依据标准探讨机床电气回路保护技术及其运用

孙伟 马永青

（潍坊工程职业学院，青州 262500）

依据标准探讨机床电气回路保护技术及其运用

孙伟 马永青

（潍坊工程职业学院，青州 262500）

机床的电气设计、安装与使用一定会涉及到电气回路的选择、电缆及断路器的规格指定、电气元器件的技术条件等等。而当机床出现电气装置异常或运转失效时，也会以分析电气回路的保护技术为主来推测故障。本文依据相关的国家及企业行业标准来探讨机床电气回路的保护技术和应用。

机床电气 回路标准 保护技术 联结回路 技术条件

本文所指的电气回路是闭合电路，它是指电流通过设备元器件或其它介质时最后流回电源的通路，电气回路的设置完全是为了保护设备运行安全。

1 关于“标准”

在科学工业与技术实践领域中都要设立标准，标准在建立可靠依据的同时也能引领相关领域的技术发展。在世界范围内，例如IEC、ISO这样的标准化组织已经在各个市场及领域制订了相当完备的标准体系，监督着企业产品的实际质量与技术水平，同时在协调全球经济贸易方面也有推动作用。在机床电气研发、生产与使用过程中，设置一套科学便捷的标准，并且严格执行标准，就能达到事半功倍的效果。

在我国的装备制造业，机床电气设备技术必须遵循GB5226.1相关标准，它囊括了机械电气安全、机械电气设备、通用技术条件等多项标准规范。电气回路是最容易被忽视的隐患，一旦出现故障轻则导致机床设备停止运行，重则引起电击、火灾等重大事故，甚至造成人员伤亡和财产损失。所以在实际的机床电气设备生产过程中，必须明确机床的电气回路相关技术条件，以正确的方法运行设备，保证机床的整体安全稳定性。

2 机床电气设备的电气回路技术条件

目前国内机床设备多以数控机床为主，所以这也表明它的电气设备系统会相当复杂，仅各种数控单元、操控单元、微机逻辑编程单元等就十余种。另外还有机床的测控系统、伺服系统、电气回路的专用电柜等。本文介绍了最为常见的三种机床电气回路。

（1）动力及控制电路。动力及控制电路依据机床的实际需求来设计，它主要负责满足机床的基础电气需要，比如说机床的配电、断电和加电，电力急停等等基本功能。在这其中最为关键的就是起到保护作用的各种线路元器件和各种控制器件。他们相当于机床设备的血管，联结了设备内部的各个元件。在GB5226.1标准中就指出“设备电路如果出现短路或过载现象，电气回路会自动将电力输出切断，从而避免事故发生，最大程度减小财产经济损失。

（2）联结电路。某些情况下由于电击所导致的保护导线间接接触问题相当严重，会直接造成电气失火，所以要设置功能联结电路。同时，该电路中的保护导线也能避免电磁辐射造成的系统运行不正常。连接电路的导线是两排独立并行的，在电源引入端接地处由于外部功能接地导体的存在，二者可以不连接在一起。总体来看，联结电路的主要配置为电气装置外壳、保护接地汇流排、保护地线以及安装底板。按照GB5226.1标准，保护联结电路的排线连接部分应该是Y型的，而且要具备一定的接地连续性。

动力控制电路和联结电路不仅仅要根据机床电气设备本身来设计，还要考虑到安装所在建筑的配给电网容量、接地装置及电压。在数控机床应用过程中，关于电网供电电源的接地装置技术条件主要是参考GB50169《电气装置安装工程——接地装置施工及验收规范》中的第3节第11条“关于接地装置的功能确认或优化要求”，还有电力行业标准DL/T621《交流电气装置的接地》中“关于相关接地装置敷设等问题的应对要求”而展开的。在这两则标准中，尤其考虑到了接地电阻的规定值、跨步电位差和接触电位差等参数评定值，因为全面综合的考虑这些设置参数可以确定是否能够满足机床电器设备的保护接地设置条件与EMC基本要求。

3 机床电气两种电路回路保护的设置要求

（1）保护联结电路的设置。保护联结电路的设置要遵守三点原则：人与设备的基本安全、具有良好的电磁兼容性。专业角度来讲，就是机床电气设备的保护联结电路导体横截面积要保证一定的保护连接连续性，也要符合相关标准，确保机床电气设备运行绝对安全。

保护连接电路的导线要根据供电相线的规格来选择，基本都会选择铜质保护导线。若是选择铝保护导线，那么导线的载面积则不能小于15mm2。如果现实中存在调速变频装置的话，当装置的对地泄漏电流大于10mA时，保护导线的截面积之和应该大于10mm2，如果是铝线则要大于16mm2，见表1。

