三相電源安全防觸電壓電器的製作方法

2023-05-10 12:22:56 2

專利名稱：三相電源安全防觸電壓電器的製作方法
技術領域：
本發明是一種三相電源帶電碰線不觸電的安全防觸電壓電器。
目前，我國為了防止發生觸電事故，保證人身安全，在變壓器低壓輸出端設置了觸電保安器。其原理是人觸電時，有一個零序電流從電源流經零序電流互感器，通過人體到地面，回到變壓器的中性點，組成迴路，這個電流在互感器中感應出一個信號，經放大器放大後送入繼電器;如果這個電流達到影響人體安全時，繼電器就動作，使自動開關脫扣，切斷電源，防止觸電。其缺點是人萬一碰到線，還是先觸電而後跳閘，在接地嚴重時，一瞬間人體觸電部位，如手、腳，也有被打壞的可能，心臟病人觸電仍有生命危險;颳風下雨時容易跳閘，給電工帶來許多麻煩;易損件(如放大器，整流器，繼電器等)容易損壞，壞後電工如未及時發現，還是照樣不安全，給人們帶來威脅。
本發明的目的，就在於克服以上所存在的不足，而提供一種既安全防觸電，又能使電正常運行的三相電源安全防觸電壓電器。
本三相電源安全防觸電壓電器，包括初級繞組和次級繞組。由L1-L3、L4-L6、L7-L9組成三相初級輸入調磁線路;由L10-L12、L13-L15、L16-L18組成三相次級壓電輸出線路。初、次級的匝數線徑由引線接法而定。初級繞組的電源耦合閘刀K1，三個電源指示燈DX1、DX2、DX3，電壓表V1、V2，瓷叉保險BD1、BD2、BD3、BD4等，與變壓器的三相電源對應相連接。次級繞組與壓電電源輸出閘刀K2，三個壓電指示燈DX4、DX5、DX6，電壓表V3、V4，瓷叉保險BD5、BD6、BD7、BD8等組成次級輸出線路，與負荷連接。當初級繞組通入380V三相交流電源後，次級繞組就感應出與初級輸入功率相等的三相電壓和電流。因次級三繞組與初級三繞組相互絕緣，電阻無窮大，又與大地也毫無關聯，相互之間形不成閉合迴路，所以有帶電碰線不觸電的安全作用。鐵芯耦合採用三柱式。初級的一組繞組和次級的一組繞組相互配合，分別各繞在三個鐵芯柱上。
此電器接入電源後，有如下優點人碰低壓電源任何線都不會觸電，有防觸電安全作用;防雷電，高壓側設有避雷器，壓電器輸出端中性點與大地也設有避雷器;減少線對地的電損，線對地無電壓，對地也無電流損耗;防止變壓器高、低壓線圈擊穿或短路，避免高電壓串入低壓線路，因變壓器中性線是接地的，擊穿後，從中性線入地，不會再串入壓電器的輸出端。
附

圖1、2、3、4圖1、防觸電壓電器工作原理圖。
圖2、三相電源防觸電壓電器電路3、線包骨架4、初、次級繞組引出線連接圖防觸電壓電器的工作原理見附圖1a壓電器是根據電磁互感平壓原理製成的。在鐵芯上套有匝數線徑相同的兩個線圈，當一線圈上通入交流電源，就在鐵芯上產生交變磁通，而該磁通同時穿鏈另一線圈，從另一線圈上感應出電勢來。由於兩個線圈穿鏈的是同一磁通，每匝線圈感應電勢的大小就都一樣，所以匝數多的線圈感應的總電勢就高，匝數少的線圈感應的總電勢就低，這就是升壓器、降壓器，通稱變壓器的工作原理;而兩線圈匝數相等的線圈，感應的總電勢也相等，這就是平壓器原理。而平壓器為什麼能防觸電呢？大家知道，因為電源變壓器的中性線是接地的，而平壓器的初級線圈，接入交流電源後，相當於初級線圈也接地了，而次級繞組感應出的電勢與大地毫無關係，線與地之間沒有電壓，人碰線也就沒有電流流過，所以人碰線有安全防觸電作用。
以上是單相壓電器原理，它的初、次級繞組之間僅存在同極性和反極性的關係，如果單獨運行，它的極性對於運行情況沒有任何影響。但若製成如附圖1b所示的三相電源壓電器時，初次級兩側有六組繞組，這就涉及到了極性和頭尾端引線的連接方法問題。
下面參照附圖4引線接線法介紹四種三相壓電器初、次級繞組的匝數、線截面、引線連接及輸入、輸出電壓和電流的關係。
三相電源壓電器在實施時，必須將用途(要不要輸出中性線)及初、次級繞組的引線連接法確定後，才計算壓電器的功率、線徑截面、匝數等。如果初、次級繞組引線都採用△/△接法或Yo/Yo接法的話，那麼初、次級的六組繞組的匝數，線徑截面都相同。
