智能马达保护器使用手册新.docx
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智能马达保护器使用手册新
智能马达保护器使用手册
一、概述
1.1用途
ZNB-200型智能低压电动机保护装置（以下简称装置）是我公司研制的低压智能配电产品，该产品针对交流380V的低压电动机设计，集保护、测量、信号等功能于一体，集中实现了低压电动机的综合保护、测量及操作与控制。
1.2使用环境
a）环境温度：
-10℃～+55℃，
b）贮存温度：
-25℃～+70℃，在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后，装置应能正常工作；
c）相对湿度：
不超过85％；
d）大气压力：
86kPa～106kPa；
e）使用地点不允许有爆炸危险的介质，周围介质中不应含有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质，不允许充满水蒸气及有严重的霉菌存在；
f）使用地点应具有防御雨、雪、风、沙、灰的设施。
1.3技术特点
本装置具有如下主要技术特点：
a）集保护、测量、信号等功能于一体；
b）具有接地保护、过流保护、过压保护、低压保护、堵转保护、适合增安电机的TE保护、缺相保护、逆序保护、过热保护、不平衡保护、启动时间过长保护、轻载保护共12种保护。
各种保护功能均可选择投/退（启动时间过长保护始终投入）。
除启动时间过长保护、堵转保护、缺相保护和逆序保护只能动作于跳闸外，其余都可编程为动作于报警或跳闸。
c）能够测量的电气参数有：
电压（Uab,Ucb）、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、正序电流、负序电流、零序电流；
d）有一个事件报警出口；
e）小型化外形尺寸，适合于各种开关柜型；
f）采用先进的32位ARM芯片，运算速度快，抗干扰能力强。
g）保护原理成熟可靠，能够经历长时间的现场运行考验；
h）大屏幕LCD汉字显示，全中文菜单操作；
二、主要技术参数
2.1工作电源
a）额定电源电压：
220V，允许偏差：
直流-20%～+10%。
交流-15%～+10%
b）直流电源纹波系数：
不大于5%。
c）额定频率：
50Hz，允许偏差：
-5%～+5%；
2．2交流回路
a）交流电流：
1～75KW电机使用我公司的CT1-CT7（根据电动机功率选配），大于75KW则需外配互感器和我公司提供的互感器配合使用。
b）额定频率：
50HZ
2.3温度影响
装置在-10℃～+55℃温度下动作值因温度变化而引起的误差不大于±5%。
2.4、触点容量
装置的出口继电器触点容量为8A/AC250V。
2.5抗电磁干扰性能
2.5.1承受脉冲群干扰能力。
装置能承受GB/T14598.13规定的严酷等级为Ⅲ级的频率为1MHz及100kHz脉冲群干扰试验，共模为2.5kV，差模为1.0kV，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.2承受静电放电干扰能力。
装置能承受GB/T14598.14中规定的严酷等级不低于Ⅲ级的静电放电干扰试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.3承受辐射电磁场干扰能力。
装置能承受GB/T14598.9中规定的严酷等级为Ⅲ级的辐射电磁场干扰试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.4承受快速瞬变干扰能力。
装置能承受GB/T14598.10中规定的严酷等级不低于Ⅲ级的快速瞬变干扰试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.5承受浪涌（雷击）干扰的能力。
装置能承受IEC60255-22-5中规定的严酷等级不低于Ⅲ级的浪涌（雷击）干扰试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.6承受射频场感应的传导干扰的能力。
装置能承受IEC60255-22-6中规定的严酷等级不低于Ⅲ级的射频场感应的传导抗干扰试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.7承受工频干扰的能力。
