CN104600573A - 电焊机专用空气开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电焊机专用空气开关，包括空气开关壳体和开关面板，所述空气开关壳体内设置有检测线圈LQ，在所述空气开关壳体上设置有PE线端子；所述PE线端子上连接设置有设置于所述空气开关壳体之内的漏电与PE线过流保护器PEB，所述漏电与PE线过流保护器PEB之内设置有电流检测和热保护元件；所述开关面板上设置有PE线过流声光报警器和漏电、PE线过流保护动作时的指示与复位按钮。本发明的电焊机专用空气开关，具有可解决电焊机二次侧地网分流烧保护接地线的问题、实现PE线过流报警和反时限跳闸、适用于各种交直流焊机等优点。

Description

电焊机专用空气开关

技术领域

本发明涉及一种空气开关，尤其是一种用于电焊机的停送电操作和安全保护的电焊机专用空气开关。

背景技术

按照国标规定（GB9448—1999《焊接与切割安全》），电焊机外壳和二次侧线圈必须接保护地线（PE线），以保护操作者的人身安全。但是由于电焊机二次侧地网分流的存在，容易导致电焊机外壳PE线因过电流而烧毁，使PE线反而成为事故源头。

图10为电焊机采用常规的空气开关时的电源连接图，电焊机外壳、铁芯、二次侧的b端（搭铁端）与保护接地线（PE线）连接，形成第一接地点（f点）；焊件与厂房金属建筑结构联通，形成第二接地点（e点）。焊接电流I在焊点(c点)分解为I_H和I_F两路电流，I_H为搭铁线正常回流(图中c→d→b)，I_F为经接地网络形成的地网分流（图中c→e→f→g→h→b）。

一般情况下，建筑物的金属构架以及各种机器基础总是与电力系统接地网相通的，且接地网的阻值较小（０＜Ｒ≤４Ω，一般为金属直联，阻值在mΩ或μΩ级）。由于焊件ｃ、ｄ两点间接触电阻的存在，焊接时地网分流I_F的存在有其必然性，只是大小不同而已。电焊机接地线的截面积一般为4－16ｍｍ²，容许载流量在30--100A，而电焊机低压侧工作电流（Ｉ）一般在100－－1000Ａ左右，当搭铁线主回路中间有断路点时（例如图中ｄ点开路），I_H→０，I_F→Ｉ，焊接电流全部经接地网和电焊机外壳保护接地线（PE线）流回电焊机次级线圈b点，这个巨额电流足以在很短的时间内烧毁电焊机保护接地线，进而烧毁整条电源电缆。本发明中，把这个经接地网回流到电焊机保护接地线的电焊电流分量定义为“电焊机二次侧地网分流”，简称“地网分流”。

地网分流的危害性在于：操作者焊接时并不一定能意识到地网分流的存在，因为地网分流同样能维持焊接的正常进行，以至于有可能作为主电流通道参与焊接全过程。它持续时间长（可达数秒至数十分钟），电流大（几十安至上千安），电流路径无法预料。这个失控的巨额电流不但足以在极短的时间内烧毁电焊机保护地线，而且有可能损害建筑结构中的金属构件或机器设备中的某些薄弱、精密部件，例如轴承接触面、钢筋绑扎点，使其被烧熔、烧损。长时间的大焊接电流还有可能使沿途的金属部件因严重发热而退火、变形、预应力丧失、与混凝土间的粘附力下降等等，还有可能窜入电控二次回路，导致线路烧坏、计量失准、仪表毁损、控制失灵、继电保护误动作等等，其造成的后果往往是难以预料的。

根据以上分析，产生电焊电流地网分流的充要条件是：（1）电焊机外壳和二次线圈有保护接地（零）线——第一点接地；（2）被焊件与接地网络相联通——第二点接地；（3）搭铁线回路（电焊电流返回回路）中间存在接触电阻或开路。要防止地网分流的发生，就要破坏上述三个条件中的一至两个。

其实，关于这个问题的讨论由来已久。例如，在1988年出版的《初级电焊工工艺学》（国家机械工业委员会统编教材）中，就已经明确给出了解决这个问题的办法：（1）电焊机二次侧与焊件不能同时接地；（2）无法避免二者同时接地时，应将电焊机二次侧接地线临时拆除，施工后再恢复。

而国家标准《焊接与切割安全》（GB 9448—1999）的11.3中关于接地的相应规定包括以下两条。（1）焊机必须以正确的方法接地(或接零)。接地(或接零)装置必须连接良好，永久性的接地(或接零)应做定期检查。（2）在有接地(或接零)装置的焊件上进行弧焊操作，或焊接与大地密切连接的焊件(如：管道、房屋的金属支架等)时，应特别注意避免焊机和工件的双重接地。

