1.2　電動機保護及配套設備的選擇

1.2.1　電動機保護設備的選用及整定

電動機主要保護用電氣元件的選用及整定見表1-7。

1.2.2　異步電動機全壓啟動設備及導線的選擇

電動機啟動及保護設備和導線的選擇正確與否，直接關系到電動機能否安全運行。Y系列異步電動機輕載全壓啟動保護設備及導線選配見表1-8。

1.2.3　異步電動機降壓啟動設備及導線的選擇

Y系列異步電動機降壓啟動設備及導線的選擇見表1-9。

1.2.4　斷路器和開關的選擇

（1）斷路器的選擇

低壓斷路器，又稱低壓自動開關，是一種帶保護裝置的開關。當負荷電路發生過載、短路及欠壓等故障時，它能自動切斷電路；它也可用于不頻繁地啟動電動機或接通、分斷電路。斷路器是配電系統中的重要保護電器之一。

以DZ5-20型斷路器為例，其外形及結構如圖1-3所示。

斷路器的選擇如下：

①電動機保護用斷路器，其長延時脫扣器分為可調式和不可調式兩種。可調式過電流脫扣器的整定電流調節范圍為70%～100%脫扣器額定電流。長延時脫扣器特性與JR系列熱繼電器特性相同，所以它很適合作為電動機的過載保護裝置。

長延時脫扣器的保護特性見表1-10。長延時電流整定值等于電動機額定電流。

②6倍長延時電流整定值的可返回時間不小于電動機實際啟動時間。按啟動時負荷的輕重，可選用可返回時間為1s、3s、5s、8s、15s中的某擋。

③瞬時整定值：對于保護籠型異步電動機的斷路器，該值等于8～15倍電動機額定電流；對于保護繞線型電動機的斷路器，該值等于3～6倍電動機額定電流。

需指出，斷路器壽命一般只有1萬次左右，比一般交流接觸器操作壽命低兩個數量級。直接啟動電動機時，只適用于不頻繁操作的場合。

如果選擇不到能滿足電動機過載保護的斷路器，可以將斷路器與熱繼電器配合使用來實現電動機的過載保護。這時斷路器瞬時脫扣動作電流整定值應等于14倍電動機額定電流，以避免由于電動機啟動沖擊電流而引起誤動作。

在實際使用中，常采用帶瞬時脫扣器的斷路器作為電動機短路保護，并與熱繼電器配合使用，用熱繼電器作為電動機過載保護。有時也采用復式脫扣器（瞬時脫扣器和熱脫扣器）的斷路器與熱繼電器配合使用，這時斷路器的熱（過載）脫扣器作為電動機過載的后備保護。

（2）刀開關的選擇

刀開關主要用作隔離電源，但不能切斷故障電流，只能承受故障電流引起的電動力和熱效應。

刀開關的種類很多：有開關板刀開關，如HD（單投）、HS（雙投）；有帶熔斷器的刀開關，其中分為開啟式負荷開關（如HK系列）、封閉式負荷開關（如HH系列）、鐵殼開關和刀熔開關（如HR系列）；有組合開關（如HZ系列）。

HH系列鐵殼開關雖是舊產品，但目前仍普遍使用。它由刀開關和熔斷器組成。額定電流為30～60A的熔斷器采用RC1A型瓷插式熔斷器；100A以上的采用RT0型有填料封閉管式熔斷器。由于鐵殼開關較重、體積較大，現在已逐漸被塑料外殼斷路器所代替。

