一种本安电源系统的制作方法

本实用新型涉及井下供电技术，特别涉及一种本安电源系统。

背景技术：

图1是现有技术提供的井下在用供电系统示意图，如图1所示，三相供电总开关10位于巷道口,控制该巷道供电电源进线1,负荷开关30位于工作面,给电动机负荷40供电,总开关10与负荷开关40之间通常相距几百米到几千米，中间有多个接线盒14连接电缆。三相供电电源进线1的电压在127V～10KV范围，127V～10KV电源进线1由电缆引入装置4引入总开关10后，依次供给连接绞车开关11的绞车、连接水泵开关13的水泵、连接负荷开关30的电动机40。瓦斯监控等系统专用本安电源2从变电所拉几千米进入工作面，给瓦斯探头3供电。

煤矿井下三相供电电源电压在127V～10KV范围，单相电压是36V，都不是本质安全系统。所谓本质安全系统(以下简称本安系统)是指用于爆炸性环境的电路或部分电路是本质安全电路的电器设备互连部分的组合，即系统中互连的电气设备采用本质安全电路，使系统可以用于爆炸性环境。

本质安全型是一种防爆型式，它将设备内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能点燃的水平。对于无感电路，电火花点燃瓦斯的水平是50瓦，本安电路在任何情况下都不能点燃瓦斯，因此本安电路的输出功率较小，具体地说，输出功率应小于50瓦。当前井下监测、监控、物联网等应用都要求本安电源供电，这样小功率的本安电源远远不能满足要求。

另外，地面民用电源可以到处安装插座，可用插座方便地引出电源。但井下本安供电系统中从没有本安电源座。有些开关自带本安电源200输出，给启停按钮等负荷(202)供电，也没有插座，且设置在开关负荷侧，隔离开关断开后，设置在开关负荷侧的本安电源没有输出，此时由本安电源供电的仪器、仪表、传感器等均不能工作，显然不能满足需求。

井下巷道距离长，需要几千米本安电源线，本安电源输出功率不小于50瓦，由于本安电源一般不允许并联使用，因此在给很多仪器、仪表、传感器供电时必须拉很长的、很多的线路，不便于多台本安电源分别工作，制约了物联网、大数据传输及信息技术在井下的推广应用。

如果本安电源取自负荷开关的负荷侧，如图1所示，负荷开关30中的开关自带本安电源200，隔离开关断开后，本安电源200没有输出，但隔离开关的电源供给侧有电。如果从电源供给侧引出本安电源，就能够较稳定地给本安负荷供电，而不受隔离开关开合的影响。但是，目前国内外在井下供电系统负荷开关的电源供给侧都没有通过控制线接线嘴5引出本安电源的先例。主要原因如下：

一、供电干线的负荷功率很大，电缆截面一般是25mm²～95mm²,电压是380V、660V或1140V，本安电源功率小于50瓦，给其供电的支线截面如果不考虑机械强度，一般采用1.5mm²信号线就足够了。

例如，总开关10的短路保护整定值以d1点发生短路进行计算验证，确保d1点短路时能可靠动作切断电源，如果从负荷开关30的电源侧，通过控制线接线嘴引出一条截面1.5mm²的支线，假如仅1米长，按等效电阻计算，相当于63米长截面为95mm²的电缆，或约相当于38米长截面为35mm²的电缆。显然这么长的电缆不在短路保护设计范围内，支线电缆末端如果发生短路，短路保护就可能不动作，而引发瓦斯煤尘爆炸。

二、实际使用中，小截面信号电缆的耐压等级也都较低，不能接入380V、660V或1140V供电系统。

三、从负荷开关电源供给侧d1点引出的支线不受负荷开关控制，负荷开关停电时，支线电缆还有电，且在没有短路保护时，很容易造成事故。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种本安电源系统，能更好地提高本安电源供电的稳定性。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种本安电源系统，包括：

