淺談低壓交流電動機的長距離控制回路存在的問題及對策

周湘

安徽海螺建材設計研究院有限責任公司 安徽蕪湖 241070

1 概述

在水泥工廠建設過程中，由于全廠總體布置需要，存在少數生產車間內電機距離變電所內控制柜較遠的情況，導致電機控制線路較長，從而出現接觸器和繼電器不能正常的吸合和釋放現象，影響正常生產運行，甚至危及到相關人員和設備的安全。曾經在水泥生產過程中出現過電機開機正常，卻不能正常停機，如水泥庫頂的電機；也曾出現長皮帶電機已停機，而皮帶機速度信號顯示電機未停機的現象等；而出現這些現象一般發生在遠距離低壓交流電動機的控制回路上，其問題的出現，與控制電纜的長度、截面的選擇，以及低壓交流電動機的控制回路的設計等等有著密切的關系。

2 問題

案例一：國內某水泥廠皮帶機出現速度信號在停機后或在皮帶機打滑時繼續存在，中間繼電器保持吸合，未正常動作；其控制原理：控制思想為現場控制優先；二次控制回路電源取自一次回路（電壓為220VAC）；皮帶打滑檢測采用二線制電感式接近開關，通過中間繼電器將信號送至DCS 系統。

案例二：國外某水泥廠粘土破碎電機出現了電機運行后在現場按停機按鈕時，電機未實現停機，停機信號中間繼電器保持吸合的現象；其控制原理：控制思想為中控控制優先；二次控制回路電源取自專用控制電源回路（電壓為220VAC）；現場按鈕在主控制回路中，開機、停機按鈕均通過中間繼電器將信號送至DCS 系統然后由DCS 實現開機、停機；現場實測停機信號繼電器兩端電壓達到171V 左右，足以讓中間繼電器吸合。

案例三：國外某水泥廠余熱發電出現低壓電機停機后控制柜上運行燈常亮現象；其控制原理：控制思想為現場控制優先；二次控制回路電源取自專用控制電源回路（電壓為220VAC）；現場實測停機后運行燈兩端電壓達到134V 左右。

3 分析

以上三個案例共同點：控制電纜都比較長，均在200 多米以上；其原因估計為控制線路電容的存在導致中間繼電器始終保持吸合和指示燈常亮。

相關規范對交流電動機控制回路有明確的要求，如《低壓電氣裝置第5-55 部分：電氣設備的選擇和安裝其他設備》（GB/T16895．20-2017）中規定，在功能性應考慮：運行部件之間的電纜的特性（包括阻抗和長度）不應對輔助回路的運行產生不利影響；電纜的電容不應損害輔助回路的執行機構的正常運行，開關設備和控制設備的選擇，應考慮電纜的特性和長度。

《工業與民用供配電設計手冊》中提到了控制線路長度的校驗，當采用交流控制電路，按線路的電容和電壓降共同決定控制線路的允許長度；從校驗計算公式可以看出，在低壓交流電動機長距離控制回路中，影響控制回路可靠運行主要有幾個因數：控制回路電源的選擇（交、直流的選擇，電壓等級的選擇）、控制回路中元器件選擇、控制電纜的選擇等；同時又可以看出，按線路電容校驗和按線路電壓降校驗兩者相互制衡，如提高控制回路的電壓等級，按線路電壓降校驗允許線路的長度增加了，但按照線路電容校驗允許線路的長度反而減少；因此，任何一個因數的不合理都可能導致控制回路不能正常工作。一般情況下，控制電路的電壓越高，按電容決定的運行長度越短，而按電壓降決定的允許長度則越長；每一控制電壓下的允許長度，應取二者中較小的值。當交流控制電路無法滿足線路允許的長度的要求時，可采用直流控制電路，采用直流控制電路控制線路只需按照電壓降校驗。

按照《工業與民用供配電設計手冊》中公式核算的幾種常規情況如下：

（1）以某品牌中間繼電器（線圈保持功率10VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為172m，按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為16690m，由此可見，線路電容決定著控制電纜最大允許電纜長度，可采用降低控制回路電壓的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度，采用交流110V 可增加到689m，此時按照電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度減小至4172m。

（2）以某品牌接觸器（線圈保持功率200VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為3444m，按電壓降校驗控制電纜最大允許電纜長度為834m，由此可見，電壓降決定著控制電纜最大允許電纜長度，可采用增大導線截面的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度，采用2．5mm2 可增加到1344m。

（3）以某品牌繼電器（線圈功率1VA）為例，控制回路電壓采用交流220V，控制電纜采用1．5mm2；計算得出：按線路電容（三芯導線）校驗控制電纜最大允許電纜長度為17m，按電壓降校驗電壓降影響非常小，由此可見，線路電容完全決定著控制電纜最大允許電纜長度，若采用交流110V 可增加到69m，增加的效果不大，可采用直流控制或增大保持功率并聯電阻的辦法增加控制電纜最大允許電纜長度。

4 解決方案

根據以上案例和分析看，出現問題主要原因為長距離控制電纜電容的影響，根據《工業與民用供配電設計手冊》中核算公式，有以下解決方案：

方案一：控制回路電源采用直流，所有二次控制回路元器件全部采用直流元器件；校驗好控制線路電壓降，可從根本上解決長距離控制問題。以上案例一問題采用了方案一進行解決。

方案二：相關中間繼電器并聯電阻，增大保持功率；本方案比較復雜，電阻值需要根據電纜長度進行計算，且功率不宜太大（電阻功率不宜大于10W），且不能全面杜絕問題的發生。以上案例二、案例三采用了方案二進行解決。