80开关综保及真空馈电开关的结构原理及其常见故障的处理解析.docx
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80开关综保及真空馈电开关的结构原理及其常见故障的处理解析
课程名称
80开关、综保及真空馈电开关的结构原理及其常见故障的处理
审阅人
课程类型
理论课
学时
2个
授课时间
授课对象
井下维修电钳工
班级名称
教学目标
悉掌握开关的原理及开关简单故障的诊断与处理，从而在实际工作中减少开关的故障率，增强业务水平、应急处理能力和安全意识，达到实现安全生产的目的。
教学重点
QBZ-80N真空电磁启动器的常见故障及处理方法。
教学难点
QBZ-80N真空电磁启动器的技术参数、结构原理。
授课方法
讲授、实际操作
教具仪器
QBZ-80开关、黑板
教学过程
附记：
参考资料：
1、防爆电器概论（第二版）
2、煤矿井下电钳工操作资格培训考核教材
3、百技网《QBZ-80开关常见故障维修秘籍》
4、快速排除QC83-80型开关常见故障
第一节
QBZ-80开关简介及工作原理
学时：
1学时
教学环节
课堂主要教学内容
教学程序设计
时间分配
目标
熟悉掌握开关的原理及开关简单故障的诊断与处理，从而在实际工作中减少开关的故障率，增强业务水平、应急处理能力和安全意识，达到实现安全生产的目的。
重点：
QBZ-80N真空电磁启动器的技术参数、结构原理。
难点：
QBZ-80N真空电磁启动器的技术参数、结构原理。
教学内容
第一节执行标准及特点
QBZ-80、120、200/1140（660）矿用隔爆型真空电磁起动器（简称起动器）执行标准为Q/HWT63-2005、MT111—1998《矿用防爆型低压交流真空电磁起动器》，隔爆型式为“ExdI”。
起动器采用快开门结构，结构简单合理，操作方便，本体采用立板式，使用简单的控制线路，便于维护。
起动器远距离起动和停止负载，具有过载、断相、短路、漏电闭锁检测等保护功能。
第二节主要用途及适用范围
QBZ-80、120、200/1140（660）矿用隔爆型真空电磁起动器（以下简称起动器）适用于控制交流50HZ、电压为1140V或660V、容量在296KVA以下的防爆电气设备（如：
水泵、局部扇风机等）。
可用于煤矿井下或其它周围空气中含有爆炸性气体（如：
甲烷）的工矿企业中，但其周围空气中不得含有腐蚀金属和破坏绝缘的活动性化学物质。
第三节型号含义
型号中的大写字母代表起动器的型式及其特征，主要参数由阿拉伯数字表示。
示例：
额定主电压为1140V备用电压为660V、额定电流为80A的矿用隔爆型真空电磁起动器，其型号标记为：
QBZ—80/1140（660）。
第四节技术参数
电源电压不低于额定值的75%，起动器应能可靠的工作；电源电压超过或达到额定值的10%时允许短时工作。
起动器的技术参数
第五节外形尺寸
重量：
68㎏
尺寸：
790×560×645
QBZ-80、120/1140（660）D外形图
第六节结构原理
结构、原理及电流整定说明按以下说明进行：
结构：
起动器外壳采用圆形快开门结构。
内部装一块控制底板，底板的正面装有一个真空接触器、一个中间继电器、电机综合保护器和熔断器，底板的背面装有隔离开关、阻容过电压吸收器、控制变压器和停止按钮。
起动器的盖子和隔离开关的手柄有机械闭锁，保证断电源后开盖，未盖上盖子不能送电。
工作原理：
按电机运转方向的要求，合上隔离换向开关QS，电源接入控制变压器初级得电，次级9、4两端输出36V交流电，使JDB得电，漏电检测开始。
当主回路对地绝缘电阻符合要求时，JDB内继电器工作，常开点3、4接通，真空接触器可投入使用，否则接触器不能投入使用。