用于引出支线电源的电源支线，其一端连接井下供电系统的开关或电缆接线盒的电源供给侧；

用于将所述支线电源处理为本安电源的本安电源座，其输入端连接所述电源支线的另一端，其输出端连接本安负载。

优选地，还包括：

短路保护装置，其安装在所述电源支线的靠近电源供给侧的部分。

优选地，所述电源支线的长度满足其连接所述本安电源座的一端的最小两相短路电流大于所述短路保护装置的短路整定值。

优选地，所述本安电源座包括：

本安电源座外壳；

电路板，其通过连接所述电源支线的另一端引入所述支线电源，从而对所述支线电源进行功率限制处理，得到本安电源；

本安输出口，其输入端连接所述电路板的输出，其输出端通过本安输出电缆连接本安负荷，从而将所述本安电源提供给本安负荷；

其中，所述电源支线的另一端、所述电路板、所述本安输出口集成在一起，并由浇封用绝缘填充物封装在所述本安电源座外壳中。

优选地，所述电路板包括依次连接的用于降压及交直流转换处理的引入电路、用于升频处理的逆变升频电路、用于降压隔离处理的降压隔离电路、用于整流限能处理的整流限能电路。

优选地，所述引入电路是单相桥式整流电路、单相互感器电路、三相桥式整流电路、三相阻容整流电路、双向可控硅电路之一。

优选地，所述本安电源座外壳是绝缘外壳。

优选地，所述绝缘外壳是由塑料或环氧树脂制作的外壳。

优选地，所述浇封用绝缘填充物是环氧树脂。

优选地，所述本安电源座安装在开关、电机、电缆接线盒或其它设备的壳体内外表面、中承板、接线空腔。

与现有技术相比较，本实用新型实施例的有益效果在于：

本实用新型实施例从开关、电缆接线盒或其它设备取出小于50瓦的本安电源为不同的本安负荷供电，当该开关负荷侧停电时，本安电源仍能正常供电，保证本安负荷得到稳定的本安电源供应，提高了本安供电的稳定性。

附图说明

图1是现有技术提供的井下在用供电系统示意图；

图2是本实用新型的本安电源系统的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的基于井下在用供电线路的本安电源座安装位置示意图；

图4是本实用新型实施例提供的本安电源座的结构示意图；

图5是图4所示电源支线的主视图；

图6是图4所示引入电路的第一结构图；

图7是图4所示引入电路的第二结构图；

图8是图4所示引入电路的第三结构图；

图9是图4所示引入电路的第四结构图；

图10是图5所示引入电路的第五结构图；

图11是本实用新型实施例提供的本安电源座的电路示意图；

图12是本实用新型实施例提供的本安电源座与电缆封装为一体的示意图；

附图标记说明：1-127V～10KV电源进线；2-专用本安电源；3-瓦斯探头；4-电缆引入装置；5-控制线接线嘴；10-总开关；11-绞车开关；13-水泵开关；14-电缆接线盒；d1-短路点；30-负荷开关；40-电动机；41-安装在负荷电机外壳外面的本安电源座；42-开关负荷侧；50-不受负荷开关30控制的电源供给侧；52-安装在负荷开关30外壳外面的本安电源座；56-安装在电缆接线盒14里与电源支线电缆浇铸为一体的本安电源座；70-安装在总开关10的隔爆外壳里中承板的本安电源座；74-不受总开关10控制的电源供给侧；80-本安电源座的出线；81-本安负荷；82-引入电路；83-逆变升频电路；84-高频降压隔离电路；85-稳压管；86-限流电阻；87-整流限能电路；88-本安输出口；89-本安转换模板；90-绝缘或隔离保护外皮；91-本安电源座的电路支撑板；142-螺孔垫；143-导线与螺孔垫的固定连接点；144-电源支线；145-可加屏蔽外包层的绝缘导线；146-导线与本安电源座的连接点；147-可控硅降压电路；148-螺孔；200-开关自带本安电源；202-启停按钮；244-本安电源座的外壳；246-浇封用绝缘填充物；248-本安电源座的电路板；250-本安输出电缆。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2是本实用新型实施例提供的本安电源系统的结构框图，如图2所示，包括电源支线，电路板和本安输出口。

电源支线，其连接井下供电系统的开关或电缆接线盒的电源供给侧，用于在井下供电系统的开关或电缆接线盒的电源供给侧引出支线电源。

具有功率限制装置的电路板，其通过连接所述电源支线接入所述支线电源，用于对所述引出的支线电源进行安全及功率限制处理，得到用于为本安负荷供电的本安电源。其中，功率限制装置包括依次连接的用于降压及交直流转换处理的引入电路、用于升频处理的逆变升频电路、用于降压隔离处理的降压隔离电路、用于整流限能处理的整流限能电路。其中，引入电路用于将所述引出的支线电源转换为交流或直流电，具体可以采用单相桥式整流电路、单相互感器电路、双向可控硅电路、三相桥式整流电路、三相阻容整流电路等中的任意一个；逆变升频电路用于将所述转换得到的电流升频处理为高频电流；降压隔离电路用于对所述高频电流进行降压隔离处理；整流限能电路用于对所述降压隔离处理得到的直流电进行整流限能处理，得到输出功率小于50瓦的本安电源。