如果初、次級繞組採用△/Yo或Yo/△接法的話，要想功率、電壓、電流輸出不變，磁通密度不變，那麼兩側繞組的匝數和線徑截面就不能相同了，這是因為△接法的線電壓和相電壓相等，而Y接法的線電壓是相電壓的380V/220V≈1.73倍，△接法的線電流是相電流的1.73倍。
見附圖4aYo/Yo形連接法，是初級三繞組的頭與頭(或尾與尾)連接，次級三繞組也是頭與頭(或尾與尾)連接後，引出中性線。工作方式是初級輸入三相380V交流電源，次級繞組可輸出三相380V電源和相電壓220V電源。
見附圖4b△/△形連接法，是初級三繞組的六個引線頭首尾相互連接後引出三引線，次級三繞組的六個引線頭的首尾也相互連接後引出三個引線。工作方式是初級三繞組輸入三相380V交流電源，次級三繞組也輸出380V交流電源。
以上兩種接法，它們的初、次級六個繞組的匝數及線徑截面都相等。
見附圖4c△/Yo形連接法，若採用相同的線徑和匝數，初級三繞組的六個引線頭尾相互連接成△形接法，而次級三繞組的六個引線頭與頭(或尾與尾)連接為Yo接法。我們知道△接法的線電壓與相電壓相等，而線電流是相電流的1.73倍;而Y形接法的線電流和相電流相等，線電壓是相電壓的1.73倍。如果我們將線徑截面及匝數相同的三相電源壓電器，按此法接入380V三相交流電源，那麼在次級繞組上就會感應出380V的相電壓;在Y形接法中，線電壓是相電壓的1.73倍，而線電壓就是380V×1.73≈660V。這樣，次級的輸出電壓就不符合我們的要求，成了升壓器。那麼我們怎樣才能使這種接法不變成為磁通密度不變，輸出功率不變的平壓器呢？下面推測一下如將初級三繞組，改為△形接法，次級三繞組為Y形接法，接入380V三相交流電源後，由於初級△形接法的相電壓為380V，而次級接法的相壓電就也感應出380V，這就給相電壓220V擴大了380V/220V≈1.73倍。這樣一來，初、次級兩側的電壓和電流就發生了變化，初級線電壓相電壓都為380V，而線電流是相電流的1.73倍，次級的相電壓為380V，線電壓為660V，而電流縮小了1.73倍，我們透過現象看本質，只有將相電壓控制在220V，就可以解決問題。根據導線電阻公式R＝ρ (I)/(S) ，導線越長電阻越大;導線越粗電阻越小，由歐姆定律R＝ (U)/(I) ，電壓越高電流越小，電阻越大;電流越大，電壓越低，電阻越小的道理，就必須將初級三繞組的匝數增加1.73倍，線徑截面減少1.73倍;或將次級三繞組的匝數減少1.73倍，線截面增加1.73倍。這樣就達到了輸入380V三相交流電源，輸出也是三相380V交流電源和相電壓220V交流電源的目的。這就成了三相380V電源匝數與線徑截面不同的平壓器。
見附圖4d，Yo/△形連接法，若採用相同線徑和匝數，初級三繞組的六個引線頭與頭(或尾與尾)相連接，次級三繞組的六個引線頭尾相互連接後，均引出三引線，通入380V三相交流電源後，而次級卻感應出220V線電壓和相電壓，要想引線接法不變，功率、電壓、電流，及磁通密度不變，就必須將次級三繞組的匝數增加1.73倍，而線截面減少1.73倍;或者初級三繞組的匝數減少1.73倍，線截面擴大1.73倍，這就達到了輸入380V三相交流電源，輸出也是380V三相交流電源的目的。
由以上四種引線接法，得出以下兩個結論一、如果初級三繞組和次級三繞組引出線連接法一致，它們的繞組匝數和線徑相同。
二、如果初級三繞組和次級三繞組引出線連接法不一致，初級或次級繞組的匝數增加或減少1.73倍，而線截面減少或增加1.73倍。
三相電源安全防觸電壓電器電路見附圖2初級線路接入380V三相低壓電源後，DX1、DX2、DX3三個指示燈發亮，電壓表V1、V2就有380V～420V的電壓指示，合上三相電源耦合閘刀K1，使三組初級繞組產生迴路，在電磁感應作用下，次級三組繞組就有電壓和電流產生，次級指示燈DX4、DX5、DX6發亮，電壓表V3、V4有感應電壓指示，調節K3或K4，使空載電壓等於420V左右。由於初、次級繞組的匝數及線徑相同，次級可感應出與初級繞組輸入相同的電壓和電流，來帶動負荷工作。因為次級三組繞組和初級三組繞組互相絕緣電阻無窮大，而次級三組繞組的中性線也沒接地設置(在地與中性線間接一避雷器，防雷電的強大電流及電壓損壞電氣設備)，與大地之間沒有電壓關係，相互形不成閉合迴路，所以有人碰任何線都不會觸電的安全保險作用。
