前 言
前 言
本規范是根據原建設部《關于印發<二OO二~ 二OO三年度國家標準制訂、修訂計劃>的通知》(建標[2003]102號)的要求,由中國新時代國際工程公司會同有關單位在原《通用用電設備配電設計規范》GB 50055—93的基礎上進行修訂而成的。本規范在修訂過程中,編制組進行了廣泛的調查研究,總結了原規范在使用過程中的經驗,結合科學技術和生產力的發展水平,本著“統一、協調、簡化、優選”的原則進行修訂,并征求了廣大設計、科研、生產等各有關單位的意見,最后經審查定稿。
本規范共分8章,主要內容包括總則、電動機、起重運輸設備、電焊機、電鍍、蓄電池充電、靜電濾清器電源及室內日用電器等。
本次修訂的主要內容是:①將各章節中的適用范圍統一調整到總則;②原規范規定的3kW以上的連續運行的電動機宜裝設過載保護調整為連續運行的電動機宜裝設過載保護;③放寬了低壓斷路器和符合要求的隔離開關用于電動機的控制電器的使用;④將"3kV~10kV電動機”單列一節;⑤在“起重機”中增加了“銅質剛性滑觸線”的使用;⑥在原規范“日用電器”中增加了“特殊場所”插座安裝形式的要求;⑦對原規范的主要技術內容進行了補充、完善和必要的修改。
本規范中以黑體字標志的條文為強制性條文,必須嚴格執行。
本規范由住房和城鄉建設部負責管理和對強制性條文的解釋,中國機械工業聯合會負責日常管理,中國新時代國際工程公司負責具體技術內容的解釋。請各單位在執行本規范過程中,注意
總結經驗,積累資料,并及時將意見、建議和有關資料反饋給中國新時代國際工程公司(地址:陜西省西安市環城南路東段128號。
本規范組織單位、主編單位、參編單位、主要起草人和主要審查人:
組織單位:中國機械工業勘察設計協會
主編單位:中國新時代國際工程公司
參編單位:中國航天建筑設計研究院(集團) 中冶南方工程技術有限公司 中國電子工程設計院 中國航空工業規劃設計研究院 北京市建筑設計研究院 國際銅業協會(中國)
主要起草人:余小軍 王 勇 曹國棟 李志愿 張秀芬 陳澤毅 楊維迅 徐 輝
主要審查人:王素英 李道本 賀湘琨 楊德才 高小平 高常明 湯繼東 周積剛 劉麗萍
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修訂說明
《通用用電設備配電設計規范》GB 50055-2011,經住房和城鄉建設部2011年7月26日以第1101號公告批準發布。
本規范是在《通用用電設備配電設計規范》GB 50055-93(以下簡稱原規范)的基礎上修訂而成,上一版的主編單位是機械工業部第七設計研究院。
參編單位是中國航空工業規劃設計研究院、航空航天工業部第七設計研究院、電子工業部第十設計研究院、冶金工業部武漢鋼鐵設計研究院、北京市建筑設計院。
主要起草人是張杰、蔣毓滋、卞鎧生、陳德水、龔循儀、洪元頤、柏志榮、張德聲。
本著“統一、協調、簡化、優選”的原則,在總結了原規范在使用過程中存在的問題的基礎上,結合科學技術和生產力的發展水平,征求了廣大設計、科研、生產等各有關單位的意見,最終完成了修訂工作。為便于廣大設計、施工、科研、學校等單位有關人員在使用本規范時能正確理解和執行條文規定,《通用用電設備配電設計規范》編制組按照章、節、條順序編制了本規范的條文說明,對條文規定的目的、依據以及執行中需注意的有關事項進行了說明(還著重對強制性條文的強制性理由作了解釋)。但是,本條文說明不具備與規范正文同等的法律效力,僅供使用者作為理解和把握規范規定的參考。
1總 則
1 總 則
1.0.1 為使通用用電設備配電設計做到保障人身安全、配電可靠、技術先進、經濟合理、節約能源和安裝維護方便,制定本規范。
1.0.2 本規范適用于下列通用用電設備的配電設計:
1 額定功率大于或等于0.55kW的一般用途電動機。
2 電動橋式起重機、電動梁式起重機、門式起重機和電動葫蘆;膠帶輸送機運輸線、載重大于300kg的電力拖動的室內電梯和自動扶梯。
3 電弧焊機、電阻焊機和電渣焊機。
4 電鍍用的直流電源設備。
5 牽引用鉛酸蓄電池、起動用鉛酸蓄電池、固定型閥控式密閉鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池的充電裝置。
6 直流電壓為40kV~80kV的除塵、除焦油等靜電濾清器的電源裝置。
7 室內日用電器。
1.0.3 通用用電設備配電設計應采用符合國家現行標準的產品,并應采用效率高、能耗低、性能先進的電氣產品。
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1.0.3 國家在相繼公布的《綠色建筑技術導則》、《節能中長期專項規劃》中對節能的重要性、目標、要求和措施等作了詳盡的描述,因此采用符合國家現行有關標準的高效節能、性能先進、綠色環保、安全可靠的電氣產品,也是實現國家可持續發展的要求。通用用電設備配電設計時所選用的設備,必須是經國家主管部門認定的鑒定機構鑒定合格的產品,基本建設、技術改造項目和更新設備都應優先采用節能產品,并嚴禁采用國家已公布的能耗高、性能落后的電氣產品。
1.0.4 通用用電設備配電的設計除應符合本規范外,尚應符合國家現行有關標準的規定。
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1.0.4 對于本規范中沒有規定的通用用電設備配電設計的內容,或對于專業性較強的內容未在本規范中表達,當其他現行國家標準有規定時,同樣應該執行,故作此規定。