这个解决办法在实施中存在的问题是：（1）在复杂多变的工作现场和繁忙的工作任务面前，操作人往往难以在焊接前事先判断，也无法经常检查电焊机与焊件是不是同时接地。另外第二点接地也有可能发生在焊接过程中；（2）即使存在二者同时接地，但是如果搭铁线和焊件接触良好，或焊接点的位置不同，产生的地网分流也有可能很小，所以同时接地未必一定会烧毁接地线；（3）临时拆除接地线带来安全隐患，并为不给电焊机接保护地线的违章者提供了借口，其潜在的危害是巨大的。

目前的实际情况是：为避免PE线烧毁的事故频繁发生，电焊操作者往往干脆把PE线拆除，使违章成为常态，国标相关安全规定形同虚设。由此导致的人身触电事故层出不穷，成为电焊行业的一大施工安全难题。

申请号为201220082692.5、申请人为宝鸡石油机械有限责任公司的中国新型专利公开了一种电焊机接地检测装置，在电焊机的接地输入端的地线上通过钳形铁芯与电流互感器连接，电流互感器与量程转换开关连接，在电焊机的火线输出端同时设置有火线和信号线，火线与焊钳连接，信号线与固定于焊钳上的显示装置连接；该实用新型专利技术方案的缺点是：（1）只能检测电焊机搭铁线中有无电焊回流，不能保证没有地网分流进入电焊机保护地线；（2）装置只能提供搭铁线接地状态的信号，不能驱动电源跳闸；（3）声光提示伴随正常焊接时的全过程，不符合常规故障报警模式；（4）只适合于交流焊机，对直流焊机无效。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种电焊机专用空气开关，以解决电焊机二次侧地网分流烧保护接地线的问题。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

电焊机专用空气开关，其结构特点是，包括空气开关壳体和开关面板，所述空气开关壳体内设置有检测线圈LQ，在所述空气开关壳体上设置有PE进线端和PE出线端；所述PE进线端和PE出线端之间设置有位于所述空气开关壳体之内的漏电与PE线过流保护器PEB，所述漏电与PE线过流保护器PEB之内设置有电流检测和热保护元件；所述开关面板的顶端设置有进线端，开关面板的底端设置有出线端；所述开关面板至上而下还设置有PE线过流声光报警器、手柄、PE线过流掉牌指示器、漏电掉牌指示器、相线过流掉牌指示器、PE线过流整定按钮、漏电整定按钮和相线过流整定按钮；

其中，所述PE线过流声光报警器位于所述手柄的右上方；所述PE线过流掉牌指示器、漏电掉牌指示器和相线过流掉牌指示器排成一行且位于所述手柄的下方，所述PE线过流掉牌指示器、漏电掉牌指示器和相线过流掉牌指示器由左至右依次设置；

所述PE线过流整定按钮、漏电整定按钮和相线过流整定按钮排成一行且位于所述PE线过流掉牌指示器、漏电掉牌指示器和相线过流掉牌指示器的下方，所述PE线过流整定按钮、漏电整定按钮和相线过流整定按钮由左至右依次设置。

所述检测线圈LQ为单相型、三相型或三相四线型。

所述进线端包括所述PE进线端和多个干接点信号接入端；所述出线端包括所述PE出线端和多个信号输出接线盒。

电焊机专用空气开关，还可采用分体式结构。这种分体式的电焊机专用空气开关，包括常规型空气开关和独立的PE线过流保护器PEB；所述常规型空气开关和独立的PE线过流保护器PEB之间通过二次控制线路连接，组合而成电焊机专用空气开关；所述PE线过流保护器PEB包括PE线过流保护器外壳、PE线过流掉牌指示兼复位按钮、PE线过流声光报警器、PE进线端、PE出线端、信号输出接线盒。

PE线过流保护器PEB内有PE线电流检测和热保护元件。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的电焊机专用空气开关，包括空气开关壳体和开关面板。空气开关壳体内按常规配置A、B、C、N主回路馈电控制与保护系统，包括漏电保护功能；在壳体内增设PE线回路和接线端子。PE线回路中配置有PE线过流保护器PEB，PEB内有PE线电流检测和热保护元件，能够实现PE线过流时的声光报警和空气开关反时限过流跳闸。所述开关面板上有

警器和漏电、PE线过流、相线过流保护动作时的掉牌指示器，漏电、PE线过流、相线过流保护值整定旋钮。

其中单相型开关用于380V或220V的普通交流焊机和小型整流焊机，三相型和三相四线型开关用于直流发电机型焊机和大型整流焊机。本发明的电焊机专用空气开关具有以下几个特点：

