增安型防爆电动机的发展及保护

随着新理论、新技术、新结构的出现,电动机行业的发展总体来说是比较迅速的,低压、高压电动机逐步使用到爆炸危险场所的各个领域,近年来出现了很多新型的增安型防爆电动机,如:低压增安型电动机、低压增安型变频电动机、中高压增安型异步电动机、中高压增安型同步无刷电动机等,极大地满足了广大用户的实际需求,为我国国民经济的发展提供了有力的设备支持。

  增安型电气设备是适用于爆炸性气体环境用电气设备的一种,国家标准GB3836.3―2000的有关条文中对它有专门的定义和解释。增安型设备定义为:在正常运行条件下不会产生电弧或火花的电气设备进一步采取措施,提高其安全程度,防止电气设备产生危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。标准中明确规定增安型设备不包括正常运行情况下产生火花或电弧的设备。增安型电动机就是基于此要求设计而成的。增安型电动机要求tE温度保护,从而使增安型电动机能经济可靠地在爆炸性气体环境中使用。对增安型电动机的其他故障因素,需要进行相应的保护。其他保护则依照普通电动机运行的保护要求进行,这方面有相关的国家标准,设计方和用户方可自行选择。新的国家标准GB3836.15―2000中也规定了配置有合适热保护装置的*e*型低压异步电动机适用于1区环境(起动频繁和环境条件恶劣除外)。并重点强调了热保护器的要求和使用范围。这使得普通负载的增安型电动机的防爆安全性能得到了进一步的认可,使其使用范围进一步扩大。为增安型防爆电动机的广泛使用提供了标准依据。但同时也规定了起动频繁及中高压增安型电动机只能适用于2区的要求。从这些条款要求中可以看出,增安型防爆电动机必须和合适的热保护器共同使用才能达到预期的防爆目的。GB 3836.3―2000标准中对增安型电动机的温度保护,应该按电机的工作性质、运行方式及不同电机正常运行时所产生的热的分类而进行保护。GB 3836.3―2000中tE时间的定义为:交流绕组在最高环境温度下达到额定运行稳定温度后,从开始通过最初起动电流Ia时计起直至上升到极限温度所需的时间。具体来说,标准中对该型电机的设计、制造及运行中的tE保护都很明确地进行了定义。如加强绝缘等级、增加容量裕度系数、配用合适的tE保护装置等。现就各型增安型电动机对其配用的保护器进行分析探讨。

一、对于电机连续运行工作状态下(I)的温度(E)保护包括容易起动和不频繁起动不会出现明显的附加温升,允许采用反时限过载保护装置的增安型防爆电动机。该种运行方式的增安型电动机,国家标准中明确规定了配用的保护器的保护曲线和保护定义。详见GB3836.3―2000附录D.电动机在普通工业安装(含保护)外,应加装反时限延时过载保护装置(如,带有热过载继电器的电动机开关)以保证当电动机出现堵转时,在tE时间内断开电动机电源。我国的增安型防爆电动机(YA、YA2),是由防爆电机归口单位南阳防爆电气研究所组织行业统一设计的。其tE时间的设计、计算基本按照GB 3836.3―2000中5.1条的保护曲线确定的,即不同型号的增安型电动机虽然tE保护曲线不同,但必须要高于图示曲线上方,否则为不合格。这样,所有的电机保护器制造企业所制造的tE保护器的保护曲线比较容易拟合和确定,只要保护曲线在GB3836.3―2000中5.1条的保护曲线的下方,即可满足对增安型电动机(YA、YA2)的有效保护。加上允许有20%的误差,使得保护器制造起来其精度比较容易达到。这类电流型保护器分两类:一类为热继电器型,如苏州西门子电器有限公司引进德国西门子公司技术生产的3UA58e、3UA60e、3UA61e、3UA62e产品,已于1999年通过国家防爆质量监督检验中心的检验认可,并投入工业运行;第二类为电子式保护器,该类保护器是在国家颁布取消热继电器后开发出来的新一代科技含量较高的替代热继电器的产品,国内外的同类产品型号规格比较多,大多采用组合式一体化结构,即信号互感器和信号处理、控制单元一体化。电子式保护器分数字型和模拟型,保护、控制精度要比热继电器高,保护曲线拟合精度较为理想。从国家防爆电气产品质量监督检验中心(CQST)检验结果中可以看出,国外产品主要在信号互感器精度、电磁兼容、使用环境条件等方面比国内产品要高。南阳防爆电气研究所也配合YA2增安型电动机的统一研制,专门开展了YA2tE时间保护器的科研工作,详细分析了YA2运行保护技术要求,并针对国内外现有保护器的性能、特点等,编制了关于YA2增安型电动机tE时间保护器的保护曲线、性能要求、制造、检验等文件,进一步指导增安型电2其他类型运行工作状态下的增安型防爆电动机如果将增安型防爆电动机应用于吊车、牵引机车、控制等方面。此类增安型电动机的温度保护在使用上述1中定义的tE时间保护器时,如选用、配置不合适,则使增安型防爆电动机失去防爆性能。这是因为此类电机属于频繁起动或困难起动运行方式的增安型防爆电动机,工作时,电机的起动特性及起动运行后的温度积累,与普通运行方式下增安型电动机有着本质的区别,对于这类运行方式的增安型电动机,不宜采用热继电器和电子类tE时间保护器,原因是困难起动或频繁起动的电动机的发热会发生积累,一般的热继电器或电子tE保护器不能对电动机进行有效的保护。GB 3836.3―2000中规定了当起动时间大于1.7XtE时间,就属于起动困难,此类电动机应配置特殊的保护装置。最佳的温度保护方法是选用电机绕组内每相预埋热敏元件(如PTC热敏元件、热电偶等)。但这样的保护应在电机制造厂的使用说明书中明确给出,并在选好保护类型的基础上和电机一并送国家认可的防爆质检机构试验确认,并在产品的防爆合格证中明确保护器的类型、规格和生产厂家等,这是十分必要的。