2電動機
2.1 電動機的選擇
2 電動機
2.1 電動機的選擇
2.1.1 電動機的工作制、額定功率、堵轉轉矩、最小轉矩、最大轉矩、轉速及其調節范圍等電氣和機械參數應滿足電動機所拖動的機械(以下簡稱機械)在各種運行方式下的要求。
2.1.2 電動機類型的選擇應符合下列規定:
1 機械對起動、調速及制動無特殊要求時,應采用籠型電動機,但功率較大且連續工作的機械,當在技術經濟上合理時,宜采用同步電動機。
2 符合下列情況之一時,宜采用繞線轉子電動機:
1)重載起動的機械,選用籠型電動機不能滿足起動要求或加大功率不合理時。
2)調速范圍不大的機械,且低速運行時間較短時。
3 機械對起動、調速及制動有特殊要求時,電動機類型及其調速方式應根據技術經濟比較確定。當采用交流電動機不能滿足機械要求的特性時,宜采用直流電動機;交流電源消失后必須工作的應急機組,亦可采用直流電動機。
4 變負載運行的風機和泵類等機械,當技術經濟上合理時,應采用調速裝置,并選用相應類型的電動機。
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2.1.2 本條的宗旨是在滿足使用要求的前提下,盡量選用簡單、可靠、經濟、節能的電動機;即優先選用籠型電動機,一般不宜選用直流電動機。
1 關于籠型電動機變頻調速問題參見本條第3款說明。本款包括多速籠型電動機,僅要求數種轉速時,應優先予以選用。選用同步電動機,除個別情況是為穩速外,通常是為了提高功率因數。采用同步電動機是否合理,不僅與額定功率大小有關,還涉及同步轉速、運行方式、所在系統無功負荷的大小和分布、制造和價格情況等,規范中不宜對功率界限作出硬性規定,而應通過技術經濟比較確定。
2 重載起動的籠型電動機應按起動條件進行校驗,這在本規范第2.2.3條第1款中有明確規定。當不能滿足要求或加大功率不合理時,則應按本款規定選用繞線轉子電動機。在起動過程中,堵轉轉矩(亦稱起動轉矩)、最小轉矩、最大轉矩共同起作用,均需校驗。能否克服靜阻轉矩決定于堵轉轉矩;能否順利加速則最小轉矩是關鍵;最大轉矩除影響起動過程外,還決定了電動機的過載能力。繞線轉子電動機的轉矩——轉差特性曲線可通過調節轉子回路的電阻而改變,從而適應重載起動條件,并能在一定范圍內調節轉速。
3 機械對起動、調速及制動有特殊要求時,有多種方案可供選擇,如機械調速、液壓調速、串級調速、變頻調速等。這些方案各有優缺點,因此,電動機調速選擇需結合傳動設計,通過技術經濟比較確定。隨著電力電子技術的發展,應優先選用交流變頻調速。
4 關于風機和水泵出于節能目的而調速的問題,多年來,國家相關部門十分重視,據統計,我國發電總量60%以上是通過電動機消耗的,其中一半以上用于各種風機和水泵設備。而我國一些企業中變負荷運行的風機、水泵占70%,如果以調速傳動代替原有的不調速傳動,通過改變轉速來調節流量和壓力,取代傳統的用擋板和閥門調節的方法,平均可節電30%左右。
2.1.3 電動機額定功率的選擇應符合下列規定:
1 連續工作負載平穩的機械應采用最大連續定額的電動機,其額定功率應按機械的軸功率選擇。當機械為重載起動時,籠型電動機和同步電動機的額定功率應按起動條件校驗;對同步電動機,尚應校驗其牽入轉矩。
2 短時工作的機械應采用短時定額的電動機,其額定功率應按機械的軸功率選擇;當無合適規格的短時定額電動機時,可按允許過載轉矩選用周期工作定額的電動機。
3 斷續周期工作的機械應采用相應的周期工作定額的電動機,其額定功率宜根據制造廠提供的不同負載持續率和不同起動次數下的允許輸出功率選擇,亦可按典型周期的等值負載換算為額定負載持續率選擇,并應按允許過載轉矩校驗。
4 連續工作負載周期變化的機械應采用相應的周期工作定額的電動機,其額定功率宜根據制造廠提供的數據選擇,亦可按等值電流法或等值轉矩法選擇,并應按允許過載轉矩校驗。
5 選擇電動機額定功率時,應根據機械的類型和重要性計入儲備系數。
6 當電動機使用地點的海拔和冷卻介質溫度與規定的工作條件不同時,其額定功率應按制造廠的資料予以校正。
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2.1.3 作為定額一部分的額定輸出功率(簡稱額定功率)是以工作制為基準的。不同工作制的機械應選用相應定額的電動機。根據現行國家標準《旋轉電機 定額和性能》GB 755中的定義,“定額”是“一組額定值和運行條件”,“工作制”是“電機承受的一系列負載情況的說明,包括起動、電制動、空載、停機和斷能及其持續時間和先后順序等”。
電動機的工作制分為10類:連續工作制——S1;短時工作制——S2;斷續周期工作制——S3;包括起動的斷續周期工作制——S4;包括電制動的斷續周期工作制——S5;連續周期工作制——S6;包括電制動的連續周期工作制——S7;包括負載—轉速相應變化的連續周期工作制——S8;負載和轉速做非周期變化的工作制——S9;離散恒定負載工作制——S10。
按此分類,連續工作制(S1)為恒定負載(運行時間足以達到熱穩定);連續周期工作制(包括S6一S8)則為可變負載。
電動機的定額分為6類:連續工作制定額(S1);短時工作制定額(S2)——持續運行時間為10min、30min、60min或90min;周期工作制定額(S3~S8)——負載持續率為15%、25%、40%或60%,工作周期的持續時間為10min;非周期定額(S9);離散恒定負載工作制定額(S10);等效負載定額(應標志為“equ”)——制造廠為試驗目的而規定的定額,與S3~S10工作制之一等效。
