电动机在额定电压及额定功率运行时，电源输入电动机定子绕组中的线电流。

（3）额定功率P_N 表示电动机在额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率。

（4）额定转速n_N 电动机在额定电压、额定频率和额定功率下工作时转轴的转速。

（5）定额

1）连续工作制。

2）短时工作制。

3）断续周期工作制。

（6）接法

若电压为380/220V，接法为Y/△，表明电源电压为380V时应接成Y联结；电源电压为220V时应接成△联结。

若铭牌为△，额定电压为380V，表明电源电压为380V时电动机应接成△联结。

（7）额定频率 指接入电动机的交流电源的频率。

（8）绝缘等级 表示电动机所用绝缘材料的耐热等级。

绝缘材料的耐热等级和极限工作温度

（9）型号 三相异步电动机的产品型号由汉语拼音字母和数字组合而成。

（10）起动转矩与起动转矩倍数 电动机加上额定电压起动（转速为零）时的电磁转矩称为起动转矩。起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数，是异步电动机起动性能的重要指标。

（11）最大转矩与过载能力 电动机从起动后，随着转速n的变化电磁转矩是不断变化的，有一个最大值称为最大转矩或临界转矩。最大转矩T_max与额定转矩T_N的比值称为异步电动机的过载能力。

（12）额定转矩 是指电动机在额定工作状态下，轴上允许输出的转矩值。

（13）功率因数

三相异步电动机的功率因数较小，在额定负载时为0.7～0.9。空载时功率因数更小，只有0.2～0.3。额定负载时功率因数最大。

（14）效率 电动机输出功率P₂与输入功率P₁的比值，称为效率，用η表示。

（15）起动电流 电动机转速为零（静止）加上额定电压时的线电流。

2.异步电动机的起动

（1）笼型异步电动机的起动

1）全压起动。

起动时，将额定电压通过开关（刀开关、组合开关、低压断路器等）或接触器直接加在定子绕组上，使电动机起动。优点：起动设备简单，起动迅速。缺点：起动点流大。当电源容量较大而电动机功率较小时，这种方法是可用的。

一般情况下，10kW以上的电动机都不宜采用全压起动，应采用减压起动。

2）减压起动。利用起动设备将电压适当除低后加到电动机的定子绕组上起动，以限制电动机的起动电流，等电动机转速升高后，再使电动机定子绕组上的电压恢复至额定值，这种方法称为减压起动。减压起动方法仅适用于空载或轻载起动。减压起动一般有下列三种方法：

①星形-三角形（Y—△）减压起动。

按下SB2，接触器KM和KM1吸合，电动机绕组星形联结减压起动。同时，时间继电器KT接通电源，至电动机转速接近额定转速时，其常闭触头延时打开，常开触头延时闭合，接触器KM1释放，KM2吸合，电动机绕组三角形联结全压运行。按下SB1，接触器全部释放，电动机断开电源，KM1与KM2是不能同时吸合的，否则，将造成三相短路。因此，KM1与KM2之间必须实现联琐。

②自耦变压器减压起动。这种方法是利用自耦变压器来降低起动时加在电动机定子绕组上的电压，达到限制起动电流的目的。

自耦变压器一般有几个分接头，分别等于一次电压的40%、60%、80%等。由此可见，自耦变压器减压起动的起动电压是可以选择的。

当按下起动按钮SB2时，接触器KM1、KM2和时间继电器KT吸合，电动机经自耦变压器减压起动；经整定时间后，接通接触器KM3的控制电路，KM1、KM2释放，KM3吸合，电动机全压运行。

③延边三角形减压起动。采用延边三角形减压起动的电动机，其定子绕组应是特别绕制的，有9个接线头。

起动时，将定子绕组的一部分接成△联结另一部分接成Y联结，整个绕组接成延边三角形，并将三相电源分别接入3个绕组的首端U1、V1、W1。此时，每相绕组的相电压比三角形联结时有所降低，起动电流也有所减小。

待电动机转速升高后，再接成三角形联结，则电动机投入正常运行。

（2）线绕转子异步电动机的起动

1）接变阻器。起动前，将变阻器调到最大位置，使电阻全部接入转子电路；然后，随着电动机转速逐渐升高，将起动电阻逐级切除，直到起动完毕后，通过短路装置将电阻全部切除，并将转子绕组短接。转子电路中接入变阻器后，可限制起动电流增大。

