如何校验电动机回路断路器和接触器的选型？

一、电动机电气参数信息

例如某空压机额定功率11.2kW±7%，工作电流为23.5A+20%/-10%，起动电流（有效值）为185.6A+20%，冲击电流（峰值）为341.2A+20%，如图1。

图1 电动机电气参数

冲击电流（Inrush current）、起动电流（start current）、额定电流（rated current）的定义如下图2所示，需要说明的是冲击电流是峰值（Peak value），起动电流和额定电流是有效值（RMS）。

图2 电动机起动过程电流波形

一般情况下，电动机的电气参数信息获取来源是电机铭牌，如图3所示，但是电机铭牌上的电气参数有限，只有额定电压、额定电流，不会体现起动电流和冲击电流参数，但后两者对于元器件选型相当重要。

尤其要注意电动机的能效等级代码IE3，IE3电动机属于高效电机，相对于常规电机IE1/IE2，其运行电流更低更节能，但是起动时的冲击电流和起动电流更大，所以对低压元器件的性能有更高的要求。

图3 电动机铭牌参数

不过，电动机起动电流的参数可以通过样本获取，如图4中额定功率为11kw的电动机，其额定电流为22.5A，起动电流为7.8倍额定电流，即175.5A，但冲击电流在样本上是查不到的。

图4 电动机样本参数

电动机起动时的冲击电流可以参考IEC60034-12 单速三相笼型感应电动机起动性能标准的要求计算。

电动机接通电流时会有一个0.5周的不对称瞬时峰值电流，为稳态堵转电流有效值的1.82.8倍，此电流的峰值和衰变时间与电动机设计及合闸相角呈函数关系，见图5，所以额定功率为11kW的电动机，起动时的冲击电流大约为316491.5A。

图5 IEC60034-12 冲击电流描述

有了上述电动机额定电流、起动电流和冲击电流信息，我们就可以开始选择断路器和接触器的参数。

二、低压断路器选型

低压断路器作为电动机回路过电流保护的元起件，其重要性不言而喻，要从以下几个方面考虑断路器的选型： 断路器短路分断能力、过载保护特性、磁保护特性 。

断路器的短路分断能力包括：

1、额定极限短路分断能力I cu ，简单的讲，断路器经过一次短路“分断O”和一次短路“通断CO”后，不需要它具备继续运行的能力，直接更换。

“分断O”是指断路器只分断短路电流，“通断CO”是指接通短路电流后立即分断，前者只考核其短路分断能力，而后者同时考核短路接通和短路分断能力。

为何要考核短路接通能力 Icm呢？因为假如在断路器合闸之前，线路上已经存在预期短路故障，断路器合闸时会接通短路电流，如果短路接通能力不够，短路电流产生的电动力会导致断路器触头弹跳厉害，造成触头粘连，严重时断路器机械支撑断裂甚至爆炸。

额定短路接通能力应不小于其额定极限短路分断能力乘以表2中的系数n的乘积，例如某断路器额定极限短路分断为50kA，那么其短路接通能力至少为105kA。

2、额定运行短路分断能力I cs ，是指断路器经历一次短路“分断O”和两次短路“通断CO”后，还可以继续运行的能力。

相比于前面的额定极限短路分断能力I cu ，额定运行短路分断能力Ics多了一次“通断CO”，并且还需要具备继续运行的能力，所以Ics参数对断路器的要求更高。~~

一般情况下，Ics参数可以用Icu的百分比来表示，但至少为25%。

说白了，某断路器的短路极限分断能力100kA，分断两次和接通一次100kA的短路电流之后，断路器基本上就需要“报废”了，不建议再继续使用。

同一台断路器，其断路器运行短路分断能力为50kA（Icu的50%），分断三次和接通两次50kA的短路电流之后，断路器还可以继续使用。

断路器选型时其短路分断能力（Ics或I cu ）要大于设备安装处的预期短路电流，如何计算设备处的预期短路电流呢？

对于设计院工程师来说，会有详细的短路电流计算书，但对于元器件厂家的技术人员来说，需要有基本短路电流计算的概念。

我们以施耐德电气装置设计指南提供的简易计算短路电流公式为例

假如某变压器容量为1250kVA，短路阻抗电压为4%，那么通过上面式子计算的变压器二次侧额定电流约为1804A，再用变压器额定电流除以阻抗电压百分比，计算得出短路电流约为45kA，所以选择断路器的短路分断能力大于45kA即可，比如选择短路分断能力为50kA的断路器。

