蘆 波 于榮波

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中國 北京 100042)

煤礦井下現(xiàn)有低壓交流127V照明系統(tǒng)供電電源容量最大為10kVA,滿足最小照度要求的照明負(fù)載LED節(jié)能照明燈僅為6W，而對10kVA負(fù)載應(yīng)用過電流短路保護(hù)技術(shù)所能達(dá)到的有效保護(hù)距離只有數(shù)百米，難以應(yīng)對上千個(gè)6W照明燈的數(shù)千米（相鄰兩燈之間的距離為10米）保護(hù)要求。基于上述情況，我們研制出了一種遠(yuǎn)距離短路信號終端取樣裝置—照明綜保短路保護(hù)器。

1 短路保護(hù)器電路原理圖（如圖1所示）

圖1 遠(yuǎn)距離短路保護(hù)終端取樣電路

該保護(hù)器安裝在照明負(fù)載供電支路的末端，具有終端失壓短路檢測并向電網(wǎng)傳遞故障信號的功能，可與前級帶有故障信號接收功能的主控裝置配合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離短路保護(hù)。若為三相交流127V供電，分別與Za、Zb、Zc端子連接；若為兩相交流127V供電，分別與Zb、Zc端子連接。

1.1 失壓檢測電路

由降壓電容C1、C2和C3，正向整流二極管D4、D5和D6組成直流整流電路，與反向續(xù)流二極管D1、D2和D3，限流電阻R1、R2和R3，濾波電容C4、C5和C6，光電耦合器U1、U2和U3一起構(gòu)成三組失壓檢測電路。

利用電容C1、C2和C3取代降壓變壓器作為降壓環(huán)節(jié)，可大大減小取樣電路的體積，同時(shí)與電阻降壓相比可實(shí)現(xiàn)無損耗降壓，減少電阻降壓給隔爆腔內(nèi)帶來的多余熱量。此時(shí)，容抗Xc=1/(2πfC),光電耦合器工作電流I取(5～20)mA,忽略限流電阻和光電耦合器輸入端壓降，I=U/Xc,則 C=I/(2πfU)=I/(2*3.14*50*127)=(5～20)/39.878=（0.125～0.501）μF，取 0.22μF，則 I=2πfCU=2*3.14*50*127*0.22*10-6=8.8mA

光電耦合器若選具有晶體管輸出特性的4N25，當(dāng)其輸入電流大于5mA時(shí)，輸出端壓降為晶體管的飽和管壓降1V;而選具有達(dá)林頓輸出特性的TIL113，經(jīng)測試當(dāng)其輸入電流大于5mA時(shí)，輸出端壓降僅為0.1V，所以后者更適合在本電路中做電子開關(guān)使用。

1.2 短路信號檢測電路

正常情況下，取樣信號在C4、C5和C6上的壓降分別給U1、U2和U3的輸入端提供電源，使輸出端保持導(dǎo)通狀態(tài)。由于U1、U2和U3輸出端串聯(lián)導(dǎo)通接于電阻R5與C7負(fù)極之間呈現(xiàn)低阻，使電阻R5與二極管D7和三極管Q基極構(gòu)成的支路無電流。三極管Q截止，繼電器K處于釋放狀態(tài)，常開接點(diǎn)斷開，網(wǎng)路傳輸信號的接入電路處于分?jǐn)酄顟B(tài)。此時(shí)，信號源電容通過K的常閉接點(diǎn)C8充電儲能，作為故障瞬間向主機(jī)傳送信號的電源。

當(dāng)任意兩相或三相發(fā)生短路的情況下，對應(yīng)相間的取樣信號接近于0（設(shè)計(jì)上取小于40%額定電壓時(shí)為失壓信號）。如C4、C5或C6中任兩相電網(wǎng)失壓，會使U1、U2或U3中的對應(yīng)輸入端電流減小，使輸出端由導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。由于U1、U2或U3輸出端串聯(lián)截止接于電阻R7與C7負(fù)極之間呈現(xiàn)高阻，此時(shí)電阻R5與二極管D7和三極管Q基極構(gòu)成的支路有電流通過，使三極管Q導(dǎo)通，繼電器K吸合，其常開接點(diǎn)閉合，網(wǎng)路傳輸信號的接入回路導(dǎo)通，信號源電能通過電阻R6向電網(wǎng)釋放，并與地線構(gòu)成回路。

將該短路保護(hù)器作為末端照明燈具，與ZBZ-10/1140（660）M一起可構(gòu)成遠(yuǎn)距離照明綜合保護(hù)系統(tǒng)，其間供電范圍內(nèi)上千米的所有照明燈具若都采用LED照明燈，即可構(gòu)成可靠的礦用遠(yuǎn)距離節(jié)能照明綜合保護(hù)系統(tǒng)。