移动式浮船漏电报警系统的设计与应用探讨

移动式浮船漏电报警系统的设计与应用探讨

陈政 ,俞洪云  ,曹虎 ,何桂斌

云南磷化集团尖山磷矿分公司650600

摘要：尖山磷矿位于昆明市西山区海口工业园内，尖山磷矿拥有丰富优质的磷矿石资源，具有品味高、杂质低、易开采等特点。矿山以采掘、加工磷矿石为主，生产的主要产品有酸法矿、黄磷矿、钙镁矿等。在尖山磷矿的采矿坑内，通常会有大量的积水，这些积水需要抽排出来，以便采出矿内的水下矿石。而为了保障矿内积水的抽排，就需要用到金属浮船，需要在金属浮船上安装抽水泵，开展矿内的抽水排水工作。金属浮船上的泵站供电电缆是从岸上直接铺设到金属浮船泵站的控制柜内的。但是在金属浮船日常对矿内的积水进行抽排的时候，从岸上铺设的电缆会与金属浮船不断碰撞，导致电缆受到损耗，电缆受到损耗以后，就会导致金属浮船的配电系统受到影响，出现漏电等危险，对采矿抽排水的工作人员的人身安全造成一定的危害。因此，在矿山的采集先创，对金属浮船电缆的漏电情况进行保护是非常重要的。文章以金属浮船的漏电报警系统的设计为主要研究内容，展开了设计的讨论。

关键词：金属浮船;电缆;抽水泵;漏电报警系统

一、引言

在尖山磷矿的采矿中，我们需要用到金属浮船的泵站对矿内的积水进行抽取，从而更方便采矿[1]。金属浮船连接的电缆极易在工作中受到损耗从而造成漏电的安全，因此设计漏电报警系统就非常重要。但是金属浮船在工作的过程中，很大的活动范围以内都是矿坑，矿坑的周围有很多干燥的石块，这就导致无法建立接地装置对漏电的情况进行控制。另外，浮船的位置也会随着矿坑中水位的变化而发生变化，因此，在水下也不能建立接地装置。这里我们就需要用到漏电保护装置。漏电保护装置的设计原理就是当金属浮船在进行积水抽排工作的时候，电缆发生了漏电，且漏电的电压要大于人体的安全电压的时候，就出现报警，对现场的工作人员作出题型。另外，本次设计中提到的金属浮船漏电报警系统还有自检功能，党电路板出现异常状态的时候，在采矿的现场也会有多色指示灯进行知识，党金属浮船与电路板之间断开检测的时候，多色指示灯也会明确的给出指示。最后，漏电检测电路板还要预留漏电状态接口，以便分享漏电状态给其他系统使用。

二、浮船漏电报警系统的设计思路

（一）总体设计

本次研究设计的主要内容就是金属浮船的漏电报警系统，主要研发一套漏电检测电路板，电路板通过电缆连接到浮船金属围栏上，实现对金属浮船电缆的漏电检测、自检以及报警的功能[2]。本次设计主要包含有对电路板、电控箱、声光报警器、多色指示灯、金属连接件、电缆等的设计。

（1）电路板

电路板是漏电报警系统的设计重点，电路板通过电缆连接到浮船金属围栏上，就能够实现漏电检测、自检以及报警。设计与检测的原理如下图一所示

图1 电路板设计原理

电路板使用现场220V供电，并转换成24V供电板及声光报警器合作。Mcu芯片采用STC15W405，使用C语言进行编程。在本次设计中，我们将浮船电源的总开关上的零线与火线C连接到了漏电检测电路板上，当金属浮船用电出现线路问题，电压超高人体安全电压的时候，电流将通过零线构成回路，由于零线的阻抗脚下，所以短路电流将很大，它促使保护装置迅速动作，以断开电源，从而起到保护的作用[3]。另外，当电流超过了人体电压的时候，电路板会进行实时检测和自建，确保电缆与漏电检测电缆是否通道，如果没有导通，系统程序控制的多色指示灯就会闪烁，提醒现场的工作人员对相关故障进行查看。

（2）电控箱

电控箱是放置电路板的位置，因此要做好防潮处理。由于现场的环境过潮，英尺电路板表面要做防潮涂胶的处理，在电路板表面形成一道涂胶保护膜，以防止电路板由于收到环境的影响而发生短路的情况。电路板应该安装在304不锈钢电控箱内，电控箱如下图二所示。

图2 电控箱

漏电检测点使用304扁条或者是镀锌扁钢焊接到浮船四周，并连接起来，对各个焊接点进行防锈的处理。同一浮船的所有检测点全部通过电缆连接到电路板上，检测电缆应该使用镀锡电缆，防止与普通铜电缆在浮船水面高湿度环境下氧化导致接触不良。本次设计中，所有的连接点都应该使用3M绝缘自粘带包裹，防止与水分和空气接触，最大限度的防止接触不良。

（3）声光报警器与多色指示灯

由于在现场的环境较为复杂，因此在对声光报警器进行选择的时候，要使用工业级别的高分贝声光报警器。工业级别的高分贝声光报警器能够达到110分贝的声音，确保在复杂的现场环境中，工作人员也能及时听到报警的声音。同时，在声光报警器的周围要使用多色信号指示灯，对电路与板的运行状态进行指示，从而更好的开展管理。如下图三所示

图3 声光报警器与多色指示灯

（二）电路板原理

电路板的供电电源使用的是AC220V-DC24V5A开关电源，该电源在本系统中主要是给电路板以及声光报警器供电。电路板的漏电检测原理就是通过运算，对电路的扣点电压进行游园整流，再经过另外一个运算放大，对电路电压进行比较，如果浮船电压超过人体电压，检测电路就会给MCU一个信号，然后系统的程序就会控制输出端，从而让声光报警器完成报警工作，指示灯指示当前的电路板运行情况。

电路板上使用端子连接个输入输出的线缆，指示灯的输入输出规划如下。

（1）板载指示灯：电路板电源指示灯，红色，通电就亮，断电就灭

（2）板载指示灯：电路板工作指示灯，绿色，由程序对电路板工作指示灯进行控制，如果灯不闪，表示电路板不在工作状态。

（3）输出：接直流24V声光报警器，实际功率位30W，检测到金属浮船漏电的时候，输出接的声光报警器就会通电，没有发生漏电情况的时候，就会关闭声光报警器。

（4）输出：接多色指示灯绿灯，由程序控制灯，如果灯不闪，就说明电路板不再工作状态。

（5）输出：接多色指示灯红灯，漏电时红色指示灯闪。

（6）输出：接多色指示灯黄灯，漏电检测电缆与自检电缆出现断开的时候，黄色指示灯闪。

（7）输出：接多色指示灯蓝灯，只要金属浮船发生过漏电，蓝灯就会常量。

（8）输入：接漏电检测电缆

（9）输入：接自检电缆

三、总结

本次研究已经通过了前期的调查的和研究，研究了漏电保护器的设计，本次研究的难点就在于如何设计电路板的原理选择电路板的芯片，对系统的电路输入输出进行控制。目前研究成果如上报道所示。

参考文献：

[1]杨国治. 自复式触电漏电保安报警装置[J]. 无线电, 2005(3):1.

[2]宋卫, 刘涛, 张立强, 周景新, 康慧斌, & 王亮等. 一种水中漏电报警装置.

[3]黄小荣, and 肖永红. "露天铜矿深部排水浮船泵站的应用实践." 铜业工程 2(2006):3.

作者简介：陈政 1987.02 男 云南省昆明市 汉族 本科 中级 云南磷化集团尖山磷矿分公司 研究方向:露天矿山安全生产管理