缺相保护热继电器——成套电气设计选型实操要点



一、缺相保护的核心逻辑

1.1 为什么需要缺相保护？


三相电机缺相运行时：
├── 剩余两相电流可达额定电流的 1.5~1.7 倍
├── 电机绕组过热 → 绝缘劣化 → 烧毁
├── 时间窗口短：大功率电机可能 3~5 分钟内烧毁
└── 普通热继电器（两相型）无法可靠检测缺相


1.2 缺相保护的三种技术路线

| 技术路线 | 原理 | 优缺点 | 适用场景 |
|--||--|-|
| 热继电器带差动机构 | 三相双金属片+差动杠杆，任一相断开时机构动作 | 成本低、结构简单、响应稍慢 | 中小功率电机、标准配电柜 |
| 电子式缺相保护器 | 电流互感器采样+微处理器判断 | 精度高、可调、可扩展报警 | 重要负荷、变频前端 |
| 断路器/接触器自带缺相保护 | 利用脱扣器或控制回路检测 | 集成度高、非独立保护 | 小型成套、简化设计 |

> 本篇重点：带缺相保护功能的热继电器（种路线）



二、缺相保护热继电器的结构原理

2.1 典型内部结构（以施耐德LR2D、ABB TA系列为例）


三相双金属片组件
│ │ │
▼ ▼ ▼
┌──────────────┐
│ 差动/补偿机构 │ ← 核心：缺相时利用弹簧力差驱动脱扣
│ (差动杠杆) │
├──────────────┤
│ 常闭触点 (NC) │ → 串入控制回路，断开接触器线圈
│ 常开触点 (NO) │ → 接报警/指示灯
└──────────────┘
│
复位按钮（手动/自动）


2.2 差动机构工作原理


正常运行：三相双金属片均匀受热 → 弯曲量一致 → 差动杠杆平衡 → 不动作

缺相时：
缺失相 → 该相双金属片冷却回缩
剩余两相 → 继续受热弯曲

结果：两侧弯曲量不等 → 差动杠杆失衡 → 驱动脱扣机构 → 触点动作




三、选型实操要点（7大关键）

✅ 要点1：电流等级匹配


选型公式：
热继电器额定电流范围 ≥ 电机额定电流（躲过启动电流）

实操规则：
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 电机额定电流 In │
│ 热继电器整定范围：0.63In ~ 1.0In（选中间值）│
│ 例：电机 15A → 选 LR2D13（整定范围 9~13A）│
│ 但更常见选 LR2D23（17~25A）→ 整定到15A │
└─────────────────────────────────────────┘

⚠️ 关键：
- 不要选刚好等于In的型号（没有余量）
- 选型偏大时，用刻度盘精确整定
- 大功率电机（>100A）一般不用热继电器，用电子式保护


✅ 要点2：必须确认"缺相保护"标识


⚠️ 这是容易踩的坑！

普通热继电器（两相保护型）：
型号标注：LR2-D13（无标识）
只有两组双金属片，缺相时可能不动作！

缺相保护型：
型号标注：LR2-D13 带有差动补偿机构
施耐德：LR2D 系列（默认带差动）
ABB：TA25DU / TA42DU（DU=断相保护）
正泰：JRS2-□/Z（Z表示断相保护）

实操：
→ 看产品目录中是否明确标注 "Phase failure protection"
→ 看内部结构图是否有三组双金属片+差动机构
→ 看样本是否有断相保护特性曲线


✅ 要点3：整定电流的确定


整定原则：
I_set = 电机额定电流 × (0.95~1.05)

实操步骤：
1️⃣ 查电机铭牌：额定电流 In
2️⃣ 查热继电器样本：找到覆盖 In 的型号
3️⃣ 旋转整定旋钮到 In 值（看刻度盘）
4️⃣ 校验：I_set 应在热继电器可调范围的 60%~100%

常见错误：
❌ 整定值偏小 → 启动时误跳
❌ 整定值偏大 → 缺相时保护失效
❌ 不看刻度盘直接选型号 → 实际整定值与预期不符


✅ 要点4：与接触器的配合


成套设计中热继电器通常与接触器组合：

┌──────────────────┐
│ 接触器（主回路） │ ← 选型依据电机功率/电流
│ KM │
├──────────────────┤
│ 热继电器（过载） │ ← 选型依据电机额定电流
│ FR（带缺相保护） │
├──────────────────┤
│ 断路器（短路） │ ← 选型依据短路电流/协调
│ QF │
└──────────────────┘

配合要点：
① 热继电器与接触器要同一系列/可机械互锁
- 施耐德：LC1D + LR2D（直接卡装）
- ABB：AF + TA（直接卡装）
- 正泰：CJX2 + JRS2（卡装或导轨）

② 热继电器的触点容量要与控制回路匹配
- 一般 NC 触点：10A（足够控制接触器线圈）
- 注意触点数量：需要几对 NO/NC 接信号

③ 安装方式：
- 插入式（直接插在接触器出线端）→ 常见
- 导轨式（DIN导轨）→ 独立安装
- 独立式（螺栓固定）→ 大电流场合


✅ 要点5：控制回路接线要点


典型控制回路（缺相保护接法）：

┌──── 停止按钮(NC) ────┐
L1 ────┤ ├──→ 接触器线圈 A1
│ ┌── 热继电器 NC ──┐ │
L2 ────┤───┤ (95-96触点) ├──┘
│ └─────────────────┘
│
注意：热继电器NC触点串入控制回路
缺相动作 → NC断开 → 接触器失电 → 电机停转

