地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，该地埋式污水处理设备风机房供电系统包括设置于机房本体外的供电设备和设置于机房本体内的负载设备，供电设备和负载设备之间设置驱动模块，驱动模块的输入端与接地端之间设置有第一防雷保护电路，驱动模块的输出端与接地端之间设置有第二防雷保护电路，驱动模块包括整流电路、滤波平滑及逆变电路，供电设备与驱动模块之间、驱动模块与负载设备之间均通过连接电缆连接，其特征在于，连接电缆为屏蔽电缆，屏蔽电缆电缆的外保护层内设置多根芯线，芯线包裹有内保护层。本发明至少能在安全性、抗干扰性或可操控性等的某一个方面改善供电系统的性能。
【专利说明】地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污水处理技术，尤其涉及地埋式污水处理设备风机房的供电系统及其 附属设施。
【背景技术】
[0002] 地埋式污水处理设备是一种以生物膜为净化主体的污水生物处理系统，充分发挥 了厌氧生物滤池、接触氧化床等生物膜反应器具有的生物密度大、耐污能力强、动力消耗 低、操作运行稳定、维护方便的特点，因而具有很广的应用前景和推广价值。
[0003] 典型的地埋式污水处理设备包括依次连接的格栅井、调节池、初沉池、动力氧化接 触池、澄清池以及和动力氧化接触池连接的风机房；其中的动力氧化接触池包括反应器主 体、反应器内壳、旋切式搅拌器；反应器内壳设置在反应器主体内部，其底部开口与反应器 主体连通；所述的旋切式搅拌器贯穿反应器主体和反应器内壳设置；反应器内壳内部形成 曝气区，反应器内壳外壁与反应器主体内壁之间的空间上方形成排水区，下方形成污泥沉 淀区；反应器主体底部设置有曝气管。其中，曝气区内充填纳米悬浮生物载体，纳米悬浮生 物载体上的微生物膜和活性污泥会利用污水中的C、N、P生长繁殖，将水体中的污染物及水 体富营养物质消化吸收，同时设置的旋切式搅拌器能有效的辅助曝气管进行曝气工作，最 终将污水中的污染物去除；污水中的泥水进入污泥沉淀区泥水分离后污泥会自动回到曝气 区，净化后的水通过排水区进入澄清池后进一步去除悬浮物，之后进入消毒池，当达标后排 放到受纳水体或作深度处理。
[0004] 在地埋式污水处理设备中，风机房中的风机是整个污水处理设备的动力来源，必 须保持其正常的运行。在风机房的供电系统中，作为负载设备的风机接通过驱动模块接至 作为供电设备（如市电、太阳能发电机、风能发电机）的输出端，由该驱动模块将供电设备 提供的交流电转换为负载设备所需的交流电或直流电，由此达到对负载设备的控制。
[0005] 上述风机房供电系统设计上存在不足：一是防雷保护措施不够好，在雷电流过于 强大时，可能有小部分雷电流进入到负载设备，由此导致负载设备在雷击电流残压冲击下 损坏，这使得系统安全性差，大大地缩短了其使用寿命；二是抗干扰措施不够理想，负载设 备容易遭受电源及外部环境等因素的干扰，这对负载设备的稳定运行造成较大的影响；三 是控制不够方便，其控制参数的调整不够灵活，不能很好地满足用户的需求。有鉴于此，有 必要涉及新的地埋式污水处理设备的供电系统及其分系统，以便使其性能得以改善。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供地埋式污水处理设备风机房供 电系统及其附属设施，以便至少能在安全性、抗干扰性或可操控性等的某一个方面使供电 系统的性能得以改善。
[0007] 为解决以上技术问题，本发明提供一种地埋式污水处理设备风机房供电系统的连 接电缆，该地埋式污水处理设备风机房供电系统包括设置于机房本体外的供电设备和设置 于机房本体内的负载设备，所述供电设备和所述负载设备之间设置驱动模块，所述驱动模 块的输入端与接地端之间设置有第一防雷保护电路，所述驱动模块的输出端与接地端之间 设置有第二防雷保护电路，所述驱动模块包括用于将交流电转换为直流电的整流电路、用 于实现直流电的滤波平滑及储能作用的滤波电路以及用于完成直流电向交流电转换而实 现调频调压的逆变电路，所述供电设备与所述驱动模块之间、所述驱动模块与所述负载设 备之间均通过连接电缆连接；所述连接电缆为屏蔽电缆，所述屏蔽电缆电缆的外保护层内 设置多根芯线，所述芯线包裹有内保护层。