二、增安型变频电动机的温度(E)保护动机如时间保护器的检验和取证工作。伽也酿丨瓢如果采用电流型保护因电流取样互感器在增安型变频电动机是近几年来发展起来的新产品,根据其工作运行特点和变频特性,对其在运行过程中可能出现的故障、以及故障引起的危险温度等涉及防爆安全的问题,国内外相关资料很少。GB 3836.3―2000中只是规定了防爆检验必须和相配套的变频器一起检验、取证。其试验方法和相关的试验标准、技术要求都没有明确定义。理论上讲,在和电机一起检验取证时,其试验项目和普通增安型电动机是一样的,重点是要确定在其可预料的运行状态下试验,而且该运行模式应在电动机的使用说明书中和防爆合格证中,注明其试验时的运行方式,并明确所配用变频器在工作设置时应满足上述试验时的方式,不可随意更改运行模式,否则增安型变频电动机试验时,应在可预料的最严酷的运行模式下进行防爆项目试验。该类型电机的温度保护应采用温度型保护增安型防爆电动机的发展及保护低频时信号无法确定,致使保护器无法准确测取相关信号而起不到保护作用,采用温度型保护器,如电机绕组内每相预埋热敏元件(如PTC热敏元件、热电偶等)可准确达到相关标准要求的温度保护。

三、高压大型增安型三相异步电动机和高压增安型无刷励磁同步电动机的温度(E)保护对于高压大型增安型三相异步电动机的温度保护,基本上与上述几种保护方法类似,不同之处是在进行tE时间保护的同时,一般还要加装定子温度监测设备、三相磁平衡保护装置、轴测温设备等,国内各制造厂家提出的保护方式基本差不多。

国外生产的电机一般保护比较多,但大多采用综合性保护,在此方面,国内相关产品与之相对应的还没有。限于实验设备、试验方法等因素,电动机和保护器的配套检验方面还不是很完善。存在电机生产厂家和保护器配套厂家脱节的现象。对于高压增安型无刷励磁同步电动机的温度(E)保护,基本上与高压大型增安型电动机的综合保护器一样,但高压增安型无刷励磁同步电动机的温度(tE)保护要复杂得多,这与它的运行方式相关,高压增安型无刷励磁同步电动机本身技术含量就比较高、设计制造比较复杂。需要保护的发热部分比较多,如定子绕组、起动电阻、励磁发电机励磁绕组、异步起动时间过长保护、过励保护、失步保护、失励保护等等,这些保护的失效都有可能引起局部温度的过高,从而使防爆失效,并有可能引起更为严重的事故发生。对高压大型增安型三相异步电动机和高压增安型无刷励磁同步电动机的温度(E)保护,配套研究在国内还没有引起有关方面的足够重视。所以制造厂和用户在生产和使用这些产品的过程中应及时总结经验,为今后我国电机综保产品的发展提供借鉴。

四、结论

随着国内防爆增安型电动机和配套的温度保护装置的进一步完善,石化部门环境的进一步改善和对增安型电动机认识的逐步加深,增安型电动机在不远的将来使用会越来越普及。如何正确选型、使用和维护增安型保护器也是增安型电机用户必须掌握的。研制出性能良好、可靠性高、便于维护、物美价廉的各类专用增安型电机保护器,是解决增安型电动机普及和使用的关键。也希望有关行业部门在电动机保护器的标准制定、研制等方面加强引导,及早将我国增安型电动机推向更广阔的市场。

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