電氣控制系統(tǒng)中保護環(huán)節(jié)的實踐與應(yīng)用

竇巖

（雞西大學(xué)，黑龍江 雞西 158100）

電氣控制系統(tǒng)中保護環(huán)節(jié)的實踐與應(yīng)用

竇巖

（雞西大學(xué)，黑龍江 雞西 158100）

文章主要說明電氣控制系統(tǒng)中常見的保護環(huán)節(jié)有電壓保護、電流保護、過載保護、位置保護、自動控制保護，以及電氣控制系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)設(shè)計和實踐中容易出現(xiàn)的誤區(qū)及相應(yīng)的措施。

電壓保護；電流保護；保護環(huán)節(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)控制中，電氣控制系統(tǒng)除了盡可能滿足生產(chǎn)機械加工工藝要求外，還要保持設(shè)備長期安全、可靠、無故障運行，消除有害因素的影響，避免事故發(fā)生。因此，如何更好地選擇設(shè)置保護環(huán)節(jié)是電氣控制系統(tǒng)的重要部分。電氣控制系統(tǒng)中常見的保護環(huán)節(jié)有電壓保護、電流保護、過載保護、位置保護、自動控制保護等。

一、電氣控制系統(tǒng)中常見的保護環(huán)節(jié)

（一）電壓保護

工業(yè)生產(chǎn)自控系統(tǒng)中的各種設(shè)備在額定電壓下工作才能發(fā)揮更好的性能，電壓過高、過低或因故斷電，都可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞或事故的發(fā)生，所以在系統(tǒng)設(shè)計時，一定要根據(jù)工藝要求設(shè)置電壓保護環(huán)節(jié)。

失壓保護：設(shè)備正常運行時，因為電源電壓突然消失而導(dǎo)致設(shè)備停止運行，一旦電源電壓恢復(fù)正常，設(shè)備可能自動運行，從而造成設(shè)備損壞或人身事故。失壓保護環(huán)節(jié)是為了防止電壓恢復(fù)時設(shè)備自行啟動投入工作而設(shè)置的。欠壓保護：當(dāng)用電設(shè)備電源電壓降至額定值的60%-80%時將電源切斷，使電路停止工作的環(huán)節(jié)。過電壓保護：電磁鐵等大電感負載和直流電磁機構(gòu)、直流繼電器等在通斷時會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電動勢，造成電磁線圈被擊穿損壞。通常是在線圈兩端并聯(lián)一個電阻、電阻串接電容或二極管串接電阻，形成一個放電回路，實現(xiàn)過壓保護，也可以采用過壓保護器。

（二）電流保護

電流保護主要是指短路保護、過電流保護和過載保護、短路保護。短路時產(chǎn)生的瞬間電流是額定電流的十幾至幾十倍，使電氣控制線路中的設(shè)備或線路的絕緣遭到損壞，還有負載短路和接線錯誤時都產(chǎn)生短路故障。電氣設(shè)備或配電線路可能會因為短路電流造成控制電路損壞，甚至產(chǎn)生電弧，引起火災(zāi)。因此短路保護要求在短路故障產(chǎn)生后極短時間內(nèi)切斷電源，常用方法是在線路中串聯(lián)熔斷器或采用空氣開關(guān)。過電流保護：一般情況下過電流比短路電流要小很多，是電動機額定電流的1-6倍。通常用過電流繼電器作為測量元件，接觸器作為執(zhí)行元件斷開電路。

二、電氣控制系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)設(shè)計和實踐中容易出現(xiàn)的誤區(qū)

（一）設(shè)計容量選定偏差

在設(shè)計電氣控制系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)的時候，一般是根據(jù)用電設(shè)備的標(biāo)牌的額定數(shù)據(jù)進行選擇，但是有些用電設(shè)備由于特殊原因，共用一路動力電源（即使用同一個空氣開關(guān)）甚至同一臺接觸器，這種情況下，我們的設(shè)計人員在對保護設(shè)備的選擇容量上容易出現(xiàn)選定偏差。維護檢修人員在工作時也容易出錯，例如忽視了另一用電設(shè)備的存在。

（二）保護概念的混淆

短路保護和過流保護概念混淆、過載保護與欠壓保護混淆等。短路保護設(shè)備不能當(dāng)作過流保護使用，因為它本身的保護定義有本質(zhì)區(qū)別，短路保護要求具有瞬動特性，短路的瞬時故障電流達到額定電流的幾倍到幾十倍，要求在短時間內(nèi)切斷電源。而過電流保護只要過電流值達到整定值，保護電器立即切斷電源。過載保護是采用熱繼電器FR與接觸器KM配合動作的方法完成保護的。過載保護要求保護電器具有反時限特性，即根據(jù)電流過載倍數(shù)不同，其動作時間是不同的，它隨著電流增加而減小。

