電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器結(jié)構(gòu)分析 礦用電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器的系統(tǒng)指的是通過電流互感器和電壓互感器對(duì)煤礦井下電網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行變壓,通過信號(hào)調(diào)理電路和信號(hào)采集電路(A/D轉(zhuǎn)換電路),最后轉(zhuǎn)換成微控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào);通過對(duì)微控制器進(jìn)行相關(guān)編程,對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理,判斷電動(dòng)機(jī)當(dāng)前處在什么狀態(tài);通過對(duì)該狀態(tài)的判斷,經(jīng)由電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)和控制。同時(shí)由于對(duì)煤礦井下電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)巡檢并不是很方便,在此設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)智能綜合保護(hù)器還要加上與井上上位機(jī)通信的功能。為方便就地檢查,同樣需要在保護(hù)器上設(shè)置電動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示與報(bào)警界面,實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互,同時(shí)應(yīng)加上按鍵調(diào)節(jié)功能以適應(yīng)不同電網(wǎng)電壓等級(jí)下對(duì)電動(dòng)機(jī)不同的要求。 二、保護(hù)器工作狀態(tài)分析 2.1 漏電保護(hù) 煤礦井下電動(dòng)機(jī)及其供電線路常見的漏電故障有: (1)電動(dòng)機(jī)或者供電線路因長(zhǎng)期暴露在潮濕環(huán)境中,導(dǎo)致其絕緣電阻下降,流向大地的對(duì)地電流增大,從而使電動(dòng)機(jī)及電氣設(shè)備外殼帶電。 (2)電動(dòng)機(jī)或者供電線路帶電體發(fā)生部分裸露現(xiàn)象,致使未受到高度重視的井下人員誤觸到該處,直接或者間接通過導(dǎo)體工具而致使其中一相接地,造成漏電事故。 (3)電動(dòng)機(jī)或者供電線路絕緣部分因?yàn)榫弥美匣㈦妷盒該舸┗蛘邫C(jī)械損壞等原因而發(fā)生一相中的金屬性接地或弧光接地。 人身觸電造成人身傷亡的危險(xiǎn)主要與流經(jīng)人身的觸電電流和流過這些電流時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)系。一般在不考慮電網(wǎng)電容情況下,人體觸到一相導(dǎo)線時(shí),30mA為允許通過人體的最大觸電電流,即30mA以下不至于發(fā)生生命危險(xiǎn)。井下在660V時(shí)引爆瓦斯的安全火花電流為50mA以下。所以,漏電安全臨界電流值應(yīng)該為30mA。 在忽略電網(wǎng)對(duì)地分布電容情況下,對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中人體觸電電流計(jì)算公式中:Ir為通過人體的電流,單位為A;E為供電電路的相電壓,單位為V;r為供電電路每相的對(duì)地絕緣電阻值,單位為Ω;Rr為人體電阻值,單位為Ω,在煤礦井下一般按照值為1kΩ計(jì)算。 對(duì)于煤礦井下中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),通常其漏電電流非常小,不易區(qū)分故障與否,因此需要添加一個(gè)接地的檢測(cè)電源E,如圖1所示。將附加的直流檢測(cè)電源E接入三相系統(tǒng),如果系統(tǒng)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象,那么電流將按照電源正極→電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻→三相電網(wǎng)系統(tǒng)→電源負(fù)極流向來運(yùn)行,由于單回路系統(tǒng),電流不變,因此通過漏電保護(hù)電路檢測(cè)采樣電阻R兩端的電壓U的大小從而可以間接知道電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻阻值的變化,進(jìn)而可以檢測(cè)到電網(wǎng)是否發(fā)生漏電現(xiàn)象。這種方法稱為附加直流電源漏電保護(hù)法。 圖1 附加直流電源漏電保護(hù) 漏電閉鎖同樣是一種重要的漏電保護(hù)方法,顧名思義,漏電閉鎖是指當(dāng)檢測(cè)到線路發(fā)生漏電時(shí),需要閉鎖住電閘,防止人員送電之后因漏電而發(fā)生事故。當(dāng)三相系統(tǒng)未通電情況下,通過附加直流電源方法可以檢測(cè)到電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻阻值的變化,從而判斷是否發(fā)生漏電現(xiàn)象。在三相電網(wǎng)未通電情況下,如圖2所示,接觸器KM主觸點(diǎn)斷開,接觸器KM常閉觸點(diǎn)將附加直流電源接入系統(tǒng),如果發(fā)生漏電,則電壓U發(fā)生變化,從而觸發(fā)漏電保護(hù)電路動(dòng)作,達(dá)到漏電閉鎖保護(hù)的目的。 圖2 附加直流電源漏電閉鎖 2.2過載保護(hù) 常見的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式主要有長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、短時(shí)間運(yùn)行及重復(fù)短時(shí)間運(yùn)行三種,在這三種運(yùn)行方式下,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況各不相同。因此,同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)按短時(shí)間運(yùn)行方式或者重復(fù)短時(shí)間運(yùn)行方式使用時(shí)可以允許有較大的輸出,即可短暫地過載,而采用長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行方式時(shí)電動(dòng)機(jī)不可長(zhǎng)期過載運(yùn)行。為了確保電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,不會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間的過載而發(fā)生停止運(yùn)行的現(xiàn)象,這就要求電動(dòng)機(jī)要有一定的過載能力。異步電動(dòng)機(jī)的過載能力通常用最大力矩Mm除以額定力矩MH得到的商KM來表示,中小型電動(dòng)機(jī)的KM=1.6~1.8,中型及大型電動(dòng)機(jī)的KM=1.8~2.5,有特殊要求的電動(dòng)機(jī)KM可以達(dá)到2.0~3.0或更大。 在這里,通常將電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)特性定義為:電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)與其過載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間之間的關(guān)系。如圖3所示為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)特性曲線。
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