2.1.4 電動機的額定電壓應根據其額定功率和配電系統的電壓等級及技術經濟的合理性確定。
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2.1.4 直流電動機的電壓主要由功率決定。交流電動機的電壓選擇涉及電機本身和配電系統兩個方面。一般情況下,中小型電動機為380V或660V,大中型電動機為10kV。對恒速負載,功率大于200kW的電動機其額定電壓宜選10kV。對變速負載宜采用變頻調速,功率在200kW~1500kW的電動機其額定電壓宜選660V。將現行的380V電壓升為660V電壓,可增加輸電距離,提高輸電能力;可減少變壓器數量,簡化工廠配電系統,提高供電可靠性;可縮小電纜截面,節省有色金屬;可降低功率損耗及短路電流值,并擴大異步電動機的制造容量等,因而是有效的節電手段之一。提高配電電壓,這在世界各國已成為發展趨勢。在我國,660V等級電壓在礦井中廣泛使用,并已列入了國家標準《標準電壓)GB/T 156。
2.1.5 電動機的防護形式應符合安裝場所的環境條件。
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2.1.5 本條對電動機防護形式問題只作了原則規定,關于爆炸和火災危險、化工腐蝕等特殊環境條件,另有專用規范。
2.1.6 電動機的結構及安裝形式應與機械相適應。
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2.1.6 關于電動機的結構及安裝形式,詳見現行國家標準《旋轉電機結構型式、安裝型式及接線盒位置的分類(IM代碼))GB/T997。
2.2 電動機的起動
2.2 電動機的起動
2.2.1 電動機起動時,其端子電壓應能保證機械要求的起動轉矩,且在配電系統中引起的電壓波動不應妨礙其他用電設備的工作。
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2.2.1、2.2.2 電動機起動對系統各點電壓的影響,包括對其他用電設備和對電動機本身兩個方面。第一方面:應保證電動機起動時不妨礙其他用電設備的工作。為此,理論上應校驗其他用電設備端子的電壓,但在實踐上極不方便,故在工程設計中采取校驗流過電動機起動電流的各級配電母線的電壓,其容許值則視母線所接的負荷性質而定。這方面的要求列入了第2.2.2條的第1款和第2款。第二方面:應保證電動機的起動轉矩滿足其所拖動的機械的要求。為此,在必要時,應校驗電動機端子的電壓。這方面的要求反映在第2.2.2條的第3款中。
1 第2.2.2條第1款適用于母線接有照明或其他對電壓較敏感的負荷時的情況。至于對電壓質量有特殊要求的用電設備,應對其電源采取專門措施,如為大中型電子計算機配置UPS或CVCF,這已超出本規范的內容。母線電壓不宜低于額定電壓的90%(頻繁起動時)或85%(不頻繁起動時),是沿用多年的數據并被廣泛采用。所謂“頻繁”是指每小時起動數十次以致數百次。
2 母線電壓不低于額定值的80%的條件,是參照《火力發電廠廠用電設計技術規定》DL/T 5153和許多部門的實際經驗而列入的。第2.2.2條第2款適用于3kV一10kV、1140V和660V電動機,以及不與照明和其他對電壓較敏感的負荷合用配電變壓器或共用配電線路的情況。
3 配電母線上未接其他負荷時,保證電動機的起動轉矩是唯一的條件。不同機械所要求的起動轉矩相差懸殊;不同類型電動機起動轉矩與端子電壓的關系亦不相同。因此,不可能規定電動機端子電壓的下限。各類機械要求的起動轉矩數據可在有關的手冊、資料中得到。最后還應指出,僅在電動機功率達到電源容量的一定比例(如20%或30%)或配電線路很長時,才需要校驗配電母線的電壓,而不必對各個系統的各級母線進行校驗。同樣,僅在電動機末端線路很長且重載起動時,才需要校驗起動轉矩;需考慮接觸器釋放電壓的情況很少遇到。
2.2.2 交流電動機起動時,配電母線上的電壓應符合下列規定:
1 配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負荷,電動機頻繁起動時,不宜低于額定電壓的90%;電動機不頻繁起動時,不宜低于額定電壓的85%。
2 配電母線上未接照明或其他對電壓波動較敏感的負荷,不應低于額定電壓的80%。
3 配電母線上未接其他用電設備時,可按保證電動機起動轉矩的條件決定;對于低壓電動機,尚應保證接觸器線圈的電壓不低于釋放電壓。
2.2.3 籠型電動機和同步電動機起動方式的選擇應符合下列規定:
1 當符合下列條件時,電動機應全壓起動:
1)電動機起動時,配電母線的電壓符合本規范第2.2.2條的規定。
2)機械能承受電動機全壓起動時的沖擊轉矩。
3)制造廠對電動機的起動方式無特殊規定。
2 當不符合全壓起動的條件時,電動機宜降壓起動,或選用其他適當的起動方式。
3 當有調速要求時,電動機的起動方式應與調速方式相匹配。
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2.2.3 本條的重點是正確選擇全壓起動或降壓起動。第1款所列的全壓起動條件是充分條件,必須全部滿足。某些構造特殊的電動機,如鑄鋼轉子籠型電動機,當其全壓起動時,轉子表面可能過熱,在這類情況下,應按制造廠規定的方式起動。當不符合全壓起動的條件時應優先采用降壓起動方式,包括切換繞組接線、串接阻抗、自耦變壓器、軟起動裝置起動等。應該指出,除降壓起動外,還可能采用其他適當的起動方式。如某些機械帶有盤車用的小電動機可以利用,某些變流機組可利用其直流發電機作為直流電動機來起動,某些有調速要求的電動機可利用調速裝置來起動。
