六组合设计计算书

QJZ1－1200/1140－6设计计算书山西潞安海通工贸有限公司2009年6月系统保护功能1．先导回路是为防止远方控制时远控电缆因被砸或被挤压而发生短路和断线故障产生自起动现象而设计的。它是控制主电路闭合、断开时最先接受指令信号的控制电路，其性能的优劣关系到整个测控系统能否按照预定的方式动作。在煤矿井下，随着采掘功率的增大，控制方式越来越趋向集中化，起动器的远控距离越来越长，致使远控电缆发生短接、断路及接地故障的概率增大，因此对本质安全型先导回路的设计在符合本质安全火花电路要求的同时，还必须保证在控制线路发生故障时，能自动停车，而且不产生自起动现象。2．整定电流匹配保护确保了电流互感器良好的线性度，根据所带电动机额定电流的大小分为两挡：低档电流整定范围为30—199A，高档电流整定范围为200—400A。不同档位对应不同的计算方程，只有整定电流值与对应档位相匹配时，才能正确计算出保护整定值，电流保护才会起作用。否则CPU会闭锁本回路的启动，并显示该回路整定错误，以警示操作人员重新整定。3．漏电闭锁是为防止主回路在起动前发生漏电而设计的，它采用附加直流电源的检测原理，在1140V、660V系统中漏电闭锁电阻值分别为40kΩ、22kΩ。4．电流保护包括三相短路、过载、负序和断相保护。前两种属于对称故障，后两种属于不对称故障。故障类型不同，故障信号的检测电路也不同，但都采用鉴幅式保护原理。短路保护和负序保护的动作时间为瞬时动作，过载保护采用反时限动作原理，而断相保护采用定时限动作原理。5．电压保护有暂态过电压、稳态过电压及欠压保护。暂态过电压由阻容吸收装置来完成保护任务，稳态过电压和欠电压保护采用鉴幅式保护原理。1本质安全型先导电路图1本质安全先导电路Fig.1图1本质安全先导电路Fig.1Intrinsicallysafepilotcircuit图中本安先导电路由两部分组成，其中上半部分为本安先导信号产生电路，下半部分为先导信号处理电路。本安先导信号产生电路中T1为先导电源变压器，它将220V交流转换为本安电路所要求的电压，FU为变压器二次测回路中的熔断器，SA、SB分别为远方启动和停止按钮，VD1为远控二极管，R1、R2、R3为信号取样电阻，k1、k2、k3为远控按钮的连接端子，KM为主电路接触器的常开辅助触点，作先导电路的自保接点。隔爆兼本安型电磁起动器控制信号的先导电路使用的是外接电源，外接电源必需经过隔离变压器与煤矿井下电网连接。向安全火花电路供电的隔离变压器，要求原绕组与向安全火花型电路供电的副绕组之间，需设有铜质接地屏蔽层，屏蔽层的厚度应不小于0.1mm。屏蔽层的引出端子需与原绕组引出线端子放在同一侧。变压器的铁芯及屏蔽层必须可靠接地，才能起到与电网的隔离作用。原绕组与向安全火花电路供电副绕组的引出端子要分布在变压器的两侧。设计安全火花型电路的电源，应考虑最严重的故障情况，即电源的短路电流不应超过安全火花电流允许值。电源的短路电流值应按最大可能出现的电源电压计算，外接电源变压器电压应按高于电网额定电压值10%计算。由上图电路可以看出，尽管电路负载是电阻性负载，但电路电源经半波整流后，电源常含有电感成份，特别是对于低压输出的变压器，还存在漏电感。因此，在设计变压器时结构必须紧凑，原、副绕组绕在同一芯柱并密绕，选用磁阻小的铁芯材料，这样漏电感就大为减小。本文中的变压器采用带绕式C型铁心，双包密绕、双层屏蔽，这样漏电感可以忽略，认为先导电路为电阻性电路。本安电源变压器原边电压为220V,它由主回路电源电压1140V/660V变换而来，该变压器经过两级隔离，更好地符合了本安电源的要求。由于本安先导信号产生电路仅提供一个反映存在先导信号的直流电压降，在满足电压降的基础上，不需要考虑电源输出功率，所以很容易限制远控电缆流过的电流。在确定电源电压之前先考虑因远控电缆k3-b段发生接地故障时的情况，此时12V直流电源经R3接地，这种情况下电路为一个简单的电阻性电路，查图可知对应12V电源电压最小引爆电流为4.5A左右。以4.2A考虑，按ib等级计算，由式（1）可得设计最大允许电流为2.8A。为了防止大电流常时接地产生热效应，我们按允许电流为12~25mA设计,由此可知电阻R3的取值范围为470Ω~1000Ω。运算放大器电源电压为直流12V,如果比较电压定为9V，那么直流电压降至少要达到3.5V以保证运算放大器可靠的翻转。要达此电压，电源电压要大于交流8V，经过试验证明电源电压取交流8V~12V为宜。现按8V来设计本安电路，并分析其本安性能。A（1）本安电路为半波整流电路，电源变压器电压按高于网络额定值10%计算，直流电压为8×1.1×0.45=3.96V。考虑控制电缆的电感，将其作为电感性电路来设计，按最大使用长度200m计算，设控制电缆单位长度的电感为5μH/m，则电缆的电感L=5×200=1000μH。由电感电路最小引爆电流与电感关系曲线查得最小引爆电流为1.05A，考虑安全系数取1.5，得最小引爆电流为700mA，而该电路正常工作时最大工作电流为12mA，因此，电路在正常状态下是安全的。现考虑远控二极管被短接情况，此时电路为交流回路，实测电流为152漏电闭锁电阻值的计算漏电动作电阻值是根据保证触电时人身的安全来确定的，一般认为，人身触电极限安全电流为30mA，当人身触电时，等效电路如图2所示。图2人身触电电流等效电路图Fig.2Equivalentcurrentcircuitwhengettinganelectricshock图中Ru=Rv=Rw，在不考虑电容的情况下，流过人体的电流为：（2）式中Ih—流过人体电流，A；Uu—电网相电压，V；R—电网每相对地电阻，kΩ；Rh—人体电阻，取1kΩ。在电网电压为1140V，通过人体电流按30mA计算，便可确定出允许的电网最低漏电阻值kΩ（3）考虑到三相电网的漏电电阻对直流而言为并联通路，则漏电动作值kΩ（4）通常三相绝缘并非对称下降，当一相绝缘电阻降低为r，而其余两相仍为无限大，如图3所示，此时的人身触电电流计算公式如下。图3一相绝缘电阻降低时人身触电电流等效电路图Fig.3Equivalentcurrentcircuitofgettinganelectricshockwhileinsulationresistanceofone