在学习《工业与民用供配电设计手册》第四版(俗称配四)过程中,详细研读了第12章中电动机启动方式一节,特别是对全压启动条件的辨别问题的论述,观点明确,理论充分,结合审图过程中出现的问题,本人也深有同感。现将学习体会总结如下,与各位同仁共享。
一、电动机启动的基本要求
电动机启动时,其端子电压应能保证所拖动的机械要求的启动转矩。且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。为此,交流电动机启动时,各级配电母线上的电压应符合下列要求。
(1) 在一般情况下,电动机频繁启动时,不宜低于额定电压的90%;电动机不频繁启动时,不宜低于额定电压的85%。
(2) 配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷,且电动机不频繁启动时,不应不应低于额定电压的80%。
(3) 配电母线上其他用电设备时,可按保证电动机启动转矩的条件决定;对于低压电动机,尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
上述对电动机启动时母线上电压暂降的要求,是为了防止影响同一母线上其他用电设备的正常工作,并不是对电动机本身的要求。常见机械所需的启动转矩为额定转矩的12%~150%;所要求的电动机端子电压相差悬殊。因此,规范对电动机启动时端子电压不做具体规定。
1)“一般情况”指母线接有照明或其他对电压较敏感的一般负荷时。至于对电能质量有特殊要求的设备,应对其电源采取专门措施,例如为大中型电子计算机配置不间断电源(UPS)或恒压恒频(CVCF)。“频繁启动”指每小时启动数十次甚至数百次。
2)母线电压不低于标称电压80%的情况,多见于高压、千伏级或660V电动机。
3)母线未接其他负荷的情况,多见于变压器-电动机组。
二、笼型电动机启动方式的选择
1、 一般规定
(1)当符合下列条件时,电动机应全压启动:
1)电动机启动时,配电母线上的电压符合第一条规定;
2)机械能承受电动机全压启动时的冲击转矩;
3)制造厂对电动机的启动方式无特殊要求;低压笼型电动机均可全压启动。
(2)当不符合全压启动条件时,电动机宜减压启动,或选用其他适当的启动方式。
(3)当机械有调速要求时,电动机的启动方式应与调速方式想配合。
2、关于笼型电动机全压启动条件的辨别
GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》条文说明强调指出,“所列的全压启动条件是充分条件,除此以外,别无他项”。但在某些教材、手册、甚至行业标准中,仍时常提出一些不必要的“条件”。
(1) 关于电动机启动时端子电压问题:绝大多数电动机不需要验算启动时端子电压;只有少数特重载启动者才可能要验算。验算的目的是校验电动机能否克服机械的静阻转矩或启动时间是否过长,而不是为了选择启动方式。电动机启动时间过长的问题只能通过正确地选择电动机的规格和特性来解决。笼型电动机的启动转矩与其端子电压的二次方成正比。显然,越是启动条件严酷的电动机,就越应全压启动;降压启动只会使启动更加困难,甚至失败。因此,电动机端子电压不是选择启动方式的条件。
(2) 关于启动时电动机温升问题:有关规范、标准中要求“当机械为重载启动时,笼型电动机的额定功率应按启动条件校验”(GB50055-2011);或者说“对于机械转动惯量大或重载启动的电动机,当使用条件与制造厂配套不符时,应按启动条件校验其容量(DL/T5153)”。值得注意的是,这类规定均出现在电动机选择的条文中,而不是列在启动方式中。并且,如经校验电动机的温升超过允许值时,应采取的措施是:“加大电动机的容量”或“选用启动特性较好的电动机”(DL/T5153);“选用笼型电动机不能满足启动要求或加大功率不合理时”,“宜采用绕线转子电动机”(GB50055-2011)。这些措施都是正确选择电动机而不是改变启动方式。
降压启动绝不能解决电动机温升过高问题。无论是理论分析还是实际测量,都能证明:笼型电动机降压启动时绕组发热比全压启动更严重。降压启动非但不是“呵护”电动机,而是给它更大的伤害。因此,电动机启动时温升问题不是选择启动方式的条件。
(3) 关于电动机启动时电源变压器温升问题:电动机启动时,在电源变压器和电动机的绕组中流过的是同一电流。降压启动时绕组发热更严重的结论对电源变压器同样适用。仅在变压器与电动机规格相近时才会有温升问题,而且只能通过正确选择变压器容量来解决;降压启动则适得其反。因此,变压器温升问题不是选择启动方式的条件。
(4) 关于按电动机功率统一规定启动方式问题:有些地区或主管部门简单规定多大的电动机应降压启动,这是没有根据的。在不同时代和不同地点,同一城市的电源情况差别很大:从过去30KVA杆上变压器,到小区630KVA变电站,直至大厦中2000KVA变压器,相差近百倍。显然不应该再高“一刀切”。
综上所述可知国标《通用用电设备配电设计规范》中所列的笼型电动机全压启动的条件是完全的、充分的,不应再搞“修正”、“补充”。
3、低压笼型电动机启动方式的简易判断
上述一般规定是规范面对高低压笼型和同步电动机及其所拖动各类机械的全面情况所做的规定。对于低压配电设计而言,有些情况是不出现的,有的情况则极少遇到。例如,“制造厂对启动方式无特殊规定”是针对高压、大型、构造特殊的电动机,如铸钢转子电动机。根据制造标准,低压笼型电动机均允许全压启动。又如,通用机械(风机、水泵、压缩机)绝大多数均能承受电动机全压启动的冲击转矩;不宜全压启动者则仅有长轴传动的深井泵之类的极少例子而已。对于拖动复杂的设备,其电动机的启动控制系统通常随设备成套供应或由专门的电力拖动设计决定;需要在配电设计中配置的就是不频繁启动的通用机械。
基于上述,低压配电设计中笼型电动机全压启动的判断条件可简化为:电动机启动时配电母线的电压不低于系统标称电压的85%。通常,只要电动机额定功率不超过电源变压器额定容量的30%,即可全压启动。仅在估算结果处于边缘情况时,才需要进行详细计算。
三、结论
民用建筑中主要设备为消防风机及消防水泵,其中的消防水泵容量较大,采用降压启动较多。消防设备均要求在火灾时能够及时启动并达到正常运转的额定工况,而降压启动均存在二次启动问题,必然会影响设备的投入时间。目前,无论是住宅建筑还是公共建筑,变压器容量均较大,此类设备均可直接启动,既可简化配电系统,减少故障,又能减少投资,提高经济效益,应优先采用。
笼型电动机全压启动是最简单、最经济、最可靠的启动方式,只要符合条件,就应采用。