照明信号综合保护装置讲义.docx
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照明信号综合保护装置讲义
照明信号综合保护装置主变压器
在井下，如果没有照明灯，则到处是一片黑暗，那才是真正的伸手不见五指。
井下的照明除了矿工随身携带的矿灯以外，固定的照明设施就是安装在巷道里的防爆灯了。
这些防爆灯并不像我们在家中使用的灯是220V的，这些灯都是127V的。
由于井下的电源都是660V、1140V的，所以要给这些灯提供电源，还需要一个降压变压器。
由于井下环境特殊，除了要给这些灯提供电源以外，还要进行短路、漏电等故障保护，由此照明信号综合保护装置便应运而生。
也就是我们常说的照明综保。
照明综保的全称是照明信号综合保护装置，为什么还要加上信号两个字哪？
这是因为照明综保除了给照明灯提供电源意外，他还可以给井下使用的语言信号，语音信号提供电源。
在煤矿，经常听到“打点”二字。
也就是在使用绞车等设备时，通过语言信号或语音信号进行联络。
照明综保的内部主要有两大部分组成，一个是降压变压器，另一个便是具有漏电、短路保护功能的磁力启动器。
我们先来讲讲降压变压器。
也就是主变压器。
照明综保的主变压器有4KVA和2.5KVA两种。
他们只是容量上的区别，其外形结构都一样。
容量大的，可以带更多的灯，更多的负载。
照明综保的型号ZXB-2.5ZXB-4后面的2.5和4就是指主变压器的容量。
照明综保的外形：
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照明综保的型号含义：
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照明综保主变压器安装在壳体的最里面。
照明综保主变压器外形图：
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照明综保主变压器接线端子标有高压380/660V的为一次侧，使用电缆线连接到隔离开关上。
标有低压127V的为低压侧，使用电缆线连接到照明综保本体上。
现在给出一个照明综保变压器与本体的连接示意图。
下帖我们讲照明综保主回路工作原理。
点击下图可放大。
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ZBZ-2.5（4）M照明综保主回路工作原理
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我们先来看看照明综保的电路图（点击图片可放大），看上去，这个电路图有点复杂。
其实，如果你不去修综保插件，照明综保和QBZ-80开关原理差不多，甚至说比80开关还简单。
在这个开关讲解的过程中，我会先把综保作为一个整体进行讲解。
这样分析起来就比较简单了。
等大家熟悉了之后，再来讲保护插件的工作原理。
就像我讲80开关原理时使用的方法一样，由浅至深，逐步讲解，争取让每位坛友都能看懂，学会。
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上面这张图就是照明综保的主回路，你可以对照上一贴主变压器连接图来看这张图。
电源接线柱（在接线室内）L1、L2、L3（多数开关标识的是X1、X2、X3）连接到隔离开关上，隔离开关的出来之后，通过两个熔断器连接到主变压器的一次侧。
这样，当合上隔离开关，主变压器的一次侧得电，在二次侧就会感应出127V的电源。
这个127V的电源在通过两个熔断器FU3、FU4连接到交流接触器上，从交流接触器出来，接到负载接线柱U、V、W（多数开关标示为Za、Zb、Zc）同时从W相分出一根线，为Xa，从V相分出一根，为Xb。
U、V、W、Xa、Xb就是接线室内的5个负载小接线柱。
U、V、W是接照明灯用的，Xa、Xb是接信号用的。
当按下启动按钮（为了简化，图中未标出），交流接触器KM吸合。
照明或信号负载就会得到电源工作。
当按下停止按钮，交流接触器KM断开，负载停止工作。
这就是照明综保的主回路工作原理，很简单。
众位坛友先把这个搞清楚了，下一贴，我们将综合保护器的控制回路，也就是按启动按钮，交流接触器KM是如何吸合的。
ZBZ-2.5（4）M照明综保控制回路工作原理
ZBZ-2.5（4）M照明综保控制回路工作原理
上一贴，讲了照明综保的主回路，这一贴讲控制回路。
为了简化原理图，让初学者更容易理解，我们先省略综保插件内部的工作原理。
有的坛友也许会问，不学综保插件的工作原理，怎么维修呀。
其实是一样，我们可以把综保插件看做一个整体，只需要了解他的功能，一样可以修好照明综保。
在实际的工作中，也没有几个人会去修综保的插件，万一插件坏了，都是更换新的。
当然，为了让坛友更好的理解照明综保的原理，我们会在后面介绍综保插件的工作原理。
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上面这张图（点击图片可放大），是照明综保的控制回路。
