礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源研究

蔡 輝

(西山煤電 安全管理部，山西 太原 030053)

0 引言

礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源是一種專(zhuān)門(mén)為礦業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源。它具有高效、安全、可靠等特點(diǎn),可以確保礦業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。礦業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的安全與效率是極其重要的,因此需要一種可靠的開(kāi)關(guān)電源來(lái)保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源具有很高的安全性,能夠預(yù)防可能對(duì)工人造成的危害,同時(shí)保證電力系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn),從而促進(jìn)礦業(yè)生產(chǎn)的高效、安全和可持續(xù)。隨著礦業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升。相較于過(guò)去,現(xiàn)代礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源更加緊湊、輕便,同時(shí)具有更高的效率和更長(zhǎng)的使用壽命。隨著科技的進(jìn)步,礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源也開(kāi)始采用更加先進(jìn)的控制系統(tǒng),如數(shù)字控制、智能監(jiān)測(cè)等,以保證電力系統(tǒng)的安全和效率[1-5]。

1 礦用本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源

礦用本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源防爆等級(jí)為Exd[ib]I,適用于煤礦井下含有爆炸性氣體和粉塵的環(huán)境。它擁有一級(jí)過(guò)流保護(hù)和二級(jí)過(guò)流保護(hù),以及一級(jí)過(guò)壓保護(hù),輸入電壓為127 V AC,輸出為兩路5 V DC,每路額定工作電流為600 mA,額定工作電壓為5 V,最大輸出電流不超過(guò)800 mA,最大輸出電壓不超過(guò)5.8 V。其源效應(yīng)和負(fù)載效應(yīng)均小于5%,輸出電壓的紋波值小于250 mV。電源殼體具有隔爆功能。該電源包括交流輸入電路、一級(jí)過(guò)流保護(hù)電路、二級(jí)過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路和直流輸出電路,礦用本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。交流輸入電路將127 V交流電壓轉(zhuǎn)換為12 V直流電壓。一級(jí)過(guò)流保護(hù)電路和二級(jí)過(guò)流保護(hù)電路用于防止電源的輸出電流過(guò)大(當(dāng)電源的輸出電流超過(guò)800 mA時(shí),電源將進(jìn)入保護(hù)狀態(tài))。過(guò)壓保護(hù)電路用于防止電源的輸出電壓過(guò)大(當(dāng)電源的輸出電壓超過(guò)5.8 V時(shí),電源將進(jìn)入過(guò)壓保護(hù)狀態(tài))。直流輸出電路主要用于確保電源的輸出穩(wěn)定為5 V電壓。

圖1 礦用本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件原理

礦用本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源的硬件原理如圖2所示,127 V的交流輸入電壓通過(guò)FLPA31-2A電源濾波器進(jìn)行濾波,得到純凈的電壓。電壓分兩路依次通過(guò)保險(xiǎn)管和壓敏電阻進(jìn)行過(guò)流和輸入過(guò)壓保護(hù),然后進(jìn)入LH15-10B12電源穩(wěn)壓模塊,電源穩(wěn)壓模塊將127 V交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為12 V直流電壓輸出。12 V直流電壓通過(guò)電容進(jìn)一步濾波后送入LM317集成模塊,LM317集成模塊輸出10 V直流電壓,然后經(jīng)過(guò)3 W的限流電阻和兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Q5和Q6得到5 V輸出電壓。

圖2 硬件原理圖

過(guò)壓保護(hù)電路如圖3所示。在圖3中,如果電源輸出電壓超過(guò)了5.8 V,穩(wěn)壓二極管D9和D10將被反向擊穿,從而導(dǎo)通晶閘管SCR3和SCR4。SCR3和SCR4的導(dǎo)通將使電流迅速增加,并且會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將輸出電壓拉低到0 V附近,以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。由于SCR3和SCR4的壓降很小,所以它們可以承受很大的電流,因此過(guò)壓保護(hù)能夠有效地工作。

圖3 過(guò)壓保護(hù)電路原理

3 礦用本質(zhì)安全電源的技術(shù)措施

3.1 電氣隔離

本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中都要采取電氣隔離的措施,以保證在危險(xiǎn)環(huán)境下具有足夠的安全性。常見(jiàn)的電氣隔離措施包括:①兩次絕緣:在電源內(nèi)部和外部分別安裝兩層絕緣保護(hù),防止漏電的產(chǎn)生;②全封閉:整個(gè)電源采用密封式設(shè)計(jì),防止灰塵、液體等物質(zhì)侵入;③設(shè)備隔離:煤礦中的電氣設(shè)備和其他的危險(xiǎn)物品應(yīng)當(dāng)通過(guò)隔離裝置相隔開(kāi),以保證互不干擾;④接地保護(hù):開(kāi)關(guān)電源的接地線應(yīng)當(dāng)接在煤礦內(nèi)的接地系統(tǒng)中,以確保安全。這些措施都是為了確保本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源在危險(xiǎn)環(huán)境下的安全性,避免造成火災(zāi)、爆炸等事故。