（1）PEB为漏电与PE线过流保护器，安装于空气开关壳体内，与漏电检测线圈LQ配合实现漏电保护，并在PE线上配置过电流检测和热保护脱扣元件，能够实现PE线过流报警和热保护跳闸；PEB的功能是实现电焊机PE线过电流时的声光报警和反时限过流跳闸。声光报警可以让电焊操作者及时发现电焊机PE线中的地网分流隐患并采取相应措施；地网分流电流较大且持续时间较长时，PE线反时限过流保护装置驱动空气开关跳闸，切断电焊机电源，有效保护PE线和电源电缆的安全，并向操作者显示跳闸原因。

（2）开关面板上有PE线过流声光报警器，漏电、PE线过流、相线过流保护动作时的掉牌指示器，漏电、PE线过流、相线过流保护值整定旋钮。空气开关由脱扣位置人工复位至分闸位置时，掉牌指示器随之复位。可配置PE线过流报警等故障状态的干接点信号输出；

（3）空气开关配置PEB功能后，电焊操作程序也随之改变。由焊接前茫无目标地排查系统有无地网分流隐患（两点接地），改为焊接时同步检测PE线电流，出现声光报警后，再有目标地重点排查。从而节约了时间，提高了工作效率。

（4）PEB的反时限过流保护功能，既保证了PE线不会因地网分流电流较大且持续时间较长而烧毁，又兼顾了焊接初始，打火疏通搭铁线回路时，空气开关不会因瞬时的地网分流电流过大而跳闸。从而保持了焊接工作的正常节奏。

（5）电焊机配置了本发明的电焊机专用空气开关之后，消除了电焊操作者关于人身安全与设备安全二者难以兼顾的困扰，从而消除了违章拆除电焊机PE线的理由，提高了焊接工作的安全性。

（6）PEB功能的配置，不影响空气开关中其它保护和控制功能的配置，本开关亦可作为普通空气开关使用。

（7）电焊机专用空气开关的保护功能配置和整定值范围：

①PE线过流报警：10A，0秒报警；

②PE线过流跳闸：20A，反时限；

③漏电跳闸：20-100mA，0秒跳闸。默认30mA；

④相线过流跳闸：按普通空气开关常规配置，有电磁速断和过流热脱扣。

本发明的电焊机专用空气开关，具有可解决电焊机二次侧地网分流烧保护接地线的问题、实现PE线过流报警和反时限跳闸、适用于各种交直流焊机、具有较强的通用性等优点。

本发明的电焊机专用空气开关，具有可解决电焊机二次侧地网分流烧保护接地线的问题、实现PE线过流报警和反时限跳闸、适用于各种交直流焊机、具有较强的通用性等优点。

附图说明

图1为本发明的电焊机专用空气开关的主视图。

图2为本发明的电焊机专用空气开关的左视图。

图3为本发明的电焊机专用空气开关为单相型时的一次电路原理图。

图4为本发明的电焊机专用空气开关为三相型时的一次电路原理图。

图5为本发明的电焊机专用空气开关为三相四线型时的一次电路原理图。

图6为本发明的电焊机专用空气开关的连接电源和电焊机时的原理图。

图7为本发明的电焊机专用空气开关的PE线过流保护器PEB的工作原理图。

图8为本发明的电焊机专用空气开关的采用分体式结构时的一次电路原理图（三相型）。

图9为图8的采用分体式结构时独立设置的PEB保护器外形图。

图10为常规的空气开关连接电焊机和电源时的电源连接图。

附图1～附图10中标号：1空气开关壳体，2开关面板，3进线端，31 PE进线端，4出线端，41PE出线端，42信号输出接线盒，5 PE线过流声光报警器，6手柄，7 PE线过流掉牌指示器，8漏电掉牌指示器，9相线过流掉牌指示器，10 PE线过流整定按钮， 11漏电整定按钮，12相线过流整定按钮，14PE线过流保护器外壳，13PE线过流掉牌指示兼复位按钮。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1～图9，本发明的电焊机专用空气开关，包括空气开关壳体1和开关面板2，所述空气开关壳体1内设置有检测线圈LQ，在所述空气开关壳体1上设置有PE进线端31和PE出线端41；所述PE进线端31和PE出线端41之间设置有位于所述空气开关壳体之内的漏电与PE线过流保护器PEB，所述漏电与PE线过流保护器PEB之内设置有电流检测和热保护元件；所述开关面板2的顶端设置有进线端3，开关面板2的底端设置有出线端4；所述开关面板2至上而下还设置有PE线过流声光报警器5、手柄6、PE线过流掉牌指示器7、漏电掉牌指示器8、相线过流掉牌指示器9、PE线过流整定按钮10、漏电整定按钮11和相线过流整定按钮12；

