依據(jù)標準探討機床電氣回路保護技術(shù)及其運用

孫偉 馬永青

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，青州 262500）

依據(jù)標準探討機床電氣回路保護技術(shù)及其運用

孫偉 馬永青

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，青州 262500）

機床的電氣設(shè)計、安裝與使用一定會涉及到電氣回路的選擇、電纜及斷路器的規(guī)格指定、電氣元器件的技術(shù)條件等等。而當機床出現(xiàn)電氣裝置異常或運轉(zhuǎn)失效時，也會以分析電氣回路的保護技術(shù)為主來推測故障。本文依據(jù)相關(guān)的國家及企業(yè)行業(yè)標準來探討機床電氣回路的保護技術(shù)和應(yīng)用。

機床電氣 回路標準 保護技術(shù) 聯(lián)結(jié)回路 技術(shù)條件

本文所指的電氣回路是閉合電路，它是指電流通過設(shè)備元器件或其它介質(zhì)時最后流回電源的通路，電氣回路的設(shè)置完全是為了保護設(shè)備運行安全。

1 關(guān)于“標準”

在科學(xué)工業(yè)與技術(shù)實踐領(lǐng)域中都要設(shè)立標準，標準在建立可靠依據(jù)的同時也能引領(lǐng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。在世界范圍內(nèi)，例如IEC、ISO這樣的標準化組織已經(jīng)在各個市場及領(lǐng)域制訂了相當完備的標準體系，監(jiān)督著企業(yè)產(chǎn)品的實際質(zhì)量與技術(shù)水平，同時在協(xié)調(diào)全球經(jīng)濟貿(mào)易方面也有推動作用。在機床電氣研發(fā)、生產(chǎn)與使用過程中，設(shè)置一套科學(xué)便捷的標準，并且嚴格執(zhí)行標準，就能達到事半功倍的效果。

在我國的裝備制造業(yè)，機床電氣設(shè)備技術(shù)必須遵循GB5226.1相關(guān)標準，它囊括了機械電氣安全、機械電氣設(shè)備、通用技術(shù)條件等多項標準規(guī)范。電氣回路是最容易被忽視的隱患，一旦出現(xiàn)故障輕則導(dǎo)致機床設(shè)備停止運行，重則引起電擊、火災(zāi)等重大事故，甚至造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。所以在實際的機床電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，必須明確機床的電氣回路相關(guān)技術(shù)條件，以正確的方法運行設(shè)備，保證機床的整體安全穩(wěn)定性。

2 機床電氣設(shè)備的電氣回路技術(shù)條件

目前國內(nèi)機床設(shè)備多以數(shù)控機床為主，所以這也表明它的電氣設(shè)備系統(tǒng)會相當復(fù)雜，僅各種數(shù)控單元、操控單元、微機邏輯編程單元等就十余種。另外還有機床的測控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、電氣回路的專用電柜等。本文介紹了最為常見的三種機床電氣回路。

（1）動力及控制電路。動力及控制電路依據(jù)機床的實際需求來設(shè)計，它主要負責滿足機床的基礎(chǔ)電氣需要，比如說機床的配電、斷電和加電，電力急停等等基本功能。在這其中最為關(guān)鍵的就是起到保護作用的各種線路元器件和各種控制器件。他們相當于機床設(shè)備的血管，聯(lián)結(jié)了設(shè)備內(nèi)部的各個元件。在GB5226.1標準中就指出“設(shè)備電路如果出現(xiàn)短路或過載現(xiàn)象，電氣回路會自動將電力輸出切斷，從而避免事故發(fā)生，最大程度減小財產(chǎn)經(jīng)濟損失。

（2）聯(lián)結(jié)電路。某些情況下由于電擊所導(dǎo)致的保護導(dǎo)線間接接觸問題相當嚴重，會直接造成電氣失火，所以要設(shè)置功能聯(lián)結(jié)電路。同時，該電路中的保護導(dǎo)線也能避免電磁輻射造成的系統(tǒng)運行不正常。連接電路的導(dǎo)線是兩排獨立并行的，在電源引入端接地處由于外部功能接地導(dǎo)體的存在，二者可以不連接在一起。總體來看，聯(lián)結(jié)電路的主要配置為電氣裝置外殼、保護接地匯流排、保護地線以及安裝底板。按照GB5226.1標準，保護聯(lián)結(jié)電路的排線連接部分應(yīng)該是Y型的，而且要具備一定的接地連續(xù)性。