装置能承受IEC60255-22-7中规定的严酷等级为A级的工频抗扰度试验，试验期间及试验后的产品的性能应符合该标准的规定。
2.5.8电磁发射试验。
装置能符合GB/T14598.16中规定的电磁发射限值的规定。
三、装置功能说明
3.1控制功能
需要降压启动时，装置的接触器切换继电器将在启动时间到达后，发出切换接触器的脉冲。
脉冲长度是2S（继电器闭合2S后自动断开，因此电动机控制回路需要加自保持电路）。
3.2保护功能
3.2.1接地保护
装置设置了单相接地保护，以保证当中性点为大电流接地系统的低压电机机端发生单相接地时的保护灵敏度。
零序电流通过装置内部计算所得。
当计算所得的零序电流大于整定值时，装置动作。
判据如下：
3.2.2过电流保护
装置过电流保护的判据如下所示：
3.2.3过压保护
装置中设置了过压保护。
当发生严重过电压时会导致电动机铁芯的饱和，大大增加电动机的励磁电流，从而烧毁电动机。
装置判据如下所示：
3.2.4低压保护
装置中设置了低压保护。
当发生低电压故障时，一方面电动机转拒不足，长期运行会导致电机的烧毁，因此需要在发生低电压故障时，及时停止电机运行；另一方面为保证重要负荷电动机的连续工作而需要断开次要的电动机，维持系统的稳定性。
3.2.5堵转保护
由于各种原因（机械故障，负荷过大，电压过低）使转子处于堵转状态。
在全电压下堵转的电动机，散热条件极差，电流很大，特别容易烧坏，所以装置设置了堵转保护
堵转保护的逻辑图如下所示：
电动机堵转时，装置动作于跳闸。
3.2.6TE时间保护
tE时间保护功能考虑了电动机负荷电流与标称电流之比及相应环境等级允许的最高电动机温度。
tE时间保护功能符合GB3836.3-2000标准的相关规定，适用于连续运行工作状态下，包括容易起动和不频繁起动不会产生明显的附加温升，允许采用反时限过载保护装置的增安型防爆电动机（如：
YA、YA2系列等），不适用于困难起动或起动频繁的电动机。
此保护功能将按照如下曲线对电动机进行tE时间保护。
故障电流到7倍以上额定电流时，保护动作时间为TE设定时间，故障电流小于7倍额定电流时动作时间为反时限特性
3.2.7缺相保护
电动机缺相时导致严重的转子发热，从而烧毁电动机。
缺相保护的灵敏度高于热保护，它是在前期发现潜在的导致电机烧毁的故障，有效的提前保护电动机。
装置采用的判据如下：
任一相电流小于10%的额定电流，另外两相的电流大于20%的额定电流，判定为缺相。
电动机缺相时，装置动作于跳闸。
3.2.8相序保护
当相序接反后，负序电流对比正序电流大很多，因此本装置以负序电流/（正序电流+负序电流）>80%为判据，装置动作于跳闸
3.2.9过热保护
装置用数学方法建立电动机的发热模型，在各种运行工况下，对电动机提供准确的过热保护。
具体如下：
根据正序电流和负序电流计算出等效电流Ieq，从而获得正序电流和负序电流总的热效应电流，Ieq的表达式如下：
Ieq2=K1*I12+6*I22，电动机的运行时间/电流曲线由下式表示t=τ1/（（Ieq2/Ie2）-1.052），其中Ieq运行的等效电流，I1为正序电流分量，I2为负序电流分量，Ie为额定电流，K1在启动时为0.25，正常运行时为1，τ1为发热时间常数。
一旦电动机过热，装置可以按整定的发热常数动作于跳闸或报警。
如果电动机因过热被切除后，本装置按指数规律衰减过热量，直至热积累为零。
复归系统可清除热积累值。
3.2.10电流不平衡保护
由于供电变压器原方或副方一相断线以及电源电压三相不平衡，都将使电动机三相电流不平衡而产生负序电流，长时间不平衡运行将烧坏电动机，为此装设不平衡保护。
采用以下公式计算不平衡度：
当计算得电流不平衡度大于设定值时装置延时跳闸或告警。
3.2.11启动时间过长保护
电动机启动时，当启动状态时间达到启动延时时，若启动后电流设定值>max（Iap&Ibp&Icp），则判定电机进入运行状态，否则判定为启动时间过长。
电动机启动时间过长时装置动作于跳闸。
3.2.12轻载保护
轻载保护判据如下：
3.3通讯功能
本装置采用RS485通讯接口。
以MODBUS@RTU通讯协议实现系统组网。
3.44—20mA输出
装置4—20mA输出是可编程的。
可以选择A相电流、B相电流、C相电流、电压Uab、电压Ucb、有功功率、无功功率、视在功率作为4—20mA输出对象。
它们满足如下关系：