2）接频敏变阻器。

3.电动机转向控制

电动机的旋转方向是和定子旋转磁场的方向始终一致的，而定子旋转磁场的旋转方向又决定于电源的相序。因此，要使电动机反转，只要改变输入电动机三相电源的相序，就是将三相电源的L1、L2、L3三条导线中的任意两条对调就可以了。

4.电动机的调速

（1）变频调速 改变电源的频率f₁就可以改变电动机转速。当f₁增加时，电动机转速增加；当f₁减小时，电动机转速降低。因此，利用电源频率f₁的变化，可得到平滑且宽范围的调速性能，但变频调速需要一套变频装置，该装置占地面积较大、价格昂贵、设备复杂。近年来由于利用晶闸管实现交流变频技术取得突破，因此变频调速得到推广。

（2）变极调速(www.xing528.com)

异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速下降1/2，电动机的转速也近似下降1/2。因此，改变磁极对数可以达到调速的目的。变极调速的电动机一般都是笼型异步电动机。

变极调速的优点是控制设备简单、损耗小；其缺点是调速范围不大，而且不能实现平滑调速。在机床上常将这种调速方法与齿轮变速配合使用。

（3）绕线转子异步电动机串电阻调速 在负载转矩不变的情况下，如果改变转子电路的电阻，就可以改变电动机转差率，从而改变电动机的转速。当在转子电路中串联的电阻越大，转速将越低。

这种方法调速较为简单，调速范围较大，但会使电动机的机械特性变坏并且消耗的电能较大。因此，常用于要求短时间调速且调速又不太大的中、小型电动机。

5.电动机的制动

（1）机械制动 机械制动是利用机械装置，在电动机切断电源后，依靠外加机械制动闸（一般采用电磁抱闸）作用于电动机轴上，使电动机迅速停止转动。

当电动机通电起动后，电磁抱闸的线圈同时通电吸引衔铁，使其与静铁心闭合，克服弹簧弹力，使得制动杠杆上移，从而使闸瓦与闸轮松开（即松闸），电动机正常转动。

当电动机电源被切断后，线圈断电，衔铁释放，在弹簧作用下，闸瓦与闸轮紧紧抱住（即抱闸），电动机被迅速制动而停转。

（2）电力制动 电力制动是指电动机的电磁转矩方向与电动机的实际旋转方向相反，从而使得电动机迅速停止转动。

1）反接制动。

电动机有制动要求时，将电源的任意两相对调，就可以立即使电动机的旋转方向改变，转子由于惯性仍保持原来的转动方向。这时转子感应电动势和电流方向改变，因此电磁转矩的方向也随之改变，变为与转子旋转方向相反，起到制动作用，从而使电动机迅速停机。

优点，制动转矩大、制动迅速；缺点：转速接近于零时应迅速切断电源，否则电动机会反转。当然，这可由速度继电器来控制。当速度接近于零时，继电器动作，使电路断开。对于经常需要正反转的机械采用这种方法较为合适。

2）能耗制动。

将异步电动机定子绕组三相交流电源断开的同时，向定子绕组通入一定的直流电流，如为绕线转子异步电动机，还可在转子电路中串入适当的电阻，以调节制动的强弱。

优点：能耗小，可以准确停机；缺点：需要另设直流电源。这种方法一般适用于功率较大、制动频繁或要求准确停机的场合。

3）回馈制动（再生发电制动）。

当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。回馈制动只适用于电动机转子转速n高于同步转速n₀的场合，即n＞n₀。

