CN1083304A - 高压安全防护电网 - Google Patents

Abstract

一种高压防护电网，针对现有交流高压电网不安 全、防护性能较差的不足，本发明采用经过整流的直 流高压电网，并在直流高压电网侧串联有限流电阻， 并联有充放电电容，同时还加有调压装置，从而达到 既提高电网防护能力，又不会造成人畜严重伤亡，同 时阴雨天也能正常使用的目的。本电网采用稳态过 电流和微分脉冲两种触电检测方式，可分为触电后速 断电、缓断电、不断电三种类型的防护电网。

Description

本发明属一种用于起安全防护作用的高压电网。

现在普遍采用的高压交流防护电网主要结构如图1所示：主要包括～220V电源、障碍灯控制系统、电网通断控制系统、升压装置、交流电网、电网触电检测装置、报警系统等，其中电网触电检测系统装置通过报警断电控制中间继电器控制电网通断控制系统及报警系统，当交流电网发生触电事故时，电网触电检测装置发出信号，报警断电控制中间继电器工作，向电网通断控制系统和报警系统发出信号，电网被切断，同时报警器响，报警灯亮。这种电网存在以下一些问题：

1、不安全：当人体电阻较大时，保护装置不工作，电网高压一直加于触电者身上，造成人畜严重伤亡;当人体电阻较小时，既使保护装置动作，在动作时间里通过人体的电能值也超过危险值，仍会造成人畜严重伤亡。

2、防护功能较差：在潮湿、小雨天气时，电网电压下降，有时甚至不能运行，失去防护功能;此外发生触电事故时，电网必须断电，断电后的电网也失去防护能力。

3、交流电网分布电容大、漏电流大、所以耗电量大。

本发明旨在提供一种既能增强防护能力，可靠报警，又不会造成触电者严重伤亡，而且耗电量少的高压安全防护电网。

本发明是通过如下结构实现上述目的的：它包括220V交流电源部分，障碍灯控制系统，电网通断控制系统、升压变压器、高压电网等，其特征在于：在升压变压器初级回路设有能调整电网电压的调压装置，在升压变压器次级串联一耐高压管型线绕限流电阻R₂和整流器件，并联一充放电电容C₁，然后一头接前述的高压电网，一头接地，形成直流高压防护网，同时设置有电网触电检测装置，该装置向报警系统和电网通断控制系统发出控制信号，控制电网的报警显示及通断电。

利用本发明变压器初级的调压装置可以调整次级的电网电压，变压器次级通过整流器件向电网供直流电，当发生触电事故时，电网的直流电通过限流电阻和触电者接地，同时电容C₁向触电者放电，电网电压降低。适当选择限流电阻R₂值，即能保证通过触电者的稳态电流在安全值之下，同时又能对触电者保持一定的威慑力，适当选择C₂值，即可保证对触电者形成有一定威慑力的脉冲冲击电流，同时又将冲击电能控制在防止造成触电者伤亡的安全值之下。

本装置通过触电者的电流是直流电，人畜能短时耐受交流电的极限值约为30mA，而能短时耐受直流电的极限值约为80mA，所以本装置可以通过调限流电阻R₂在较大范围内调整通过触电者的稳态电流，使过流保护装置可靠动作而又不致造成触电者的严重伤亡。充放电电容的合理设置，可在触电事故发生时向触电者放电，增强电网的防护能力，而由于放电是脉冲信号，高电流持续时间短，所以冲击电能可控制在安全值以下，这点是交流电网达不到的。本装置在初级设置了调压装置，可在潮湿阴雨天电网电压下降的情况下调高电网电压，因限制了冲击电能及稳态电流，虽潮湿天人畜体电阻值降低，只要选择适当的R₂及C₁值，既使调高电网直流电压，也不会造成人畜严重伤亡事故，而且维持了电网的防护能力，同时本电网是直流电网，漏电流小，所以耗电量小。