Iout=
；Iout是装置输出的模拟量电流实际值。
3.5其它
当事故或报警出现时，装置可实时显示报警或事故信息，同时报警继电器的触点闭合。
特别地当装置因事故跳闸后，电机合闸出口将被闭锁。
只有复归事故信息，然后才可以重新启动电机。
以下是关于装置保护功能的3张图表。
表3.1：
电动机过载时过热保护的几组动作时间（单位：
秒）：
动作时间
过载倍数
发热时间常数
100
200
300
400
500
1.1
930
1860
2790
3721
4651
1.3
170
340
510
680
850
1.5
87
174
261
348
435
1.7
56
112
168
224
280
2
34
68
102
136
170
3
13
26
39
52
65
4
6.7
13.4
20
27
34
5
4.2
8.4
12.6
17
21
6
2.9
5.8
8.7
11.6
14.5
7
2.1
4.2
6.3
8.4
10.5
8
1.6
3.2
4.8
6.4
8
表3.2Te保护特性曲线
表3.3Te保护特性表
四、装置的参数整定及操作
装置上电后循环显示1—3屏。
在第1—3屏下，按ESC或ENT键，可进入第4屏。
在第4屏下，按UP或DOWN键选择条目，按ENT键进入下级菜单，按ESC键返回上级菜单。
在第4屏下，选择“装置整定”按确认键进入第5屏。
在第5屏下，按ESC键移动光标，按UP、DOWN键修改数值。
当输入密码0001时，按ENT键可进入装置整定选项菜单（共19项）,即第6屏。
在第6屏下，按UP、DOWN键移动光标，选择要设定的项目（项目较多采取翻页显示）；按ENT键进入选定的项目菜单，按ESC键返回上一级菜单。
在第6屏下，选择“接地保护”，按ENT键进入”接地保护设置”菜单（第7屏）。
在第7屏下，首先设置“零序电流”，按ESC键移动光标，按UP、DOWN键修改设定值，按ENT键确认当前的零序电流值并进入“保护方式”的设置；此时按UP、DOWN键选择保护方式（报警或跳闸），按ENT键确认当前选择并进入“保护投退”的设置；此时按UP、DOWN键选择保护投退（投入或退出），按ENT键确认当前选择并进入“动作延时”的设置；此时按ESC键移动光标，按UP、DOWN键修改设定值，按ENT键确认当前的动作延时值并进入”是否保存设定值”菜单（第8屏）。
在第8屏下，按ESC键移动光标选择是否保存以上的整定值，按ENT键确认当前的选择并返回第6屏。
其它项目的设置和接地保护类似，用户可参考“接地保护设置”进行整定。
在第4屏下，选择“事件记录”并按ENT键，可以查看事件记录，如第9屏所示。
在第9屏下，按UP、DOWN键可依次查阅21笔事件。
按ESC键返回第4屏。
在第4屏下选择“清空记录”并按ENT键，显示如第10屏所示。
在第10屏下，按ESC键选择是否清空，按ENT键确认当前选择并返回第4屏。
在第4屏下，选择“系统状态”，按下ENT键，进入第11屏。
如果通讯正常，则11屏中的网络符号将被显示，否则隐去。
按ESC键返回第4屏。
在第4屏下，选择“量值查看”，并按ENT键进入量值查看页面，按UP、DOWN键可依次查看1—3屏的内容（不循环显示）。
在事故跳闸的情况下，在第4屏选择“系统复归”并按ENT键进入第12屏。
按ESC键选择是否复归，按ENT键确认当前选择，并返回第4屏。
在选择“是”的情况下，可使装置的跳闸继电器重新闭合，电动机可以重新启动。
五、装置的显示器、装置端子及典型接线
5.1装置显示器
5.2装置的端子分布
5.3装置的典型接线
5.3.1直接启动接线图
5.3.2星三角启动接线图
5.3.3自耦变压器启动接线图
六、其它信息
6.1装置的外形尺寸
6.2装置的的配套CT
CT号
适用的电机功率
1
电机功率P≤0.55kW
2
电机功率0.55kW3
电机功率1.5kW4
电机功率3.0kW5
电机功率5.5kW6
电机功率11kW7
电机功率22kW8
电机功率75KW9
电机功率75KW七、通讯
◆Modbus协议简述
◆通讯应用格式说明
◆装置通讯地址表
在本章主要讲述如何使用通讯来读取装置的测量参数和进行设定。
Modbus协议简述
本装置使用MODBUS—RTU通讯协议，MODBUS协议详细定义了数据序列和校验码，这些都是数据交换的必要内容。
MODBUS协议在一根通讯线上使用主从应答式连接（半双工）。