[0008] 与现有技术相比，本发明可以有效地改善供电系统的性能，其至少可以取得以下 某一个方面的优点：
[0009] 1、安全性提高。设有二级避雷保护，其中的大部分雷击电流通过驱动模块输入端 的第一级接地元件泄放；而驱动模块输出端设置第二级接地元件，使得进入负载的残压更 小，有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
[0010] 2、抗干扰性强。主要表现在几个方面：
[0011] (1)屏蔽电缆靠供电设备的一端电缆屏蔽层通过接地元件接地，屏蔽电缆靠负载 设备的另一端电缆屏蔽层直接接地，其保持了传统二点接地的良好抗干扰效果，同时也限 制了地电流或干扰的大小，可以避免地电流或干扰过大时烧毁屏蔽电缆屏蔽层的危险。
[0012] (2)屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电磁辐射、 静电耦合和电磁感应；同时也设计了电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰；这两方面 因素，较好地消除了供电系统屏蔽电缆所产生的干扰，有利于保证数据的准确性。
[0013] (3)驱动模块的输入级设置有滤波退耦电路，其作为交流信号输入通道的前置模 拟低通滤波器，兼有抗干扰的作用，可以抑制来自供电设备的差模干扰，保证负载设备数据 传输的准确性。
[0014] 3、可操控性更好。通过微处理器电路控制驱动模块的输出模式，有利于灵活地按 预定要求输出电压，从而满足不同用户的需求。对于电机类负载设备而言，可以根据人机接 口电路的设定信号，对电机进行无级变频控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号来表示相同的部件。在附图中：
[0016] 图1为本发明实施例地埋式污水处理设备风机房的示意图；
[0017] 图2为图1所示地埋式污水处理设备风机房的供电系统组成框图；
[0018] 图3为图2中屏蔽电缆的接地方式；
[0019] 图4为图2中屏蔽电缆的结构图；
[0020] 图5为图2中驱动模块的组成框图；
[0021] 图6为图5所示驱动模块中部分电路的实例。
【具体实施方式】
[0022] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以 很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况 下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023] 参见图1，为地埋式污水处理设备风机房的示意图。该地埋式污水处理设备风机 房包括机房本体101 :机房本体101由彩钢夹芯板拼接而成，结构简单，方便拆装、生产成本 低；受力骨架由型钢制成，结构强度高；机房本体101上设百叶窗，通风、散热性能良好；屋 面成斜坡面，防止雨水流入机房内。
[0024] 如图1所示，机房本体101内设置污水配电柜102及风机系统，该风机系统连接供 气管道（一般为硬聚氯乙烯材料制成）106 ;风机系统设置可交替运行的两台以上的供曝气 用的风机103,该风机系统的驱动模块连接至太阳能发电机104、风能发电机105和市电，可 根据情况由不同供电点设备供电，有助于避免电力中断。
[0025] 上述地埋式污水处理设备风机房设置有良好的防雷及抗干扰措施，且操控性十分 良好，具体说明如下。
[0026] 参见图2,表示本发明供电系统的较优实施例。该供电系统包括负载设备（如配电 柜102、风机103等）3,它与供电设备（包括太阳能发电机104、风能发电机105、、市电及切 换装置等）1之间设置有驱动模块2,其中供电设备1与驱动模块2之间、驱动模块2与负载 设备3之间均通过连接电缆连接。