（2）动力及控制电路的设置。这两种电路作为主要构成部分的机床电气回路，主要负责提供配电传输电能、功能切断、急停控制三种功能。同时它们还能够保护电气回路的能耗元器件。也就是在能耗元器件过载或者回路发生故障的过流状态情况下，避免电击发生而直接造成元器件的损坏甚至火灾。所以当电气回路一旦过载，动力及控制电路装置就会自动切断电路，保护回路导线与能耗元器件，也间接的保护了线缆。

表1 保护铜质导体的最小截面积参数表

（3）关于线路过载的保护计算。关于线路过载的保护要参照标准GB5226.1-2008。协调保护器元件及导线之间的关系，从而得出电路保护和实际应用中所涉及到的一切技术依据，见表2。

表2 参照GB14048.2-2008标准下的保护器件过载边界值规定图表

如表2所示，可以得到：

式中，Ib是线路负载时产生的计算电流，单位为A；In是保护器件，即断路器的整定电流，单位为A；Iz是线缆导体在连续工作时应有的有效载流容量，单位为A，特别注意的是这一项参数要考虑温度、多芯电缆的减额系数等参数；I2是在规定时间内要保证的保护器件有效动作的最小电流，单位为A。

关于线路的过流保护应该按照以下公式进行参数计算：t=（K x S/I）2。

此公式中t表示切断负载电路所需的时间（t≤5s），K表示绝缘铜导线的系数，S是导线的横截面，I则为短路电流。

4 机床电气回路保护的操作方法

制定便于操作的机床电气回路保护才能应对电气的设计、生产和应用。所以要综合相关标准的内容来考虑，保证保护器件的额定电流值所对应的导线横截面积可以在不同的敷设情况下应付不同的电流载流量，从而起到线路保护的作用。

（1）线路保护的操作流程。首先，要计算线路的负载电流Ib；然后根据所算出的负载电流来确定保护器件的额定值In的具体范围；确定额定值的范围后就要选择导体在实际敷设环境下所能承载的值段Iz，并使其满足相关标准要求；再次，选择机床电气设备中保护器件的类型，计算出I2和If，而后根据具体的保护器件类型来调整细分额定值，以求增加导体的规格档次，保证所选的保护器件能够满足相关标准要求。比如说在控制电路中，一般线缆都会选用0.75mm2或1mm2，而线路保护器的额定电流都在12A以内。除了要考虑对负载器件的保护之外，也要按照标准来满足线路保护。

（2）实例说明。某工厂的机床设备装置主回路，其泵组电动额定功率可达到7.5kW，由此可以计算电流值Ib约为14A。该工厂为此选择了预选额定电流为20A的保护器件断路器，细分额定值In为15A，其所对应的PVC电缆导线截面积为2.5mm2。敷设电缆Iz的额定电流为20A。那么就可以计算出断路器I1的额定电流为I1=1.10× 14=15.4A，I2=1.20×15=18A。如果短路电流按照10In来计算，绝缘铜导线的系数为105，导线的横截面为2.5mm2，那么切断负载电路所需的时间t=105x2.5/150≈1.4s,时间符合t≤5s的要求。所以说该机床电气设备的主回路所选择的断路器与电缆都符合相关规格基本要求，且切断负载电路所需的时间也相对较短，保证了机床设备的运行安全。

5 总结

机床的电气回路保护对整个机床电气设备的运行十分重要。本文简要的对电气回路保护的设置、操作作出了相关的解答，并探讨了回路保护所需要符合的技术条件。值得一提的是，一切操作与设置都要严格遵循GB5226.1等相关标准，借此基础来寻找最为合理的设置及操作途径，才能有效的提高机床电气设备的工作效率及工作质量，在安全稳定的状态下投入实际应用。

[1]李潭,姜诗蒙.机床电气回路保护应用研究[J].科技风,2014（2）.

[2]何江涛.依据标准探讨机床电气回路保护应用[J].制造技术与机床,2013（5）.

[3张昊.试论数控机床的电气控制系统设计[J].中国新技术新产品,2014（18）.

Protection Technology of Machine Electrical Circuit and Its Practical Applications Based on the Relevant Industry Standards

SUN Wei,MA Yongqing
（Weifang Engineering Vocational College,Qingzhou 262500,China）

Machine tools' electrical design,installation and usage are related to the electrical circuit choosing,the specifications specifying of cables and circuit breaker and the technical conditions of electrical components etc.When the machine appears electrically abnormal or operating failure,the main work is speculating the failure through analyzing the protection technology of electrical circuit.This paper is to explore the protection technology of machine tools' electrical circuit and its practical applications based on the relevant national and corporate industry standards.

machine tools;electrical circuit;standards;protection technology;coupling loop;technical conditions