当就地自控或集中控制时，按下启动按钮SB1，ZJ吸合，36V电源经ZJ1接点，使真空接触器线圈KM（CKJ）吸合，常闭ZJ2打开，这样当磁力起动器工作时，负荷端电压不会通过33号线进入JDB内，当真空接触器主触头接通，接触器线圈KM呈吸合状态，这时KM2常开闭合自保。
运行中如发生短路、过载或断相等故障，则JDB动作切断ZJ的供电线路，使真空接触器KM立即分断。
停止时，按下停止按钮SB2，ZJ断电，ZJ1打开，真空接触器KM断开，停止对电机供电。
原理及电流整定：
保护器由传感组件、保护插件和面板等组成。
面板上设有电流整定波段开关、高低档拔动开关、试验拔动开关及接线端子。
传感器组件电路由电流互感器A、B、C，电阻器R1-R9，电容器C3-C5，二极管D3、D5、D6、D10-D15等组成。
通过电流互感器和取样电阻R1-R6电流信号转变成电压信号，再经过二极管D3、D5、D6整流和C3-C5滤波变成直流信号电压，它基本上与互感器一次侧电流成正比例关系。
信号电压经波段开关输出。
D10-D15—组成断相检测电路，当某一相无电流，该相取样电路相接的那端电位升高，经稳压管、三极管输出断相信号。
波段开关SA和电阻IR1-IR11组成了电流整定电路，它利用串联电阻的分压作用使得整定在任一档时都能保证在额定负载时输出同样的信号电压VA。
（面板上A点）
过载保护：
过载保护电路由信号比较放大电路，延时电路、定时鉴幅电路等组成。
在额定负载下，VA信号电压为+3V，它与设定的比较电压3V相平衡。
因而输出端VB（面板上B点）也为0V。
运算放大器11脚输出为高电平。
当发生过载时，VA信号电压升高。
1.2倍过载时，VA为3.6V,VB为3V（此电压由22K可调电位器调整）经过由R28、R24、D16、C1组成的延时电路延时约5-20分钟，充电到12脚的门槛电压，11脚输出变为低电平，经D17使三级管Q1截止，继电器K释放，电磁起动器跳闸，电动机得到保护。
当1.5倍过载时，VA为4.5V,VB为7.5V，经过由R28、DB8、D16、C1组成的延时电路约延时1-3分钟，充电到12脚的门槛电压，11脚输出变为低电平，Q1截止，继电器K释放，起动器跳闸，保护了电动机。
当电动机起动时，起动电流约为6倍额定电流，VA约为18V，它直接经DB5、R26、D16向C1充电，如果电动机起动正常，则VA很快降低为额定负载下的信号电压，如果电动机经8-16秒仍未能起动，由C1充电到13脚的门槛电压，输出变为低电平，Q1截止，继电器K释放，起动器跳闸，保护电动机免于烧毁。
当电机保护动作后，主电路断电，VA信号电压回零，VB输出为零，电容C1上的电压通过R22、DB8、R28放电，约2分钟后，11脚输出变为高电平，Q1导通，继电器K又吸合，允许起动器再次启动。
此过程称复位。
短路保护：
短路保护电路由运算放大器5、6、7脚及Q2等外围电路组成。
当发生短路时VA约为24V，经过DB9、R16、R15分压后加到运算放大器的5脚，经R14、C9短延时达到触发电平输出翻转成正电平，经过Q2使Q1截止，继电器K释放，开关跳闸，实现了短路保护。
输出端的正电平通过R47、D8反馈到同相输入端，使得在短路信号消失后，也不会自动复位，即实现了自锁，只有断开36V交流电源，重新送电后，输出才又恢复为正电平。
漏电闭锁保护：
漏电闭锁保护电路由运算放大器1、2、3脚及其外围电路组成。
在起动器释放时，+15V电源通过R40、D19辅助常闭接点对电动机及其供电线路的对地绝缘电阻进行监测。
当绝缘电阻较高时，经分压后，得到较高电压输入到同相输入端，其输出为负电平。
当绝缘电阻下降到低于规定的漏电闭锁电阻动作值时，R39端电平下降，输入到集成块的同相输入端的电压低于门槛电压，1脚输出变为正电平，Q2导通，Q1截止，继电器K释放，电磁起动器不能起动，实现了漏电闭锁。
电源：
保护器的电源电路由交流稳压和直充稳压两级构成。
