六組合設計計算書

QJZ1－1200/1140－6設計計算書山西潞安海通工貿(mào)有限公司2009年6月系統(tǒng)保護功能1．先導回路是為防止遠方控制時遠控電纜因被砸或被擠壓而發(fā)生短路和斷線故障產(chǎn)生自起動現(xiàn)象而設計的。它是控制主電路閉合、斷開時最先接受指令信號的控制電路，其性能的優(yōu)劣關系到整個測控系統(tǒng)能否按照預定的方式動作。在煤礦井下，隨著采掘功率的增大，控制方式越來越趨向集中化，起動器的遠控距離越來越長，致使遠控電纜發(fā)生短接、斷路及接地故障的概率增大，因此對本質(zhì)安全型先導回路的設計在符合本質(zhì)安全火花電路要求的同時，還必須保證在控制線路發(fā)生故障時，能自動停車，而且不產(chǎn)生自起動現(xiàn)象。2．整定電流匹配保護確保了電流互感器良好的線性度，根據(jù)所帶電動機額定電流的大小分為兩擋：低檔電流整定范圍為30—199A，高檔電流整定范圍為200—400A。不同檔位對應不同的計算方程，只有整定電流值與對應檔位相匹配時，才能正確計算出保護整定值，電流保護才會起作用。否則CPU會閉鎖本回路的啟動，并顯示該回路整定錯誤，以警示操作人員重新整定。3．漏電閉鎖是為防止主回路在起動前發(fā)生漏電而設計的，它采用附加直流電源的檢測原理，在1140V、660V系統(tǒng)中漏電閉鎖電阻值分別為40kΩ、22kΩ。4．電流保護包括三相短路、過載、負序和斷相保護。前兩種屬于對稱故障，后兩種屬于不對稱故障。故障類型不同，故障信號的檢測電路也不同，但都采用鑒幅式保護原理。短路保護和負序保護的動作時間為瞬時動作，過載保護采用反時限動作原理，而斷相保護采用定時限動作原理。5．電壓保護有暫態(tài)過電壓、穩(wěn)態(tài)過電壓及欠壓保護。暫態(tài)過電壓由阻容吸收裝置來完成保護任務，穩(wěn)態(tài)過電壓和欠電壓保護采用鑒幅式保護原理。1本質(zhì)安全型先導電路圖1本質(zhì)安全先導電路Fig.1圖1本質(zhì)安全先導電路Fig.1Intrinsicallysafepilotcircuit圖中本安先導電路由兩部分組成，其中上半部分為本安先導信號產(chǎn)生電路，下半部分為先導信號處理電路。本安先導信號產(chǎn)生電路中T1為先導電源變壓器，它將220V交流轉(zhuǎn)換為本安電路所要求的電壓，F(xiàn)U為變壓器二次測回路中的熔斷器，SA、SB分別為遠方啟動和停止按鈕，VD1為遠控二極管，R1、R2、R3為信號取樣電阻，k1、k2、k3為遠控按鈕的連接端子，KM為主電路接觸器的常開輔助觸點，作先導電路的自保接點。隔爆兼本安型電磁起動器控制信號的先導電路使用的是外接電源，外接電源必需經(jīng)過隔離變壓器與煤礦井下電網(wǎng)連接。向安全火花電路供電的隔離變壓器，要求原繞組與向安全火花型電路供電的副繞組之間，需設有銅質(zhì)接地屏蔽層，屏蔽層的厚度應不小于0.1mm。屏蔽層的引出端子需與原繞組引出線端子放在同一側(cè)。變壓器的鐵芯及屏蔽層必須可靠接地，才能起到與電網(wǎng)的隔離作用。原繞組與向安全火花電路供電副繞組的引出端子要分布在變壓器的兩側(cè)。設計安全火花型電路的電源，應考慮最嚴重的故障情況，即電源的短路電流不應超過安全火花電流允許值。電源的短路電流值應按最大可能出現(xiàn)的電源電壓計算，外接電源變壓器電壓應按高于電網(wǎng)額定電壓值10%計算。