開啟式負荷開關的結構如圖1-4所示；封閉式負荷開關的結構如圖1-5所示。

刀開關的選擇如下：

①按額定電壓選擇

U_e≥U_g

式中　U_e——刀開關的額定電壓，V；

U_g——刀開關的工作電壓，即線路額定電壓，V。

②按額定電流選擇

I_e≥6I_ed

式中　I_e——刀開關的額定電流，V；

I_ed——電動機的額定電流，A。

③刀開關內熔體的選擇

I_er=kI_ed

式中　I_er——熔體額定電流，A；

k——系數，一般取1.5～2.5；

I_ed——電動機的額定電流，A。

④按動穩定和熱穩定校驗　刀開關的電動穩定性電流和熱穩定性電流，應大于或等于線路中可能出現的最大短路電流。

（3）萬能轉換開關的選擇

萬能轉換開關作為主令電器，可用于控制電路、電氣測量儀表電路的切換，也可用于小容量電動機的啟動、變速與換向。

常用的萬能轉換開關有LW5、LW6、LW2等系列。LW5系列的額定電壓為交流380V或直流220V，額定電流15A，可用于控制5.5kW及以下的小型異步電動機，允許正常操作頻率為120次/h，機械壽命為100萬次，電壽命為20萬次。LW6系列的額定電壓為交流380V或直流220V，額定工作電流為5A，可用于不頻繁地控制2.2kW及以下的小型異步電動機，允許正常操作頻率為120次/h，機械壽命為100萬次，電壽命為10萬次。

萬能轉換開關的結構如圖1-6所示，開關符號如圖1-7所示。

萬能轉換開關手柄在不同位置時，各對觸點的通斷情況如下：當手柄在某一位置時，虛線上的觸點下面有黑點“·”的，表示那些觸點接通。圖1-7（a）所示的圖形符號說明，手柄在“0”位置時，6對觸點全部接通；手柄在“Ⅰ”位置時，觸點1、3接通，其余斷開；手柄在“Ⅱ”位置時，觸點2、4、5、6接通，其余斷開。同樣，圖1-7（b）所示通斷表中用“×”符號表示觸點閉合，它反映的觸點通斷情況與圖形符號是一致的。

萬能轉換開關的選擇如下：

①LW5系列萬能轉換開關控制5.5kW及以下電動機的選擇見表1-11。

②LW2系列萬能轉換開關的選擇見表1-12。

1.2.5　熔斷器和熱繼電器的選擇

（1）熔斷器的選擇

熔斷器在線路中起保護作用，當線路發生短路故障時，能自動迅速熔斷，切斷電源回路，從而保護線路和電氣設備。熔斷器尚可用作過載保護，但用作過載保護可靠性不高，熔斷器的保護特性必須與被保護設備的過載特性有良好的配合。

熔斷器的種類很多，有瓷插式（如RC1A型）、螺旋式（如RL1、RL2型）、封閉管式（如RM10型）、有填料管式（如RT0型）和有填料封閉管式圓筒形帽熔斷器（如RT14型）等。

熔斷器的種類很多，常用的熔斷器的結構如圖1-8所示。

熔斷器的選擇如下：

①按額定電壓選擇，即

U_e≥U_g

式中　U_e——熔斷器的額定電壓，V；

U_g——熔斷器的工作電壓，即線路額定電壓，V。

②按額定電流選擇，即

I_e≥I_er

式中　I_e——熔斷器的額定電流，A；

I_er——熔體的額定電流，A。

③熔斷器的類型應符合設備的要求和安裝場所的特點。

④按熔斷器的斷流能力校驗。

a.對有限流作用的熔斷器，應滿足

I_zh≥I″

式中　I_zh——熔斷器的極限分斷電流，kA；

I″——熔斷器安裝點三相短路超瞬變短路電流有效值，kA。

b.對無限流作用的熔斷器，應滿足

I_zh≥I_ch

式中　I_ch——三相短路沖擊電流有效值，kA。

熔斷器與電動機啟動設備動作時間按以下要求配合：

要求熔斷器的熔斷時間小于啟動設備的斷開時間，以保證短路電流超過啟動設備的極限分斷能力時，由熔斷器分斷短路電流。通常可靠系數取2，即熔斷時間為啟動設備斷開時間的一半。例如接觸器釋放時間為0.04s，熔斷器的熔斷時間可按0.02s考慮。如果發生熔斷時間大于啟動設備斷開時間的情況，可采取下列措施：改用斷路器；增大導線截面；改用極限分斷電流較高的設備。

