一種照明綜保短路保護器

蘆 波 于榮波

(北京工業職業技術學院 中國 北京 100042)

煤礦井下現有低壓交流127V照明系統供電電源容量最大為10kVA,滿足最小照度要求的照明負載LED節能照明燈僅為6W，而對10kVA負載應用過電流短路保護技術所能達到的有效保護距離只有數百米，難以應對上千個6W照明燈的數千米（相鄰兩燈之間的距離為10米）保護要求?；谏鲜銮闆r，我們研制出了一種遠距離短路信號終端取樣裝置—照明綜保短路保護器。

1 短路保護器電路原理圖（如圖1所示）

圖1 遠距離短路保護終端取樣電路

該保護器安裝在照明負載供電支路的末端，具有終端失壓短路檢測并向電網傳遞故障信號的功能，可與前級帶有故障信號接收功能的主控裝置配合，實現遠距離短路保護。若為三相交流127V供電，分別與Za、Zb、Zc端子連接；若為兩相交流127V供電，分別與Zb、Zc端子連接。

1.1 失壓檢測電路

由降壓電容C1、C2和C3，正向整流二極管D4、D5和D6組成直流整流電路，與反向續流二極管D1、D2和D3，限流電阻R1、R2和R3，濾波電容C4、C5和C6，光電耦合器U1、U2和U3一起構成三組失壓檢測電路。

利用電容C1、C2和C3取代降壓變壓器作為降壓環節，可大大減小取樣電路的體積，同時與電阻降壓相比可實現無損耗降壓，減少電阻降壓給隔爆腔內帶來的多余熱量。此時，容抗Xc=1/(2πfC),光電耦合器工作電流I取(5～20)mA,忽略限流電阻和光電耦合器輸入端壓降，I=U/Xc,則 C=I/(2πfU)=I/(2*3.14*50*127)=(5～20)/39.878=（0.125～0.501）μF，取 0.22μF，則 I=2πfCU=2*3.14*50*127*0.22*10-6=8.8mA

光電耦合器若選具有晶體管輸出特性的4N25，當其輸入電流大于5mA時，輸出端壓降為晶體管的飽和管壓降1V;而選具有達林頓輸出特性的TIL113，經測試當其輸入電流大于5mA時，輸出端壓降僅為0.1V，所以后者更適合在本電路中做電子開關使用。

1.2 短路信號檢測電路

正常情況下，取樣信號在C4、C5和C6上的壓降分別給U1、U2和U3的輸入端提供電源，使輸出端保持導通狀態。由于U1、U2和U3輸出端串聯導通接于電阻R5與C7負極之間呈現低阻，使電阻R5與二極管D7和三極管Q基極構成的支路無電流。三極管Q截止，繼電器K處于釋放狀態，常開接點斷開，網路傳輸信號的接入電路處于分斷狀態。此時，信號源電容通過K的常閉接點C8充電儲能，作為故障瞬間向主機傳送信號的電源。

當任意兩相或三相發生短路的情況下，對應相間的取樣信號接近于0（設計上取小于40%額定電壓時為失壓信號）。如C4、C5或C6中任兩相電網失壓，會使U1、U2或U3中的對應輸入端電流減小，使輸出端由導通變為截止狀態。由于U1、U2或U3輸出端串聯截止接于電阻R7與C7負極之間呈現高阻，此時電阻R5與二極管D7和三極管Q基極構成的支路有電流通過，使三極管Q導通，繼電器K吸合，其常開接點閉合，網路傳輸信號的接入回路導通，信號源電能通過電阻R6向電網釋放，并與地線構成回路。

將該短路保護器作為末端照明燈具，與ZBZ-10/1140（660）M一起可構成遠距離照明綜合保護系統，其間供電范圍內上千米的所有照明燈具若都采用LED照明燈，即可構成可靠的礦用遠距離節能照明綜合保護系統。