附图说明：

图1、现有交流高压防护电网方框原理图。

图2、本发明方框原理图。

图3、本发明实施例1带过流保护继电器及晴湿调整电路防护电网的电路原理图。

图4、本发明实施例2带微分脉冲检测电路防护电网的电路原理图。

a、总体电路原理图。

b、微分脉冲检测装置中KP模块电路图。

图5、本发明实施例3带过流保护继电器及微分脉冲检测电路防护电网电路原理图。

图6、本发明速断电型高压防护电网方框原理图。

图7、本发明缓断电型高压防护网方框原理图。

图8、本发明实施例4缓断电型高压防护电网电路原理图。

图9、本发明不断电型高压防护电网方框原理图。

图10、本发明实施例5不断电型高压防护电网电路原理图。

现结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：见图3，本实施例的直流电网为3KV，具体结构是：障碍灯控制系统：在～220伏电源线L₁、N始端接双极铁壳开关Q₁，然后并联一电源信号灯HLG₁，从该信号灯两端接出两根控制线K₂、K₁，在两根控制线上分别串联一开关，本实施例采用的是双极组合开关Q₂，然后并联一绿色信号灯HLG₂及H_A1控制支路，该支路上串联有障碍灯控制交流接触器KM₁，常开控制按钮SB₁和常闭控制按钮SB₂，KM₁的一个常开触头与SB₁并联。控制线K₂、K₁各自串联一KM₁的常开触头后，并联有数个位于各段电网上的障碍标志灯HL。

电网通断控制系统：从前述电源信号灯HLG₁两端还并联出两根控制线K₃、K₄，两根控制线上串联一组合开关Q₃，然后并联一信号灯HLG₃和电网通断控制支路HB₁，该支路上串联一将其常开触头接在电网通路上具有切断或接通高压电网功能的交流接触器KM₂及常闭控制按钮SB₄、常开控制按钮SB₃，SB₃两端并联一KM₂的常开触头，障碍灯控制系统的交流接触器KM₁的常开触头串联在该支路上，起通电连锁作用。

调压装置及升压装置：在前述的两根控制线K₃、K₄之间并联一单相自耦调压变压器T₁和并联一升压变压器T₂。

整流、限流、充放电电路：在前述的升压变压器T₂的次级线圈 串联一限流电阻R₂及整流硅堆V₁，并联一充放电电容C₁，然后一头接高压电网，一头接地，本实施例流高压电网为3KV，限流电阻R₂采用20K-33K耐高压管型线绕电阻，C₁采用上海中亚无线电厂为本装置特制的耐压3KV的电容，其容抗值按（2.94μ-电网分布电容C_f）选择，此实施例中的C₁为2.8-2.84μ。

电网触电检测装置：本实施例是采用一过流保护继电器KA₂串联在升压变压器T₂的初级。

报警断电控制中间继电器：将中间继电器KA₁并联在前述的控制线K₃，K₄之间，在该并联支路上串联有过流保护继电器KA₂的常开触头及一常闭手动控制按钮SB₅，kA₂常开触头两端并联一KA₁的自锁常开触头。该报警断电控制中间继电器的控制触头可根据控制需要接到电网通断控制系统，本实施例是将其常闭触头直接串联到电网通断控制交流接触器KM₂的并联支路HB₁上，形成电网一发生触电事故即马上切断电网的控制装置。报警断电控制中间继电器的控制触头还接到报警系统的控制电路里，控制报警显示。

报警系统：在前述的控制线K₃、K₄两端并联有报警器，报警灯支路，报警断电控制继电器的常开触头串联在这些支路中，控制其报警和亮灯。

由于电网刚接通时瞬间电流较大，为了防止过流保护继电器动作无法接通电源，可在控制线K₃、K₄两端并联一时间继电器KT₁支路，电网通断控制交流接触器KM₂的常开触点串联在该支路里，KT₁的延时常闭触头和KM₂的常开触头串联后并联在过流保护继电器KA₂两端，这样在电网接通瞬间，过流保护继电器被短路，延迟一段时间后才开启，进入触电检测状态。

本实施例还在过流保护继电器KA₂两端并联一由限流电阻R₁和电位器R_P串联组成的晴湿调整电路，在阴雨潮湿天电网电阻下降的情况下，电网漏电流增大，会造成过流保护继电器误动作，采用本晴湿调整电路可根据天气和漏电流情况对过流保护继电器的电流分流，防止其在无触电事故时也动作的情况发生，以维护电网的正常防护功能。

本实施例的工作过程是：合上电源开关Q₁、HLG₁亮，表示电源有电，旋动开关Q₂，HLG₂亮，表示本装置已接通电源，揿动按钮SB₁，KM₁交流接触器接通，其常开触点闭合，位于各段电网的障碍标志灯亮，同时KM₁串联在电网通断控制支路HB₁里的常开触头闭合，为KM₂接通作好准备。