（2）熱繼電器的選擇

熱繼電器主要用作過載保護，最常用于交流電動機的過載保護。

熱繼電器的外形如圖1-9所示，其結構如圖1-10所示。

熱繼電器由雙金屬片、熱元件、動作系統、復位系統和整定調節裝置等部分組成。

熱繼電器的選擇如下：

熱繼電器應根據電動機的工作環境、啟動情況及負載性質來選用。

長期工作或間斷長期工作電動機保護用熱繼電器的選用如下。

①按電動機的額定電流選擇，即

I_zd=（0.95～1.05）I_ed

式中　I_zd——熱繼電器整定電流，A；

I_ed——電動機額定電流，A。

對于過載能力差的電動機，則選擇公式為

I_zd=（0.6～0.8）I_ed

熱繼電器的整定電流范圍應包容電動機的額定電流（最好在電動機的額定電流上下均有一定的裕度）。

②按電動機的啟動時間選擇。一般熱繼電器在6I_e（I_e為熱元件的額定電流）下的可返回時間與動作時間的關系為

t_f=（0.5～0.7）t_d

式中　t_f——熱繼電器在6I_e下的可返回時間，s；

t_d——熱繼電器在6I_e下的動作時間，s。

熱繼電器的過載動作特性必須與被保護電動機的允許發熱特性相匹配。

1.2.6　交流接觸器、中間繼電器和時間繼電器的選擇

（1）交流接觸器的選擇

交流接觸器在電動機控制線路中用來接通或斷開主電路，可遠距離控制電動機的運行。交流接觸器不同于斷路器，它具有一定的過載能力，但不能切斷短路電流，也不具備過載保護功能。交流接觸器具有刀開關等手動切換電器所沒有的失壓保護功能。

CJ20-40型和3TB系列交流接觸器的外形如圖1-11所示，其結構如圖1-12所示。

交流接觸器的選擇如下：

①按使用類別選擇　按接通分斷能力來區分使用類別，接觸器的接通和分斷能力隨著用途和控制對象的不同有很大的差異，它是選用接觸器的主要依據。

交流接觸器可分為輕任務（一般任務）和重任務兩類：輕任務接觸器有CJ16、3TB（德）、DSL（德）系列等；重任務接觸器有CJ40、CJ20、B（德）系列等。B系列和K型輔助接觸器是一種新型接觸器，具有輔助觸點多，電壽命、機械壽命長，線圈功耗小，安裝維護方便等特點。另外，CJ10X系列消弧接觸器內部有晶閘管控制電路，可用于工作條件差、頻繁啟動和反接制動的電路中；CJZ系列接觸器適用于振動、沖擊較大的場所，吸引線圈為直流供電，自帶整流裝置。

a. AC-1系列：無感或微感負載、電阻爐、鎢絲燈。

b. AC-2系列：繞線型電動機的啟動、反接制動與反向、密接通斷。

c. AC-3系列：籠型電動機的啟動、運轉中分斷。

d. AC-4系列：籠型電動機的啟動、反接制動與反向、密接通斷。

用于AC-1類負載時，所選接觸器的額定電流與負載電流相近。

用于AC-2、AC-3類負載時，可選用CJ20、CJ40及B系列。

用于AC-2類負載時，如電動機功率大于20kW，可選用CJ20、CJ40及B系列，其額定電流與負載電流相近。

用于AC-4類負載時，可選用CJ20、CJ40、B及CKJ5（真空接觸器）系列，可適當降低接觸器的控制容量來選用。

②按接觸器通斷能力選擇　接觸器主觸點的接通與分斷能力，在1.05倍的額定電壓，功率因數為0.35，每次通電時間不大于0.2s，每次操作間隔6～12s的情況下：

a. 150A及以下的接觸器，能承受接通12倍額定電流100次，分斷10倍額定電流20次；

b. 250A及以上的接觸器，能承受接通10倍額定電流100次，分斷8倍額定電流25次。

交流接觸器主觸點額定電流的經驗計算公式為

式中　I_ec——主觸點的額定電流，A；

P_e——被控制電動機的額定功率，kW；

U_e——被控制電動機的額定電壓，V；

K——系數，取1～1.4。

實際選擇時，接觸器的主觸點額定電流大于上述經驗公式計算值。

【例1-1】　有一臺Y系列異步電動機，額定功率P_e為22kW，額定電壓U_e為380V，試選擇交流接觸器。

解

式中，K取1.2。

因此可選用CJ20-63A交流接觸器。線圈電壓視控制電源電壓而定，一般有220V和380V的。

（2）中間繼電器的選擇

中間繼電器在控制電路中起信號傳遞與轉換作用。由于它的觸點多，因此可將一個信號變成多個信號，以實現多路控制。它可將小功率的控制信號轉換為大容量的觸點動作，擴充其他電器的控制作用。