[0027] 本实施例中，供电设备1为交流供电设备，如普通市电220V或380V ;驱动模块2 为AD-CD (交流-直流）驱动模块，也可为交流-交流驱动模块；连接电缆为屏蔽电缆4,其 接有防雷保护电路，以便将雷电流引入大地，由此提高系统的安全性。特别地，本实施例中。 为了使雷电电流安全流过，各电路元件之间均通过屏蔽电缆4连接，其接线端用螺钉固定。
[0028] 本实施例的防雷保护电路包括二级防雷保护电路，具体是两级接地元件5,优选 地：第一级接地元件5为密闭式火花间隙，接于驱动模块2的输入端与接地端之间，可泄放 雷电电流可达20KA ;第二级接地元件5放电管，接于驱动模块2的输出端与接地端之间，对 流经驱动模块2的小部分雷击电流进一步放电，即对进入负载设备3的残压再作一次限流， 使其低于额定的安全范围。这就可使得大部分雷击电流通过驱动模块2输入端的第一级接 地元件5泄放，而驱动模块2输出端设置的第二级接地元件5则可使得进入负载的残压更 小，从而有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
[0029] 上述的第一级接地元件5、第二级接地元件5均可选择氧化锌压敏电阻或其它类 型的接地电阻代替，同样具有较好的防雷效果。在雷电电流较大时，氧化锌压敏电阻被击 穿，雷电电流迅速经过氧化锌压敏电阻流入接地端，使得进入负载设备3的残压被钳制在 预定范围内。
[0030] 由于设有二级避雷保护，来自供电设备1线路传输线的大部分雷击电流通过第一 级接地元件5泄放，而第二级接地元件5使进入负载设备3的残压更小。这有利于防止负 载遭受雷击，提高使用安全性，延长其使用寿命。
[0031] 如上所述，供电设备1与驱动模块2之间、驱动模块2与负载设备3之间均通过屏 蔽电缆4连接，其中的屏蔽电缆4的屏蔽层均接至地，以下进一步说明。
[0032] 参见图3,表示屏蔽电缆4的接地方式。负载设备3通过屏蔽电缆4与供电设备 1连接，该屏蔽电缆4由电缆芯线及电缆屏蔽层构成，该电缆屏蔽层包裹住电缆芯线以降低 电磁干扰，其中：屏蔽电缆4靠近供电设备1的一端电缆屏蔽层通过接地元件5接地，屏蔽 电缆4靠近负载设备的另一端电缆屏蔽层直接接地。
[0033] 在实际电力系统中，屏蔽电缆4的长度一般大于20m，因此可使接地元件5接于距 供电设备4m?6m的位置。该接地元件5可为接地电阻，具体类型可为氧化锌压敏电阻等 (当然也可为其它元件）。该接地电阻的阻值与屏蔽电缆4的电缆屏蔽层的等效电阻相等， 也可以依据实际情况另行选取。
[0034] 此实施例负载设备3和供电设备1之间的屏蔽电缆4采用了二点接地方案，因而 仍然保持了传统二点接地方案的良好抗干扰效果；由于屏蔽电缆4靠近供电设备1的一端 电缆屏蔽层通过接地元件接地，有利于对接地电流或干扰限流，由此避免了地电流或干扰 过大时烧毁屏蔽层的危险，同时也可以达到较好地电磁兼容效果，而且不会引起负面天线 效应。
[0035] 参见图4,表示屏蔽电缆的具体结构。该屏蔽电缆4的外保护层41内设置有多根芯 线45,其中每根芯线包裹有内保护层43 ;特别地，外保护层内41层设置有电缆屏蔽层42， 内保护层43的内侧设置有芯线屏蔽层44。
[0036] 由于屏蔽电缆4的芯线及电缆自身均设置屏蔽层，可以抑制芯线之间的干扰及外 界的干扰，具体而言：屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电 磁福射、静电稱合和电磁感应；电缆自身设置电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰；这 两方面因素，较好地消除了供电系统屏蔽电缆所产生的干扰，有利于保证数据的准确性。
[0037] 优选地，电缆屏蔽层42和芯线屏蔽层44的两端分别接地，以便有效降低干扰源。 较优地，是使电缆屏蔽层42和芯线屏蔽层44靠近供电设备1的一端通过接地元件5接地， 电缆屏蔽层42和或芯线屏蔽层44靠近负载设备3的一端直接接地。
[0038] 本发明实施例的供电系统具有滤波退耦式抗干扰功能，以下进行说明。