图中的白色部分，是综保插件的内部结构，虚线下的数字，是综保插件的引脚号。
在主回路中，交流接触器CJ吸合，负载部分Za、Zb、Zc和Xa、Xb就会有电。
交流接触的CJ的吸合，要靠CJ的吸合线圈来驱动。
【交流接触器的工作原理和我们在80开关中讲到的真空接触器的工作原理差不多，都是靠吸合线圈（电磁铁）来带动动触点来进行工作的。
大家可以找一个交流接触器拆开来看看。
我在这里就不讲了，因为太简单了。
】
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交流接触器的线圈要想得到电源，就需要为它提供一个回路。
他的回路如下：
这就是照明综保的控制回路，很简单。
比80开关都简单。
有的坛友又开始疑惑了，既然这么简单的电路就可以使照明综保工作，那剩下的那么多线路是做什么用的，你怎么不讲？
大家别急，剩下的电路就是对照明综保进校保护的。
当照明综保及负载出现漏电、短路、过载、绝缘下降的时候，综保就会跳闸。
这些知识，将在下一贴介绍。
ZBZ-2.5（4）M照明综保控制回路工作原理
上一贴，讲了照明综保的主回路，这一贴讲控制回路。
为了简化原理图，让初学者更容易理解，我们先省略综保插件内部的工作原理。
有的坛友也许会问，不学综保插件的工作原理，怎么维修呀。
其实是一样，我们可以把综保插件看做一个整体，只需要了解他的功能，一样可以修好照明综保。
在实际的工作中，也没有几个人会去修综保的插件，万一插件坏了，都是更换新的。
当然，为了让坛友更好的理解照明综保的原理，我们会在后面介绍综保插件的工作原理。
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上面这张图（点击图片可放大），是照明综保的控制回路。
图中的白色部分，是综保插件的内部结构，虚线下的数字，是综保插件的引脚号。
在主回路中，交流接触器CJ吸合，负载部分Za、Zb、Zc和Xa、Xb就会有电。
交流接触的CJ的吸合，要靠CJ的吸合线圈来驱动。
【交流接触器的工作原理和我们在80开关中讲到的真空接触器的工作原理差不多，都是靠吸合线圈（电磁铁）来带动动触点来进行工作的。
大家可以找一个交流接触器拆开来看看。
我在这里就不讲了，因为太简单了。
】
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交流接触器的线圈要想得到电源，就需要为它提供一个回路。
他的回路如下：
这就是照明综保的控制回路，很简单。
比80开关都简单。
有的坛友又开始疑惑了，既然这么简单的电路就可以使照明综保工作，那剩下的那么多线路是做什么用的，你怎么不讲？
大家别急，剩下的电路就是对照明综保进校保护的。
当照明综保及负载出现漏电、短路、过载、绝缘下降的时候，综保就会跳闸。
这些知识，将在下一贴介绍。
照明综合保护器插件的功能
介绍完照明综保的主回路和控制回路，现在来说说综合保护器插件的功能。
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上面这张图是照明综保指示灯的示意图。
通过了解这几个指示灯的含义，我们就知道综保插件都有哪些保护功能。
绝缘：
电缆绝缘危险指示，当电缆的绝缘低于10KΩ时，保护器动作，指示灯亮。
漏电：
当负载对地绝缘低于3KΩ时，保护器动作，指示灯亮。
运行：
当一切正常，照明综保启动之后，运行灯亮。
照明：
当照明负载发生短路时，保护器动作，此灯亮。
信号：
当线号负载发生短路时，保护器动作，此灯亮。
这些就是保护插件的功能。
它实现的这些功能的原理如下：
（点击图片可放大）
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133变20V的变压器经过插件的6、7脚，为保护插件提供工作电源。
2、5脚是为保护插件执行继电器J的线圈提供电源的。
当有漏电、短路等故障时，保护插件通过2、5脚使直流继电器J吸合，从而切断主交流接触器CJ的控制回路，使主交流接触器释放。
9脚接指示灯LED1
10脚接指示灯LED2
8脚接指示灯LED3
3脚接指示灯LED4
1脚接指示灯LED5
17脚、指示灯的公共端
这些都是为指示灯提供电源的，发生故障时，相应的指示灯有电、发光。
短路保护：
18、19脚接照明回路的电流互感器。
20脚接信号回路的电流互感器。
电流互感器LH的0、Zc、Zb、Xb四个端子通过保护插件的16、18、19、20四脚将主回路中的大电流变换成小的电流信号输入的保护插件。
保护插件将这个小的电流信号与插件设定的电流值进行比较。
当电流大过允许值时。
保护器就会认为主回路有短路现象，便驱动2、5脚输出电源，使直流继电器J吸合，切断主回路。
同时驱动相应的指示灯亮。
漏电保护：
漏电保护分为两种情况，一种是在开关没有吸合之前，线路有漏电现象，这时漏电指示灯亮，开关不能吸合。
这个称之为漏电闭锁。
4、12、13、14这四个引脚是漏电闭锁检测回路。