2.2.4 繞線轉子電動機宜采用在轉子回路中接入頻敏變阻器或電阻器起動,并應符合下列規定:
1 起動電流平均值不宜超過電動機額定電流的2倍或制造廠的規定值。
2 起動轉矩應滿足機械的要求。
3 當有調速要求時,電動機的起動方式應與調速方式相匹配。
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2.2.4 繞線轉子電動機采用頻敏變阻器起動,具有接線簡單、起 動平滑、成本較低、維護方便等優點,應優先選用;但在某些情況下尚不能取代電阻器,特別是在需要調速范圍不寬的場合。繞線轉子電動機可接電阻器,既用于起動也用于調速。
根據現行行業標準《YZR系列起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機 技術條件》JB/T 10105的規定:“電動機起動時,轉子必須串入附加電阻或電抗,以限制起動電流的平均值不超過各工作制的額定電流的2倍”。對有具體型號及規格的電動機,可按制造廠的資料確定起動電流的限值。
2.2.5 直流電動機宜采用調節電源電壓或電阻器降壓起動,并應符合下列規定:
1 起動電流不宜超過電動機額定電流的1.5倍或制造廠的規定值。
2 起動轉矩和調速特性應滿足機械的要求。
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2.2.5 直流電動機起動電流不僅受機械的調速要求和溫升的制約,而且受換向器火花的限制。根據現行國家標準《旋轉電機 定額和性能》GB 755的規定,一般用途的直流電機在偶然過電流或短時過轉矩時,火花應不超過兩級。直流電機和交流換向器電動機的偶然過電流為1.5倍額定電流,歷時不小于lmin(大型電機經協議可縮短為30s)。上述數據偏于安全,尤其是小型直流電機可能容許較高的偶然過電流。對有具體型號及規格的電動機,可按制造廠的資料或實際經驗確定最大允許電流。
2.3 低壓電動機的保護
2.3 低壓電動機的保護
2.3.1 交流電動機應裝設短路保護和接地故障的保護。
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2.3.1 條文中有關低壓線路保護和電氣安全的名詞定義詳見現行國家標準《電氣安全術語)/GB/T 4776和《低壓配電設計規范》GB 50054的規定。短路故障和接地故障的保護是交流電動機必須設置的保護,故本條為強制性條文。
2.3.2 交流電動機的保護除應符合本規范第2.3.1條的規定外,尚應根據電動機的用途分別裝設過載保護、斷相保護、低電壓保護以及同步電動機的失步保護。
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2.3.2 交流電動機的過載保護、斷相保護和低電壓保護以及同步電動機的失步保護等需根據電動機的具體用途確定是否設置。
2.3.3 每臺交流電動機應分別裝設相間短路保護,但符合下列條件之一時,數臺交流電動機可共用一套短路保護電器:
1 總計算電流不超過20A,且允許無選擇切斷時。
2 根據工藝要求,必須同時起停的一組電動機,不同時切斷將危及人身設備安全時。
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2.3.3 本條為相間短路保護(簡稱短路保護),相對地短路劃歸為接地故障的保護。
數臺電動機共用一套短路保護屬于特殊情況,應從嚴掌握。總計算電流不超過20A是根據電動機的使用性質和重要性而確定的,節約投資,實踐證明是可行的。
2.3.4 交流電動機的短路保護器件宜采用熔斷器或低壓斷路器的瞬動過電流脫扣器,亦可采用帶瞬動元件的過電流繼電器。保護器件的裝設應符合下列規定:
1 短路保護兼作接地故障的保護時,應在每個不接地的相線上裝設。
2 僅作相間短路保護時,熔斷器應在每個不接地的相線上裝設,過電流脫扣器或繼電器應至少在兩相上裝設。
3 當只在兩相上裝設時,在有直接電氣聯系的同一網絡中,保護器件應裝設在相同的兩相上。
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2.3.4 IEC標準IEC 60364--4((建筑物電氣裝置》第473.3.1條中規定,短路保護器件應在不接地的相線上裝設。當短路保護兼作接地故障保護時,這是必要的。每相上裝設過電流脫扣器或繼電器能提高靈敏度,隨著科技的發展,電流脫扣器、電流互感器和繼電器的制造成本降低,每相上裝設是合適的。考慮到某些場合,如裝有專門的接地故障保護或在IT系統中,可能出現只在兩相上裝設的情況,本條保留了原規范的基本內容,但明確其條件是不兼作接地故障的保護。
2.3.5 當交流電動機正常運行、正常起動或自起動時,短路保護器件不應誤動作。短路保護器件的選擇應符合下列規定:
1 正確選用保護電器的使用類別。
2 熔斷體的額定電流應大于電動機的額定電流,且其安秒特性曲線計及偏差后應略高于電動機起動電流時間特性曲線。當電動機頻繁起動和制動時,熔斷體的額定電流應加大1級或2級。