本發明下面以三相電源防觸電壓電器為例介紹其實施例，見附圖2，按附圖4a引線連接法設計。
該三相電源防觸電壓電器由初級繞組L1-L3、L4-L6、L7-L9和三檔位的分接開關K3連接，組成初級輸入調磁線路;次級繞組L10-L12、L13-L15、L16-L18和三檔位的分接開關K4連接，組成次級壓電輸出線路。初、次級繞組的線徑及匝數，抽頭應對應相同。用絕緣材料製作三個如附圖3A的線包骨架，初次級繞組的六個線包分別各繞在一個槽內。(B架也可，先繞初級繞組，隔絕緣物再繞次級繞組。)線徑和匝數是根據功率大小而定的。繞後浸絕緣漆烘乾，採用三柱式鐵芯耦合。裝入用鐵皮製作的外殼內，將兩個分接開關K3，K4、四個輸入接線柱和四個輸出接線柱分別與外殼絕緣並固定在外殼上，找出初級三組繞組的尾端抽頭與K3連接，K3的中性線引線與三組初級繞組的三根頭端引線和四個輸入接線柱連接;再找出次級三組繞組的尾端抽頭與K4連接，K4的中性線引線與次級繞組三根頭端引線和四個輸出接線柱連接。
然後，按附圖2，將輸入瓷叉保險BD1、BD2、BD3、BD4，輸入電源指示燈DX1、DX2、DX3，輸入電源電壓表V1、V2及三相輸入電源耦合閘刀K1連接。安裝在一個特製的輸入配電盤上。
再將次級壓電輸出瓷叉保險BD5、BD6、BD7、BD8，壓電輸出指示燈DX4、DX5、DX6，壓電輸出電壓表V3、V4及三相壓電輸出閘刀K2連接。安裝在另一個特製的輸出配電盤上。
最後將兩個配電盤分別裝在外殼架上，與輸入接線柱和輸出接線柱連接，再將一避雷器安裝在次級輸出中性線與初級中性線之間(防止雷電)，即安裝完畢。
如制大型的防觸電壓電器，可利用變壓器的形式作散熱處理。
本電器組裝成型後，可以和變壓器配合使用，將變壓器的低壓電源與本電器的輸入配電盤對應連接，而本電器的輸出配電盤與低壓輸出電源線相連接，帶動負荷工作。
本發明實現了三相電源防觸電安全，從而解決了人類帶電碰線觸電的難題，可取代所有的觸電保險裝置。減少了90%的電損耗，減少了電工負擔。該裝置結構簡單，設計合理，性能可靠，適用於機關、廠礦、農村等一切用電單位，是一種理想的防觸電新型保險電器。
權利要求
1.一種帶電碰線安全的三相電源防觸電壓電器，其中包括三組初級繞組和三組次級繞組，其特徵在於三組初級繞組和分接開關K3組成初級輸入調磁線路，三組次級繞組和分接開關K4組成次級壓電線路，且初，次級六組繞組匝數和線徑是根據初、次級引出線的連接方式，可定為兩種連接方式一致的匝數和線徑相同，不一致的，初級或次級匝數增加或減少1.73倍，而線截面減少或增加1.73倍，初級調磁線路與電源輸入配電盤連接，次級壓電線路與壓電輸出配電盤連接，當接入380V三相交流電源後，在次級壓電線路中就感應出與初級輸入功率相同的電壓和電流，次級三繞組與初級三繞組互相絕緣，而次級的中性線不接地，採用三柱式鐵芯耦合。
2.根據權利要求1所述的三相電源安全防觸電壓電器，其特徵在於初、次級兩個分接開關K3、K4均可採用一檔三連的三檔位調節開關。
全文摘要
本發明是一種三相電源帶電碰線安全的防觸電壓電器，可取代目前所有的防觸電電器及保護裝置。它由初級調磁線路及次級壓電線路兩部分組成，壓電電路與大地毫無關聯，組不成閉合迴路，既起到防觸電作用，又可帶動三相負荷工作。本發明可防觸電，防雷電，防高壓串入低壓，減少電損90％。裝置結構簡單，設計合理，性能可靠，與低壓電源變壓器配合使用，適應於工廠、機關、單位、農村等所有使用三相電源動力的地方，是理想的安全用電保護裝置。
文檔編號H01F29/00GK1063576SQ9210051
公開日1992年8月12日 申請日期1992年2月2日 優先權日1992年2月2日
發明者陳金明 申請人:陳金明