其中，所述PE线过流声光报警器5位于所述手柄6的右上方；所述PE线过流掉牌指示器7、漏电掉牌指示器8和相线过流掉牌指示器9排成一行且位于所述手柄6的下方，所述PE线过流掉牌指示器7、漏电掉牌指示器8和相线过流掉牌指示器9由左至右依次设置；

所述PE线过流整定按钮10、漏电整定按钮11和相线过流整定按钮12排成一行且位于所述PE线过流掉牌指示器7、漏电掉牌指示器8和相线过流掉牌指示器9的下方，所述PE线过流整定按钮10、漏电整定按钮11和相线过流整定按钮12由左至右依次设置。

所述检测线圈LQ为单相型、三相型或三相四线型。

所述进线端3包括所述PE进线端31和多个干接点信号接入端；所述出线端4包括所述PE出线端41和多个信号输出接线盒42。

本发明的电焊机专用空气开关，其包括空气开关壳体和开关面板，所述空气开关壳体内设置有漏电检测线圈LQ，在所述空气开关壳体上设置有PE线端子；所述PE线端子上连接有设置于所述空气开关壳体之内的漏电与PE线过流保护器PEB，所述漏电与PE线过流保护器PEB之内，设置有PE线电流检测系统、剩余电流检测系统和脱扣元件。所述开关面板上有PE线过流声光报警器，和漏电、PE线过流、相线过流保护动作时的掉牌指示器，漏电、PE线过流、相线过流保护值整定旋钮。PE线电流≥10A时，驱动声光报警器报警，PE线电流≥20A时反时限过流跳闸；漏电保护按30mA、0秒整定。所述开关面板上设置有PE线过流声光报警器和漏电、PE线过流保护动作时的掉牌指示与保护值整定旋钮，并可配置PE线过流报警与跳闸、漏电跳闸、相线过流跳闸等故障状态的干接点信号输出。

所述开关面板上还配置有各种故障状态的干接点信号输出端子，可把故障信号远传至需要的地方，例如电焊施工现场。

本发明的电焊机专用空气开关，还可采用分体组合式的结构（如图8和9所示），包括常规型空气开关和独立的PE线过流保护器PEB，二者间通过二次控制线路连接，组合而成电焊机专用空气开关。独立的PE线过流保护器PEB外形见图9，包括PE线过流保护器外壳14、PE线过流掉牌指示兼复位按钮13、PE线过流声光报警器5、PE进线端31、PE出线端41、信号输出接线盒42。常规型空气开关要求具有漏电保护功能、分励脱扣线圈或失压脱扣线圈。PEB串入电焊机PE线回路中，PEB内有PE线电流检测和热保护元件，能够实现PE线过流时的声光报警，向空气开关的分励脱扣线圈发出反时限过流跳闸信号并有可复位的记忆显示，还配置有PE线过流时的声光报警干接点信号输出端子，可把故障信号远传至需要的地方，例如电焊施工现场。

当电焊操作中焊接回路发生两点接地时，地网分流（图中I_F）经接地网络流入电焊机PE线，再经PEB回流至电焊机二次线圈的b点。当I_F电流值较大，有可能威胁到PE线的安全时（例如I_F≥10A），PEB的声光报警器报警，向操作者提示两点接地和地网分流的存在。当I_F电流长时间超过PE线的安全载流量时（例如I_F≥20A），PE线面临烧毁的危险，此时PEB的反时限过流保护动作，驱动空气开关跳闸，焊接操作被强制终止。

本发明的电焊机专用空气开关，在常规空气开关的基础上增设PE线端子，内部配置过电流检测和热保护元件，实现PE线过流报警和反时限跳闸，可用于各种交直流焊机；其中单相型开关用于380V或220V的普通交流焊机和小型整流焊机，三相型和三相四线型开关用于直流发电机型焊机和大型整流焊机。本发明的电焊机专用空气开关具有以下几个特点：

（1）PEB为PE线过流保护器，可安装于空气开关壳体内形成一体式；也可以与空气开关分体独立配置，二者间由二次控制线相联。PEB内配置PE线过电流检测和热保护元件，能够实现PE线过流报警和反时限过流跳闸；

