26. 多大功率电动机能直接起动?

实际工作中经常遇到这样的问题，30kW电动机能直接起动吗?多大功率以上电动机不能直接起动?或者说多大功率以下可以直接起动?

下面主要在电压降影响层面探讨这个问题，同时兼顾其他因素影响。

以最常见的笼型电动机为例，全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，只要符合规定的条件，就应采用这种起动方式。主要考虑的条件有两个，即配电母线电压降和额定容量在变压器的占比，别无其他条件。诸如电动机额定容量超变压器容量3%和多少千瓦以上不能直接起动的说法不够严谨!

30kW电动机能直接起动吗?如果是30kV·A的杆架式变压器，显然不能，如果是大厦中2500kV·A的干式变压器，显然可以。如果是630kV·A的箱式变压器，行不行?如何判断?

知识储备一：GB 50055—2011的2.2.2条中交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：

配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。

配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%。

配电母线上未接其他用电设备时，可按保证电动机起动转矩的条件决定；对于低压电动机，尚应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

知识储备二：常见机械所需的起动转矩可在额定转矩的12%~150%的大范围变化，相应的笼型电动机端子电压为额定电压的35%~120%。

知识储备三：从过去30kV·A的杆架式变压器，到小区630kV·A的箱式变压器，直到大厦中2500kV·A的干式变压器，相差近百倍!

知识储备四：计算公式为，电动机起动时母线电压降百分数=变压器短路阻抗百分值×（起动电流+起动时刻变压器已有负荷电流）/变压器额定电流。

知识储备五：一般变压器负荷率不宜超过85%,按最不利情况，考虑变压器正常负荷率在80%~85%，当电动机额定容量不超过变压器额定容量2%时，也就是起动容量不超过变压器额定容量的15%的情况下，变压器低压侧电压仍然略高于380V，计算中可按380V计算，结果偏保守。当电动机起动容量占比与负荷率之和超过100%时，需要考虑变压器本身的电压降。

目前使用的变压器容量较大，所以不超过变压器额定容量的30%一般不用校验，也非常容易校验。因此主要需要考虑的是电动机回路的电压降不影响其他负荷，在上级配电箱处的电压降才对其他负荷有影响。核心在于电动机7倍（一般起动倍数最大为7左右，按最不利的7倍考虑）额定容量对电网电压影响满足要求就能直接起动。

实例（基本条件：变压器容量为1000kV·A，U_k=6%，变压器负荷率为75%）：

起动电流按7倍考虑，不频繁起动，母线电压不低于标称电压的85%，基本原理是欧姆定律，计算并不难，此处不详述。例如，电动机功率为30kW，直接起动按7倍考虑，低压配电室动力箱计算负荷为150kW，从变压器到动力箱按200m，电缆采用3×185mm²+2×95mm²，正常运行按150kW计算，到动力箱电压降为3.7%。动力箱到电动机100m，电缆采用3×35mm²+2×16mm²，正常运行时动力箱到电动机电压降为1.4%。起动时，变压器到动力箱电压降为8.1%，动力箱到电动机电压降为9.8%。本例直接起动对配电系统的影响是动力箱所带负荷在起动过程中比正常运行电压暂降4.4%（8.1%-3.7%=4.4%），起动时动力箱处电压为标称电压的91.9%（100%-8.1%=91.9%），电动机端电压为标称电压380V的82.1%（100%-8.1%-9.8%=82.1%），满足直接起动要求。

总结表格见表33（按上面实例的条件，只是供电距离作为变量）。

一般情况推导：

正常运行情况下，电动机端子处电压偏差允许值不宜超过±5%额定电压，不应超过±7%额定电压。按表33正常运行状态干线和支线各200m，末端电压百分值为93.5%，满足要求。起动状态下干线末端（动力箱处）电压为标称电压的91.9%＞85%，电动机端电压为标称电压的72.3%＞35%，满足要求。

按起动状态考虑，由表33可知，只要干线和支线长度均不超过300m，即可满足起动时母线电压不低于标称电压的85%（87.85%＞85%），电动机端电压不低于标称电压的35%（58.45%＞35%）。当然实际设计中，尽量不要卡在临界值，供电距离过长也不合理。（供电半径不宜超过250m，有时候300~400m也比较常见）

变压器到低压配电室干线为300m，低压配电室到电动机支线为300m，在常见建筑电气中算距离非常远的，这种情况下30kW电动机直接起动能满足电压降要求。一般距离和功率均比上述值小，所以都可以满足要求。这是一些设计院的经验值的由来，如电动机不超变压器容量的3%可以直接起动，或者按起动倍数为7推导出来也是3%左右，因为这个值可以满足供电距离五六百米的直接起动要求，所以当供电距离较近，或电动机与变压器低压母线直接相连时，这个值过于保守，并不合理。

由表33不难推导，当电动机功率为55kW时，若供电距离干线和支线都在100m 内，则按知识储备四的公式考虑变压器的电压降7%，再加干线电压降8%，支线电压降20%，动力箱处电压百分值为90%（105%-7%-8%=90%），满足直接起动压降要求，电动机端电压为70%（105%-7%-8%-20%=70%），满足直接起动要求。