中間繼電器的結構與接觸器相似，也是由電磁系統和觸點系統組成的，只是由于中間繼電器通過的電流小，觸點容量小，因此一般不設滅弧系統。電磁式通用繼電器的結構如圖1-13所示。

中間繼電器的選擇如下：

中間繼電器的選用，需考慮額定工作電壓、額定工作電流、線圈電壓和電流、負載性質、常開常閉觸點數及使用環境等因素。

常用的JZ7系列有JZ7-44、JZ7-62、JZ7-80等，觸點額定電流為5A，最大開斷電流為交流5A，直流為1A、0.5A、0.25A（對應電壓為110V、220V、440V）。繼電器線圈電壓為交流12V、24V、36V、48V、110V、127V、220V、380V、420V、440V、500V等，吸持功率為12W。

JZ7系列中間繼電器技術數據見表1-13。

（3）時間繼電器的選擇

時間繼電器用來延時執行元件的動作時間，以滿足控制電路的動作順序要求。時間繼電器按動作原理可分為電磁式、

空氣阻尼式、電動式和電子式；按延時方式可分為通電延時型和斷電延時型兩種。

時間繼電器的外形如圖1-14所示，其結構如圖1-15所示。

時間繼電器的選用如下：

①在動作較頻繁的場合，可選用電磁式時間繼電器，如JS3型。

②在延時精度要求不高的場合，可選用空氣式延時繼電器（得電延時），如JS7、JS23、JS16型。

③在延時精度要求較高的場合，可選用晶體管式（如JSJ、JS12、JS15型）或電動式時間繼電器（如JS10、JSD1型）。

④在動作頻率較高的場合，可選用晶體管式時間繼電器。

⑤延時長（以分或小時計），可選用電動式時間繼電器。

⑥在多塵或有潮氣的場合，可選用水銀式時間繼電器、封閉式時間繼電器或防潮型時間繼電器。

（4）速度繼電器的選擇

速度繼電器或超速開關是一種轉速大于規定值時動作的繼電器，常用于電動機啟動或限制電動機等被控設備的最高轉速，達到電路快速分斷或閉合的場合。

①JY1型和JFZ0型速度繼電器的技術數據見表1-14。

②LY-1型超速開關的技術數據見表1-15。

1.2.7　行程開關、按鈕和指示燈的選擇

（1）行程開關的選擇

行程開關又稱限位開關，是用來限制機械運動行程的一種電器。它可將機械位移信號轉換成電信號，用以定位、限位、改變運動方向、程序控制及安全保護。

行程開關一般有按鈕式、單輪旋轉式和雙輪旋轉式三種。

行程開關的外形如圖1-16所示，其結構如圖1-17所示。

LX19行程開關的技術數據見表1-16。

（2）按鈕的選擇

控制按鈕用于遠距離操作接觸器、電磁啟動器及其他電器。按結構形式可分為撳壓式、緊急式、鑰匙式和旋鈕式等多種，有的按鈕內裝有信號燈，除了作為控制元件使用外，還可兼作信號指示燈使用。

按鈕的選擇如下。

①按鈕顏色的選擇　按鈕的顏色有紅、黃、綠、藍、白、黑和灰等，可根據需要進行選擇。“停止”“斷電”或“事故”用紅色。“啟動”“通電”優先用綠色，允許用黑色、白色或灰色。一鈕雙用的“啟動”與“停止”或“通電”與“斷電”，交替按壓后改變功能的，既不能用紅色，也不能用綠色，而應用黑色、白色或灰色。按時啟動，抬時停止運動（如點動、微動），應用黑色、白色、灰色或綠色，最好是黑色，而不能用紅色。用于“復位”時，單一功能的用藍色、黑色、白色或灰色，同時有“停止”或“斷電”功能的用紅色。

按鈕的顏色及其含義見表1-17。

②燈光按鈕及顏色　燈光按鈕的類型見表1-18。

燈光按鈕顏色的選擇與按鈕顏色的選擇相同，另外，指示燈顏色的選擇同樣適用于燈光按鈕。當選色有困難時，允許用白色。燈光按鈕不得用作事故按鈕。燈光按鈕的選色示例見表1-19。

（3）指示燈的選擇

指示燈又稱信號燈，一般用于交流或直流回路中作各種信號指示。

指示燈的顏色含義與典型應用見表1-20。