D4、D43、R44组成交流稳压电路，输入到集成稳压器，输出稳定的+15V直流电源。
合上隔离开关QS，此时若负荷电路无漏地故障，得电吸合，按下起动按钮，中间继电器ZJ吸合，接触器KM（CKJ）吸合，电机运转。
按下停止按钮，接触器失电释放，电机停转。
QBZ-80开关JDB-80-A型电动机综合保护器
QBZ-80开关中起保护作用的是JDB-80-A型电动机综合保护器，这是最常用的一种保护器。
QBZ-120开关中是JDB-120-A型，QBZ-225开关中是JDB-225-A。
这三种型号的保护器外型、结构、功能以及接线方式都是一样的，区别仅在于额定电流不一样。
2012-1-420:
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JDB-80-A
图17JDB-80-A电动机综合保护器
电动机综合保护器在使用中的安装接线如图18中红线所圈的地方。
保护器的底端是三个电流互感器（图17中底部黑色的塑料壳内），三条铜排穿过电流互感器线圈，铜排的一端与真空接触器的主触点连接，另一端与负荷接线端子U、V、W相连（图18中 1#红圈。
这样保护器就可以对主回路中的电流进行取样。
保护器有5个控制线接线端子，分别是3、4、9、33（分为660V和380V两个端子）。
它们的接线如图18所示，3和4号端子的接线如红圈2所以。
圈2中标着JDB的触点，就是保护器内部的一对触点。
9号线接变压器上的9号端子。
33号线是检漏端子，通过主接触器的一对常闭触点KM3和中间继电器的一对常闭触点ZJ2接到负荷端U、V、W任一相即可。
33号线两个端子的区别是：
当设备额定电压是660V时，接到660V端子上，额定电压是380V，就接到380V端子上
保护器的工作过程是：
4、9号线为保护器提供了工作所需的电源。
合上隔离开关之后，保护器工作，首先通过33号线检查设备及线路是否漏电，如果检测到设备有漏电现象，则红圈2中的3、4号接点不闭合（即JDB保护器内部的继电器不吸合），启动控制回路，则无法启动。
如果检测到设备的绝缘良好，没有其他故障，则3、4号接点闭合。
为开关的启动做好准备。
这时按启动按钮，中间继电器吸合，真空接触器吸合。
真空接触器吸合以后，与33号线连接的KM3和ZJ2常闭接点断开，切断了JDB的漏电检查回路。
这时，即使设备漏电，80开关也不会跳闸。
这时的漏电保护由80开关上一级的馈电开关来完成。
这种在开关合闸之前首先检查设备绝缘情况，绝缘低于要求时，开关不能合闸的功能叫做漏电闭锁。
大家一定要和漏电保护区分开来。
80开关吸合之后，设备工作。
JDB保护器通过电流互感器（见图17）对开关主回路的工作电流进行取样。
然后与设定的电流进行比较。
当设备的工作电流大于JDB设定电流的8倍（一般都是8倍，有的智能型综合保护器可以对倍数进行设定），JDB保护器就会认为主回路有短路现象，立即断开3、4接点，开关跳闸。
当主回路电流大于设定电流的1.05倍以上，8倍以下时，JDB保护器会认为设备有过载现象，然后延时一段时间，如果主回路的电流还没有降下来，保护器就会断开3、4点。
延时时间根据过载倍数来定，过载倍数越大，延时时间越短。
过载倍数越小，延时时间较长。
这叫过载保护的反时限特性。
图18电动机综合保护器在原理图中的接线
JDB-80-A保护器的设定：
电流设定：
保护器的电流大小设定值一般与被控制设备的额定值一样或稍大即可。
例如，被控制电机额定电流为39A，如果保护器的电流档有39A，则调至39A即可。
如果没有，可以调到40A。
电流调整方法：
在电流调节旋钮的每一个档位上都有两个数值，其中一个数大，一个数小。
数大的为高档，数小的是低档。
对应的选择开关就是高低档开关（图17）。
试验按钮：
为了确保保护器的可靠运行，要定期对保护器进行试验，以检测保护器的好坏。