本安输出口，其输入连接所述电路板上的功率限制装置，其输出通过本安输出电缆连接本安负荷。

功率限制装置与电源支线、本安输出口可以集成在一起，外部浇封粘接剂，安装在绝缘的本安电源座外壳内，形成浇封防爆型的本安电源座。所述绝缘外壳是由塑料或环氧树脂制作的外壳，所述浇封用绝缘填充物是环氧树脂。所述本安电源座安装在开关、电机、电缆接线盒或其它设备的壳体内外表面、中承板、接线空腔。例如安装在总开关的中承板、防爆负荷开关的壳体接线空腔或外表面、电机负荷开关的接线空腔或壳体外表面、电缆接线盒的壳体接线空腔或外表面等位置，保障所取出的小于50瓦的本安电源为不同的本安负荷进行稳定供电。

本安电源系统的工作流程如下：在井下供电系统的开关或电缆接线盒的电源供给侧经由电源支线引出支线电源。利用功率限制装置，对所述引出的支线电源进行安全及功率限制处理，得到用于为本安负荷供电的本安电源。利用本安输出口，将所述本安电源提供给相应的本安负荷。

图3是本实用新型实施例提供的基于井下在用供电线路的本安电源座安装位置示意图，如图3所示，127V～10KV电源进线1通过电缆引入装置4引入总开关10，引入的电源经由电缆接线盒14提供给连接负荷开关30的电动机40。

本安电源座可以安装在设备上，例如，固定在总开关10的中承板上、防爆的电缆接线盒14的壳体接线空腔或外表面、防爆负荷开关30的壳体接线空腔或外表面、电机负荷40开关的接线空腔或壳体外表面。固定方式可采用螺丝固定、粘结在外壳内外表面、磁铁吸附在内外表面、采用喇叭嘴防松锁固定在外壳接线装置上。进一步地，还可以安装在电缆接线盒中，具体地说，把本安电源座的电路板248与电源支线144电缆浇铸为一体，安装在电缆接线盒14中，如图4的安装在电缆接线盒14里与电源支线电缆浇铸为一体的本安电源座56所示，电源支线144的电缆一端连接交流电源不受该开关控制的电源侧50，本安电源座56的本安输出电缆穿过接线盒14的接线装置向外输出本安电源；该电源引线144的电缆一端也可连接在负荷开关30控制的负荷侧42，而安装在负荷开关30或电机40的接线盒中，从接线盒的接线嘴中引出本安座出线。

结合图3，具体安装位置如下：

位置1

从井下在用供电线路的总开关10的不受该总开关10控制的电源供给侧74，经由电源支线144引出支线电源。将该电源支线144的末端接入在隔爆外壳里的本安电源座70，并安装在总开关10的壳体内部，例如安装在总开关10的中承板上，需要说明的是，这里安装的本安电源座可以不用环氧树脂封装，而仅加装安全外壳隔离。引出的支线电源经过电压电流变换后得到本安电源，并从本安电源座70的出线80输出。

位置2

从井下在用供电线路的电缆接线盒14内的连接线路，经由电源支线144引出支线电源，其中，所述电缆接线盒14内的连接线路不受负荷开关30控制，相对于负荷开关30为电源供给侧。将该电源支线144的末端接入本安电源座56，并安装在电缆接线盒14内，进一步地，电源支线电缆与本安电源座56浇铸为一体，安装在电缆接线盒14内。引出的支线电源经过电压电流变换后得到本安电源，并从本安电源座56的出线80输出，供本安负荷81使用。

位置3

从井下在用供电线路的负荷开关30的不受该负荷开关30控制的电源供给侧50或受其控制的开关负荷侧42，经由电源支线144引出支线电源。将该电源支线144的末端接入本安电源座52并安装在设备上，即安装在负荷开关30壳体外表面。引出的支线电源经过电压电流变换后得到本安电源，并从本安电源座52的出线80输出本安电压和电流，供本安负荷81使用。

位置4

从井下在用供电线路的电动机40的电源供给侧，经由电源支线144引出支线电源，接入本安电源座41，并安装在电动机40壳体外表面。引出的支线电源经过电压电流变换后得到本安电源，并从本安电源座41的出线80输出，供本安负荷81使用。

