ARD智能型电动机保护器与热继电器相比有哪些优势

缪建梅
安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定

相同点：

功能：两者都有过载保护、堵转保护、缺相保护。

不同点：

1）保护的全面性：

热继电器：除以上功能外没有其他保护。

智能型电动机保护器：过流保护（堵转保护）、三相电流不平衡、接地/漏电保护、启动超时保护、欠载、欠压、过压保护、欠功率保护、温度保护、外部故障保护、相序保护、抗晃电、失压重启功能。

2）过载保护的区别：

热继电器：只能做成跳闸功能，不能实现报警。

智能型电动机保护器：既可做成跳闸功能，也可以做成报警。

3）大电流承受能力：

热继电器：本身是双金属片，所以需要承受大电流的负载能力。

智能型电动机保护器：本身是互感器，所以不需要承受大电流的负载能力。

4）触点的独立性：

热继电器：很难进行独立触点的输出。

智能型电动机保护器：可以进行独立触点的输出。

5）其他功能的对比：

智能型电动机保护器具有热继电器所不具备的控制功能、测量功能（三相电流、电压、功率、功率因数、电能、频率、热容量、电流不平衡率、漏电流值等）、故障记录功能（当前运行时间、当前停车时间、累计运行时间、启动电流、启动时间、操作次数、输入输出状态、8次故障记录、运行状态指示）、4-20mA输出功能、通讯功能、状态量检测功能。

三相电流采样原理：

电动机主回路三相电流经三个互感器感应出二次电流，经过三个采样电阻把电流信号转成电压信号，经运放跟随AD采样电路转换成数字信号进入微处理器，微处理器把数字信号用微积分算法得到三相电流的有效值，用于显示与保护判断，超过设定值，微处理器发出电平信号驱动继电器动作。其余的模拟量输入（如电压、零序电流、AI模拟量输入）原理与其相同。

开关量输入工作原理：

微处理器随时检测开关量的输入状态，通过微处理器的IO口检测电平信号，按照设置好的驱动逻辑驱动继电器。

4-20mA输出功能：

将4-20mA设置成相应的变送输出，如A相电流。微处理器通过三相互感器检测AD采样运算最后得到有效值，按以下公式，将结果经DA转换成模拟量输出。

AO = (Ia/Ie)*16+4 mA其中Ia为当前A相电流，Ie为电动机额定电流。

热继电器：

堵转、过载保护都是通过金属片发热层度，使金属片弯曲来断开主回路交流接触器的线圈，最终达到保护的目的。

ARD智能型电动机保护器

1）过载保护

通过数学公式模拟电动机的发热特性，通过对电动机发热特性的分析进行过载。我司产品采用的发热计算公式为：Q=KΔI².t。此公式来源于金属发热模型。

热继电器过载特性曲线	ARD系列电动机保护器过载特性曲线

通过上面两图对比可发现热继电器与电动机保护器过载的作用是一致的。

2）不平衡保护

举个实例来说明ARD电动机保护器的不平衡保护，当IA=30A，IB=75A，IC=75A，Iav=60A，Ie=100A计算得不平衡率为75%，不平衡率达到保护设定值30%，保护器按照设定值通过内部继电器节点（95.96）断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的。

三相不平衡率计算公式为：|I-Iav|/IX，Iav为三相电流平均值，当Iav小于Ie时，分母IX =Ie；当Iav大于Ie时，分母IX =Iav。

3）阻塞保护（运行过程中）

阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。如保护器测得当前运行电流Imax=300%，电流达到动作设定值250%时，保护器按照设定值通过内部继电器节点（95.96）断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的，避免电机烧毁。

4）堵转保护（启动过程中）

电动机在起动过程中，如保护器测得起动电流为210%，大于设定的堵转保护设定值200%，保护器按照设定值通过内部继电器节点（95.96）断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的，避免电机烧毁。

5）起动过程

上电后，保护继电器（95.96）闭合，按下SS1，KM线圈得电闭合，接触器KM的辅助触点闭合构成自锁回路，电动机开始工作，当按下SF1时，线圈失电释放，电动机停止工作。一旦电动机发生任何故障，保护器断开保护继电器（95.96），最终保护了电动机。

图1 ARD智能型电动机保护装置二次接线图

热继电器要实现电动机保护、控制、监控、测量需要增加如下附件：

热继保护器。

监控需要增加I/O模块。

测量需增加合分闸指示灯、测量电流需增加电流表，现场显示还需增加电流表互感器，DCS系统查看电流需要变送器。

要监控电源是否消失需增加电压继电器。

电动机故障传输到DCS系统需增加中间继电器。

电动机发生故障后，热继电器不知道何时发生的何种故障。

热继电器参数设定后灵敏度不高。

 

图2 热继电器与电动机保护器组成的电动机回路

热继电器组成电动机回路：

塑壳开关、交流接触器、电流表（外加互感器）、起动指示灯、停车指示灯、故障指示灯、热继电器、变送器、零序互感器（带接地保护）、电动机。

注：电压测量还需要增加电压表和电压互感器，现场传到DCS系统还需要很多硬接线。

价格：塑壳开关（T4N250）+交流接触器（A9-30-10）+电流表（外加互感器）+指示灯（CP1-10R-10）+热继电器（TA110DU90）+变送器+带接地保护（LNG35 5A）

1506+99+100+14.8*3+581+400+646=3376.4

电动机保护器组成电动机回路：

塑壳开关、交流接触器、电动机保护器（包括电流测量显示、电压测量显示、功率测量、起动停车指示灯、变送器、接地保护、抗晃电功能）、电动机。

注：电压测量不需要增加互感器、要上传所有状态量、模块量、故障原因、故障时间、累计停车时间只要增加通讯功能就可以。

价格：塑壳开关+交流接触器+智能电动机保护器（ARD2F-100/U+90FL）

1506+99+1280=2885

ARD2F型号如下所示：

 1.ARD2F型号如下所示：

 

图3 ARD2F型号说明

表1 额定电流

保护器额定电流	变比设置	互感器一次侧圈数	适用电机范围（kW）	可整定电流范围(A)
1	支持	5圈	0.12-250	0.1-999
5		1圈	0.12-250	0.1-999
1.6	不支持	1圈	0.12-0.55	0.4-1.6
6.3		1圈	0.75-2.2	1.6-6.3
25		1圈	3-11	6.3-25
100		1圈	15-45	25-100
250		1圈	55-132	63-250
800		1圈	160-250	250-800

表2 额定电流附加说明

注：表2数据适用于AC400V，50Hz，1500转/分的四极鼠笼式电动机

表3 附加功能代码

附加功能		代号	附加功能	代号
起动控制（包含K功能）		Q	漏电保护	L
开关量输入		K	4～20mA模拟量输出	M
温度保护		T	失压重起（抗晃电）	SU
报警（可编程输出）		J	SOE事件记录	SR
通讯接口	Modbus_RTU	C	电压功能(相序、功率、功率因数)	U
	Profibus_DP	CP
	DeviceNet	CD	tE时间保护	tE

注：1、带有起动控制时，保护器最多提供2个起动继电器用于顺序控制外部2个接触器的闭合/断开，从而实现电动机的不同起动方式（如Y-?转换起动、正反转控制，自耦降压起动等）；

2、温度保护的测量范围：热电阻100Ω～30kΩ；

3、对于无显示要求的客户，必须在一批订单中订购一个90FL显示单元，作为调试使用。

表4 显示方式

代号	规格
90FL	LCD液晶显示模块尺寸为90×70，开孔86×66（单位mm）