[0039] 参见图5,为驱动模块的较优实施例。该供电系统包括负载设备3,其通过驱动模 块2接至供电设备1的输出端，用以将供电设备1提供的交流电转换为负载设备3所需的 交流电或直流电；特别地，该驱动模块2的输入级设置有滤波退耦电路20,它优选为RC滤 波退耦电路，由串接的限流电阻R和滤波电容C构成，由此使得供电设备的输出正端和输出 地端接入串接的限流电阻R和滤波电容C，可以抑制来自供电设备1的差模干扰，保证负载 设备3数据传输的准确性。
[0040] 本实施例中的滤波退耦电路20为RC滤波退耦电路，其作为交流信号输入通道的 前置模拟低通滤波器，兼有抗干扰的作用；交直流信号输入通道两个端子间接入退耦电容， 可为高频差模干扰信号提供旁路。顺便指出地是，从抗干扰角度考虑，RC滤波器比LC滤波 器好：RC滤波器是耗散式滤波器，可把噪声能量变成热能耗散掉了；LC滤波器则会产生附 加的磁场干扰，因而电感要加屏蔽罩。
[0041] 上述实施例中的驱动模块2可进行优化，本实例的驱动模块2依次包括整流电路 21、功率因素调整电路22、滤波电路23、逆变电路24及微处理器电路25、人机接口电路26 等部分，其中：整流电路21由整流二极管或桥堆组成（优选为全桥整流电路），包括必要的 干扰滤除电路，其主要功能是把交流电转换为直流电；功率因数校正电路22为可选部件， 由功率半导体及控制芯片组成，它还接至微处理器电路25的功率因素校正端，作用是使输 入电流接近正弦波，减少电网谐波含量，实现提高功率因数的目的；滤波电路23 (优选为RC 滤波电路）主要由电解电容等元件组成，完成直流电的滤波平滑以及储能作用；逆变电路 24由功率模块及驱动电路组成，功率模块可以是智能功率模块，它还接至所述微处理器电 路的驱动信号端，其主要功能是，完成直流电向三相交流电的转换，实现调频调压目的；微 处理器电路25由微处理器（DSP)及外围电路组成，其根据人机接口电路26发来的命令，发 出对应的指令信号，控制功率因数校正电路22和逆变电路24工作，并根据电路反馈信息， 进行必要的电路保护和故障处理。这样，该实施例通过微处理器电路控制驱动模块的输出 模式，有利于灵活地按预定要求输出电压，从而满足不同用户的需求。
[0042] 参见图6,为驱动模块中部分电路结构的实施例。具体是用于风机的电机31的逆 变电路与微处理器电路的实例，其工作方式为：市电经过整流电路21变为直流电，通过电 解电容滤波后，接入逆变电路24的直流电源241的两端，该直流电源241的两端间接入滤 波电容。而微处理器电路25的微处理器（MCU/DSP) 251根据人机接口电路26的设定信号， 对负载设备3的电机31进行控制。
[0043] 本实施例中，逆变电路24包括功率管驱动芯片242,该功率管驱动芯片242接至 微处理器电路25的微处理器（MCU/DSP) 251，以便根据微处理器251输出的脉冲宽度调制 信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。具体的，所述逆变电路24包括六个功率管S1? S6,这六个功率管分成三组，每组功率管控制三相电机31的一相绕组。
[0044] 各个功率管的具体连接方式是：功率管SI、S2、S3的源极共同接直流电源241的 一端，功率管S4、S5、S6的漏极共同接直流电源241的另一端，功率管S1的漏极和功率管 S4的源极的连接点接电机的U相端子，功率管S2的漏极和功率管S5的源极的连接点接电 机的V相端子，功率管S3的漏极和功率管S6的源极连接点接电机的W相端子；功率管，功 率管SI、S2、S3、S4、S5、S6的栅极分别接功率管驱动芯片242的一个输出端，该功率管驱 动芯片242的各个输入端分别受微处理器251的输出脉冲宽度调节信号PWM1、PWM2、PWM3、 P丽4、P丽5、P丽6中的一路控制。
[0045] 开机时，微处理器251根据设定的电机转速产生相应的6路脉冲宽度调制信号，即 驱动信号PWM1?PWM6 ;通过功率管驱动芯片242驱动6个功率管（M0SFET或IGBT) S1? S6 ;这些功率管的交替导通和关断，产生三相调制波形，输出电压可调、频率可变的三相交 流电，输出到电机31的U、V、W接线端，从而实现电机31的无级变频调速。