首先主计算机发出信号寻址某一台唯一的终端设备（从机）。
被寻址终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。
MODBUS协议只允许在主机（PC机或PLC等）和终端设备之间通讯。
而不允许独立的终端设备之间的数据交换，这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号。
传输方式
传输方式是一个数据帧内一系列独立的数据结构以及用于传输数据的有限规则。
下面定义了与MODUBUS协议RTU方式相兼容的传输方式。
二进制编码（CodingSystem）8位
起始位（Startbit）1位
数据位（Databits）8位
校验（Parity）无奇偶校验
停止位（Stopbit）1位
错误检测（Eerrorchecking）CRC（循环冗余校验）
协议
当数据帧到达终端设备时，该设备去掉数据帧的“信封”（数据头），读取数据，如果没有错误，就执行数据所请求的任务，然后，它将自己生成的数据加入到取得的“信封”中，把数据帧返回给发送者。
返回的响应数据中包含了以下内容：
终端从机地址（Address）、被执行了的命令（Function）、执行命令生成的被请求数据（Data）和一个校验码（check）。
发生任何错误都不会成功的响应。
数据帧格式
Address
Function
Data
Check
8-Bits
8-Bits
N*8-Bits
16-Bits
表7.1数据帧格式
地址（Address）域
地址域在帧的开始部分，由一个字节（8位二进制码）组成，十进制为1～247。
这些位标明了用户指定的终端设备的地址，该设备将接收来自与之相连的主机数据。
每个终端设备的地址必须是唯一的，仅仅被寻址到的终端响应包含了该地址的查询。
当终端发回一个响应，响应中的从机地址数据便告诉了主机哪台终端正与之进行通信。
功能（Funtion）域
功能域代码告诉了被寻址到的终端执行何种功能。
表7.2列出了装置用到的功能码，以及它们的意义和功能。
代码
意义
行为
02
读DI状态
获得数字输入的当前状态（ON/OFF）
03
读寄存器
获得一个或多个寄存器的当前二进制值
16
预置多寄存器
设定二进制值到一系列多个寄存器中
表7.2功能码
数据（Data）域
数据域包含了终端执行特定功能所需要的数据或者终端响应查询时采集到的数据。
这些数据的内容可能是数值、参量地址或者设置值。
例如：
功能域码告诉终端读取一个寄存器，数据域则需要指明从哪个寄存器开始及读取多少个数据，内嵌的地址和数据依照类型和从机之间的不同内容而有所不同。
错误校验（Check）域
该域允许主机和终端检查传输过程中的错误。
有时，由于电噪声和其它干扰，一组数据在从一个设备传输到另一个设备时在线路上可能会发生一些改变，出错校验能够保证主机或者终端不去响应那些传输过程中发生了改变的数据，这就提高了系统的安全和效率，出错校验使用了16位循环冗余的方法（CRC16）。
更详细的有关Modbus的信息，可访问www.modbus.org获取更详细的信息。
通讯应用格式说明
下面所举实例将遵循并使用表7.3所示的格式，（数字为16进制）。
Addr
Fun
DataStartregHi
DataStartregLo
Data#ofregsHi
Data#ofregsLo
CRC16
Hi
CRC16
Lo
06H
03H
01H
00H
00H
03H
05H
80H
表7.3协议例述
表中各部分含义
Addr:
从机地址
Fun:
功能码
DataStartregHi：
数据起始地址寄存器高位
DataStartregLo：
数据起始地址寄存器低位
Data#ofregsHi：
数据读取个数寄存器高位
Data#ofregsLo:
数据读取个数寄存器低位
CRC16Hi:
循环冗余校验高位
CRC16Lo:
循环冗余校验低位
1．读数字输入状态（功能码02）
查询数据帧
此功能允许用户获得数字输入量DI的状态（在本装置中为读取装置的报警状态和接触器状态）ON/OFF（1=ON，0=OFF），除了从机地址和功能域，数据帧还需要数据域中包含将被读取DI的初始地址和要读取的DI数量。
装置中DI的地址从0000H开始（DI1=0000H，DI2=0001H，DI3=0002H，DI4=0003H等）。