过载与短路试验，需要在开关吸合之后，将试验开关拨至短路或过载试验位置。
短路试验，开关会立即跳闸。
过载试验，开关会延时一段时间才会跳闸。
过载试验之后，如果立即将试验开关拨至“正常”位置。
3、4点也不会立即闭合。
这是需要按一下复位按钮，3、4点才会复位。
有的JDB保护器没有复位按钮，可以将隔离开关扳至“停”的位置。
稍等一会即可。
漏电闭锁试验时，需要将试验按钮先拨至“漏电”位置，然后在按启动按钮，如果此时保护器动作，开关不能吸合，说明保护器正常。
图19两台QBZ-80开关连锁控制
图19中蓝色框内的电路是连锁控制功能电路。
虽然这个电路并不常用，但既然有了这个电路，我也讲解一下他的原理及使用方法。
功能：
图中的开关一作为主控开关，开关二是连控开关。
当开关一吸合时，开关而自动吸合，当开关一释放时，开关二自动释放。
接线方法：
用电缆将第一台开关的十三号线与第二台开关的1号线连接，第一台开关中与KM4相连的di端子接地，第二台开关中的9号线接地。
两台开关主电源L1、L2、L3用四芯电缆并联，四芯电缆的接地芯线将两台开关外壳的接地端子（di）相连。
连接之后的等效图如图19中的绿色连线所示。
工作原理：
第一台开关按启动按钮，真空接触器吸合，同时真空接触的辅助触点KM4闭合，接通了第二台开关的控制回路，第二台开关随即吸合，其回路为：
电源端子4——JDB保护器端子——3号线——中间继电器线圈——6号线——停止按钮SB2——1号线——第一台开关13号线——第一台开关停止按钮——第一台开关辅助触点KM4——第一台开关di端子——第二台开关9号端子——电源另一端。
图20 QBZ-80开关照明及阻容保护回路
图20中上面的红色框所圈的为80开关的照明电路，利用这个电路，可以外接一个36V的照明灯，其接法如图中绿色线所画的那样。
但实际上这个电路没有什么用途，不知道当初设计这个电路的初衷是什么，也许是为了应急照明吧。
阻容保护电路在上图中已经圈出，圈出的电路是他的简化画法。
实际元件的组成如下图，虚线框内是阻容元件
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他的实物及接线如下图
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阻容吸收器的作用：
阻容吸收器的主要作用是为了吸收主回路中的浪涌电压，防止主回路电压突然升高对元件造成损害。
我们可以想象一下，在一条河中，有一个闸门，闸门的上方有水，下方没有谁。
在没水的河床中有一棵树。
如果这是突然打开闸门，水对小树的冲击力是非常大的。
如果在小树的旁边，挖一个很大的水库。
这时再突然打开闸门，汹涌的水浪会首先涌进水库里，由于水库较大，水会慢慢上涨，水库满了之后，水才慢慢的流向小树，这时水浪对小树的冲击力已经非常小了。
阻容吸收器就相当于小树旁边的水库。
电动机在刚启动和停止时，会产生很高的反向电动势。
有了阻容的保护，就可以有效减小反向电动势对回路中元件的损害。
简要介绍QBZ-80开关的特点、用途、使用范围
理解QBZ-80型号含义
了解80开关的技术参数，对技术参数有一个基本印象
了解外形尺寸，实际以现场实测为准
本部分为重点，职工必须对开关内部结构有深刻理解，各元件功能和状态必须认识清楚。
工作原理讲解要一点一点进行，遇到职工听不懂或者无法理解的要及时记录下来反复讲解。
本部分主要讲解综合保护器JDB-120-A型的工作原理和工作过程，本部分必须深刻理解，现场实际操作指导
5分钟
5分钟
5分钟
10分钟
5分钟
30分钟
回顾：
1、QBZ—80/1140（660）型号含义？
2、简述80开关主要结构？
回顾本节课的学习内容
作业：
1、QBZ—80/1140（660）型号含义？
2、简述80开关主要结构？
