CN106129962A

CN106129962A - 高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路

Info

Publication number: CN106129962A
Application number: CN201610663505.5A
Authority: CN
Inventors: 万宏劲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明提供一种高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路。技术方案包括继电器，交流接触器，两个探测电极，常闭按钮，常开按钮，隔离变压器。其中，两个探测电极固定在高层建筑水箱内并分别与继电器连接；继电器的第一触点连接工作正常指示灯，第二触点连接报警指示灯和蜂鸣器，第三触点连接常闭按钮，第四触点连接交流接触器，第五触点与原高层建筑水箱上水系统的浮球传感器的高水位信号母线连接；交流接触器的三联动合触点与原高层建筑水箱上水系统的泵电机的供电电路串联。本发明当原上水控制系统发生故障将要发生溢水事故时，保护电路工作强行停止上水。

Description

高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，特别涉及一种应用于自动控制的电路，该电路能够解决高层建筑水箱上水系统缺少防溢水保护措施的问题。

背景技术

某些厂房、商场、宾馆、居民楼等高层建筑的生活用水和/或消防用水采用独立上水系统，这些上水系统的蓄水水箱大都设在建筑物的顶部，其上水控制系统通常采用浮球-干簧式液位传感器控制高、低两个水位，低水位时自动上水，高水位时自动停水。在使用过程中，传感器等部件因为个体差异或环境影响，有可能在有效期内失效，进而发生溢水事件，造成难以预计的损失。因此，如何从根本上解决水箱溢水问题，是一项值得研究的课题。

针对水箱溢水问题，仅仅在提高上水控制系统自身可靠性上做文章，难以从根本上解决问题，因为再可靠的系统也不可能达到百分之百安全可靠。通过对以往溢水事故的统计和原因分析，发现绝大多数溢水事故是由于液位传感器失效引起的。针对这个问题，本发明在保留现有上水系统基础上，提供一套更可靠的上水系统防溢水保护电路。

采用本防溢水保护电路后，只有当原上水控制系统和防溢水保护电路同时发生故障时才会发生溢水事故，从而使整个系统的安全性成数量级的提升。

发明内容

本发明提供一种高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路，实现高层建筑水箱上高水位的自动监控。当原上水控制系统发生故障将要发生溢水事故时，保护电路工作强行停止上水。

本发明的技术方案是，一种高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路，包括继电器KA，交流接触器KM，两个探测电极，常闭按钮SB₁，常开按钮SB₂，隔离变压器。其中，市用交流电通过隔离变压器为继电器KA供电；两个探测电极分别与继电器KA连接；两个探测电极固定在高层建筑水箱内，当高层建筑水箱的水位到达设定的水位高度时，两个探测电极通过水导通使得继电器KA处于通电状态；继电器KA的第一触点KA₁连接工作第一指示灯(即正常指示灯W₁)，第二触点KA₂连接第二指示灯(即报警指示灯W₂)和蜂鸣器W₃，第三触点KA₃连接常闭按钮SB₁，第四触点KA₄连接交流接触器KM，第五触点KA₅与原高层建筑水箱上水系统的浮球传感器的高水位信号母线连接；常开按钮SB₂连接两个探测电极，当按下常开按钮SB₂时，两个探测电极相互接通；交流接触器KM的三联动合触点KM₁与原高层建筑水箱上水系统的泵电机的供电电路串联。

其中，继电器KA的第一触点KA₁和第四触点KA₄为动断触点；继电器KA的第二触点KA₂、第三触点KA₃和第五触点KA₅为动合触点。

更为详细的是，当高层建筑水箱的水位到达设定的水位高度时，继电器KA处于通电状态，继电器KA的五个触点开关同时工作，分别为：

第一触点KA₁断开，正常上水指示灯W₁灭；

第二触点KA₂接通，报警指示灯W₂亮和蜂鸣器W₃响；

第三触点KA₃接通，继电器KA供电保持，防止因水位波动造成KA频繁加电、掉电，导致泵电机反复启动；故障排除后按常闭按钮SB₁，恢复正常上水；

第四触点KA₄断开，控制交流接触器KM断电；交流接触器KM断电后，其三联动合触点KM₁断开，泵电机断电停止上水；

第五触点KA₅接通，强制闭合原浮球传感器高水位信号回路，作为备保，利用原上水控制系统停止上水；

本发明的有益效果是：

(1)不用液位传感器探测液位，不存在传感器失效问题，提高了系统的可靠性；

(2)电路逻辑简单，而简单也就意味着可靠。通过选用优质元器件、合理安排线路布局以及对关键部位采用串并联冗余措施，可进一步提高可靠性；

(3)本电路可以方便地进行自检(上水过程中按下常开按钮SB₂，若上水停止，则说明保护电路正常)，通过定期自检和重要事件前抽检，可以最大限度地保证系统安全可靠；

(4)本改造方案原理清楚、电路简单可靠，对现有上水系统改动小，投入少，工程量小，可立足本身自行改造，日常维护也非常方便。

附图说明

图1是本发明提供的高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路的某一具体实施方式的原理示意图；

图2是试验中得到的数据一览表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的某一具体实施方式进行详细说明。