当电动机直接与变压器母线连接时，直接按知识储备四的公式计算。示例如下：以基本条件变压器容量为1000kV·A，U_k=6%，变压器负荷率为75%来计算可以直接起动的最大功率。按起动倍数7考虑(电动机额定功率用P表示，电动机功率因数一般为0.75~0.8，额定电流非常接近2P，变压器额定电流非常接近容量的1.5倍，实际计算时按实际情况，本处仅为推导用，不影响推导结果)：

105%-6%×（P×2×7+1000×1.5×75%）/（1.5×1000）＞85%

计算得出P＜259kW（按电动机最大值起动后，变压器正常工作负荷率已经高于100%，此处仅为电压降计算示例），根据起动时端电压不能低于35%额定电压，也就是，线路电压降不超过50%（85%-35%=50%）来确定供电距离。

当上述示例电动机起动前变压器负荷率为50%（300kW电动机起动后，负荷率约为85%）时

105%-6%×（P×2×7+1000×1.5×50%）/（1.5×1000）＞85%

计算得出P＜304kW（按电动机最大值起动后变压器负荷率约为84%）。由此可以看出，当正常运行时变压器负荷率不大于85%（规范要求变压器负荷率不宜高于85%，所以宜为75%~85%，不应低于60%）时，电动机直接与变压器母线连接的额定容量不超过变压器容量30%的，一般可以直接起动。（本例只是一般原理推导和计算，在工程应用中近似估算可以直接引用30%这个结果。例如，占变压器容量20%的电动机与变电所低压母线直接相连时，无须计算，确定可以直接起动。当需准确计算或卡在30%的边缘时应注意变压器本身参数差异，应按实际参数和上述公式计算）

表34列出了6（10）/0.4kV变压器允许直接起动笼型电动机的最大功率。

当变压器空载，也就是电动机有专用变压器时，按知识储备四的公式计算，负荷率代入0，只需要考虑电动机端电压不低于35%，则

105%-6%×（P×2×7+1000×1.5×0%）/（1.5×1000）＞35%

如果供电距离非常近，可忽略线路电压降，只考虑变压器电压降计算得出P＜1250kW。所以变压器-电动机组是不需要校验电压降的，只需要考虑最大电流。电动机专用变压器情况下，只要电动机容量不超过变压器容量即可，经常起动或重载起动时，变压器容量应比电动机容量大15%~30%。

应注意下面内容（摘自《配三》第6.4节）：

1）电动机起动时，供电变压器容量的校验如下：若每昼夜起动不超过6次，每次持续时间t不超过15s，变压器的负荷率β小于0.9（或t不超过30s而β小于0.7）时，起动时的最大电流允许为变压器额定电流的4倍；若每昼夜起动10~20 次，则允许最大起动电流相应地减为2~3倍。变压器-电动机组的变压器容量应大于电动机容量，经常起动或重载起动时，变压器容量应比电动机容量大15%~30%。

2）电动机起动时，母线上的电压下降相对值可用负荷变动量计算

3）如果电源容量不太大，发电机容量为电动机额定起动容量的1~1.4倍时，则母线电压的计算值需留裕量。

以上是按电动机起动时配电母线电压不宜低于额定电压的85%考虑的，80%和90%的情况读者可自行按上述方法计算。另外这里的数据也是有一定前提条件的，切忌生搬硬套，应活学活用。

在实际图样中，很多18.5kW和22kW电动机不分供电距离，不看变压器容量，一律按超过15kW不能直接起动考虑，这在增加造价的同时，降低了可靠性，非常不合理!具体情况应结合实际去考虑，甲方和设计都应重点关注。

注意以上仅为某种条件下的近似推导，而且忽略了起动时的功率因数变化的影响，实际电动机起动时功率因数比正常运行时低，因此不能随意引用以上计算结论，仅做某种分析、理解用。另外，以上分析主要是针对变压器容量、电动机额定容量、起动容量之间的关系和电压降的情况。实际中还需考虑，较大电动机直接起动可能出现一些未知的影响，如较大电动机的一些控制可能对电压比较敏感，较小容量电动机可能因为直接起动导致需要选择延时较长的开关，这样可能导致导线截面增大或灵敏度难以满足。一定条件下，如变压器-电动机组，只需要变压器容量大于电动机容量即可满足直接起动和正常运行的需要，当经常起动或重载起动时，变压器容量需要比电动机容量大15%~30%。另一方面需要注意，30kW电动机或更低不代表肯定满足直接起动的条件。例如变压器容量极小，为30kV·A，如果还带了其他负荷，那么22kW电动机不能直接起动也是很正常的事情。即使变压器容量不小，为2000kV·A，但线路较远，直接起动电压降太大，也可能导致无法直接起动。同时需要注意，变压器不同，性能不同，过负荷能力不同（过负荷时间和倍数都不同），电动机不同，起动曲线（起动倍数和起动时间）不同，都有影响，所以不能单纯而绝对地下结论，需要基本原理结合变压器和电动机的实际参数，综合考虑，不能单纯说多大功率能直接起动，多远能直接起动。另外有条件时，大功率电动机应尽量靠近变压器。