板书：
1、标注QBZ—80/1140（660）型号含义
2、画出80开关主要结构，并标注名称
第二节
80开关常见故障及处置
学时：
1学时
目标
熟悉掌握开关的原理及开关简单故障的诊断与处理，从而在实际工作中减少开关的故障率，增强业务水平、应急处理能力和安全意识，达到实现安全生产的目的。
重点：
QBZ-80N真空电磁启动器的技术参数、结构原理。
难点：
QBZ-80N真空电磁启动器的技术参数、结构原理。
教学环节
课堂主要教学内容
教学程序设计
时间分配
主要授课内容
80开关常见故障
80开关常见的故障有：
1、通上电不吸合
2、通上电，虽然有吸合的现象。
但是电磁铁吸不动衔铁。
3、启动时，接触器衔铁呈连击状态，吸合不上。
4、吸合以后有较大的嗡嗡（交流）声
5、起动后电机稍负重几分钟内停机或无法起动
6、吸合与释放动作慢。
7、线圈发烫或烧坏。
各故障处置方法
第一种通上电，按启动按钮，开关不吸合。
有些故障，其实不是故障。
只是由于使用者的粗心，开关没有设置好。
如果是新安装的开关遇到这情况：
（1）、应首先检查远近控开关（2、5号线的钮子开关）位置是否正确，没有钮子开关的，看看2、5号线短接了没有。
（2）、2、9号线连接了没有，是不是都接地了，
（3）、电动机综合保护器的试验开关位置是否正确，如果拨到试验位置了，保护器会动作致使无法吸合。
（4）、熔断器有没有松动，由于运输中的颠簸，经常会是熔断器松动，接触不良。
（5）、如果是远控，按钮接线是否正确。
（6）、控制变压器一次侧的电源电压选择位置是否正确。
现在的开关多数都是两种电压。
如1140V和660V。
如果以上设置全部正确，还是不吸合，我们就按照使用中出现故障的方法来处理，如下。
如果正在使用的过程中，80开关突然不吸合了，我们按照以下步骤来处理：
（1）、打开开关腔盖子，首先看看熔断器有没有烧坏或松动，因为熔断器在开关的前面板。
我们要先检查明显处、易损坏的元件，避免盲目乱拆。
检查熔断器是，最好是用万用表测量一下熔断器两个接线端子的通断情况，有的时候，看着熔断芯是好的，但实际上两个接线端子却不通。
熔断芯与熔断器接触不良就会出现这种情况。
（2）、如果熔断器完好，可以将电动机综合保护器的3、4号线短接之后通电试验。
要是吸合了，说明电动机综合保护器坏了。
如果还不吸合，3、4号线暂时不要拆开，按照下面的步骤继续查找。
（3）、停掉隔离开关，用万用表欧姆档测量真空管上部的三相电源是不是有两相是通路的，如果通，说明控制变压器一次侧回路正常。
再用万用表测量电动机综合保护器上的4、9号线是否通路。
如果通，说明控制变压器二次绕组回路正常。
如果这两次测量有一个不通的，都要检查控制变压器是否损坏。
（4）、如果两次测量都通。
合上隔离开关，用万用表测量真空管上部的三相电源电压是否正常，电动机综合保护器上的4号线与9号线之间是否有36V电压。
如果三相电源不正常则检查80开关的供电电源以及隔离开关。
（5）、如果三相电源正常，4、9号线之间却没有36V电压，则有可能是控制变压器烧坏了，或是匝间短路。
（6）、如果4、9号线之间有36V电压，说明控制电源正常，则问题还是出在控制回路上。
现在看图分析。
（7）、36V控制电源正常，问题可能出在中间继电器、停止按钮、启动按钮以及2、5线的钮子开关上。
（8）、测量中间继电器的线圈及3、6号线是否通路，如果通，说明中间继电器应该没问题。
（9）、如果停80开关的上级电源方便的话，将80开关的整个电源停掉（即80开关的所有部件都不带电）。
然后合上隔离开关（只有合上隔离开关，停止按钮才能复位）。
测量6、1号线是否通路，如果通路，说明停止按钮正常。
不通，则检查停止按钮。
（10）、按下启动按钮，测量1、2号线是否通，如果不通，检查启动按钮与钮子开关。
第二种通电以后，虽然真空接触器有吸合的现象。