漏电闭锁的检漏回路是这样的：
从插件的4脚——常闭点CJ5——接线线——大地，如果这是Za、Zb或Zc任意一相有接地故障，则Za（或Zb、Zc）与大地是相通的，回路沿着大地——故障点——Za（Zb、Zc）插件的12或13、14脚进入插件。
为插件的检漏提供了回路。
保护插件就会动作，使直流继电器J吸合，切断CJ的控制回路，使CJ不能吸合。
如果Za、Zb、Zc没有接地现象，检漏回路从插件4脚——常闭点CJ5——接地线——大地，然后就不通了。
检漏回路无法形成通路，保护插件不动作。
另一种情况是，
照明综保不吸合故障的维修
当照明综保不吸合时，我们首先要看一下故障指示灯，如果有故障指示灯亮不吸合，这种故障现象在以后介绍。
我们先来介绍没有故障指示灯亮，但是照明综保就是不吸合故障的维修。
遇到这种故障我们要先看看综保的5个熔断器1RD--5RD是否正常，他们的位置如下图。
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如果这5个熔断器正常，我们用万用表测量一下3RD与4RD之间有没有127V的电压。
如果电压不正常，再测量一下1RD与2RD侧的三相电源是否正常。
如果正常，则检查一下主变压器。
如果不正常，就检查一下隔离开关。
如果3、4RD之间电压正常。
我们按照下面的步骤继续检查：
通过以上几个步骤的检查，基本上就可以排除照明综保不吸合的故障。
照明综保短路试验及短路故障的维修
一、短路试验
按照使用要求，照明综保在连续使用时，应每班进行一次保护性能试验。
就是按下照明综保的试验按钮，按下试验按钮以后，综保的信号短路指示灯、照明短路指示灯、漏电故障指示灯、绝缘故障指示灯全亮。
说明照明综保保护功能正常。
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这一贴我们只讲短路试验，漏电试验下一贴再讲。
短路试验回路如下图中红色线标示：
按下试验按钮TA2，短路试验构成回路。
从保护插件内部电源正极——保护插件的17脚开始——试验按钮TA2——电流互感器0脚——电流互感器Za（Zb、Xb）——保护插件的18（19、20）脚。
为保护插件的短路保护电路提供了一个模拟短路的电源。
保护插件就会保护动作。
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保护插件试验不动作故障的维修：
在进行保护性能试验时，如果按下试验按钮，信号短路指示灯、照明短路指示灯不亮，有条件的话，最好先更换一个保护插件试一下。
更换之后，故障排除，说明保护插件坏了。
更换之后，故障依旧，则可能是综保本体的故障，我们按照以下步骤查找。
二、短路故障的维修
短路故障保护电路如上图中的蓝色线所示。
电流互感器LH将感应到的电流信号，通过16脚——启动按钮QA2——电流互感器0端子——电流互感器内部——端子Zb（Zc、Xb）——保护插件的18、19、20脚，输入到保护插件。
当主回路发生短路故障时，电流互感器就会送给保护插件一个很大信号。
使插件知道主回路短路，从而使继电器J吸合，切断主回路。
短路保护电路常见的故障是：
合上照明综保的隔离开关，就照明或信号短路指示灯就亮，照明综保无法吸合。
遇到这种故障，首先要
照明综保漏电试验及漏电故障的维修
一、漏电试验
按照使用要求，照明综保在连续使用时，应每班进行一次保护性能试验。
就是按下照明综保的试验按钮，按下试验按钮以后，综保的信号短路指示灯、照明短路指示灯、漏电故障指示灯、绝缘故障指示灯全亮。
说明照明综保保护功能正常。
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上一贴我们讲了短路试验及短路故障的维修，这一贴我们将一下漏电试验。
短路试验回路如下图中红色线标示：
按合试验按钮Ta3、TA4。
从保护插件内部电源+极——插件4脚——常闭点CJ5——主接地极——大地——辅助接地极——按钮TA3——插件15脚。
为保护插件的漏电保护电路提供了一个模拟的漏电电源。
保护插件就会保护动作。
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保护插件试验不动作故障的维修：
在进行保护性能试验时，如果按下试验按钮，漏电指示灯和绝缘指示灯不亮，最好先更换一个保护插件。
更换之后，故障排除，说明保护插件坏了。
更换之后，故障依旧，则可能是综保本体的故障，我们按照以下步骤查找：
二、漏电故障的维修
漏电故障分为两种现象，一个是在没有按启动按钮之前，漏电指示灯就亮了，这个是漏电闭锁。
其检测回路为：
电源+极——插件4脚——常闭点CJ5——主接地极——大地——故障点——Za（Zb、Zc）——插件12（13、14脚）。
另外一种情况是按下
集成运算放大器原理
截止到上一贴，照明综保的本体的基本电路我们已经讲解完了。