第一步选择断路器短路分断能力搞定！再看过载保护选型。

我们一般会选择热继电器作为电动机过载保护元器件，但是如果不选过载继电器，而是用断路器来做过载保护，我们就必须得选具备过载保护的“电动机保护型断路器”（特别强调：不是D曲线空开！）。

电动机保护型断路器的过载保护曲线与热继电器的保护特性完全一致！

回到文章前面，空压机额定功率11.2kW±7%，工作电流为23.5A+20%/-10%，即21A28A。我们选择过载保护整定电流范围为2432A的GV2ME32C电动机保护断路器，保证电动机的额定电流落在断路器整定电流范围之内。

按照GB50055-2011 通用用电设备配电设计规范的要求，热过载继电器或过载脱扣器的整定电流应接近但不小于电动机的额定电流。

对于11.2kW的电动机，GV2ME32C的整定电流可以调整到28A左右。

我们再看GV2ME32C的磁脱扣电流值是否能躲过该空压机的冲击电流，上图中GV2ME32C的磁脱扣电流为416±20%，即333A~499A，当冲击电流低于333A时，断路器的磁脱扣一定不会动作。

额定功率为11.2kW的空压机，其冲击电流（峰值）为341.2A+20%，即410A（峰值），需要特别强调这里是“峰值”，需要除以1.414之后，再和GV2ME32C断路器的磁脱扣值下限值比较，换算成有效值之后的冲击电流为290A，低于333A，说明断路器的磁脱扣保护可以躲过空压机起动瞬间的冲击电流。

三、低压接触器选型

先说答案！对于额定功率为11.2kW、额定工作电流为28A的空压机，32A接触器可以满足要求，接下来我们从电气参数的角度分析下为什么。

同样的道理，需要考虑接触器的 接通能力、堵转情况下的分断能力、起动电流下的耐受能力、以及电寿命等性能 。

接触器的接通能力和通断能力在GB/T14048.4中是必须测试的项目，其主要目的是考虑到接触器在起停电动机时，主触头闭合瞬间会接通电动机冲击电流，如果接触器的接通能力不够，意味着触头抵抗冲击电流产生的电动力能力不够，容易导致触头弹跳严重，触头粘连。

接通能力按接触器额定电流的12倍考核，操作循环50次，见下表7。

“通断”能力考核的是接触器在起动电动机的过程中，如果电动机堵转，此时热继电器动作，热继电器的常闭点断开，切断接触器线圈供电，接触器主触头断开电动机主回路，此时接触器分断堵转电流。

对于常规的IE1/IE2电动机，对应AC-3使用类别，标准中给出电流倍数是8；对于IE3/IE4高效电机，对应AC-3e使用类别，由于起动电流比IE1/IE2高，标准给出的电流倍数是8.5。

无论是控制常规电机还是高效电动机，接触器都需要具备在堵转情况下分断堵转电流的能力。

额定电流为32A的接触器，按照标准要求，其接通能力至少为384A（12倍In)，通断能力至少为272A（AC-3e使用类别对应8.5倍Ie）。

额定功率为11.2kW的空压机，额定工作电流最大为28A，堵转电流（大小等于起动电流）最大为185.6*1.2≈223A，冲击电流（有效值）最大为290A。

将电动机堵转电流和冲击电流（有效值），分别与接触器的通断能力、接通能力比较，可以看出32A接触器的能力完全可以满足11.2kW空压机的运行要求。

接触器在电动机起动过程中是否可以耐受起动时间内的起动电流？GB14048.4标准也有定义，对于32A接触器，其热耐受电流值至少为256A/10s，电流值高于空压机起动电流最大值223A，所以热耐受校验也没有问题。

接触器的电寿命可以样本上的电寿命曲线查询，由于11.2kW的空压机额定电流最大值为28A，所以我们在曲线X轴上找到28A，作垂直线与LC1D18接触器相交，再作水平线与Y轴相交，得到的数据就是电寿命次数，大约190万次的电寿命。

四、总结

为电动机选择断路器和接触器时，需要要获得电动机的额定电流、起动电流和冲击电流参数，因为它们和断路器的过载保护整定和磁脱扣电流整定，以及接触器的接通和分断能力校验息息相关。

电动机额定电流和启动电流参数可以通过铭牌和样本获得，冲击电流参数要么厂家提供实测数据，要么通过理论计算获得。

总而言之，电动机回路元器件选型看起来相当简单，大部分可以按经验选型，但最主要的是要理解选型背后元器件各个参数的实际意义，才能与电动机的电流特性相匹配，避免断路器误动作和接触器使用寿命下降。