表7.4的例子是从地址为17的从机读取DI1到DI4的状态。
Addr
Fun
DIStartaddrHi
DIStartaddrLo
DINUM
Hi
DINUM
Lo
CRC16Hi
CRC16
Lo
11H
02H
00H
00H
00H
04H
7BH
59H
表7.4读DI1到DI4的查询
响应数据帧
响应包含从机地址、功能码、数据的数量和CRC错误校验，数据帧中每个DI占用一位（1=ON，0=OFF），第一个字节的最低位为寻址到的DI值，其余的依次向高位排列，无用位填为0。
表7.5所示为读数字输入状态（DI1=OFF，DI2=ON，DI3=OFF，DI4=OFF）响应的实例。
Addr
Fun
Bytecount
Data
CRC16Hi
CRC16Lo
11H
02H
01H
02H
24H
89H
Data字节内容
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
MSBLSB
表7.5读DI1到DI4的状态响应
2.读数据（功能码03）
查询数据帧
此功能允许用户获得设备采集与记录的数据及系统参数。
表7.6的例子是从1号从机读5个采集到的基本数据（数据帧中每个地址占用2个字节）它们是系统采集到的Ia、Ib、Ic、Uab、Ucb的5个量。
它们在装置中的地址分别是0100H、0101H、0102H、0103H、0104H。
Addr
Fun
DataStartAddr
Hi
DataStartAddr
Lo
Data#ofregsHi
Data#ofregsLo
CRC16
Hi
CRC16
Lo
01H
03H
01H
00H
00H
05H
84H
35H
表7.6读Ia、Ib、Ic、Uab、Ucb的查询数据帧
响应数据帧
响应包含从机地址、功能码、数据的数量、数据和CRC错误校验。
表7.7的例子是装置返回的Ia、Ib、Ic、Uab、Ucb测量值。
Addr
Fun
Bytecount
Data1Hi
Data1Lo
Data2Hi
Data2Lo
Data3Hi
Data3Lo
Data4Hi
Data4Lo
101H
003H
00AH
000H
000H
000H
000H
000H
000H
000H
200H
Data5Hi
Data5Lo
CRC16Hi
CRC16Lo
000H
200H
124H
B6H
表7.7响应数据帧
3.预置多寄存器
查询数据帧
功能码16（十进制）（十六进制为10H）允许用户改变多个寄存器的内容，装置中系统参数和时钟等数据可用此功能码写入。
下面的例子是预置地址为17号的从机的接地保护整定值：
动作电流1.001A（CT1～2保留3位小数点；CT3～5保留2位小数点；其余保留1位小数点。
）、保护方式是报警（偶数报警、奇数跳闸）、保护投退是投入（偶数退出、奇数投入）、动作延时是5.08S。
占用8个字节。
下发数据帧如下：
Addr
Fun
DataStartregHi
DataStartregLo
Data#ofregsHi
Data#ofregsLo
ByteCount
11H
10H
02H
8CH
00H
04H
08H
ValueHi
ValueLo
ValueHi
ValueLo
ValueHi
ValueLo
03H
0E9H
80H
00H
80H
01H
ValueHi
ValueLo
CRC16Hi
CRC16Li
01H
0FCH
0EDH
90H
表7.8预置多寄存器查询数据帧
响应数据帧
对于预置多寄存器的正常响应是在寄存器值改变以后回应机器地址、功能码、数据起始地址、数据个数、CRC校验码。
如下表。
Addr
Fun
DataStartregHi
DataStartregLo
Data#ofregsHi
Data#ofregsLo
CRC16Hi
CRC16Li
11H
10H
02H
8CH
00H
04H
03H
09H
表7.9预置多寄存器响应数据帧
装置通讯地址表
实时测量参数区
本区域的各参数均为实时测量参数，采用Modbus协议03号功能码读取。
地址
参数
数值范围
数据类型
读写属性
0100H
A相电流
0～65535
Word
R
0101H
B相电流
0～65535
Word
R
0102H
C相电流
0～6553
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