本发明提供电路的核心部件是继电器KA和交流接触器KM。通过控制继电器KA和交流接触器KM的通电状态，使得继电器KA的五个不同触点和交流接触器KM的一个三联动合触点处于连接或断开状态，从而使每个触点连接的电路或部件处于设定的状态。为了说明清楚，我们根据本发明提供的电路具有的四个不同的功能将电路分成四个模块在图1中展示出来，四个模块分别为：a)保护水位监测模块；b)控制原传感器高水位信号闭合模块；c)控制泵电机断电模块；d)报警模块。

从图中可以看出，本发明提供的电路的组件包括继电器KA，交流接触器KM，探测电极C和探测电极D，常闭按钮SB₁，常开按钮SB₂，隔离变压器，正常指示灯W₁(绿色)，报警指示灯W₂(红色)和蜂鸣器W₃。市用交流电通过隔离变压器为继电器KA供电。保护水位监测模块和报警模块中分别使用两个快速保险丝F为使用安全设置，属于本领域的惯用手段；控制泵电机断电模块中的三个保险丝T是原上水系统固有的。同样的，电阻R用于调整电路的阻抗，模拟两探测电极之间水的电阻，属于本领域的惯用手段。

探测电极C和探测电极D分别与继电器KA连接；探测电极C和探测电极D固定在高层建筑水箱内，当高层建筑水箱的水位到达设定的水位高度时，两个探测电极通过水导通使得继电器KA处于通电状态，通常设定的水位高度略高于原上水系统的浮球传感器的高水位，即停止上水水位；继电器KA的第一触点KA₁连接工作正常指示灯W₁，第二触点KA₂连接报警指示灯W₂和蜂鸣器W₃，第三触点KA₃连接常闭按钮SB₁，第四触点KA₄连接交流接触器KM，第五触点KA₅连接原高层建筑水箱上水系统的浮球传感器的高水位信号母线；常开按钮SB₂连接两个探测电极，当按下常开按钮SB₂时，接通两个探测电极；交流接触器KM与原高层建筑水箱上水系统的泵电机的供电电路连接。

利用本发明实现的功能是：

(1)防溢水保护功能

当上水系统失效，水位超过设定的高度A点所在位置，淹没探测电极C和探测电极D时，继电器KA的供电电路经水接通，继电器KA的动断触点KA₄断开，交流接触器KM断电，其三联动合触点KM₁断开高层建筑水箱上水系统的泵电机的三相供电，泵电机停止工作使得上水停止；同时继电器KA的动合触点KA₅接通浮球传感器高水位信号回路，相当于浮球传感器高水位干簧触点接通，通过原上水系统控制泵电机断电。

(2)报警功能

当上水控制系统失效，继电器KA通电后，动断触点KA₁断开，动合触点K₂接通，绿灯W₁灭，红灯W₂亮，蜂鸣器W₃鸣叫，提醒自动上水系统出现故障。

(3)状态保持功能

当上水控制系统失效，继电器KA通电后，动断触点KA₄断开，交流接触器KM断电，其三联动合触点KM₁断开，高层建筑水箱上水系统的泵电机的三相供电断电不再工作；但是一旦水位回落后继电器KA掉电，动断触点KA₄闭合，KM供电闭合，泵电机重新启动；水位上升后继电器KA再次接通，泵电机再次被断电，从而出现频繁启动的现象。另外，当水箱水位刚刚达到两探测电极位置时，也会因水面波动造成两电极的频繁接通、断开。本发明设计了状态保持功能，即：继电器KA一经接通，其动合触点KA₃即闭合，这样即使水位回落，探测电极C和探测电极D断开，继电器KA也不会掉电，从而防止泵再次自动启动。在上水系统的故障消除后，人工按下常开按钮SB₁，回复到正常监控状态。