但是电磁铁吸不动衔铁现象的处理。
出现这种现象，主要由于以下原因造成的，我们逐一介绍其检查方法：
1、真空接触器上的辅助触点KM4接触不良，用万用表测量其接点通断情况（如下图箭头所示）。
2、整流桥损坏。
用万用表逐一检查整流桥中的四个二极管是不是有坏的。
3、真空接触器电磁铁与衔铁之间有异物，这个故障原因也是经常出现的。
接触器的工作的时候会有震动。
时间长了，接触器上方的一些小螺栓会脱离，电磁铁与衔铁工作时间长了之后，多少会有些剩磁。
落下的小螺栓会被电磁铁吸住，卡在电磁铁与衔铁之间，致使衔铁不能吸合。
4、变压器一次侧电源电压选择不正确。
如果变压器一次的电压选择端子接在了1140V上，而实际电源是660V的，会使控制电压降低，不够36V。
电磁铁吸力减小。
5、电磁铁线圈匝间短路。
检查电磁铁线圈外面的绝缘纸是否发黑。
6、真空管的真空度下降。
由于真空管室是真空，所以大气压会使动触点向静触点方向运动，由于接触器 L 型板上外加弹簧的力才是他们不至于闭合。
如果真空室的真空度下降，真空管吸合时则需要的更大的力。
检查真空管真空度的方法，一般都需要专用仪器，在现场不容易做到。
第三种启动时，接触器衔铁呈连击状态，吸合不上。
1、电源线路板有问题，更换电源线路板
2、线圈有问题，更换线圈
3、磁极芯表面有异物，清理异物
4、辅助开关转换位置不对，调整开关位置
第四种接触器吸合之后，噪声大。
接触器吸合噪声大，一般出现在中间继电器等交流接触器中。
当遇到中间继电器噪声大的时候，可以讲中间继电器的吸合线圈部分拆开，看看：
（1）衔铁吸合面是否锈蚀，可以用细砂纸打磨一下，然后往结合面涂上薄薄的一层润滑脂（即黄油通常指锂基脂、钙基脂等）。
（2）短路环是否断裂，或有裂纹。
这个只能更换继电器了。
如果你能找个短路环换上，或使用铜焊焊上也行。
（3）两个衔铁结合不平整等。
如果没有发现上面两种情况，那么可能就是由于接触面接触不好造成的，可以向结合面涂点润滑脂，但是一定不要太多。
涂多了，会造成继电器无法分开。
第五种启动后，运行一段时间就跳闸。
出现这种情况首先检查电动机综合保护器的电流整定值是否和所带负载相符，再检查负载是不有故障。
真空管的同期度、触点间隙、超程是真空接触器可以调整的项目。
不过一般的维修是不需要调整真空管的，因为出厂时厂家已经调好，并在调整螺栓上点了红漆，警告你不要随便乱动。
但是当真空管出了故障，更换完真空管之后，就需要对这三个项目进行调整了。
下面说说这三个词的含义，再说说调整的方法。
触点间隙：
当然是分闸的时候，动触点与静触点一件的间距了。
超程：
当接触器吸合的时候，并不是衔铁与磁铁紧密结合之后，动静触点才闭合的。
衔铁运行途中（如下图箭头2所指的上边的那条线的位置），动静触点就已经闭合了。
然后衔铁继续运行，使弹簧（箭头1所指）下压。
衔铁吸合到位之后。
弹簧的压力会使动静触点接触的更好。
衔铁从动静触头接触时的位置，到吸合之后，两位置之间的行程，就是超程。
如下图两条红线之间的距离。
同期度：
就是3对动静触点闭合的时间差。
实际上，这三个真空管不可能在同一时间闭合，总会有一个先闭合，一个后闭合，虽然这个时间差很小，也许只有几微秒。
当然这个时间差越小越好。
第六种真空接触器吸合时，动作缓慢。
出现这种故障常见的原因有电源电压低。
有的时候是由于控制变压器的原边的电压选择端子错误造成的，这个比较好处理。
我还遇到过一种现象：
我矿刚购买的一批新的80开关，在下井之前，通电试验，一切正常。
可是下井之后，多个区队反应，开关吸合缓慢，有的甚至吸合不上。
于是上井运到我单位维修，但通电试验仍正常。
下井之前，我们都将变压器一次侧的电源根据他们的需要调
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