电动机智能综合保护器在煤矿内的应用分析

时间：2023-04-24

杨翠

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要 ：介绍了矿用电动机智能综合保护器系统的总体结构，采用直接将交流信号整流、滤波、调理、采样的方式变为微控制器能够识别的直流信号，通过对微控制器采集到的直流信号编程判断来实现对电动机的相关保护控制、故障显示与报警以及与上位机的通信。同时还介绍了有关矿井下电动机经常出现的故障及其原因和判断这些故障所使用的检测和保护方法。

关键词：电动机；智能保护器；结构分析；微控制器；互感器

引言

电动机在运行状态下可能会发生各种各样的故障，这与工作环境、使用方式和维护周期等因素密切相关。特别是在煤矿井下，由于井下环境恶劣，电动机长时间暴露在煤尘、潮湿等恶劣环境中，*导致电动机散热道堵塞等，经常会出现电动机的烧损。因此电动机智能综合保护器的设计就显得非常重要。

一、电动机智能综合保护器结构分析

矿用电动机智能综合保护器的系统指的是通过电流互感器和电压互感器对煤矿井下电网供电系统进行变压，通过信号调理电路和信号采集电路(A／D转换电路)，最后转换成微控制器能够识别的数字信号；通过对微控制器进行相关编程，对采集到的信号进行处理，判断电动机当前处在什么状态；通过对该状态的判断，经由电动机保护控制电路实现对电动机的保护和控制。同时由于对煤矿井下电动机的现场巡检并不是很方便，在此设计的电动机智能综合保护器还要加上与井上上位机通信的功能。为方便就地检查，同样需要在保护器上设置电动机状态显示与报警界面，实现良好的人机交互，同时应加上按键调节功能以适应不同电网电压等级下对电动机不同的要求。

二、保护器工作状态分析

2.1 漏电保护

煤矿井下电动机及其供电线路常见的漏电故障有：

(1)电动机或者供电线路因长期暴露在潮湿环境中，导致其绝缘电阻下降，流向大地的对地电流增大，从而使电动机及电气设备外壳带电。

(2)电动机或者供电线路带电体发生部分裸露现象，致使未受到高度重视的井下人员误触到该处，直接或者间接通过导体工具而致使其中一相接地，造成漏电事故。

(3)电动机或者供电线路绝缘部分因为久置老化、电压性击穿或者机械损坏等原因而发生一相中的金属性接地或弧光接地。

人身触电造成人身伤亡的危险主要与流经人身的触电电流和流过这些电流时间长短有关系。一般在不考虑电网电容情况下，人体触到一相导线时，30mA为允许通过人体的较大触电电流，即30mA以下不至于发生生命危险。井下在660V时引爆瓦斯的安全火花电流为50mA以下。所以，漏电安全临界电流值应该为30mA。

在忽略电网对地分布电容情况下，对于中性点不接地系统中人体触电电流计算公式中：Ir为通过人体的电流，单位为A；E为供电电路的相电压，单位为V；r为供电电路每相的对地绝缘电阻值，单位为Ω；Rr为人体电阻值，单位为Ω，在煤矿井下一般按照较低值为1kΩ计算。

对于煤矿井下中性点不接地系统，通常其漏电电流非常小，不易区分故障与否，因此需要添加一个接地的检测电源E，如图1所示。将附加的直流检测电源E接入三相系统，如果系统出现漏电现象，那么电流将按照电源正极→电网对地绝缘电阻→三相电网系统→电源负极流向来运行，由于单回路系统，电流不变，因此通过漏电保护电路检测采样电阻R两端的电压U的大小从而可以间接知道电网对地绝缘电阻阻值的变化，进而可以检测到电网是否发生漏电现象。这种方法称为附加直流电源漏电保护法。

图1 附加直流电源漏电保护

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