3.2 抗波動(dòng)性

煤礦電網(wǎng)的供電質(zhì)量可能不穩(wěn)定,波動(dòng)范圍較大,超過(guò)地面電網(wǎng)的±10%。井下的動(dòng)力設(shè)備功率大,有些需要直接啟動(dòng),容易引發(fā)電壓波動(dòng)。為了保證設(shè)備能夠穩(wěn)定工作,煤礦井下的本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源需要具有良好的抗波動(dòng)能力。為了適用于不同電壓等級(jí),本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源需要具有強(qiáng)的適應(yīng)性。

3.3 限制功率輸出

本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源通過(guò)一系列措施來(lái)限制輸出功率。這些措施包括:

(1) 限流措施:通過(guò)設(shè)置電流限制器,限制電源的最大輸出電流。

(2) 限壓措施:通過(guò)設(shè)置電壓限制器,限制電源的最大輸出電壓。

(3) 熱保護(hù)措施:通過(guò)設(shè)置溫度傳感器和自動(dòng)斷電裝置,在電源發(fā)生過(guò)熱時(shí)自動(dòng)斷電。

(4) 超負(fù)載保護(hù)措施:通過(guò)設(shè)置超負(fù)載保護(hù)器,在電源超負(fù)載時(shí)自動(dòng)斷電。

通過(guò)這些措施,本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源確保了在緊急情況下的安全性,并保證了電源的可靠性和穩(wěn)定性。因此,本質(zhì)安全開(kāi)關(guān)電源是煤礦等危險(xiǎn)環(huán)境中的理想選擇。

4 使用和維護(hù)要點(diǎn)

(1) 安裝:在安裝煤礦本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)時(shí),應(yīng)遵循嚴(yán)格的安裝規(guī)范,以確保安全隔離和限制的準(zhǔn)確性。

(2) 使用:應(yīng)遵循本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)的使用說(shuō)明書(shū),并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。此外,在使用本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制電源電壓,以防止對(duì)系統(tǒng)造成危害。

(3) 維護(hù):應(yīng)定期對(duì)本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行維護(hù),以確保其安全性和可靠性。此外,應(yīng)定期檢查電源電壓,以確保其在規(guī)定范圍內(nèi)。

(4) 更換:如果發(fā)現(xiàn)本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)存在故障或損壞,應(yīng)立即更換。在更換本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)時(shí),應(yīng)遵循嚴(yán)格的安全操作規(guī)程,以避免對(duì)工作人員造成危害。

通過(guò)遵循以上要點(diǎn),可以確保礦用本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)的安全性和可靠性,從而保障工作人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。除此之外,應(yīng)定期培訓(xùn)工作人員,以確保他們能熟練掌握使用和維護(hù)本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)的知識(shí)和技能。如果發(fā)現(xiàn)本質(zhì)安全電源開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障或異常,應(yīng)立即尋求專(zhuān)業(yè)人員的幫助,以確保安全。

5 礦用本質(zhì)安全電源的發(fā)展

未來(lái)礦用本質(zhì)安全電源會(huì)朝著更安全、更高效率和低環(huán)境影響性方向發(fā)展。

(1) 更安全:安全性是礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵因素。為了確保礦井環(huán)境的安全,研究人員需要評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的可靠性和安全性,并確保其在緊急情況下不會(huì)造成危害。通過(guò)模擬測(cè)試可評(píng)估電源在異常情況下的表現(xiàn),以確定其是否具有足夠的安全性。

(2) 更高效率:效率是礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的另一個(gè)關(guān)鍵因素。研究人員需要評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的能量轉(zhuǎn)換效率,以確保其在需要時(shí)能夠提供足夠的能量;研究人員還需要評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的功率輸出,以確保其能夠滿足礦井內(nèi)的電力需求。

(3) 低環(huán)境影響性:可持續(xù)性也是礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)關(guān)鍵因素。研究人員需要評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的環(huán)境影響,以確保其對(duì)礦井環(huán)境的影響是最小的;研究人員還需要評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的資源消耗,以確保其對(duì)能源和資源的利用是最優(yōu)的。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的原理和使用要求,以及它的抗波動(dòng)性和抗干擾能力;也介紹了礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的安裝、使用和維護(hù)方法。通過(guò)對(duì)礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的介紹,可以發(fā)現(xiàn),它對(duì)礦山安全生產(chǎn)起著非常重要的作用。因此,在使用和維護(hù)礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源時(shí),應(yīng)該嚴(yán)格遵循安全操作規(guī)程。最后,希望通過(guò)本文的介紹,能夠引起工作人員對(duì)礦用本質(zhì)安全型開(kāi)關(guān)電源的重視,并加強(qiáng)管理和保護(hù)。