芦 波 于荣波

(北京工业职业技术学院 中国 北京 100042)

煤矿井下现有低压交流127V照明系统供电电源容量最大为10kVA,满足最小照度要求的照明负载LED节能照明灯仅为6W，而对10kVA负载应用过电流短路保护技术所能达到的有效保护距离只有数百米，难以应对上千个6W照明灯的数千米（相邻两灯之间的距离为10米）保护要求。基于上述情况，我们研制出了一种远距离短路信号终端取样装置—照明综保短路保护器。

1 短路保护器电路原理图（如图1所示）

图1 远距离短路保护终端取样电路

该保护器安装在照明负载供电支路的末端，具有终端失压短路检测并向电网传递故障信号的功能，可与前级带有故障信号接收功能的主控装置配合，实现远距离短路保护。若为三相交流127V供电，分别与Za、Zb、Zc端子连接；若为两相交流127V供电，分别与Zb、Zc端子连接。

1.1 失压检测电路

由降压电容C1、C2和C3，正向整流二极管D4、D5和D6组成直流整流电路，与反向续流二极管D1、D2和D3，限流电阻R1、R2和R3，滤波电容C4、C5和C6，光电耦合器U1、U2和U3一起构成三组失压检测电路。

利用电容C1、C2和C3取代降压变压器作为降压环节，可大大减小取样电路的体积，同时与电阻降压相比可实现无损耗降压，减少电阻降压给隔爆腔内带来的多余热量。此时，容抗Xc=1/(2πfC),光电耦合器工作电流I取(5～20)mA,忽略限流电阻和光电耦合器输入端压降，I=U/Xc,则 C=I/(2πfU)=I/(2*3.14*50*127)=(5～20)/39.878=（0.125～0.501）μF，取 0.22μF，则 I=2πfCU=2*3.14*50*127*0.22*10-6=8.8mA

光电耦合器若选具有晶体管输出特性的4N25，当其输入电流大于5mA时，输出端压降为晶体管的饱和管压降1V;而选具有达林顿输出特性的TIL113，经测试当其输入电流大于5mA时，输出端压降仅为0.1V，所以后者更适合在本电路中做电子开关使用。

1.2 短路信号检测电路

正常情况下，取样信号在C4、C5和C6上的压降分别给U1、U2和U3的输入端提供电源，使输出端保持导通状态。由于U1、U2和U3输出端串联导通接于电阻R5与C7负极之间呈现低阻，使电阻R5与二极管D7和三极管Q基极构成的支路无电流。三极管Q截止，继电器K处于释放状态，常开接点断开，网路传输信号的接入电路处于分断状态。此时，信号源电容通过K的常闭接点C8充电储能，作为故障瞬间向主机传送信号的电源。

当任意两相或三相发生短路的情况下，对应相间的取样信号接近于0（设计上取小于40%额定电压时为失压信号）。如C4、C5或C6中任两相电网失压，会使U1、U2或U3中的对应输入端电流减小，使输出端由导通变为截止状态。由于U1、U2或U3输出端串联截止接于电阻R7与C7负极之间呈现高阻，此时电阻R5与二极管D7和三极管Q基极构成的支路有电流通过，使三极管Q导通，继电器K吸合，其常开接点闭合，网路传输信号的接入回路导通，信号源电能通过电阻R6向电网释放，并与地线构成回路。

将该短路保护器作为末端照明灯具，与ZBZ-10/1140（660）M一起可构成远距离照明综合保护系统，其间供电范围内上千米的所有照明灯具若都采用LED照明灯，即可构成可靠的矿用远距离节能照明综合保护系统。