動力控制電路和聯(lián)結(jié)電路不僅僅要根據(jù)機床電氣設(shè)備本身來設(shè)計，還要考慮到安裝所在建筑的配給電網(wǎng)容量、接地裝置及電壓。在數(shù)控機床應(yīng)用過程中，關(guān)于電網(wǎng)供電電源的接地裝置技術(shù)條件主要是參考GB50169《電氣裝置安裝工程——接地裝置施工及驗收規(guī)范》中的第3節(jié)第11條“關(guān)于接地裝置的功能確認或優(yōu)化要求”，還有電力行業(yè)標準DL/T621《交流電氣裝置的接地》中“關(guān)于相關(guān)接地裝置敷設(shè)等問題的應(yīng)對要求”而展開的。在這兩則標準中，尤其考慮到了接地電阻的規(guī)定值、跨步電位差和接觸電位差等參數(shù)評定值，因為全面綜合的考慮這些設(shè)置參數(shù)可以確定是否能夠滿足機床電器設(shè)備的保護接地設(shè)置條件與EMC基本要求。

3 機床電氣兩種電路回路保護的設(shè)置要求

（1）保護聯(lián)結(jié)電路的設(shè)置。保護聯(lián)結(jié)電路的設(shè)置要遵守三點原則：人與設(shè)備的基本安全、具有良好的電磁兼容性。專業(yè)角度來講，就是機床電氣設(shè)備的保護聯(lián)結(jié)電路導(dǎo)體橫截面積要保證一定的保護連接連續(xù)性，也要符合相關(guān)標準，確保機床電氣設(shè)備運行絕對安全。

保護連接電路的導(dǎo)線要根據(jù)供電相線的規(guī)格來選擇，基本都會選擇銅質(zhì)保護導(dǎo)線。若是選擇鋁保護導(dǎo)線，那么導(dǎo)線的載面積則不能小于15mm2。如果現(xiàn)實中存在調(diào)速變頻裝置的話，當裝置的對地泄漏電流大于10mA時，保護導(dǎo)線的截面積之和應(yīng)該大于10mm2，如果是鋁線則要大于16mm2，見表1。

（2）動力及控制電路的設(shè)置。這兩種電路作為主要構(gòu)成部分的機床電氣回路，主要負責提供配電傳輸電能、功能切斷、急停控制三種功能。同時它們還能夠保護電氣回路的能耗元器件。也就是在能耗元器件過載或者回路發(fā)生故障的過流狀態(tài)情況下，避免電擊發(fā)生而直接造成元器件的損壞甚至火災(zāi)。所以當電氣回路一旦過載，動力及控制電路裝置就會自動切斷電路，保護回路導(dǎo)線與能耗元器件，也間接的保護了線纜。

表1 保護銅質(zhì)導(dǎo)體的最小截面積參數(shù)表

（3）關(guān)于線路過載的保護計算。關(guān)于線路過載的保護要參照標準GB5226.1-2008。協(xié)調(diào)保護器元件及導(dǎo)線之間的關(guān)系，從而得出電路保護和實際應(yīng)用中所涉及到的一切技術(shù)依據(jù)，見表2。

表2 參照GB14048.2-2008標準下的保護器件過載邊界值規(guī)定圖表

如表2所示，可以得到：

式中，Ib是線路負載時產(chǎn)生的計算電流，單位為A；In是保護器件，即斷路器的整定電流，單位為A；Iz是線纜導(dǎo)體在連續(xù)工作時應(yīng)有的有效載流容量，單位為A，特別注意的是這一項參數(shù)要考慮溫度、多芯電纜的減額系數(shù)等參數(shù)；I2是在規(guī)定時間內(nèi)要保證的保護器件有效動作的最小電流，單位為A。