接线实操：
✅ 确认端子号：
- 热继电器：95(NC进) - 96(NC出) / 97-98(NO)
- 不同品牌端子号不同！必须查样本

✅ 如果需要报警信号：
- 用 NO 触点（97-98）接指示灯或PLC输入
- 注意：NO 触点在缺相动作时闭合，正常时断开

✅ 复位方式选择：
- 手动复位（推荐）：动作后需人工按复位，防止自动重启
- 自动复位：冷却后自动复位 → 危险！不推荐用于电机保护


✅ 要点6：环境与安装条件


实操考虑：
┌──────────────────────────────────────┐
│ ① 环境温度 │
│ 热继电器本身对温度敏感 │
│ 柜内温度 >55°C 需要降容使用 │
│ 样本中有温度修正曲线，必须查！ │
│ │
│ ② 海拔 >2000m 时降容 │
│ 一般每升高100m，降容约1% │
│ │
│ ③ 安装方向 │
│ 大部分热继电器可以任意方向安装 │
│ 但部分型号要求垂直安装 → 查样本！ │
│ │
│ ④ 柜内散热 │
│ 热继电器不要紧贴发热元件（变频器、变压器）│
│ 留足够散热空间 │
└──────────────────────────────────────┘


✅ 要点7：与上下级保护的协调


保护层级：
短路保护 ← 断路器（瞬时脱扣）
过载保护 ← 热继电器（反时限特性）
缺相保护 ← 热继电器差动机构

协调要点：
① 热继电器不提供短路保护！必须配合断路器

② 断路器的长延时脱扣值 > 热继电器整定值
- 例：热继电器整定15A → 断路器长延时设20~25A
- 过载时热继电器先动作

③ 断路器瞬时脱扣值 > 电机启动电流（躲过启动）
- 一般瞬时值 = 8~12 × In（视电机类型）

④ 缺相保护与短路保护互不替代
- 缺相时电流可能不到短路水平 → 只有热继电器/电子保护器能检测




四、主流品牌型号速查

| 品牌 | 缺相保护型号系列 | 整定范围 | 安装方式 | 特点 |
||--||||
| 施耐德 | LR2D（TeSys D） | 0.1~93A | 插入/导轨 | 与LC1D完美配合 |
| ABB | TA25DU / TA42DU / TA75DU | 0.1~93A | 插入/导轨 | DU后缀=断相保护 |
| 西门子 | 3RU21（带缺相检测版） | 0.1~63A | 导轨 | 与3RT接触器配合 |
| 正泰 | JRS2-□/Z | 0.1~630A | 导轨/插入 | Z=断相保护 |
| 德力西 | JRS1Dsp | 0.1~63A | 导轨 | sp=缺相保护 |



五、成套设计中的常见错误清单


❌ 错误1：用普通两相热继电器当缺相保护用
→ 必须确认样本中明确标注"Phase failure"

❌ 错误2：热继电器额定电流 < 电机额定电流
→ 启动时必然误跳，或保护失效

❌ 错误3：整定值没看刻度盘，凭感觉选
→ 必须实际旋转到对应电流值

❌ 错误4：热继电器触点接错（NC/NO搞反）
→ 缺相时不停机，或正常时报警

❌ 错误5：忽略温度降容
→ 柜内高温环境下保护值偏移

❌ 错误6：没有与断路器协调配合
→ 保护层次混乱，可能越级跳闸

❌ 错误7：选了自动复位
→ 缺相后冷却自动重启，电机反复烧

❌ 错误8：大电流（>100A）还用热继电器
→ 应改用电子式电动机保护器或综合保护器




六、实操选型流程（一张图）


开始
│
▼
① 确认电机参数（铭牌：P, U, In, 启动方式）
│
▼
② 确定保护需求（是否需要缺相保护？必然需要！）
│
▼
③ 选择热继电器型号
→ 电流范围覆盖 In
→ 确认带缺相保护功能
→ 确认与接触器兼容
│
▼
④ 确定整定值 = In（看刻度盘）
│
▼
⑤ 检查环境温度 → 是否需要降容？
│
▼
⑥ 确认控制回路接线（NC串控制回路，NO接报警）
│
▼
⑦ 与断路器协调校验
│
▼
⑧ 出图/BOM → 完成 ✅




七、场景补充

| 场景 | 建议 |
|||
| 变频器供电电机 | 变频器自带电子保护，前端热继电器主要做后备，整定值需考虑变频低频时电流偏大 |
| 星三角启动 | 热继电器接在主回路（接触器后），整定按相电流（线电流/√3）或按电机铭牌电流直接整定 |
| 正反转控制 | 热继电器保护是对电机本身的，与转向无关，正常选型即可 |
| 多台电机共用 | 每台电机必须独立配热继电器，不要共用 |
| 重要负荷（消防泵等） | 建议用电子式电动机保护器（如施耐德GV2ME、ABB M201），功能更 |



> 总结一句话：选带缺相保护的热继电器，核心是"确认功能+电流匹配+精确整定+正确接线+上下协调"，五步缺一不可。