（2）开关面板上有PE线过流声光报警器，和漏电、PE线过流、相线过流等保护动作时的3个掉牌指示器。空气开关由掉电位置人工复位至分闸位置时，掉牌指示器随之复位。可配置PE线过流报警与跳闸、漏电跳闸、相线过流跳闸等故障状态的干接点信号输出；

（3）不影响开关中其它保护和控制功能的配置，本开关亦可作为普通空气开关使用。

（4）不仅适用于各种交流电焊机，还可用于直流电焊机，通用性强。

（5）使用本电焊机专用空气开关后的电焊操作过程包括以下几个步骤：

①电焊机专用空气开关送电后即可开始焊接，不需要专门检查系统中有没有两点接地；

②系统中出现两点接地，且PE线中地网分流≥10A时，开关发出PE线过流声光报警，提示系统中有两点接地问题；

③如果PE线过流持续时间较短（例如开始时的打火试通），反时限过流保护不会立即跳闸，使打火试通等工作可以正常进行；

④当PE线中电流≥20A且持续时间较长时，开关反时限过流跳闸，保证PE线和电源电缆不被烧毁。同时“PE线过流”掉牌，提示开关跳闸原因；

⑤当“PE线过流”长时间报警、或发生PE线过流跳闸时，操作者应检查两点接地问题并设法排除。无法排除时，可临时拆除电焊机的PE线，操作结束后及时恢复；

⑥临时拆除电焊机的PE线后，操作者的触电防护是依靠：（Ⅰ）电焊机二次系统的另一个实际接地点、（Ⅱ）电焊机专用空气开关的漏电保护功能（后备保护，30mA  0秒跳闸）；

⑦漏电保护跳闸后，“漏电保护”掉牌，提示开关跳闸原因；

⑧保护跳闸后，开关操作手柄处于中间脱扣位置，下拉手柄，复位至分闸位置时，掉牌指示器随之复位，为下一次合闸做好准备。

本发明的电焊机专用空气开关，能解决电焊机二次侧地网分流烧保护接地线这一世界性施工安全难题，可产生较大的经济效益和社会效益。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.电焊机专用空气开关，其特征是，包括空气开关壳体（1）和开关面板（2），所述空气开关壳体（1）内设置有检测线圈LQ，在所述空气开关壳体（1）上设置有PE进线端（31）和PE出线端（41）；所述PE进线端（31）和PE出线端（41）之间设置有位于所述空气开关壳体之内的漏电与PE线过流保护器PEB，所述漏电与PE线过流保护器PEB之内设置有电流检测和热保护元件；所述开关面板（2）的顶端设置有进线端（3），开关面板（2）的底端设置有出线端（4）；所述开关面板（2）至上而下还设置有PE线过流声光报警器（5）、手柄（6）、PE线过流掉牌指示器（7）、漏电掉牌指示器（8）、相线过流掉牌指示器（9）、PE线过流整定按钮（10）、漏电整定按钮（11）和相线过流整定按钮（12）；

其中，所述PE线过流声光报警器（5）位于所述手柄（6）的右上方；所述PE线过流掉牌指示器（7）、漏电掉牌指示器（8）和相线过流掉牌指示器（9）排成一行且位于所述手柄（6）的下方，所述PE线过流掉牌指示器（7）、漏电掉牌指示器（8）和相线过流掉牌指示器（9）由左至右依次设置；

所述PE线过流整定按钮（10）、漏电整定按钮（11）和相线过流整定按钮（12）排成一行且位于所述PE线过流掉牌指示器（7）、漏电掉牌指示器（8）和相线过流掉牌指示器（9）的下方，所述PE线过流整定按钮（10）、漏电整定按钮（11）和相线过流整定按钮（12）由左至右依次设置。

2.根据权利要求1所述的电焊机专用空气开关，其特征是，所述检测线圈LQ为单相型、三相型或三相四线型。

3.根据权利要求1所述的电焊机专用空气开关，其特征是，所述进线端（3）包括所述PE进线端（31）和多个干接点信号接入端；所述出线端（4）包括所述PE出线端（41）和多个信号输出接线盒（42）。

4.电焊机专用空气开关，其特征是，包括常规型空气开关和独立的PE线过流保护器PEB；所述常规型空气开关和独立的PE线过流保护器PEB之间通过二次控制线路连接，组合而成电焊机专用空气开关；所述PE线过流保护器PEB包括PE线过流保护器外壳（14）、PE线过流掉牌指示兼复位按钮（13）、PE线过流声光报警器（5）、PE进线端（31）、PE出线端（41）、信号输出接线盒（42）。

5.根据权利要求4所述的电焊机专用空气开关，其特征是，PE线过流保护器PEB内有PE线电流检测和热保护元件。