[0046] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对 本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本【技术领域】的 普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改 进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，该地埋式污水处理设备风机 房供电系统包括设置于机房本体外的供电设备和设置于机房本体内的负载设备，所述供电 设备和所述负载设备之间设置驱动模块，所述驱动模块的输入端与接地端之间设置有第一 防雷保护电路，所述驱动模块的输出端与接地端之间设置有第二防雷保护电路，所述驱动 模块包括用于将交流电转换为直流电的整流电路、用于实现直流电的滤波平滑及储能作用 的滤波电路以及用于完成直流电向交流电转换而实现调频调压的逆变电路，所述供电设备 与所述驱动模块之间、所述驱动模块与所述负载设备之间均通过连接电缆连接，其特征在 于，所述连接电缆为屏蔽电缆，所述屏蔽电缆电缆的外保护层内设置多根芯线，所述芯线包 裹有内保护层。
2. 如权利要求1所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述屏蔽电缆的外保护层的内侧设置有电缆屏蔽层，所述屏蔽电缆的内保护层的内侧 设置有芯线屏蔽层。
3. 如权利要求2所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述屏蔽电缆靠近所述供电设备的一端所述电缆屏蔽层和所述芯线屏蔽层通过接地元 件接地，所述屏蔽电缆靠近所述负载设备的另一端所述电缆屏蔽层和所述芯线屏蔽层直接 接地。
4. 如权利要求3所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述屏蔽电缆的长度大于20m，所述接地元件接于距所述供电设备4m?6m的位置。
5. 如权利要求3所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述接地元件为接地电阻，所述接地电阻为氧化锌压敏电阻。
6. 如权利要求1所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述整流电路为全桥整流电路，所述滤波电路为RC滤波电路，所述逆变电路包括功率 管驱动芯片和若干功率管，所述微处理器电路由微处理器和外围电路构成。
7. 如权利要求6所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述功率管驱动芯片接至微处理器电路的功率输出端，以便根据所述微处理器电路的 微处理器输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。
8. 如权利要求7所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述驱动模块包括功率因素调整电路人机接口电路，所述功率因素调整电路设置于所 述整流电路与所述滤波电路之间，所述功率因素调整电路接至所述微处理器电路的功率因 素校正端，所述人机接口电路接至所述微处理器电路的输入端。
9. 如权利要求1所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述驱动模块的输入级设置用于抑制来自所述供电设备的差模干扰的RC滤波退耦电 路，所述RC滤波退耦电路由串接于所述供电设备的输出正端和输出地端的限流电阻和滤 波电容构成。
10. 如权利要求1所述的地埋式污水处理设备风机房供电系统的连接电缆，其特征在 于，所述第一防雷保护电路包括密闭式火花间隙或接地电阻，所述第二防雷保护电路包括 放电管或接地电阻。
【文档编号】H02H9/02GK104104074SQ201410351781
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】周磊 申请人:诸暨市沃思环保技术有限公司