CN1025975C - 煤矿长距离照明信号综合保护系统 - Google Patents

Abstract

一种煤矿长距离照明信号综合保护系统，适用于含有爆炸性气体粉尘的环境。目前，国内外一般采用电流互感器法来实现照明短路保护，短路保护远近取决于供电线路短路电流的大小，因而限制照明供电保护距离。本装置短路障信号不是取之于电流信号而是取之于供电线路未端的电压信号，通过载波电路、控制电路和主回路来实现照明长距离短路保护，以提高照明供电距离之目的。

Description

一种煤矿长距离照明信号综合保护系统，用于含有爆炸性气体和煤尘的环境中，如矿井，煤巷等，属于煤矿电气安全保护领域。

目前，国内在上述环境中，用来作照明信号短路保护的是用电流互感器法，其短路保护工作原理如图1所示。当照明电路D点发生短路时，通过电流互感器取出短路信号电流，经整流、滤波、鉴幅、放大、执行等环节使主电路交流接触器跳闸断电，达到短路保护的目的。该保护法所保护的供电距离，完全取决于供电线路短路时电流的大小。目前市场供应的产品为2.5千伏安、供电距离是500米的煤矿照明信号综合保护装置。如北京煤炭工业学校矿用设备厂的专利“煤矿井下127伏照明信号综合保护装置”，专利号：85205267U申请日：85年12月7日公告日：86年8月13日。

现有技术的不足之处在于：由于井下照明线路的线径细短路电流小而互感器得到信号的强弱取决于短路电流大小，所以该法所用的装置存在灵敏度低，保护的照明线路短等缺陷，而井下的照明线路长，势必造成使用多个保护装置的弊病。

本发明的目的是：提出一种新的系统，以改电流互感器法为取末端灯具电压信号装置法。也就是说当照明线路d点发生短路故障时，（如图2所示）线路电压消失，接在线路末端的远方附件取不到电压就停止发射载频信号，主机载波接收电路接收不到信号后，经有关环节控制主电路跳闸，达到短路保护的目的。

本发明的技术方案是：本装置由接线腔1和主腔2两个独立腔体组成，其结构如图3、图4所示。接线腔1有电缆引入装置3，有关的电缆均从此接入装置内。接线腔1位于主腔2的上方;主腔2内设有电气元件芯子4和主变压器5，本装置的 主电路、控制电路、照明、信号短路保护电路、漏电保护电路均置于电气元件芯子4上。主腔2和接线腔1置于滑撬6上。本装置的电路如图5所示。共分主电路、控制电路和保护电路三部分。主电路由开关、熔断器、主变压器和交流接触器组成，可将660伏或380伏电源电压变换成127伏照明电压，并通过CJ交流接触器控制127伏照明负载的通断。控制电路由控制变压器、停止按钮、起动按钮、交流接触器线圈和继电器J常闭触点所组成。保护电路则是由直流稳压电源电路、照明短路保护电路、信号短路保护电路，漏电保护四个分部电路组成。

直流稳压电源电路：则控制变压器18伏绕组、整流桥、电容、稳压集成块IC6。电阻、稳压管组成，为保护回路及故障显示回路提供直流稳压电路。

照明短路保护电路：①远方附件电路由短路电压取样（由电容、二极管构成）;照明短路识别电路（熔断器、电阻、稳压管、三极管）;载波及发射电路（锁相环音频译码器等电子元件构成）组成。②主机载波接收电路（集成块、三极管、输出变压器等元件）。照明电路在正常运行时，集成块IC4的2脚输出高电平，继电器不动。短路时，远方附件发射电路停发47KC信号，主机接收不到47KC载频信号，集成块IC4的2脚输出低电平，继电器J动作，控制接触器线圈跳闸，从而使主电路断电。

信号短路保护回路：由集成块IC3、电阻、电容、二极管、稳压管、整流桥、开关组成。正常时，整流出直流电压不足以使IC3集成块翻转动作;发生故障时整流出来的直流电压足使IC3集成块翻转、继电器J动作，控制回路失电、主回路跳闸、指示灯显示信号短路故障，IC3集成块对信号回路进行记忆。

漏电保护电路：由三极管、集成块IC1、IC2、电阻、电容组成。在照明电源没有送电的情况下，网路存在漏电故障时，电路可实现漏电闭锁。其原理是：R8、R9上漏电信号电压使集成块IC2翻转，输出端由高电位变为低电位，继电器J吸合、控制回路失电。主回路跳闸断电，发光信号显示漏电故障。

