(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211061348.2 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 地址 113001 辽宁省沈阳市沈抚示范区滨 河路11号 申请人 抚顺中煤科工 检测中心有限公司 (72)发明人 张红奎　单大阔　马云龙　李桐喆　 王帅　鞠哲　孙瑞　王艳鹤　杨帆　 李骁洋　吕祥鹏　朱剑锋　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G01R 31/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01)G05B 19/05(2006.01) (54)发明名称 一种防爆电气温升 评估系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种防爆电气温升评估系统及 方法， 涉及防爆电气温升评估技术领域。 该系统 包括PLC控制器、 直流电桥、 稳压电源、 温度传感 器、 温度调节装置、 高斯计和实验电源； 稳压电源 为PLC控制器、 直流电桥提供工作电源； 直流电桥 用于测试防爆电气回路电阻并传入PLC控制器； 温度传感器用于测试防爆电气运行环境温度并 传入PLC控制器； 温度调节装置与PLC控制器连 接， 用于调节测试环境温度； 高斯计与 PLC控制器 连接， 用于测试防爆电气磁场强度； 实验电源为 防爆电气提供电源。 该方法通过直流电桥测得的 防爆电气回路电阻及高斯计测得的防爆电气磁 场强度以及防爆电气的温升评估时发热功率与 散热功率的关系得到防爆电气温升估计值。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115407155 A 2022.11.29 CN 115407155 A 1.一种防爆电气温升评估系统， 其特征在于： 包括PLC控制器、 直流电桥、 稳压电源、 温 度传感器、 温度调节装置、 高斯计和实验电源； 所述直流电桥的信号输出端与PLC控制器的 回路电阻信号输入端连接， 直流电桥测试端与防爆电气的回路电阻测试端电连接， 用于测 试防爆电气回路电阻并传入PLC控制器； 稳压电源的电压输出端分别与PLC控制器、 直流电 桥的电源输入端电连接， 用于为PLC控制器、 直流电桥提供工作电源； 温度传感器的温度信 号输出端与PLC控制器的温度信号输入端电连接， 用于测试防爆电气运行环境温度并传入 PLC控制器； 温度调节装置的控制端与PLC控制器的温度控制信号输出端电连接， 用于调节 测试环境 温度； 高斯计的磁场强度信号输出端与PLC控制器的磁场强度信号输入端电连接， 用于测试防爆电气磁场强度并传 入PLC控制器； 实验电源的控制 信号输入端与PLC控制器的 实验电源 控制信号输出端电连接， 实验电源的电压 输出端与防爆电气的接线 端子电连接 。 2.根据权利要求1所述的一种防爆电气 温升评估系统， 其特征在于： 所述系统还包括触 摸屏， 触摸屏的信号通讯端口与PLC控制器的信号通讯端口电连接， 用于防爆电气温升评估 系统参数设置， 触摸屏的电源输入端与稳压电源的电压 输出端电连接 。 3.一种防爆电气温升评估方法， 基于权利要求1所述系统实现， 其特征在于： 包括以下 步骤： 步骤1、 稳压电源起动， 防爆电气温升评估系统各设备上电， 并通过触摸屏设置系统参 数； 所述系统参数包括肌肤效应系数、 电流频率、 涡流电阻及20℃时的电阻温度系数； 步骤2、 通过温度传感器测试防爆电气温运行的环境温度并传入PLC控制器， PLC控制器 判断环境温度是否达到20℃， 如果环 境温度未达到20℃， 则PLC控制器控制温度调节装置启 动， 并在环境 温度达到20℃时， PLC控制器控制温度调节装置停止工作， 执行步骤4进行防爆 电气温升 评估； 步骤3、 将直流电桥连接到防爆电气回路电阻测试端， 对 防爆电气回路电阻进行测试， 并将测试 结果发送给PLC控制器； 步骤4、 起动实验电源， 并通过高斯计测试 得到防爆电气磁场强度； 步骤5、 PLC控制器根据直流电桥测得的防爆电气回路电阻、 高斯计测得的防爆电气磁 场强度以及防爆电气的温升评估时发热功率与散热功率的关系进 行运算， 得到防爆电气温 升估计值。 4.根据权利要求3所述的一种防爆电气温升评估方法， 其特征在于： 所述步骤5的具体 方法为： 根据防爆电气温升评估时的 电阻损耗发热功率、 涡流损耗发热功率、 磁滞损耗发热功 率， 确定防爆电气温升 评估时的发热功率； 根据牛顿冷却定律及防爆电气散热表面积， 确定防爆电气温升 评估时的散热功率； 根据防爆电气的温升 评估时发热功率与散热功率的关系， 确定防爆电气的温升值。 5.根据权利要求4所述的一种防爆电气 温升评估方法， 其特征在于： 所述确定防爆电气 温升评估时的发热功率的具体方法为： 防爆电气温升评估时的发热功率由 电阻损耗发热功率、 涡流损耗发热功率、 磁滞损耗 发热功率 三部分组成， 如下公式所示： P＝Pd+Pw+Pc                         (1) 其中， Pd为电阻损耗发热功率； Pw为涡流损耗发热功率； Pc为磁滞损耗发热功率；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115407155 A 2电阻损耗由于电流 通过防爆电气所产生的损耗， 电阻损耗发热功率如下公式所示： Pd＝I2R                          (2) 其中， I为防爆电气温升 评估时回路电流； R为防爆电气温升 评估时回路总电阻； 设定防爆电气温升评估时回路总电阻R等于防爆电气最高允许 温度时的回路电阻Rt， 其 通过20℃下的回路电阻计算得到， 如下公式所示： Rt＝KsR20[1+α20(T‑20)]               (3) 其中， Rt为防爆电气最高允许温度时的回路电阻； Ks为肌肤效应系数； R20为20℃时的回 路电阻； α20为20℃时的电阻温度系数； T为防爆电气允许的最高温度； 防爆电气涡流损耗发热功率如下公式所示： 其中， f为防爆电气温升评估时 的电流频率； Bm为防爆电气温升评估时 的磁场强度； Rw为 涡流电阻； 防爆电气磁滞损耗发热功率如下公式所示： 其中， η为磁滞系数； 将公式(2)、 (4)、 (5)带入公式(1)得防爆电气温升 评估时的发热功率， 如下公式所示： 6.根据权利要求5所述的一种防爆电气 温升评估方法， 其特征在于： 所述确定防爆电气 温升评估时的散热功率的具体方法为： 设定防爆电气表面散热处处相等， 并将牛顿冷却定律两边同时乘以防爆电气散热表面 积A， 得到防爆电气温升 评估时的散热功率， 如下公式所示： 其中， 为防爆电气温升评估时的散热功率； KT为防爆电气散热系数； τw为防爆电气的 温升值； Q为防爆电气温升评估时的总散热量； q为防爆电气温升评估时单位面积的散热量； t为时间。 7.根据权利要求6所述的一种防爆电气 温升评估方法， 其特征在于： 根据防爆电气的温 升评估时发热功率与散热功率的关系确定防爆电气的温升值的具体方法为： 防爆电气温升 评估时发热功率 等于散热功率， 即： 根据公式(6)和(8)得到防爆电气的温升值， 如下公式所示： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115407155 A 3