其中，上述电源支线144可以是一般电缆连接引线，也可以是图6所示结构的电缆连接引线。进一步地，可以在电源支线144的靠近交流电源的一端设置短路保护热元件，这样，当本安电源座52或相关线路发生短路时，通过所述短路保护热元件，停止电源支线144供电。

电源支线144末端的最小两相短路电流大于等于保护该端电源支线的总开关10的短路保护装置的短路整定值，或该电源支线144按照等效电阻换算到截面50mm²换算长度小于20m，或换算到截面1.5mm²换算长度小于0.6m,且该电源支线144耐压等级、机械强度、绝缘屏蔽性能符合要求，满足安全控制要求。

图4是本实用新型实施例提供的本安电源座的结构示意图，如图4所示，包括：电源引线144，引入电路82，逆变升频电路83，高频降压隔离电路84，整流限能电路87，本安输出口88，本安转换模板89，绝缘或隔离保护外皮90，绝缘填充物或电路支撑板91，将上述器件按图示电气连接顺序组合在一起。

以安装在负荷开关30壳体外表面的本安电源座52为例，本安电源座52包括：一块本安转换模板89，该转换模板89具有输入输出接口电路，外部用环氧树脂等粘接剂浇封，形成浇封型防爆型的本安电源座。所述本安电源座52连接在不受该开关30控制的电源侧，并安装在设备上。在使用本安电源时，将本安负荷的“插头”连接到该本安电源座52上，所述本安电源座52上也可以包括用于有线、无线或光电传输的控制器。

转换模板89具有包括整流、降压、逆变、升频、高频降压、整流、限能的功能。具体地说，转换模板89经由电源支线144引入127V～10KV支线电源；引入电路82对引入的127V～10KV支线电源进行交直流转换，变成直流电；逆变升频电路83把转换得到的直流电逆变为高频电压，把高频电压加在高频降压隔离电路84(例如变压器)上，通过变压器降压隔离，高低压隔离，输出到整流限能电路87进行整流限能；整流限能电路87连接到本安输出口88，通过本安输出口88与本安负荷连接。

本安电源座可以安装在开关及其它设备外壳上，作为本安电源的“插座”，当需要本安电源时，将本安负荷的“插头”连接到该“插座”上即可。

本安电源座52的本安转换板91上也可包含用于有线、无线或光电传输的控制器。

通过上述实施例可知，本安电源座固定安装在开关、电机外壳外表面，可用防松锁固定在接线装置上，或用环氧树脂粘结在外壳上较隐秘的位置，以避免增加外壳外形尺寸。

如图4所示的本安电源座体积很小，可制成微型本安座，并且可将动力用高电压转换为功率很小、电压很低的本安电压。

图5是图4所示电源支线的主视图，如图5所示，用于引出支线电源的电源支线通过接线嘴引入接线腔，如果电源接线柱压线螺母上裸露有3扣以上，可用螺孔垫142引出电源支线，把螺孔垫142拧在螺母上即可。如果裸露小于3扣，可拧下压紧螺母，取下原压线上卡爪，换上卡爪垫引出电源支线。其中，螺孔垫142可以是平垫，也可以是卡爪垫。

上述引入电路包括：电阻、电容、可控硅等元件串联组合成的降压环节，以降低电压输入，或通过串联电容、开关、继电器等元件隔断与三相动力电源的直流通路，或串联熔断器、继电器等保护元件进行过流保护，或整流后再降压，或降压后再整流，或三相阻容或三相桥引入，或单相桥引入，或双向可控硅引入，或单相互感器引入。本实用新型实施例以图7至图11所示的引入电路为例，根据实际需要可以选择不同应用电路，其中，把直流逆变成交流并升高到高频的电路为现有技术，可从教科书或网上下载选择，高频变压器、稳压管、限流电阻等均可从市场上购买。

图6是图4所示引入电路的第一结构图，如图6所示，引入电路82采用单向桥式整流电路，也可用开关电源引入。支线电源引入单相桥式整流电路进行交直流转换处理后，进一步由降压电路147进行降压处理。