本发明的特征在于：接线腔1和主腔2为两个独立的腔体，接线腔1在主腔2上方。接线腔1上有电缆引入装置3，接入的电缆线通过隔爆接线端子与主腔2内电器元件芯子4上的相对应电路联接。主变压器5在主腔2内。电器元件芯子4上有主电路、控制电路、照明短路保护电路、信号短路保护电路和漏电保护电路，主腔2和接线腔1置于滑撬6上。电气元件芯子4上的主电路由开关、熔断器、主变压器、交流接触器组成，控制电路由控制变压器、停止按钮、起动按钮、交流连触器、继电器J常闭触头组成。保护电路中的直流稳压电源由控制变压器的18伏绕组、整流桥、电容器、集成块IC6、电阻、稳压管组成;照明短路保护线路由远方附件和主机载波接收电路两部分组成。而远方附件又是由电容、二极管组成的短路电压取样电路和由熔断器、电阻、稳压管三极管组成的照明短路识别电路及由锁相环音频译码器等元件组成的载波发射电路组成;信号短路保护线路由集成块IC3、电阻、电容、二极管、稳压管、整流桥、开关组成;漏电保护电路由三极管、集成块IC1、IC2、电阻、电容组成。

图1为现有技术原理图;

图2为本发明原理图;

图3为本发明外型结构图（侧向）;

图4为本发明外型结构图（正视）;

图5为本发明电气元件芯子上的电路图。

下面结合实施例，对本发明进一步加以详叙：普通钢材做成的防爆外壳，分为接线腔1和主腔2两个独立腔。接线腔1在主腔2上方，两个腔体迭加，座落在底部滑撬6上。主腔2的前门盖正前方有窥视窗，透过玻璃里的发光二极管可以观察装置内部电气运行情况。电气元件芯子4和主变压器5置于主腔2内，660伏或380伏电压从接线腔1的电缆引入装置3上接入主变压器5变换成127伏照明电源。本发明的电器元件芯子4上的电路是这样的：主电路7由隔离开关GK，熔断器1RD、2RD、主变压器B、交流接触器组成。控制电路8由控制变压器127伏线圈、停止按钮TA、起动按钮QA、交流接触器线圈、继电J器常闭触头组成，保护电路又由远方附件10电路和保护电路9两部分组成，保护电路9中的直流稳压电源由控制变压器18伏绕组、整流桥Z1′、电容C1、C2、稳压集成块IC6、电阻R26、DW1组成，18伏交 流电经Z1′整流、电容器C1、C2滤波、IC6集成稳压块稳压，为保护电路9回路及故障显示回路提供一个12伏直流稳压电源。12伏直流再经R26降压、稳压管DW1稳压输出一个8伏直流电压供载波接受电路使用。本发明的照明短路保护功能由远方附件10电路和保护电路9中主机载波接收电路两部分执行。远方附件10电路由照明短路电压取样电路、短路认别电源开关电路和载波发射电路组成。短路电压取样电路由电容C15、C16、C17、二极管D17～D23构成;照明短路识别电源开关电路由熔断器4RD、电阻R36、R37、R38、R39、R40R44、稳压管DW3、三极管T4组成。载波发射电路由锁相环音频译码器LM567、R41、R42、R43、电容C19、三极管T5组成。当照明供电线路正常时，末端灯具电压经Z1、Z2、Z3接线端子进入远方附件10、经C15、C16、C17降压，D17～D23三相桥式整流，C18电容滤波，在电阻R36、R37上产生一个正比于灯具末端直流电压（约12伏）再经电阻R44、三极管T4、稳压管DW4稳压，为载波发射电路提供一个8伏直流电压，从电阻R37取出正常运行电压信号经R38、或R39、R40使T4基极正偏、T4饱和导通，以锁相音频详码器LM567集成块组成的发射电路得到电源后起振，通过电容C21、C22，把47KC载波信号藕合到127伏照明线和接地线上。当保护电路9中主机接收电路收到远方附件10的47KC载波信号，保护电路9的IC5锁相环音频译码器LM567输出脚8端、由高电位跳变为低电平、IC4集成块输出端2脚高电平，继电器J不动作，本装置处在正常运行状态。当照明线路任意两相发生短路时，远方附件10上的三相桥式整流电路直流电压将比正常下降20～30%，电阻R37上电压也随着下降，此时三极管T4基极回路反偏，三极管T4关断，由锁相环音频译码器LM567等元件所组成发射电路因没有电源而停振，47KC载波讯号消失，电路9中的主机载波接收电路因接收不到载波信号、IC5集成块的输出端8脚由低电位跳变为高电位，IC4集成块输出端2脚由高电位变为低电位，继电器J动作，串在控制电路8内的继电器J常闭触头，由常闭转换为断开，CJ交流接触器线圈失电跳闸，主回路断电，4LED发光二极管红灯亮显示短路故障。同时IC4集成块10脚通过D12、R25反馈给输入端一个正信号，使IC4对短路故障进行永久记忆，只有断开隔离开关、排除短路故障才能清除记忆，恢复正常运行。当远方附件10上电容C15、C16、C17，二极管D17～D23因故击穿损坏时，稳压管DW3立刻击穿，快速2内，660伏或380伏电压从接线腔1的电缆引入装置3上接入主变压器5变换成127伏照明电源，远方附件接在供电线路的末端，距离为50～1200米。本发明的电器元件芯子4上的电路是这样的：主电路7由隔离开关GK，熔断器1RD、2RD、主变压器B、交流接触器GJ组成。控制电路8由控制变压器127伏线圈、停止按钮TA、起动按钮QA、交流接触器线圈、继电器J常闭触头组成，保护电路又由远方附件10电路和装置内保护电路9两部分组成，保护电路9中的直流稳压电源由控制变压器18伏绕组、整流桥Z1′、电容C1、C2、稳压集成块IC6、电阻R26、DW1组成，18伏交流电经Z1′整流、电容器C1、C2滤波、IC6集成稳压块稳压，为保护电路9回路及故障显示回路提供一个12伏直流稳压电源。12伏直流再经R26降压、稳压管DW1稳压输出一个8伏直流电压供载波接受电路使用。本发明的照明短路保护功能由远方附件10电路和保护电路9中主机载波接收电路两部分执行。远方附件10电路由照明短路电压取样电路、短路识别电源开关电路和载波发射电路组成。短路电压取样电路由电容C15、C16、C17、二极管D15～D20构成;照明短路识别电源开关电路由熔断器4RD、电阻R11、R37、R38、R39、R40、R44、稳压管DW3、三极管T4组成。载波发射电路由锁相环音频译码器LM567、R41、R42、R43、电容C19、三极管T5组成。当照明供电线路正常时，末端灯具电压经Z1、Z2、Z3接线端子进入远方附件10、经C15、16、17降压，D15～D20三相桥式整流，C18电容滤波，在电阻R11、R37上产生一个正比于灯具末端直流电→R17或R18、R19→D4或D5、D6→R5→R7→R8→R9→D2→16号插座端子→绝缘电阻→Z1或Z2、Z3。R8、R9电阻上的漏电信号电压使集成块IC2翻转，IC2集成块的输出端2脚由高电平跳变为低电平、继电器J吸合，控制回路失电、主回路跳闸、2LED发光二极管红灯亮，显示漏电跳闸故障， IC2集成块对漏电跳闸记忆，本装置各功能线路跳闸的永久记忆，均在故障排除后方使消失，恢复正常。文中所提的IC1～IC5为市售集成块JEC-2。