（三）維護檢修中出現(xiàn)的違規(guī)操作

經(jīng)濟效益是企業(yè)追求的最主要目標(biāo)，但是我們不要忘記工業(yè)生產(chǎn)安全第一的原則。在對電氣控制系統(tǒng)維護檢修時，一定要按操作規(guī)程作業(yè)。在實際工作中容易出現(xiàn)的問題有：為迅速恢復(fù)電氣控制系統(tǒng)正常運行，將必要的保護環(huán)節(jié)取消，導(dǎo)致某些電氣設(shè)備在運行時處于無保護狀態(tài)，這時很容易出現(xiàn)設(shè)備損壞或其他事故。為作業(yè)方便，在更換保護電氣設(shè)備時，使用超出額定值的保護設(shè)備（例如熱繼電器、空氣開關(guān)、接觸器等），這時動力設(shè)備（電機）容易出現(xiàn)工作參數(shù)超出額定值時沒有起到保護作用而損壞設(shè)備。實踐工作中最容易忽視的問題是：對保護設(shè)備的完好程度不進行定期檢查更換，有些保護電器設(shè)備由于長時間使用，其各項指標(biāo)下降、保護性能降低，從而降低了電氣控制系統(tǒng)運行的安全系數(shù)，容易發(fā)生事故。

三、電氣控制系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)實現(xiàn)的有效措施和方法

（一）概念定義的準(zhǔn)確掌握

這是電氣控制保護環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確地掌握好各種保護的概念定義，才能科學(xué)合理地設(shè)計和應(yīng)用。

（二）一定要深刻理解系統(tǒng)所要實現(xiàn)的工藝要求和目的

根據(jù)工藝要求設(shè)計過程保護環(huán)節(jié)，不僅對設(shè)備，更要對生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量控制過程應(yīng)用經(jīng)濟、合理的保護環(huán)節(jié)。

（三）設(shè)置保護軟環(huán)節(jié)

例如告警指示、人機界面、智能判斷修復(fù)等較復(fù)雜的保護環(huán)節(jié)設(shè)計，當(dāng)然，這些可以應(yīng)用在大中型生產(chǎn)的電氣控制系統(tǒng)，或要求精度等級特別高的產(chǎn)品生產(chǎn)線上，一般小型控制系統(tǒng)沒必要投入費用很高的保護環(huán)節(jié)。

（四）對特殊部分做重點強調(diào)或詳細說明

在設(shè)計保護環(huán)節(jié)時，必要情況下要對特殊部分做重點強調(diào)或詳細說明，避免在施工過程中忽視。

（五）設(shè)備標(biāo)識要清晰準(zhǔn)確

在實踐維護過程中，設(shè)備標(biāo)識要清晰準(zhǔn)確,維護人員要準(zhǔn)確掌握電氣控制原理和保護環(huán)節(jié)，避免在更換電氣元件時出現(xiàn)錯誤。在檢查作業(yè)時應(yīng)遵循以下步驟：總觀全局，從用電設(shè)備的主電路查起（從空氣開關(guān)到設(shè)備的輸入端），不要遺漏環(huán)節(jié)。對保護對象進行獨立分析，選擇適宜的保護設(shè)備。再總觀系統(tǒng)查看額定參數(shù)，是否與工藝要求相符。

（六）進行定期檢驗和更換

根據(jù)實際情況，制定保護電器設(shè)備定期檢修維護計劃，對其進行定期檢驗和更換，保證保護電器的完好。

四、自動控制保護系統(tǒng)在實踐中的應(yīng)用

在電氣控制系統(tǒng)中，常要對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、運動速度等設(shè)置必要的控制與保護，要控制關(guān)鍵的物理量在一定的范圍以內(nèi)，以保證整個系統(tǒng)的安全運行。當(dāng)壓力、流量未達到規(guī)定范圍內(nèi)時，可能損壞器件，這時我們采用壓力開關(guān)和流量繼電器進行保護，或者設(shè)置反饋環(huán)節(jié)進行調(diào)整。例如在流量控制中，將流量信號作為流量控制的反饋信號，設(shè)定范圍使其保持穩(wěn)定。壓力保護控制也是同理。

在電氣控制系統(tǒng)中，根據(jù)不同的工作情況，對用電設(shè)備采取一種或幾種保護措施。保護設(shè)備有很多種類，對于同一保護要求，可以選擇不同地點保護元件。選擇時，不但要考慮用電設(shè)備容量和電路以及保護設(shè)備自身特性，還要兼顧長遠發(fā)展、經(jīng)濟性等問題。

五、未來電氣控制保護系統(tǒng)發(fā)展趨勢與展望

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣控制保護系統(tǒng)將向集成化、智能化方向發(fā)展，對保護控制的精準(zhǔn)度會越來越高，穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確是電氣控制保護系統(tǒng)的基本要求。對于工業(yè)生產(chǎn)，保護系統(tǒng)是保證生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)的最主要途徑，所以在未來的工業(yè)生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)中，保護環(huán)節(jié)將起到?jīng)Q定性作用，對生產(chǎn)工藝設(shè)計時，保護環(huán)節(jié)的設(shè)計貫穿出于整體控制環(huán)節(jié)。相繼出現(xiàn)了FCS（總線控制系統(tǒng)）和PAC（可編程智能控制器），其中以FCS為核心的總線控制技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，可以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)控制的要求，而PAC還處在起步階段，相信在不久的將來會普及應(yīng)用。由此可見，電氣控制系統(tǒng)的保護環(huán)節(jié)將朝著總線化、智能化方向發(fā)展，必將引領(lǐng)電氣控制領(lǐng)域新的變革。

TM

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1673-0046（2012）8-0156-02