3 瞬動過電流脫扣器或過電流繼電器瞬動元件的整定電流應取電動機起動電流周期分量最大有效值的2倍~ 2.5倍。
4 當采用短延時過電流脫扣器作保護時,短延時脫扣器整定電流宜躲過起動電流周期分量最大有效值,延時不宜小于0.1s。
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2.3.5 防止短路保護器在電動機起動過程中誤動作,包括正確選擇保護電器的使用類別和電流規格,特予并列,以防偏廢。
1 我國熔斷器和低壓斷路器標準中均已列入了保護電動機型。低壓熔斷器的分斷范圍和使用類別用兩個字母表示。第一個字母表示分斷范圍(g——全范圍分斷能力熔斷體,a——部分范圍分斷能力熔斷體),第二個字母表示使用類別(G——一般用途熔斷體,M——保護電動機回路的熔斷體)。如“gM”即為全范圍分斷的電動機回路中用的熔斷體。
2 由于我國熔斷器品種繁多,各種熔斷器的安秒特性曲線差別很大,故難以給出統一的系數。時至今日,熔斷器標準已靠攏IEC標準,產品的種類多,計算系數過多就失去優點,故直接查曲線或在手冊中給出具體的查選表格比較便于操作。如《工業與民用配電設計手冊》列出了不同規格的熔斷體在輕載和重載起動下的容許電流。這種做法造表雖繁瑣,但使用方便,建議推廣。
3 采用瞬動過電流脫扣器或過電流繼電器的瞬動元件時,應考慮電動機起動電流非周期分量的影響。非周期分量的大小和持續時間取決于電路中電抗與電阻的比值和合閘瞬間的相位。根據對電動機直接起動電流的測試結果,起動電流非周期分量主要出現在第一半波,第二、三周波即明顯衰減,其后則微乎其微。電動機起動電流第一半波的有效值通常不超過其周期分量有效值的2倍,個別可達2.3倍。由于瞬動過電流脫扣器或過電流瞬動元件動作與斷路器的固有分段時間無關,故其整定電流應躲過電動機起動電流第一半波的有效值。瞬動過電流脫扣器或電流繼電器瞬動元件的整定電流應取電動機起動電流周期分量最大有效值的2倍~2.5倍。
2.3.6 交流電動機的接地故障的保護應符合下列規定:
1 每臺電動機應分別裝設接地故障的保護,但共用一套短路保護的數臺電動機可共用一套接地故障的保護器件。
2 交流電動機的間接接觸防護應符合現行國家標準《低壓配電設計規范》GB 50054的有關規定。
3 當電動機的短路保護器件滿足接地故障的保護要求時,應采用短路保護器件兼作接地故障的保護。
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2.3.6 關于TN、TT和IT系統中間接接觸防護的具體要求,已列入現行國家標準《低壓配電設計規范》GB 50054中,本條不再重復。條文中將原“接地故障保護”改為“接地故障的保護”,以便于與現行國家標準《低壓配電設計規》GB 50054及有關標準相對應。
2.3.7 交流電動機的過載保護應符合下列規定:
1 運行中容易過載的電動機、起動或自起動條件困難而要求限制起動時間的電動機,應裝設過載保護。連續運行的電動機宜裝設過載保護,過載保護應動作于斷開電源。但斷電比過載造成的損失更大時,應使過載保護動作于信號。
2 短時工作或斷續周期工作的電動機可不裝設過載保護,當電動機運行中可能堵轉時,應裝設電動機堵轉的過載保護。
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2.3.7 本條中的過載保護用來防止電動機因過熱而造成的損壞,不同于現行國家標準《低壓配電設計規范》GB 50054中的線路過負荷保護。
1 過載時導致電動機損壞的主要原因是過載引起的溫升過高,除危及絕緣外,還使定子和轉子電阻增加,導致損耗和轉矩改變;由于定子和轉子發熱不同而使氣隙減少,導致運行可靠性降低甚至“掃堂”,大部分的電動機故障都是由過載產生的過熱所致。當然,以上所稱“過載”是廣義的,即包括機械過載、斷相運行、電壓過低、頻率升高、散熱不良、環境溫度過高等各種因素。但無論如何,過載保護的必要性是肯定的。因此,電動機,包括不易機械過載的連續運行的電動機,應盡可能裝設過載保護。此外,某些場合下斷電的后果比過載運行更嚴重,如沒有用機組的消防水泵,應在過載情況下堅持工作。
2 目前常用的過載保護器件用于短時工作或斷續周期工作的電動機時,整定困難,效果不好。條文規定上述電動機可不裝設過載保護,是為了考慮現實情況。如有運行經驗或采用其他適用的保護時,仍宜裝設。
2.3.8 交流電動機宜在配電線路的每相上裝設過載保護器件,其動作特性應與電動機過載特性相匹配。
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2.3.8 每相上裝設過載保護器件能提高靈敏度,反映各相電流的真實情況,易于實現保護。目前交流電動機過載保護器件最普遍應用的是熱繼電器和過載脫扣器(即長延時脫扣器)。較大的重要電動機亦采用電流繼電器,通常為反時限繼電器,用于保護電動機堵轉的過載保護時,可為定時限繼電器,其延時應躲過電動機的正常起動時間。
常用的過載保護器件簡單、價廉,但也難免存在缺點。如熱繼電器的雙金屬片與電動機的發熱特性不同,導致過載范圍內動作不均勻;過電流保護在低過載數倍下的動作時間明顯低于電動機的允許時間,使整定困難。目前,國內有許多廠家生產的專用電機保護器采樣電機定子電流,經運算與設定的保護曲線比較,具有定時限和反時限功能,能較真實地模擬電機運行情況,保護效果明顯,可以使用。以上兩者均只反映定子電流,對其他原因引起的過熱不能保護。因此,直接反映繞組過熱的溫度保護(如PTC熱敏電阻保護)及其改進型溫度—電流保護是比較合理的。為適應電動機的保護設備的迅速發展,條文中列入了溫度保護或其他適當的保護。