绝缘危险警告检测电路同上，当照明线路上的绝缘电阻低于15千欧时，R7、R8、R9上漏电电压信号使集成IC1翻转，由高电位跳变为低电位，1LED发光二极管黄灯亮，显示绝缘危险。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：保护供电距离长，可提高设备利用率100%，装置灵敏度高，功能全，是煤矿井下照明、信号、网路和人身安全可靠的保护装置。

图5为本发明说明书附图。

Claims (2)

1、一种煤矿长距离照明信号综合保护系统，由腔体、主变压器、电气元件芯子组成，接线腔在主腔的上方，接线腔有电缆引入装置，主变压器、电气元件芯子在主腔内，电气元件芯子上的电路是这样的：主电路由开关、熔断器、主变压器、交流接触器组成；控制电路由控制变压器、停止接钮、起动接钮、交流接触器线圈、继电器常闭触点组成；保护电路由直流稳压电源电路、照明短路保护电路、信号短路保护电路、漏电保护电路组成；其中直流稳压电路由控制变压器18伏绕组整流桥、电容稳压集成块、电阻、稳压管构成；漏电保护电路由三极管、集成块、电阻、电容组成；其特征在于：照明短路保护电路由短路电压取样电路、照明短路识别电路、载波发射电路三组电路组成的远方附件电路与主机载波接收、放大电路两部分组成，它们的连接分别是：

取样电路：端子Z1、Z2、Z3分接C15、C16、C17，经电容降压后，二极管D15～D20三相全波整流，电容C18滤波，在电阻R37上产生正比于照明线路末端直流电压；

照明识别电路：一个在电阻R37和R11之间的直流电压经电阻R38或R39、R40加到三极管T4，使其正偏，一个正电源从T4发射极加到载波发射电路的锁相环音频译码器4脚；

载波发射电路：锁相环音频译码器4脚得到经DW4稳压的正电源起振，载波信号由5脚经电阻R42加到三极管T5基极，放大载波信号经输出变压器、再经电容C21、C22耦合到127伏照明线和接地线，6脚经电容C19与负极连接，7脚接负极，三极管T5集电极和电容C20、输出变压器一次侧组成的并联谐振回路相连；

载波接收电路：集成块IC5输入端3脚经电容C10与三极管T3集电极和R28相连，5脚经电阻R27与负极相连，6脚与负极相连，8脚和集成块IC4的7脚相连，4脚与正电源相连，三极管T3基极经电阻R29与电源正极相连，再与电阻R30、二极管D13并联相接、与电容C11、输入变压器一次侧串联后与三极管T3发射极连接，输入变压器二次侧经电容C12接15端，经电容C13接16端，再经试验按钮SA接Z3端；

载波放大电路：集成块IC4输入端7脚与集成块IC5的8脚连接，经电容C6与负极相连接，经电阻R25、二极管D12、与10脚相连，8脚经R24与负极相连，2脚经R23与发光二极管4LED相连，再经二极管D11与继电器J相连。

2、根据权利要求1所述的煤矿长距离照明信号综合保护系统，其特征在于：锁相环音频译码器的型号是：LM567。

Images