在以前的帖子中，为了简化照明综保的原理，让坛友更容易理解，我们将照明综保的插件视为一个整体器件，省略了内部的结构原理，只讲了插件各个引脚的功能及其外围电路。
其实对于大多数矿井维修电工来说，讲到这个程度就可以了，已经可以处理大部分的故障了。
因为没有几个人会去修综保插件，坏了，都是整体更换。
但是，为了坛友修炼更高的技术水平，我们现在来粗略的讲一下照明插件的内部机构原理。
在讲这个之前，我们先要说说综保插件内部一个最重要的电子元件，集成运算放大器。
这个刚开始看起来，可能很多人会晕，但是为了提升技术，还是要坚持看下去的，多看几遍就好了：
【转帖】《运算放大器原理》
运算放大器（OperationalAmplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in,single-endedoutput）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：
无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端（OP_P）、一个负输入端（OP_N）和一个输出端（OP_O）。
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图1-1
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（invertinginputnode）连接，形成一负反馈（negativefeedback）组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positivefeedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
开环回路
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图1-2开环回路运算放大器
开环回路运算放大器如图1-2。
当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout=（V+-V-）*Aog
其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loopdifferentialgai由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。
因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。
闭环负反馈
将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。
闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（inverting）放大器与非反相（non-inverting）放大器两种。
反相闭环放大器如图1-3。
假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地（virtualground），其输出与输入电压的关系式如下：
Vout=-（Rf/Rin）*Vin
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图1-3反相闭环放大器
非反相闭环放大器如图1-4。
假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几乎为零，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout=（（R2/R1）+1）*Vin
图1-4非反相闭环放大器
闭环正回馈
将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。
理想运放和理想运放条件
在分析和综合运放应用电路时，大多数情况下，可以将集成运放看成一个理想运算放大器。
理想运放顾名思义是将集成运放的各项技术指标理想化。
由于实际运放的技术指标比较接近理想运放，因此由理想化带来的误差非常小，在一般的工程计算中可以忽略。
理想运放各项技术指标具体如下：
1．开环差模电压放大倍数Aod=∞；
2．输入电阻Rid=∞；输出电阻Rod=0
3．输入偏置电流IB1=IB2=0；
4．失调电压UIO、失调电流IIO、失调电压温漂
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、失调电流温漂
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均为零；
5．共模抑制比CMRR=∞；；
6．-3dB带宽fH=∞；
7．无内部干扰和噪声。
实际运放的参数达到如下水平即可以按理想运放对待：