这种制动方法虽然经济，但其运转速度较高。在起重机中有所应用，如高处下放重物时，由于重物下降速度大于电动机的同步转速，从而产生制动转矩。

6.电动机的保护

（1）短路保护

1）一台电动机熔体的选择，即

I_fN≥（1.5～2.5）I_N

式中，I_fN为熔体额定电流；I_N为电动机的额定电流。

2）多台电动机熔体的选择。电路中有多台电动机运行时，其总保护熔体可按以下经验公式选取，即

I_fN≥（1.5～2.5）I_Nmax+∑I_N

式中，I_Nmax为多台电动机中额定电流最大值。

（2）过电流保护。运行中的电动机有时会出现过电流现象。其主要原因有：电网电压太低；机械负荷过重；起动时间过长或电动机频繁起动；电动机断相运行；机械方面故障。

短时间的过负荷不会造成电动机的损坏，较长时间的持续过负荷会损坏电动机的绝缘以致将电动机烧毁。因此，必须采取过负荷保护措施。对过负荷保护装置通常采用热继电器来实现。热继电器可以反映电动机的过热状态并能发出信号。当电动机通过额定电流时，热继电器应长期不动作；当电动机通过整定电流的1.05倍电流时，从冷态开始运行，热继电器在2h内不应动作；当电流升至整定电流的1.2倍时，则应在2h内动作。

对电动机进行过负荷保护的热继电器，其动作电流值一般按电动机的额定电流整定。

（3）失电压保护 运行中的电动机电压过低时，由于电动机的电磁转矩与电压的二次方成正比，所以电动机的转速将下降，而电流必然增大，长时间运行时电动机也将因过热而烧毁。因此，在电网电压过低时，应及时切断电动机的电源。同时，当电网电压恢复时，也不允许电动机自行起动，以防发生设备事故和人身事故。为此，电动机通常应有失电压保护装置。

使用接触器控制电动机时，即具有失电压保护功能。

（4）三相电动机的断相运行 三相电动机接到电源的三根导线中，若由于某种原因断开一根，此时的三相电动机即为断相运行状态，但电动机还会继续旋转。如果在起动时就少了一相，则电动机将不能起动。电动机处于断相运行状态时，如果电动机满负荷运行，这时其余两根线的电流将成倍增加，从而引起电动机过热，长时间运行将使电动机烧毁。异步电动机断相运行对机械特性也产生了严重影响，最大转矩T_max下降了大约40%，起动转矩T_st等于零。如果电动机满负荷运行，电动机有可能停机，这时电流将进一步加大，若没有过电流继电器和热继电器的保护，将加快电动机的损毁。

7.异步电动机的运行与维护

（1）电动机的运行

1）基本要求。

①在额定冷却空气温度（一般为35°C）下，电动机可按制造厂铭牌规定的额定数据运行。

a.当冷却空气温度t低于35°C时，电动机的功率可以较额定值提高（35-t）%，但最多不应超过8%～10%。

b.当冷却空气温度t高于35°C时，电动机的功率应较额定值降低（t-35）%。

②电动机线圈和铁心的最高监视温度，应符合制造厂的制定，在任何运行方式下均不应超出此温度。电动机各部位发热程度是用温升来表示的。

③电动机一般可在额定电压变动-5%～+10%的范围内运行，其额定功率不变。如超过上述范围，应通过试验，确定电动机允许的负荷。

④电动机在按额定功率运行时，相间电压不平衡程度不得超过5%。

⑤电动机运行时，每个轴承测得的振动值，应符合下表的规定。

电动机的转速与振动值

⑥电动机轴伸的径向偏摆最大允许值为下表所列数值。换向器和集电环的偏摆和偏心（对于小型电动机，一般应小于0.10mm）。滑动轴承上电动机轴伸窜动间隙（轴向移动）的允许值见下表。

电动机轴伸的径向偏摆最大允许值

滑动轴承上电动机轴伸窜动间隙（轴向移动）的允许值

⑦直流电动机在运行时，其换向器上可能出现火花现象。如无特殊要求，且在额定状态下运行时，火花等级应不大于1.5级；在短时过电流或短时过转矩时，应不超过2级；3级火花仅允许在直接起动（无变阻器）或逆转瞬间出现。