(4)自检功能

在日常工作状态下，即没有发生水箱上水系统溢水的情况下，按下常开按钮SB₂等效于强制接通探测电极C和探测电极D，模拟水位到达了设定的高度，继电器KA通电，报警功能、防溢水保护功能和状态保持功能启动，如果当时正在自动上水，则上水停止。据此可以随时检测本发明电路是否正常工作。

本发明的电路是用水作导体监测保护水位，而水的导电能力是有限的，因此需要验证用水做导体，电路能否正常工作。电路采用～220V电源驱动，经水箱内的水导通，其安全性也需要进行分析验证。

(1)导电功能试验

试验用普通容器盛水模拟水箱。试验方法是将容器内的水、电阻箱、继电器串联后接入～220V电源，通过改变电阻箱的输出电阻和是否串入水，测试试验电路各种状态下的工作情况。试验结果见图2，表示串入不同电阻，继电器是否接通的工作情况。

水的导电能力受多种因素影响，其中最主要的是硬度和水温，另外电极的形式(大小、形状、距离)、水体的大小形状、容器壁的导电性能等也影响两电极之间电阻的大小。常温下实测当地某建筑物水箱(壳体为非导电材料)内两点之间水的电阻约为5kΩ。由于水分子是极性分子，加电后实际电阻还要小一些，如图2中，串入14kΩ电阻和水后电路正常工作，单独串入16kΩ电阻则电路不能工作，可见这时串入水的电阻小于2kΩ。综上所述，本发明的电路直接用水做导体是可行的，电路能够正常工作。

(2)安全性分析

本发明采用了隔离变压器，把继电器所在电路支路和市电电网有效隔离，消除了电路通过水箱接地线漏电的隐患。

虽然交流继电器所在电路支路的驱动电源为～220V，但因为交流继电器自身阻抗较大，所以该电路支路工作电流较小，只有6mA(人体的安全电流为10mA)；该电路支路加电后，模拟水箱不接地时，测的水与地之间电压约为～15V(人体安全电压为36V)；接地后，水与地之间电压为零。

综上所述，通过对水箱(箱壁非导体时对水体)可靠接地，并采用隔离变压器，可保证水箱及水体不会发生漏电、触点危险。但电路的其它部分仍需按～220V市电的安全用电规定做好绝缘、接地等防护措施。

综上所述，本发明的特点进一步总结如下：

(1)不用液位传感器探测液位，不存在传感器失效问题，提高了系统的可靠性；(2)电路逻辑简单，而简单也就意味着可靠。通过选用优质元器件、合理安排线路布局以及对关键部位采用串并联冗余措施，可进一步提高可靠性；(3)再可靠的电路也存在失效的可能，因此，只有当发生故障前能及时发现，才能真正做到万无一失。本电路可以方便地进行自检，通过定期自检和重要事件前抽检，可以最大限度地保证系统安全可靠；(4)本发明可通过闭合浮球传感器的高位信号回路来间接控制泵电机断电，通过多种渠道实现防溢水；(5)本改造方案原理清楚、电路简单可靠，对现有上水系统改动小，投入少，工程量小，可立足本身自行改造，日常维护也非常方便。

自动上水系统因传感器失效等原因发生溢水是一常见故障，本设计方案亦适用于其它对溢水安全有特殊要求的上水系统。

Claims

1.一种高层建筑水箱上水系统防溢水保护电路，包括继电器(KA)，交流接触器(KM)，两个探测电极，常闭按钮(SB₁)，常开按钮(SB₂)，隔离变压器；其中，市用交流电通过隔离变压器为继电器(KA)供电；两个探测电极分别与继电器(KA)连接；两个探测电极固定在高层建筑水箱内，当高层建筑水箱的水位到达设定的水位高度时，两个探测电极经水导通使得继电器(KA)处于通电状态；继电器(KA)的第一触点(KA₁)连接第一指示灯(W₁)，第二触点(KA₂)连接第二指示灯(W₂)和蜂鸣器(W₃)，第三触点(KA₃)连接常闭按钮(SB₁)，第四触点(KA₄)连接交流接触器(KM)，第五触点(KA₅)与原高层建筑水箱上水系统的浮球传感器的高水位信号母线连接；常开按钮(SB₂)连接两个探测电极，当按下常开按钮(SB₂)时，两个探测电极相互连接；交流接触器(KM)的三联动合触点(KM₁)与原高层建筑水箱上水系统的泵电机的供电电路串联；

其中，继电器(KA)的第一触点(KA₁)和第四触点(KA₄)为动断触点；继电器KA的第二触点(KA₂)、第三触点(KA₃)和第五触点(KA₅)为动合触点。