關(guān)于線路的過流保護應(yīng)該按照以下公式進行參數(shù)計算：t=（K x S/I）2。

此公式中t表示切斷負載電路所需的時間（t≤5s），K表示絕緣銅導(dǎo)線的系數(shù)，S是導(dǎo)線的橫截面，I則為短路電流。

4 機床電氣回路保護的操作方法

制定便于操作的機床電氣回路保護才能應(yīng)對電氣的設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用。所以要綜合相關(guān)標準的內(nèi)容來考慮，保證保護器件的額定電流值所對應(yīng)的導(dǎo)線橫截面積可以在不同的敷設(shè)情況下應(yīng)付不同的電流載流量，從而起到線路保護的作用。

（1）線路保護的操作流程。首先，要計算線路的負載電流Ib；然后根據(jù)所算出的負載電流來確定保護器件的額定值In的具體范圍；確定額定值的范圍后就要選擇導(dǎo)體在實際敷設(shè)環(huán)境下所能承載的值段Iz，并使其滿足相關(guān)標準要求；再次，選擇機床電氣設(shè)備中保護器件的類型，計算出I2和If，而后根據(jù)具體的保護器件類型來調(diào)整細分額定值，以求增加導(dǎo)體的規(guī)格檔次，保證所選的保護器件能夠滿足相關(guān)標準要求。比如說在控制電路中，一般線纜都會選用0.75mm2或1mm2，而線路保護器的額定電流都在12A以內(nèi)。除了要考慮對負載器件的保護之外，也要按照標準來滿足線路保護。

（2）實例說明。某工廠的機床設(shè)備裝置主回路，其泵組電動額定功率可達到7.5kW，由此可以計算電流值Ib約為14A。該工廠為此選擇了預(yù)選額定電流為20A的保護器件斷路器，細分額定值In為15A，其所對應(yīng)的PVC電纜導(dǎo)線截面積為2.5mm2。敷設(shè)電纜Iz的額定電流為20A。那么就可以計算出斷路器I1的額定電流為I1=1.10× 14=15.4A，I2=1.20×15=18A。如果短路電流按照10In來計算，絕緣銅導(dǎo)線的系數(shù)為105，導(dǎo)線的橫截面為2.5mm2，那么切斷負載電路所需的時間t=105x2.5/150≈1.4s,時間符合t≤5s的要求。所以說該機床電氣設(shè)備的主回路所選擇的斷路器與電纜都符合相關(guān)規(guī)格基本要求，且切斷負載電路所需的時間也相對較短，保證了機床設(shè)備的運行安全。

5 總結(jié)

機床的電氣回路保護對整個機床電氣設(shè)備的運行十分重要。本文簡要的對電氣回路保護的設(shè)置、操作作出了相關(guān)的解答，并探討了回路保護所需要符合的技術(shù)條件。值得一提的是，一切操作與設(shè)置都要嚴格遵循GB5226.1等相關(guān)標準，借此基礎(chǔ)來尋找最為合理的設(shè)置及操作途徑，才能有效的提高機床電氣設(shè)備的工作效率及工作質(zhì)量，在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下投入實際應(yīng)用。

[1]李潭,姜詩蒙.機床電氣回路保護應(yīng)用研究[J].科技風,2014（2）.

[2]何江濤.依據(jù)標準探討機床電氣回路保護應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機床,2013（5）.

[3張昊.試論數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2014（18）.

Protection Technology of Machine Electrical Circuit and Its Practical Applications Based on the Relevant Industry Standards

SUN Wei,MA Yongqing
（Weifang Engineering Vocational College,Qingzhou 262500,China）

Machine tools' electrical design,installation and usage are related to the electrical circuit choosing,the specifications specifying of cables and circuit breaker and the technical conditions of electrical components etc.When the machine appears electrically abnormal or operating failure,the main work is speculating the failure through analyzing the protection technology of electrical circuit.This paper is to explore the protection technology of machine tools' electrical circuit and its practical applications based on the relevant national and corporate industry standards.

machine tools;electrical circuit;standards;protection technology;coupling loop;technical conditions