电动机的保护配合及CPS在民用建筑中的应用（上）

该文发表在《智能建筑电气技术》2015年第9卷第5期上。

笔者是CPS技术和应用的倡导者和推动者！

早在1992年，国际电工委员会颁布了IEC 60947-6-2:1992标准文件，规定了“控制与保护开关电器”相关要求，开创了电动机保护与控制的新纪元。CPS是英文Control and Protective Switching Device的缩写，对电动机保护而言是革命性的，它成功的解决了过去一直没有解决好的电动机保护配合问题。我国于1998年在IEC标准的基础上制定了我国第一部国家标准GB 14048.9-1998，从此CPS逐渐为行业内从业人员所认识、接受，并逐渐推广和应用。令人欣慰的是，我国自主研发的CPS达到了世界同类产品的先进水平，部分指标优于国外产品，生产厂家多达数十家，并培育出了常熟、中凯、远泰、泰永等骨干企业，产品特点鲜明，质量稳定、可靠，额定电流高达225A，可满足95kW及以下交流电动机直接启动的需求，带动我国CPS产业的发展。经过北京奥运场馆、上海世博会等重大工程的应用验证，国产的CPS性能稳定，可靠性高，是值得信赖的低压电器。

1 电动机保护配合的原则

电动机保护配合较多，归纳起来主要有如下三个原则：

第一，保护器件的配合

如图1a所示，传统的电动机主回路由多个元器件组成。短路保护由短路保护电器完成，通常采用断路器或熔断器；过载保护由过载保护电器实现，通常采用热继电器。无论是过载还是短路，都会产生较大的故障电流，在保护电器动作之前要求控制电器（通常采用接触器）有足够的能力承受这么大的故障电流。

图 1 电动机主回路

因此，电动机的保护需要配合严密，不留死角，否则会造成设备或器件损坏。电动机保护的配合可以用图2直观的表示。图中1是热继电器曲线，用于过载保护；2是电磁脱扣器曲线，用于短路保护；3和4分别是热继电器耐热极限曲线和SCPD耐热极限；Ij为热继电器脱扣曲线与SCPD电磁脱扣曲线的交点，由热继电器厂家提供。理想的保护配合和分工如表1所示，这样短路保护电器和过载保护电器分工明确，各司其职。

1、热继电器曲线 2、电磁脱扣器曲线 3、热继电器耐热极限曲线 4、SCPD耐热极限

图2 电动机保护配合曲线

表1 保护器件的保护分工

第二，电动机主回路中的控制电器也参与到保护配合中

控制电器（如图1中的接触器）的额定限制短路电流不应小于安装处的预期短路电流。额定限制短路电流是接触器、PC级的ATSE等产品中非常重要的技术参数，他们本身没有短路保护能力，需要断路器、熔断器等短路保护电器与之配合，国标GB 14048相关标准对额定限制短路电流有如下定义：在有关产品标准规定的试验条件下，用制造厂指定的短路保护电器进行保护的电器，在短路保护电器动作时间内能够良好地承受的预期短路电流值。通俗地说，当发生短路时，在短路保护电器切断故障回路之前，接触器等控制电器应能承受如此之大的故障电流，满足电动机保护配合要求。

第三，保护配合的类型

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第9.2.4条第4款第1项指出，电动机保护配合分为1类和2类配合，详细描述和特点见表2所示。显然，2类配合强调供电的可靠性和连续性，适用于重要负荷（如消防类负荷）。

表2 1类配合和2类配合

在CPS问世之前，采用分立元件很难完整地、准确地实现上述电动机保护配合，出现的问题相对较多。而CPS则很好的将这些保护配合固化在器件中，保护配合比较严密，是一项值得推广的新技术。

2 CPS的特点

如前所述，传统的电动机主回路有隔离电器、短路保护电器SCPD、控制电器、过载保护电器及附属电器等组成，与传统的分立元件相比，CPS（如图1b所示）的优势非常显著，主要特点如下：

2.1 CPS保护配合严密

CPS保护配合分工明确，不留死角，配合严密，完全符合上文所述电动机保护配合的要求，满足《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008相关条款的规定。

2.2 主回路简洁

图1b所示，CPS构成的电动机全压启动电路非常简单，一个器件构成一个回路。CPS集成了电动机的保护电器、控制电器、隔离电器等功能。

2.3 保护齐全

CPS具有多种保护功能，例如相间短路保护、接地故障保护、过载保护、断相保护等，同时其体积比分立元件的要小很多，控制箱体积可以大大减小，节省空间。

2.4 控制多样

CPS可以进行电动机全压启动、星三角降压启动、单向控制、可逆控制、双电源（ATSE）控制等多种控制，控制非常灵活。

当然，目前CPS尚不能做到电动机控制与保护的全覆盖，最大额定电流只有225A，只能应用于中小容量的电动机。

（未完待续）