由上圖電路可以看出，盡管電路負載是電阻性負載，但電路電源經(jīng)半波整流后，電源常含有電感成份，特別是對于低壓輸出的變壓器，還存在漏電感。因此，在設計變壓器時結(jié)構(gòu)必須緊湊，原、副繞組繞在同一芯柱并密繞，選用磁阻小的鐵芯材料，這樣漏電感就大為減小。本文中的變壓器采用帶繞式C型鐵心，雙包密繞、雙層屏蔽，這樣漏電感可以忽略，認為先導電路為電阻性電路。本安電源變壓器原邊電壓為220V,它由主回路電源電壓1140V/660V變換而來，該變壓器經(jīng)過兩級隔離，更好地符合了本安電源的要求。由于本安先導信號產(chǎn)生電路僅提供一個反映存在先導信號的直流電壓降，在滿足電壓降的基礎上，不需要考慮電源輸出功率，所以很容易限制遠控電纜流過的電流。在確定電源電壓之前先考慮因遠控電纜k3-b段發(fā)生接地故障時的情況，此時12V直流電源經(jīng)R3接地，這種情況下電路為一個簡單的電阻性電路，查圖可知對應12V電源電壓最小引爆電流為4.5A左右。以4.2A考慮，按ib等級計算，由式（1）可得設計最大允許電流為2.8A。為了防止大電流常時接地產(chǎn)生熱效應，我們按允許電流為12~25mA設計,由此可知電阻R3的取值范圍為470Ω~1000Ω。運算放大器電源電壓為直流12V,如果比較電壓定為9V，那么直流電壓降至少要達到3.5V以保證運算放大器可靠的翻轉(zhuǎn)。要達此電壓，電源電壓要大于交流8V，經(jīng)過試驗證明電源電壓取交流8V~12V為宜?，F(xiàn)按8V來設計本安電路，并分析其本安性能。A（1）本安電路為半波整流電路，電源變壓器電壓按高于網(wǎng)絡額定值10%計算，直流電壓為8×1.1×0.45=3.96V?？紤]控制電纜的電感，將其作為電感性電路來設計，按最大使用長度200m計算，設控制電纜單位長度的電感為5μH/m，則電纜的電感L=5×200=1000μH。由電感電路最小引爆電流與電感關系曲線查得最小引爆電流為1.05A，考慮安全系數(shù)取1.5，得最小引爆電流為700mA，而該電路正常工作時最大工作電流為12mA，因此，電路在正常狀態(tài)下是安全的?，F(xiàn)考慮遠控二極管被短接情況，此時電路為交流回路，實測電流為152漏電閉鎖電阻值的計算漏電動作電阻值是根據(jù)保證觸電時人身的安全來確定的，一般認為，人身觸電極限安全電流為30mA，當人身觸電時，等效電路如圖2所示。圖2人身觸電電流等效電路圖Fig.2Equivalentcurrentcircuitwhengettinganelectricshock圖中Ru=Rv=Rw，在不考慮電容的情況下，流過人體的電流為：（2）式中Ih—流過人體電流，A；Uu—電網(wǎng)相電壓，V；R—電網(wǎng)每相對地電阻，kΩ；Rh—人體電阻，取1kΩ。在電網(wǎng)電壓為1140V，通過人體電流按30mA計算，便可確定出允許的電網(wǎng)最低漏電阻值kΩ（3）考慮到三相電網(wǎng)的漏電電阻對直流而言為并聯(lián)通路，則漏電動作值kΩ（4）通常三相絕緣并非對稱下降，當一相絕緣電阻降低為r，而其余兩相仍為無限大，如圖3所示，此時的人身觸電電流計算公式如下。圖3一相絕緣電阻降低時人身觸電電流等效電路圖Fig.3Equivalentcurrentcircuitofgettinganelectricshockwhileinsulationresistanceofone