2.3.9 當交流電動機正常運行、正常起動或自起動時,過載保護器件不應誤動作。過載保護器件的選擇應符合下列規定:
1 熱過載繼電器或過載脫扣器整定電流應接近但不小于電動機的額定電流。
2 過載保護的動作時限應躲過電動機正常起動或自起動時間。熱過載繼電器整定電流應按下式確定:
Izd= KkKix(Ied/nKh) (2.3.9)
式中:Izd——熱過載繼電器整定電流(A);
Ied——電動機的額定電流(A);
Kk——可靠系數,動作于斷電時取1.2,動作于信號時取1.05;
Kix——接線系數,接于相電流時取1.0,接于相電流差時取巧√3;
Kh——熱過載繼電器返回系數,取0.85;
n——電流互感器變比。
3 可在起動過程的一定時限內短接或切除過載保護器件。
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2.3.9 本條規定了選擇過載保護器件的一般要求。此外,某些起動時間長的電動機在起動過程的一定時限內解除過載保護,防止保護器件誤動作,同時對正常運行的電機進行了保護。實踐證明行之有效。
2.3.10 交流電動機的斷相保護應符合下列規定:
1 連續運行的三相電動機,當采用熔斷器保護時,應裝設斷相保護;當采用低壓斷路器保護時,宜裝設斷相保護。
2 斷相保護器件宜采用斷相保護熱繼電器,亦可采用溫度保護或專用的斷相保護裝置。
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2.3.10 在過載燒毀的電動機中,斷相故障所占比例很大,根據參考資料,在美國和日本約占12%,在前蘇聯約占30%;而在我國則明顯超過以上數字。這與斷相保護不完善有直接關系,致使因斷相運行每年燒毀大批電動機,已引起多方面人士的關注。基于上述情況,并考慮到電器制造水平的發展,本規范對斷相保護作出了較嚴的規定。
關于用低壓斷路器保護的電動機,本條規定宜裝設斷相保護。據發生斷相故障的181臺小型電動機的統計,因熔斷器一相熔斷或接觸不良的占75%,因刀開關或接觸器一相接觸不良的占11%,因電動機定子繞組或引線端子松開的占14%。由此可見,除熔斷器外,其他原因約占25%,仍不容忽視。
電動機斷相運行時,電流會出現過載,用熔斷器作保護時,需熱效應將每相熔斷器逐一熔斷,反應遲緩,故要另外裝設斷相保護。對斷路器而言,過載保護動作后,將切斷三相電源,比熔斷器效果好。
2.3.11 交流電動機采用低壓斷路器兼作電動機控制電器時,可不裝設斷相保護;短時工作或斷續周期工作的電動機亦可不裝設斷相保護。
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2.3.11 短時工作或斷續周期工作的電動機經常處于起動和制動狀態,電流變化較大。保護元件難以準確判斷,容易誤動作。因此可不設斷相保護。
2.3.12 交流電動機的低電壓保護應符合下列規定:
1 按工藝或安全條件不允許自起動的電動機應裝設低電壓保護。
2 為保證重要電動機自起動而需要切除的次要電動機應裝設低電壓保護。次要電動機宜裝設瞬時動作的低電壓保護。不允許自起動的重要電動機應裝設短延時的低電壓保護,其時限可取0.5s~1.5s。
3 按工藝或安全條件在長時間斷電后不允許自起動的電動機,應裝設長延時的低電壓保護,其時限按照工藝的要求確定。
4 低電壓保護器件宜采用低壓斷路器的欠電壓脫扣器、接觸器或接觸器式繼電器的電磁線圈,亦可采用低電壓繼電器和時間繼電器。當采用電磁線圈作低電壓保護時,其控制回路宜由電動機主回路供電;當由其他電源供電,主回路失壓時,應自動斷開控制電源。
5 對于需要自起動不裝設低電壓保護或裝設延時低電壓保護的重要電動機,當電源電壓中斷后在規定時限內恢復時,控制回路應有確保電動機自起動的措施。
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2.3.12 交流電動機裝設低電壓保護是為了限制自起動,而不是保護電動機本身。當系統電壓降到一定程度,電動機將疲倒、堵轉,這個數值可稱為臨界電壓,并與電動機類型和負載大小有關。低電壓保護的動作電壓均接近臨界電壓(欠壓保護)或低于臨界電壓(失壓保護)。在系統電壓降到低電壓保護的動作電壓之前,電動機早已因電流增加而過載。低電壓保護可歸納為兩類:為保證人身和設備安全,防止電動機自起動(包括短延時和長延時);為保證重要電動機能自起動,切除足夠數量的次要電動機(瞬時)。
為配合自動重合閘和備用電源自投的時限,與繼電保護規程協調一致,短延時低電壓保護的時限為0.5s~1.5s。考慮到某些機械(如透平式壓氣機)的停機時間較長,長延時低電壓保護的時限為9s~20s,為了適用不同情況,本規范未給定低電壓保護的時限具體數值,而是根據工藝要求確定。
2.3.13 同步電動機應裝設失步保護。失步保護宜動作于斷開電源,亦可動作于失步再整步裝置。動作于斷開電源時,失步保護可由裝設在轉子回路中或用定子回路的過載保護兼作失步保護。必要時,應在轉子回路中加裝失磁保護和強行勵磁裝置。
