礦用電機保護裝置

楊　林

（北方重工石油裝備有限公司，遼寧 沈陽 110141）

礦用電機保護裝置

楊林

（北方重工石油裝備有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本文介紹了一種在煤礦爆炸性氣體環(huán)境下使用的礦用電機保護裝置的系統(tǒng)原理與應(yīng)用原理，該裝置可以在隔爆電控箱外使用，對單臺或多臺電機進行保護。

爆炸性環(huán)境；礦用電機；保護裝置

1.背景技術(shù)

現(xiàn)有礦用電機保護技術(shù)是依靠可編程控制器、電流傳感器、溫度傳感器、漏電流傳感器以及模擬量變送器等裝置構(gòu)成的硬件電路，通過電流傳感器、溫度傳感器輸出模擬量信號，將模擬量信號送至模擬量變送器，再由變送器變?yōu)榭杀豢删幊炭刂破髯R別的標(biāo)準(zhǔn)信號，然后傳給可編程控制器進行控制輸出觸點，從而控制電機停止。

現(xiàn)有的技術(shù)有幾個不利的因素：

①增加了可編程控制器的控制點數(shù)造成經(jīng)濟成本的增加。

②由于煤礦掘進機的電控箱體積受整機的限制，只能做得很小，所以增加的可編程控制器的模塊（因體積是固定的）會造成電控箱內(nèi)空間的壓縮不利于其他電器元件的安裝。

③由于模擬量變送器和傳感器之間的距離有要求，距離大了會造成信號的干擾產(chǎn)生失真現(xiàn)象，從而對可編程控制器的安裝位置也會造成限制。

2.結(jié)構(gòu)

該電機保護裝置外殼采用整體注塑形式，在滿足《GB 3836.4-2010爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)的沖擊要求的情況下，整體質(zhì)量相比鋼板焊接形式大大降低。提供4個同規(guī)格的電纜引入裝置，電纜引入裝置采用航空插頭形式，可以快速完成電纜插拔工作。有一個報警故障顯示窗，采用鋼化玻璃防護。外殼整體的防護等級可達(dá)到IP65。內(nèi)部為一塊電路板集成，固定在底板并采用澆封形式，抗震和散熱性能良好。可以固定到礦用電機上且不需要加裝減震裝置。

3.系統(tǒng)原理

該電機保護裝置集成了電流傳感器、信號變送器、漏電流檢測等元器件的功能，可以獨立完成電流、電壓、線圈的對地電阻、線圈的繞組溫度信號的采集。由PIC16系列單片機、放大和濾波電路、光電耦合電路、MAX7219系列數(shù)碼管顯示電路等電子電路組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

該電機保護裝置通過接線將電機的電流信號、溫度信號、電壓信號、對地阻值采集到電機保護裝置中，濾波、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將采集到的信號處理成PIC單片機可以接受的標(biāo)準(zhǔn)二進制信號，而當(dāng)采集到的信號出現(xiàn)如下情況時，PIC單片機會輸出一個數(shù)字量的信號，通過光電耦合電路隔離后控制中間繼電器的線圈，進而切斷電機的供電電源：當(dāng)電機的實際電流達(dá)到電機額定電流的1.5倍、3倍、6倍、8倍時，分別執(zhí)行延時20min、4min、5s、0.4s后；當(dāng)電機的溫度開關(guān)動作或者預(yù)埋PT100電阻值達(dá)到158Ω（即：電機溫度150°）時；當(dāng)電機的實際電壓超出85%～115%額定電壓時；當(dāng)電機啟動線圈繞組對地電阻值小于22kΩ時。電機因上述故障被切斷電源后，在電機保護裝置數(shù)碼顯示窗可以看到顯示的故障代碼，通過故障代碼可以得知電機發(fā)生的故障，并且該故障可具有鎖定功能，必須通過控制按鈕復(fù)位后才能進行下次電機啟動操作。

4.應(yīng)用原理

該電機保護裝置的應(yīng)用原理如圖2所示。將該電機保護裝置固定在電機上或電機附近具有固定空間的位置，將用于采集電流、電壓、溫度和對地電阻的電纜分別接到電機的相應(yīng)位置上，保護裝置的輸出端接到中間繼電器線圈上，電源端接到本安電源上。

在每次啟動電機之前，保護裝置都會先檢測電機繞組的對地電阻值，對地電阻值大于22kΩ時，保護裝置將運行電機啟動，否則將禁止電機啟動并鎖定故障。在電機啟動后，保護裝置將斷開對地電阻檢測電纜，并對電機運行過程中的電流、電壓和溫度信號進行檢測，如無故障則每隔2小時保存一次所檢測到的數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)故障則切斷電機電源并鎖定故障。

圖1　礦用電機保護裝置系統(tǒng)框圖

圖2　礦用電機保護裝置應(yīng)用原理圖

該電機保護裝置必須放在電機上或電機附近，是因為采集信號的電纜離采集源越遠(yuǎn)采集到的信號越容易失真，這在控制過程中是不允許的。

結(jié)語

與已有技術(shù)相比，該裝置的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，效果顯著，成本低廉，工作穩(wěn)定、可靠。應(yīng)用在保護礦用電機上可有效的節(jié)約成本、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使電氣安裝更具有靈活性。

[1]江和． PIC16系列單片機C程序設(shè)計與PROTEUS仿真[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010．

[2]謝峰然． PIC單片機原理及程序設(shè)計[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2013．

[3]丁鎮(zhèn)生．電子電路設(shè)計與應(yīng)用手冊[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2013．

[4]GB 3836．1-2010，爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求[S]．

[5]GB 3836．4-2010，爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設(shè)備[S]．

TM73

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