降压电路147可采用可控硅降压电路，也可采用稳压管等降压。

进一步地，图7所示的交流输入段，可采用阻容电路并联降压。

图7是图4所示引入电路的第二结构图，如图7所示，引入电路82采用三相桥式整流电路，可用可控硅整流。

此外，引入电路82还可以采用图8所示的三相阻容整流电路、图10所示双向可控硅电路，以及图9所示的单相互感器电路。

图11是本实用新型实施例提供的本安电源座的电路示意图，在图11中，经由电源支线144引入支线电源，并将该支线电源接入作为引入电路82的三相桥式整流电路的输入电源。三相桥式整流电路对支线电源进行交直流转换后，得到直流电，并输出至逆变升频电路83。逆变升频电路83对所述直流电进行升频处理，得到高频电流，并输出至高频降压隔离电路84。高频降压隔离电路84采用变压器，对所述高频电流进行降压隔离处理后，输出至整流限能电路。所述整流限能电路包括用于降压的稳压管85和用于限流的电阻86，所述整流限能电路对降压隔离处理后的直流电进行整流限能处理后，得到输出功率小于50瓦的本安电源，并经由本安输出口88输出。

图12是本实用新型实施例提供的本安电源座与电缆封装为一体的示意图，如图12所示，与电源支线144的电缆封装为一体，是该电缆的一部分，本安电源座外壳244有足够的机械强度及绝缘性能，也可以是电缆橡胶外皮。本安电源座的电路板248被浇封用绝缘填充物246封装，也可以是电缆橡胶绝缘。本安输出电缆250与本安电源座的电路板248连接，从本安电源座外壳244及浇封用绝缘填充物246中引出。

根据有关标准设计制作本安电源座的电路板248，装在用塑料或环氧树脂制作的绝缘的本安电源座外壳244内，本安电源座外壳244具有足够的机械强度，用浇封用绝缘填充物246浇封，例如用环氧树脂浇封固定安装在开关中板上，或用环氧树脂等粘结剂粘结在隔爆外壳里空间较大的地方，将电源支线与开关中电源侧进线相连接，将本安输出线与接线腔接线柱相连接，如图4中的安装总开关10的在隔爆外壳里的本安电源座70，或固定安装在开关、电机外壳外表面，可用防松锁固定在接线装置上，或用环氧树脂粘结在外壳上较隐秘的地方，以防增加外壳外形尺寸。以安装在总开关10内的本安电源座70为例，固定安装在总开关10的中承板上，也可以用环氧树脂等粘结剂，粘结在隔爆外壳里空间较大的地方，将引出的电源支线与开关中电源供给侧进线相连接，将本安输出线与接线腔的接线柱相连接。

例如，专门设计长0.5米、截面2.5平方毫米、符合井下供电要求的1140v、带有地线的屏蔽电缆作为电源支线144，本安电源座外壳244使用具有足够的机械强度及绝缘性能的阻燃塑料制成，也可以是电缆橡胶外皮。本安电源座的电路板248被浇封，可用绝缘填充物环氧树脂246封装，也可以是电缆橡胶绝缘，与电缆封装为一体，成为该电缆的一部分。应用时，如图4所示，电源支线144与电缆接线盒14的电源接线柱连接，本安输出电缆250通过接线装置输出到电缆接线盒14外面，供本安负荷81使用。

综上所述，本实用新型具有以下技术效果：

1、由于井下有人工作的地方就有电，有电的地方就有开关或电缆接线盒，本实用新型实施例可以从每个开关或电缆接线盒取出本安电源，取出的本安电源功率加起来是一个很大的数字，也就是说能为很多个本安负荷提供总功率足够大的电源。

2、现有技术在变电所或在巷道口分路开关附近安装一台本安电源，通过专线长距离，以小于50瓦的功率为巷道里的工作面本安负荷供电，而本实用新型实施例的本安负荷一般离巷道中的开关及电缆接线盒距离很近，所以不需要拉长距离的本安电源线，相对于现有技术具有实质性的进步。

3、现有技术在开关负荷侧取出本安电源，负荷侧停电，本安电源也就没有电，而本发明实施例从开关或电缆接线盒的电源侧引出本安电源，当该开关负荷侧停电，本安电源仍能正常供电，使本安供电的稳定性有了实质性进步，例如，总开关10停电后，本安座70仍然能输出本安电源，给监控系统供电。

4、本发明实施例通过为井下供电系统增加本安电源座，使本安电源座如同地面供电的插座一样，大大方便了本安供电，便于监控系统运行，相对于没有本安电源座的现有技术，具有实质进步。

5、本发明实施例的本安电源座与电缆封装在一起，该本安电源座不需要用螺栓等紧固器件固定在设备外壳上，可随电缆一起连接并安装在设备接线盒中，十分方便。

6、本发明实施例的本安电源座可安装在任何一台设备上，由于存在危险电压的本安变换电路被封装，且安装在防爆设备接线盒中，把变换后的本安电源，通过接线装置，引出到设备接线盒外面，因此可实现本安供电的高安全可靠性。

尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。