电压放大倍数达到104～105倍；输入电阻达到105Ω；输出电阻小于几百欧姆；外电路中的电流远大于偏置电流；失调电压、失调电流及其温漂很小，造成电路的漂移在允许范围之内，电路的稳定性符合要求即可；输入最小信号时，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；带宽符合电路带宽要求即可。
运算放大器中的虚短和虚断含意理想运放工作在线性区时可以得出二条重要的结论：
虚短
因为理想运放的电压放大倍数很大，而运放工作在线性区，是一个线性放大电路，输出电压不超出线性范围（即有限值），所以，运算放大器同相输入端与反相输入端的电位十分接近相等。
在运放供电电压为±15V时，输出的最大值一般在10～13Ｖ。
所以运放两输入端的电压差，在1mV以下，近似两输入端短路。
这一特性称为虚短，显然这不是真正的短路，只是分析电路时在允许误差范围之内的合理近似。
虚断
由于运放的输入电阻一般都在几百千欧以上，流入运放同相输入端和反相输入端中的电流十分微小，比外电路中的电流小几个数量级，流入运放的电流往往可以忽略，这相当运放的输入端开路，这一特性称为虚断。
显然，运放的输入端不能真正开路。
运用“虚短”、“虚断”这两个概念，在分析运放线性应用电路时，可以简化应用电路的分析过程。
运算放大器构成的运算电路均要求输入与输出之间满足一定的函数关系，因此均可应用这两条结论。
如果运放不在线性区工作，也就没有“虚短”、“虚断”的特性。
如果测量运放两输入端的电位，达到几毫伏以上，往往该运放不在线性区工作，或者已经损坏。
重要指标
输入失调电压UIO
一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。
但实际上集成运放的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。
输入失调电压是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压。
实际上是指输入电压为零时，将输出电压除以电压放大倍数，折算到输入端的数值称为输入失调电压,即
UIO的大小反应了运放的对称程度和电位配合情况。
UIO越小越好，其量级在2mV~20mV之间，超低失调和低漂移运放的UIO一般在1μV~20μV之间
输入失调电流IIO
当输出电压为零时，差分输入级的差分对管基极的静态电流之差称为输入失调电流IIO，即
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由于信号源内阻的存在，IIO的变化会引起输入电压的变化，使运放输出电压不为零。
IIO愈小，输入级差分对管的对称程度越好，一般约为1nA~0.1μA。
输入偏置电流IIB
集成运放输出电压为零时，运放两个输入端静态偏置电流的平均值定义为输入偏置电流，即
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从使用角度来看，偏置电流小好，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小，故输入偏置电流是重要的技术指标。
一般IIB约为1nA~0.1μA。
输入失调电压温漂△UIO/△T
输入失调电压温漂是指在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量的比值。
它是衡量电路温漂的重要指标，不能用外接调零装置的办法来补偿。
输入失调电压温漂越小越好。
一般的运放的输入失调电压温漂在±1mV/℃~±20mV/℃之间。
输入失调电流温漂△IIO/△T
在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值称为输入失调电流温漂。
输入失调电流温漂是放大电路电流漂移的量度，不能用外接调零装置来补偿。
高质量的运放每度几个pA。
最大差模输入电压Uidmax
最大差模输入电压Uidmax是指运放两输入端能承受的最大差模输入电压。
超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区，而使运放的性能显著恶化，甚至造成损坏。
根据工艺不同，Uidmax约为±5V~±30V。
最大共模输入电压Uicmax
最大共模输入电压Uicmax是指在保证运放正常工作条件下，运放所能承受的最大共模输入电压。
共模电压超过此值时，输入差分对管的工作点进入非线性区，放大器失去共模抑制能力，共模抑制比显著下降。
最大共模输入电压Uicmax定义为，标称电源电压下将运放接成电压跟随器时，使输出电压产生1％跟随误差的共模输入电压值；或定义为下降6dB时所加的共模输入电压值。
开环差模电压放大倍数Aud是指集成运放工作在线性区、接入规定的负载，输出电压的变化量与运放输入端口处的输入电压的变化量之比。
运放的Aud在60～120dB
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