电气控制系统中保护环节的实践与应用

窦岩

（鸡西大学，黑龙江 鸡西 158100）

电气控制系统中保护环节的实践与应用

窦岩

（鸡西大学，黑龙江 鸡西 158100）

文章主要说明电气控制系统中常见的保护环节有电压保护、电流保护、过载保护、位置保护、自动控制保护，以及电气控制系统保护环节设计和实践中容易出现的误区及相应的措施。

电压保护；电流保护；保护环节

在现代工业生产控制中，电气控制系统除了尽可能满足生产机械加工工艺要求外，还要保持设备长期安全、可靠、无故障运行，消除有害因素的影响，避免事故发生。因此，如何更好地选择设置保护环节是电气控制系统的重要部分。电气控制系统中常见的保护环节有电压保护、电流保护、过载保护、位置保护、自动控制保护等。

一、电气控制系统中常见的保护环节

（一）电压保护

工业生产自控系统中的各种设备在额定电压下工作才能发挥更好的性能，电压过高、过低或因故断电，都可能导致设备的损坏或事故的发生，所以在系统设计时，一定要根据工艺要求设置电压保护环节。

失压保护：设备正常运行时，因为电源电压突然消失而导致设备停止运行，一旦电源电压恢复正常，设备可能自动运行，从而造成设备损坏或人身事故。失压保护环节是为了防止电压恢复时设备自行启动投入工作而设置的。欠压保护：当用电设备电源电压降至额定值的60%-80%时将电源切断，使电路停止工作的环节。过电压保护：电磁铁等大电感负载和直流电磁机构、直流继电器等在通断时会产生较高的感应电动势，造成电磁线圈被击穿损坏。通常是在线圈两端并联一个电阻、电阻串接电容或二极管串接电阻，形成一个放电回路，实现过压保护，也可以采用过压保护器。

（二）电流保护

电流保护主要是指短路保护、过电流保护和过载保护、短路保护。短路时产生的瞬间电流是额定电流的十几至几十倍，使电气控制线路中的设备或线路的绝缘遭到损坏，还有负载短路和接线错误时都产生短路故障。电气设备或配电线路可能会因为短路电流造成控制电路损坏，甚至产生电弧，引起火灾。因此短路保护要求在短路故障产生后极短时间内切断电源，常用方法是在线路中串联熔断器或采用空气开关。过电流保护：一般情况下过电流比短路电流要小很多，是电动机额定电流的1-6倍。通常用过电流继电器作为测量元件，接触器作为执行元件断开电路。

二、电气控制系统保护环节设计和实践中容易出现的误区

（一）设计容量选定偏差

在设计电气控制系统保护环节的时候，一般是根据用电设备的标牌的额定数据进行选择，但是有些用电设备由于特殊原因，共用一路动力电源（即使用同一个空气开关）甚至同一台接触器，这种情况下，我们的设计人员在对保护设备的选择容量上容易出现选定偏差。维护检修人员在工作时也容易出错，例如忽视了另一用电设备的存在。

（二）保护概念的混淆

短路保护和过流保护概念混淆、过载保护与欠压保护混淆等。短路保护设备不能当作过流保护使用，因为它本身的保护定义有本质区别，短路保护要求具有瞬动特性，短路的瞬时故障电流达到额定电流的几倍到几十倍，要求在短时间内切断电源。而过电流保护只要过电流值达到整定值，保护电器立即切断电源。过载保护是采用热继电器FR与接触器KM配合动作的方法完成保护的。过载保护要求保护电器具有反时限特性，即根据电流过载倍数不同，其动作时间是不同的，它随着电流增加而减小。

（三）维护检修中出现的违规操作

经济效益是企业追求的最主要目标，但是我们不要忘记工业生产安全第一的原则。在对电气控制系统维护检修时，一定要按操作规程作业。在实际工作中容易出现的问题有：为迅速恢复电气控制系统正常运行，将必要的保护环节取消，导致某些电气设备在运行时处于无保护状态，这时很容易出现设备损坏或其他事故。为作业方便，在更换保护电气设备时，使用超出额定值的保护设备（例如热继电器、空气开关、接触器等），这时动力设备（电机）容易出现工作参数超出额定值时没有起到保护作用而损坏设备。实践工作中最容易忽视的问题是：对保护设备的完好程度不进行定期检查更换，有些保护电器设备由于长时间使用，其各项指标下降、保护性能降低，从而降低了电气控制系统运行的安全系数，容易发生事故。

三、电气控制系统保护环节实现的有效措施和方法

（一）概念定义的准确掌握

这是电气控制保护环节的基础，只有准确地掌握好各种保护的概念定义，才能科学合理地设计和应用。

（二）一定要深刻理解系统所要实现的工艺要求和目的

根据工艺要求设计过程保护环节，不仅对设备，更要对生产的产品质量控制过程应用经济、合理的保护环节。

（三）设置保护软环节

例如告警指示、人机界面、智能判断修复等较复杂的保护环节设计，当然，这些可以应用在大中型生产的电气控制系统，或要求精度等级特别高的产品生产线上，一般小型控制系统没必要投入费用很高的保护环节。

（四）对特殊部分做重点强调或详细说明

在设计保护环节时，必要情况下要对特殊部分做重点强调或详细说明，避免在施工过程中忽视。

（五）设备标识要清晰准确

在实践维护过程中，设备标识要清晰准确,维护人员要准确掌握电气控制原理和保护环节，避免在更换电气元件时出现错误。在检查作业时应遵循以下步骤：总观全局，从用电设备的主电路查起（从空气开关到设备的输入端），不要遗漏环节。对保护对象进行独立分析，选择适宜的保护设备。再总观系统查看额定参数，是否与工艺要求相符。

（六）进行定期检验和更换

根据实际情况，制定保护电器设备定期检修维护计划，对其进行定期检验和更换，保证保护电器的完好。

四、自动控制保护系统在实践中的应用

在电气控制系统中，常要对生产过程中的温度、压力、流量、运动速度等设置必要的控制与保护，要控制关键的物理量在一定的范围以内，以保证整个系统的安全运行。当压力、流量未达到规定范围内时，可能损坏器件，这时我们采用压力开关和流量继电器进行保护，或者设置反馈环节进行调整。例如在流量控制中，将流量信号作为流量控制的反馈信号，设定范围使其保持稳定。压力保护控制也是同理。

在电气控制系统中，根据不同的工作情况，对用电设备采取一种或几种保护措施。保护设备有很多种类，对于同一保护要求，可以选择不同地点保护元件。选择时，不但要考虑用电设备容量和电路以及保护设备自身特性，还要兼顾长远发展、经济性等问题。

五、未来电气控制保护系统发展趋势与展望

随着控制技术的不断发展，电气控制保护系统将向集成化、智能化方向发展，对保护控制的精准度会越来越高，稳定、快速、准确是电气控制保护系统的基本要求。对于工业生产，保护系统是保证生产设备、生产过程、产品质量、安全生产的最主要途径，所以在未来的工业生产电气控制系统中，保护环节将起到决定性作用，对生产工艺设计时，保护环节的设计贯穿出于整体控制环节。相继出现了FCS（总线控制系统）和PAC（可编程智能控制器），其中以FCS为核心的总线控制技术在很多领域已经有了成熟的应用，可以满足现代生产控制的要求，而PAC还处在起步阶段，相信在不久的将来会普及应用。由此可见，电气控制系统的保护环节将朝着总线化、智能化方向发展，必将引领电气控制领域新的变革。

TM

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1673-0046（2012）8-0156-02