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2.3.13 按有關規范間的分工和本節的適用范圍,本條僅涉及低壓同步電動機。低壓同步電動機在某些場合仍有應用價值,因此條文中作了原則規定。以前低壓同步電動機都采用定子回路的過載保護兼作失步保護,隨著電力電子技術的發展,在轉子回路中裝設失步保護或失步再整步裝置等是可行的,因此,條文中列入了這些內容。此外,當同步電動機由專用變頻設備供電時,特別是具有轉速自適應功能時,失步情況與由電力系統供電時不同,可另行處理。
2.3.14 直流電動機應裝設短路保護,并根據需要裝設過載保護。他勵、并勵及復勵電動機宜裝設弱磁或失磁保護。串勵電動機和機械有超速危險的電動機應裝設超速保護。
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2.3.14 直流電動機的使用情況差別很大,其保護方式與拖動方式密切相關,規范中只能作一般性規定。條文中“并根據需要裝設過載保護”,這里的“過載保護”亦包括保護電動機堵轉的過載保護。
2.3.15 電動機的保護可采用符合現行國家標準《低壓開關設備和控制設備 第4-2部分:接觸器和電動機起動器 交流半導體電動機控制器和起動器(含軟起動器)》GB14048.6保護要求的綜合保護器。
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2.3.15 電動機綜合保護器目前國內已有許多生產廠能夠生產,可實現多種保護功能,其內部的微處理器能用復雜的算法編制程序,精確地描述實際電動機對正常和不正常情況的相應曲線,能保護多種起因的電動機故障,并有許多監控功能。
2.3.16 旋轉電機勵磁回路不宜裝設過載保護。
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2.3.16 旋轉電機勵磁回路額定電流一般較小,過載能力強,且勵磁回路一旦斷電,容易造成“飛車”現象,導致出現更大的危害。
2.4 低壓交流電動機的主回路
2.4 低壓交流電動機的主回路
2.4.1 低壓交流電動機主回路宜由具有隔離功能、控制功能、短路保護功能、過載保護功能、附加保護功能的器件和布線系統等組成。
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2.4.1 本條為新增內容,規定了電動機主回路的組成,其中有關術語參見現行國家標準《電氣安全術語》GB/T 4776和《低壓配電設計規范》GB 50054。
2.4.2 隔離電器的裝設應符合下列規定:
1 每臺電動機的主回路上應裝設隔離電器,但符合下列條件之一時,可數臺電動機共用一套隔離電器:
1)共用一套短路保護電器的一組電動機。
2)由同一配電箱供電且允許無選擇地斷開的一組電動機。
2 電動機及其控制電器宜共用一套隔離電器。
3 符合隔離要求的短路保護電器可兼作隔離電器。
4 隔離電器宜裝設在控制電器附近或其他便于操作和維修的地點。無載開斷的隔離電器應能防止誤操作。
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2.4.2 隔離是保證安全的重要措施,規范中應予以明確規定。
1 考慮到我國常用配電箱、柜的產品現狀和實際運行經驗,本款對數臺電動機共用一套隔離電器的問題作了靈活規定。
2、3 現行國家標準《建筑物電氣裝置 第5部分:電氣設備的選擇和安裝 第53章:開關設備和控制設備》GB 16895.4第537.2條規定:隔離電氣在斷開位置時,其觸頭之間或其他隔離手段之間,應保證一定的隔離距離;隔離距離必須是看得見的,或明顯地并可靠地用“開”或“斷”標志指示;這種指示只有在電器每個極的斷開觸頭之間的隔離距離已經達到時才出現。半導體電器嚴禁用作隔離電器。在現行的國家低壓電器標準中,已列入了低壓空氣式開關、隔離開關、隔離器、熔斷器組合電器等隔離電器;低壓斷路器標準中亦列入了隔離型。
按IEC標準,“手握式設備”是在正常使用時要用手握住的移動式設備;“移動式設備”是在工作時移動的設備,或在接有電源時容易從一處移至另一處的設備。請注意,沒有搬運把手且量又使人難以移動的設備(規定這一重量為18kg)應歸入固定式設備。
4 按IEC標準的規定,無載開斷的隔離電器應裝設在能防止無關人員接近的地點或外護物內,或者能加鎖。
2.4.3 短路保護電器應與其負荷側的控制電器和過載保護電器協調配合。短路保護電器的分斷能力應符合現行國家標準《低壓配電設計規范》GB 50054的有關規定。
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2.4.3 根據我國接觸器和起動器的制造標準(等效采用IEC相應標準),起動器的定義是“起動和停止電動機所需要的所有開關電器與適當的過載保護電器相結合的組合電器”;過載保護電器附在起動器標準中,不再單列一項標準。接觸器和起動器(包括過載保護電器)與短路保護電器(以下簡稱SCPD)的協調配合是上述標準中的一項重要規定,其要點如下:
1 接觸器和起動器制造廠應成套供應或推薦一種適用的SCPD,以保證協調配合的要求。
2 過載保護電器與SCPD之間應有選擇性:在兩條時間—電流特性平均曲線交點所對應的電流以下,SCPD不應動作,而過載保護電器應動作,使起動器斷開,起動器應無損壞。在上述電流以上,SCPD應在過載保護電器動作之前動作,起動器應滿足制造廠規定的協調配合類型的條件。
3 允許有兩種協調配合類型:“1型”協調配合——要求接觸器或起動器在短路條件下不應對人或周圍造成危害,應能在修理或更換零件后繼續使用。“2型”協調配合——要求接觸器或起動器在短路條件下不應對人或周圍造成危害,且應能繼續使用,但允許有容易分離的觸頭熔焊。