2）电动机起动前的要求。

①对新投入或大修后投入运行的电动机的要求。

a.三相交流电动机定子绕组、线绕转子异步电动机的转子绕组的三相直流电阻偏差应小于2%。对某些只更换个别线圈的电动机，其直流电阻偏差应不超过5%，但当电源的三相电压平衡时，三相电流中任一相与三相平均值的偏差不得超过10%。

b.直流电动机电枢绕组与换向片焊接后，片间电阻相差应小于5%～8%。

c.电动机定子与转子之间的气隙不均匀度不允许超过下表所列的数值。

电动机定子与转子之间的气隙不均匀度允许值

d.直流电动机或集电环式电动机的换向器、集电环的电刷及刷架应完好；弹簧压力及电刷与刷盒的配合以及电刷与集电环或换向器的接触面应符合要求。

e.电动机绕组的绝缘电阻应符合规定，电动机的绝缘电阻一般应大于下表的规定。

电动机绝缘电阻最低允许值 （单位：MΩ）

②长时间（如3个月以上）停用的电动机，投入运行前的要求。

a.用手电筒检查内部是否清洁、有无脏物，并用压缩空气（不超过两个大气压）或“皮老虎”吹扫干净。

b.检查电路电压和电动机接法是否符合铭牌规定；电动机引出线与电路连接是否牢固、有无松动或脱落，机壳接地是否可靠。

c.熔断器、断电保护装置、信号保护装置、自动控制装置均应调试到符合要求。

d.检查电动机润滑系统：油质是否符合标准，有无缺油现象。对于常需迫润滑的电动机，起动前还应检查油路系统有无阻塞，油温是否合适，循环油量是否符合要求。电动机应经试运正常后方可起动。

e.各紧固螺钉不得松动。

f.测量绝缘电阻是否符合规定要求。

g.检查传动装置：传动带不得过松或过紧，连接要可靠，无开裂迹象，联轴器螺钉及销钉应完整、坚固，不得松动或缺少。

h.通风系统应完好，通风装置和空气过滤器等部件应符合有关规定要求。

（2）电动机的运行监视、维护与运行中的事故停机

1）电动机的运行监视与维护。

①电压监视。电源电压与额定电压的偏差不超过±5%，三相电压不平衡度不超过1.5%。

②电流监视。用钳形电流表测量电动机的电流，对电流较大的电动机还要经常观察运行中电流是否三相平衡或超过允许值。三相电流不平衡度，空载时不超过10%，重载以上时不超过5%。

③机组转动监视。检查传动带连接处是否良好，传动带松紧是否合适，机组转动是否灵活，有无卡位、窜动及不正常的现象等。

④注意电动机及其周围的温度，保持电动机附近的清洁，电动机周围不应有煤灰、水汽、金属导线、棉纱头等，以免被卷入电动机内。如发现电动机温度过高，要立即停止运行，查明原因并处理，排除故障后方能继续使用。

⑤注意电动机的响声是否正常，电动机是否有焦臭气味，如有其他异常现象也应停机检修。

⑥注意电动机的轴承运行声音是否正常，观察有无发热现象、润滑以及摩擦情况是否正常。无制造厂的规定时，可按下列标准观察：滑动轴承不得超过80℃；滚动轴承不得超过100℃。

⑦由外部用管道引入空气冷却的电动机，应保持管道清洁畅通，连接处要严密，闸门应在正确的位置上。对于大型密闭式冷却的电动机，应检查其冷却系统运行是否正常。

⑧检查电动机各部件螺钉是否拧紧，如松动应紧固电动机螺钉及机座、端盖螺钉。

⑨检查电动机接线是否符合要求，外壳是否可靠接地或接零。

⑩定期在断开电源的情况下，测量电动机绕组绝缘电阻。如发现绝缘电阻过低，尤其是电动机受潮时，要及时做干燥处理。

2）电动机运行中的事故停机。

电动机在运行中，如出现异常现象，除应加强监视、迅速查明原因外，还应报告有关人员。如发生下列情况之一，应立即切断电源或去掉负荷，并紧急停机。

①发生人身事故与运行中的电动机有关。

②电动机所拖动的机械发生故障。

③电动机冒烟起火。

④电动机轴承温度超过允许值，不停机将造成损坏。

⑤电动机电流超过铭牌规定值，或在运行中电流猛增，原因不明，并没有消除。

⑥电动机在发热和发出异声的同时，转速急剧变化。

⑦电动机内部发生冲击（扫膛、窜轴）。

⑧传动装置失灵或损坏。

⑨电动机强烈振动。

⑩电动机的起动装置、保护装置、强迫润滑或冷却系统等附属设备发生事故，并影响电动机的正常运行。