電動(dòng)機智能綜合保護器結構分析

礦用電動(dòng)機智能綜合保護器的系統指的是通過(guò)電流互感器和電壓互感器對煤礦井下電網(wǎng)供電系統進(jìn)行變壓，通過(guò)信號調理電路和信號采集電路(A／D轉換電路)，最后轉換成微控制器能夠識別的數字信號；通過(guò)對微控制器進(jìn)行相關(guān)編程，對采集到的信號進(jìn)行處理，判斷電動(dòng)機當前處在什么狀態(tài)；通過(guò)對該狀態(tài)的判斷，經(jīng)由電動(dòng)機保護控制電路實(shí)現對電動(dòng)機的保護和控制。同時(shí)由于對煤礦井下電動(dòng)機的現場(chǎng)巡檢并不是很方便，在此設計的電動(dòng)機智能綜合保護器還要加上與井上上位機通信的功能。為方便就地檢查，同樣需要在保護器上設置電動(dòng)機狀態(tài)顯示與報警界面，實(shí)現良好的人機交互，同時(shí)應加上按鍵調節功能以適應不同電網(wǎng)電壓等級下對電動(dòng)機不同的要求。

二、保護器工作狀態(tài)分析

2.1 漏電保護

   煤礦井下電動(dòng)機及其供電線(xiàn)路常見(jiàn)的漏電故障有：

(1)電動(dòng)機或者供電線(xiàn)路因長(cháng)期暴露在潮濕環(huán)境中，導致其絕緣電阻下降，流向大地的對地電流增大，從而使電動(dòng)機及電氣設備外殼帶電。

(2)電動(dòng)機或者供電線(xiàn)路帶電體發(fā)生部分裸露現象，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(guò)導體工具而致使其中一相接地，造成漏電事故。

(3)電動(dòng)機或者供電線(xiàn)路絕緣部分因為久置老化、電壓性擊穿或者機械損壞等原因而發(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主要與流經(jīng)人身的觸電電流和流過(guò)這些電流時(shí)間長(cháng)短有關(guān)系。一般在不考慮電網(wǎng)電容情況下，人體觸到一相導線(xiàn)時(shí)，30mA為允許通過(guò)人體的最大觸電電流，即30mA以下不至于發(fā)生生命危險。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該為30mA。

   在忽略電網(wǎng)對地分布電容情況下，對于中性點(diǎn)不接地系統中人體觸電電流計算公式中：Ir為通過(guò)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計算。

   對于煤礦井下中性點(diǎn)不接地系統，通常其漏電電流非常小，不易區分故障與否，因此需要添加一個(gè)接地的檢測電源E，如圖1所示。將附加的直流檢測電源E接入三相系統，如果系統出現漏電現象，那么電流將按照電源正極→電網(wǎng)對地絕緣電阻→三相電網(wǎng)系統→電源負極流向來(lái)運行，由于單回路系統，電流不變，因此通過(guò)漏電保護電路檢測采樣電阻R兩端的電壓U的大小從而可以間接知道電網(wǎng)對地絕緣電阻阻值的變化，進(jìn)而可以檢測到電網(wǎng)是否發(fā)生漏電現象。這種方法稱(chēng)為附加直流電源漏電保護法。

圖1 附加直流電源漏電保護

   漏電閉鎖同樣是一種重要的漏電保護方法，顧名思義，漏電閉鎖是指當檢測到線(xiàn)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。當三相系統未通電情況下，通過(guò)附加直流電源方法可以檢測到電網(wǎng)對地絕緣電阻阻值的變化，從而判斷是否發(fā)生漏電現象。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(kāi)，接觸器KM常閉觸點(diǎn)將附加直流電源接入系統，如果發(fā)生漏電，則電壓U發(fā)生變化，從而觸發(fā)漏電保護電路動(dòng)作，達到漏電閉鎖保護的目的。

圖2 附加直流電源漏電閉鎖

2.2過(guò)載保護

   常見(jiàn)的電動(dòng)機運行方式主要有長(cháng)時(shí)間運行、短時(shí)間運行及重復短時(shí)間運行三種，在這三種運行方式下，電動(dòng)機的發(fā)熱情況各不相同。因此，同一臺電動(dòng)機按短時(shí)間運行方式或者重復短時(shí)間運行方式使用時(shí)可以允許有較大的輸出，即可短暫地過(guò)載，而采用長(cháng)時(shí)間運行方式時(shí)電動(dòng)機不可長(cháng)期過(guò)載運行。為了確保電動(dòng)機長(cháng)期穩定運行，不會(huì )因為短時(shí)間的過(guò)載而發(fā)生停止運行的現象，這就要求電動(dòng)機要有一定的過(guò)載能力。異步電動(dòng)機的過(guò)載能力通常用最大力矩Mm除以額定力矩MH得到的商KM來(lái)表示，中小型電動(dòng)機的KM＝1．6~1．8，中型及大型電動(dòng)機的KM＝1．8~2．5，有特殊要求的電動(dòng)機KM可以達到2．0~3．0或更大。

   在這里，通常將電動(dòng)機過(guò)載保護特性定義為：電動(dòng)機的過(guò)載倍數與其過(guò)載保護動(dòng)作時(shí)間之間的關(guān)系。如圖3所示為電動(dòng)機的過(guò)載保護特性曲線(xiàn)。