4 上述協調配合的要求,由接觸器或起動器制造廠通過試驗驗證。
2.4.4 控制電器的裝設應符合下列規定:
1 每臺電動機應分別裝設控制電器,但當工藝需要時,一組電動機可共用一套控制電器。
2 控制電器宜采用接觸器、起動器或其他電動機專用的控制開關。起動次數少的電動機,其控制電器可采用低壓斷路器或與電動機類別相適應的隔離開關。電動機的控制電器不得采用開啟式開關。
3 控制電器應能接通和斷開電動機堵轉電流,其使用類別和操作頻率應符合電動機的類型和機械的工作制。
4 控制電器宜裝設在便于操作和維修的地點。過載保護電器的裝設宜靠近控制電器或為其組成部分。
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2.4.4 本條中的控制電器是指電動機的起動器、接觸器及其他開關電器,而不是“控制電路電器”。
根據起動器與短路保護電器協調配合的要求,堵轉電流及以下的所有電流應由起動器分斷。
原規范“當符合控制和保護要求時,3kW及以下的電動機可采用封閉式負荷開關(鐵殼開關)”易被理解為只有3kW及以下的電動機方能采用負荷開關。其實根據現行國家標準《低壓開關設備和控制設備 第3部分:開關、隔離器、隔離開關以及熔斷器組合電器》GB 14048.3使用類別為AC-2~AC-4的隔離開關,在相應類別范圍內可用作直接通斷單臺電動機。AC-23可偶爾通斷單臺電動機。
(機械)開關——是在正常電路條件下(包括規定的過載工作條件),能接通、承載和分斷電流,并在規定的非正常電路條件下(如短路),能在規定時間內承載電流的一種機械開關電器。也就是說只要是開關就應該能接通、承載和分斷電流,只是根據其使用類別不同,接通、承載和分斷電流性質、能力、大小不一樣。
開關按使用類別、人力操作電器的方式、隔離的適用性進行了分類,并未分出負荷開關這一類別。詳見現行國家標準《低壓開關設備和控制設備 第3部分:開關、隔離器、隔離開關以及熔斷器組合電器》GB 14048.3。
2.4.5 導線或電纜的選擇應符合下列規定:
1 電動機主回路導線或電纜的載流量不應小于電動機的額定電流。當電動機經常接近滿載工作時,導線或電纜載流量宜有適當的裕量;當電動機為短時工作或斷續工作時,其導線或電纜在短時負載下或斷續負載下的載流量不應小于電動機的短時工作電流或額定負載持續率下的額定電流。
2 電動機主回路的導線或電纜應按機械強度和電壓損失進行校驗。對于向一級負荷配電的末端線路以及少數更換導線很困難的重要末端線路,尚應校驗導線或電纜在短路條件下的熱穩定。
3 繞線式電動機轉子回路導線或電纜載流量應符合下列規定:
1)起動后電刷不短接時,其載流量不應小于轉子額定電流。當電動機為斷續工作時,應采用導線或電纜在斷續負載下的載流量。
2)起動后電刷短接,當機械的起動靜阻轉矩不超過電動機額定轉矩的50%時,不宜小于轉子額定電流的35%;當機械的起動靜阻轉矩超過電動機額定轉矩的50%時,不宜小于轉子額定電流的50%。
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2.4.5 導線和電纜(以下簡稱導線)在連續負載、斷續負載和短時負載下的載流量可以參照相關的國家標準,本規范不再列入:
1 導線與電動機相比,發熱時間常數和過載能力較小。選擇導線時宜考慮這一因素,使導線留有適當的裕量。
斷續周期工作制的電動機可有多種工作制,電動機的額定功率通常按基準工作制標稱,其他工作制的功率按基準工作制時額定功率的實際溫升確定,由制造廠在產品樣本中給出。
2 接單臺的電設備的末端線路可不按過載保護進行校驗,理由如下:首先,設備的額定功率是按可能出現的最繁重的工作制確定;其次,不允許在這種線路上另接負荷;此外,電動機的過載保護對導線亦起作用。上述說明不適用于向日用電器配電的末端線路,參見本規范第8.0.1條和第8.0.2條。
關于校驗導線在短路條件下熱穩定的要求,末端線路應與配電線路區別對待。
3 本規范規定以起動靜阻轉矩是否超過額定轉矩的50%為界,劃分了輕載與重載,使條文更加明確。
2.5 低壓交流電動機的控制回路
2.5 低壓交流電動機的控制回路
2.5.1 電動機的控制回路應裝設隔離電器和短路保護電器,但由電動機主回路供電且符合下列條件之一時,可不另裝設:
1 主回路短路保護器件能有效保護控制回路的線路時。
2 控制器回路接線簡單、線路很短且有可靠的機械防護時。
3 控制回路斷電會造成嚴重后果時。
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2.5.1 控制回路上裝設隔離電器和短路保護電器是必要的,通常亦這樣做了。有的控制回路很簡單,如僅有磁力起動器和控制按鈕,可靈活處理。有的設備(如消防泵)的控制回路斷電可能造成嚴重后果,是否另裝短路保護,各有利弊,應根據具體情況(如有無備用泵,各泵控制回路是否獨立,保護器件的可靠性等)決定取舍。
這里所說的“隔離電器和短路保護電器”,既可以是兩種電器,亦可以是具有隔離作用和短路保護作用的一種電器,如隔離開關熔斷器和具有隔離功能的斷路器,一種電器具有隔離和短路保護兩種作用。
2.5.2 控制回路的電源及接線方式應安全可靠、簡單適用,并應符合下列規定:
1 當TN或TT系統中的控制回路發生接地故障時,控制回路的接線方式應能防止電動機意外起動或不能停車。