一种水力监测装置漏电闭锁模块

一种水力监测装置漏电闭锁模块

张宇光

中煤科工集团上海有限公司，上海 201401

摘 要：随着我国经济的不断发展和城市化建设的加快，实现水资源的合理利用，保证城市中水资源的可持续利用，进行城市的污水处理十分必要。这些均对水泵有大量的需求，而水泵保护器的作用是对泵体故障后迅速进行报警反馈对泵体进行保护，可以极大的将损失降到最低。但是由于水泵绝缘降低、安装或线路接地问题，电气系统会有漏电流，导致检测装置损坏，本文论述了一种漏电闭锁模块，可以有效地对水利监测装置进行保护，也可避免一些人员触电事故。

关键词：水力监测；漏电闭锁；保护

0 引言

由于潜水泵必须在一定水位下工作，否则会引起潜水泵损坏，这就要求水泵的密闭性必须非常好，加入水泵进水后没有停机，不经过处理，势必会使电机绕组短路烧毁。并且会产生较大的漏电流，危及人身和设备安全。

在水泵电机及其电气配套设施中经常出现的漏电故障主要原因有以下两方面：

（1）由于水泵长期在水下运行，不可避免地会受潮，导致其供电回路绝缘电阻下降；

（2）水泵安装如果不到位，在运行过程中极易造成本体及电缆损伤，也会引起绝缘的下降^[1]。

当有漏电情况发生时，如果不采取任何保护措施，会危及到人身生命安全，同样也会对设备造成损坏。而加装漏电保护器是一个简单而有效的措施。

目前的大多数潜水泵水力监测装置只是根据水泵传出的故障信号对控制系统进行停车干预以及上传报警信号。而缺乏对保护器本身的保护，当有漏电流通过水泵传感器进入到水利监测装置中，一般的漏电保护器是起不了作用的，仍旧会引起水利监测装置的损坏。如果在水力检测装置上加装漏电闭锁模块，可有效地解决此问题^[2]。

1 电路系统组成

此漏电闭锁模块是由整流滤波电路、选择电路、比较电路、输出电路、传感器电流保护电路以及高压隔离电路组成，可实现对水力监测装置及其周边电路的漏电保护。一般情况下漏电流会通过湿度传感器，进入到保护器内部。由于传感器正常输出电流最大为20mA。当产生漏电时，会有接近0.1A的漏电流进入到保护其中，从而引起保护器的损坏。

2 系统设计

此漏电闭锁模块工作电压220VAC，接通电源，内部高压继电器吸合，接通外部检测点，漏电闭锁继电器工作，进行检测漏电闭锁阻值。断开电源，漏电闭锁继电器不工作，高压继电器断开检测点，主回路可以吸合。

整流电路包含交流变压器TR1（220V/10V 1VA）、整流桥B1（2W08）、三端78L05及79L05，电解电容C1（220μF）、C2（220μF）、C3（100μF）、C4（100μF），用来得到稳定的直流±5V电压。

选择电路由拨段开关SW1、电阻R6、R7（2.2k）、发光二极管LD1、LD2组成，用来选择被测主回路电压。

比较电路是整个漏电闭锁装置的核心部分，包含限流电阻R1（81k）、半波整流二极管D1、D2（IN4007）稳压二极管D3、D4，滤波电容C5（1μF）分压电阻R2（10k）、R3（22k）、R4（5.1k）、基准电位器W1、W2以及比较器电路，其中比较器电路包含限流电阻R9、R10（5.1k），二极管D5、D6，反馈电阻R11（5.1k），滤波电容C6（1μF）、分压电阻R12（5.1k）、滤波回路R13（2.2k）及C7（1μF），三极管T2，稳压二极管D7，动作继电器J1。调整基准电位器W1及W2（50k）。我们可以在输入端接入相应阻值电阻，使得在不同电压等级时，当漏电闭锁动作采样值小于基准电阻时，漏电闭锁保护器动作^[4]。

高压隔离电路是为了防止检测过程中高电压蹿入漏电闭锁回路，损坏器件。高压隔离电路由高压继电器K1组成。漏电闭锁继电器电源断开时，漏电闭锁保护器掉电，高压隔离继电器K1失电，触点断开，保护后面的比较电路。其工作原理为：当主接触器断开后，整个系统断电，漏电闭锁模块接入到系统中，如果此时系统有漏电，输出漏电信号，接触器不能吸合，保证了设备和人身安全。

传感器三重过流保护电路包括采样电路和开关电路。采样电路包括电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电压比较器U1、U2、U3连接组成。驱动电路包括电阻R1、R2、R3和开关管Q1、Q2、Q3组成。

R4（62K）、R10（15K）与电压比较器U1的V＋相连，R7（1.8K）、R13（7.5K）与电压比较器U1的V-相连，R4、R7与取压电阻R16（2.7K）、R17（2.7K）相连，电压比较器U1（TLE2142）连接电阻R1（1K）再与开关管Q1连接，这就构成了一重过流保护。R5（30K）、R11（1.5K）与电压比较器U2的V＋相连，R8（1.6K）、R14（6.3K）与电压比较器U2的V-相连，R5、R8与取压电阻R16、R17相连，电压比较器U2连接电阻R2（0.8K）再与开关管Q2连接，这就构成了第二重过流保护。R6（18K）、R12（1.3K）与电压比较器U3的V＋相连，R9（1.5K）、R15（5.1K）与电压比较器U3的V-相连，R6、R9与取压电阻R16、R17相连，电压比较器U3连接电阻R3（0.5K）再与开关管Q3连接，这就构成了第三重过流保护。

图2 漏电闭锁模块电路原理图

3 结语

通过在水力监测装置上增加此漏电闭锁模块，有效地对水力监测装置提供了全方位的保护，保证了设备在较为恶劣的工况下正常使用，使设备故障率从原来的1%降低到0.2%，使设备不仅能提供常规的水力监测功能，还对外围设备起到了一定程度的保护作用，从而提高了生产效率，保证了水厂的安全生产和日常维护。在今后新建水厂的刚性需求以及旧水厂设备的更新均有可观的市场^[5]。

参考文献：

[1]刘国芝，王炳传，樊忠玲，罗文瑞，大功率水泵电动机二次保护器的设计与应用[J].中国科技博览，2014（42）384-384

[2] 孙伟，一种带故障报警的漏电保护器电路设计[J]. 电子测试，2020,7,27-28

[3] 张少杰，彭红玲，矿用产品漏电闭锁检测回路过压故障的分析[J]. 电子世界，2016,3,89-90

[4] 高超，王永立，王东峰，赵思博，殷凡姣，顾强，矿用漏电闭锁装置的设计[J]. 煤矿机械，2015,7,178-180

[5] 汪宏强，董建刚，孙耀潜，论潜水泵保护技术的发展[J].工程技术，2016,12，271-272

作者简介：张宇光（1984.7-），男，工程师，2006年毕业于西安交通大学、工学学士，从事工业自动化控制设计工作，发表论文7篇，Email：250138559@qq.com

通信地址：上海市奉贤区沪杭公路1589号，201401