旋动Q₃，电网通断控制线K₃、K₄接通电源，信号灯HLG₃亮，按下手动控制按钮SB₃，KM₂接通，电网通电。当电网发生触电事故时，电网电流增大，过流保护继电KA₂动作，报警断电控制中间继电器KA₁接通，报警器响，报警灯亮，同时其在电网通断交流接触器支路的常闭触点断开，电网断电。

本实施例R₂、C₁的取值范围可保证通过触电体的直流电流和冲击电能在安全值以下，同时又对触电者造成足够的威慑力。设置的晴湿调整电路可使电网在潮湿阴雨天也维持正常的防护能力。

实施例2：见图4，本实施例的电网检测装置是采用微分脉冲检测装置，即在高压电网上串联有脉冲变压器的初级，其次级接可控硅控制极g和阴极a两端，可控硅阳阴极端分别接直流电源正、负端（图4b），可控硅导电回路串接有微分脉冲检测中间继电器KA₃，上述脉冲变压器与可控硅的回路数量与电网检测段数相同，本实施例为两段电网检测，故有T₃、V₇、KA₃和T₄、V₈KA₄两组微分脉冲检测装置，多段检测的几个可控硅共用一个直流电源时，为防止脉冲信号的互相干扰，在各脉冲变压变压器次级分别通过隔离二极管V₁₁、V₁₂等接地。微分脉冲检测中间继电器常开触头串联到报警断电控制中间继电器KA₁的控制触头接到报警系统的控制支路中，如果是分段检测，则在报警系统中设置分别串联有与各段电网相对应的微分脉冲检测中间继电器触头的报警灯支路，哪个报警灯亮，即说明哪段电网发生触电事故。

本实施例脉冲变压器具体技术参数是：线圈初次级匝数比为：495匝∶142-495匝，功率：15伏安。

为了可靠触发可控硅，脉冲变压级次级信号可通过一级放大电路后接可控硅控制级，此时脉冲变压器初次级匝数比为200匝：60-100匝，功率为10伏安。

当电网发生触电事故时，产生一脉冲信号，通过脉冲变压器加到可控硅控制极上，可控硅导通，接在其回路中的微分脉冲检测中间继电器动作，接通报警断电控制中间继电器KA₁，切断电网，报警器报警，同时哪段电网发生事故，相应的可控硅回路的中间继电器即会同时接通表示相应电网的报警灯。

采用微分脉冲检测电路可以防止缓慢变化信号的干扰，如下雨、潮湿天气，电网漏电流增大，对这种缓慢增大的电流信号，电网通断电控制系统不产生误动作，从而提高了报警可靠性，增强了电网防护功能，同时，采用本微分脉冲检测电路可使多段高压直流防护电网共用一套控制、调压、升压、整流、充电等电路元件，节省了设备投资。

实施例3：如图5所示，本实施例的电网触电检测装置是稳态电流检测和微分脉冲检测两套装置并用，过流保护继电器KA₂的触头与微分脉冲检测中间继电器KA₃、KA₄的触头串联在报警断电控制中间继电器KA₁的支路中，只有两套装置均动作，KA₁才会动作，报警器响。

上述3个实施例均为速断电型，即发生触电事故后即报警显示，同时马上切断电源，其方框原理图如图6所示。

将上述任一实施例中电网触电检测装置中过流保护继电器或微分脉冲检测中间继电器的控制触头接法改变一下，即可变为缓断电型或不断电型的直流高压防护电网。

实施例4：如图7、图8所示，将电网触电检测装置中微分脉冲检测中间继电器KA₃、KA₄和过流保护继电器KA₂的常开触头串接 到报警断电控制中间继电器KA₅、KA₆的控制支路中，将该继电器的常开触头接到报警器HA的支路中，将位于各段电网的微分脉冲检测装置中微分脉冲检测中间继电器的触头串接到各对应的报警灯支路中，同时将报警断电控制中间继电器KA₅、KA₆的常开触头接到时间继电器KT₂支路中，KT₂的常闭延时触头接到断电中间继电器KA₇的支路中，KA₇的常闭触头接到电网通断控制交流接触器KM₂和KM₁的支路中，即形成缓断电型的高压防护网。发生触电事故时，障碍报警系统工作，另一方面，断电中间继电器KA₇经过时间继电器KT₂的一段延时后才被开启，切断KM₂和KM₁电路，电网断电，障碍灯灭。

这种缓断电型电网在触电事故发生后能继续维持一段通电时间，从而增加了对触电者的威慑力，而由于本电网是直流电网，只要调整好限流电阻R₂值，即可保证通过触电者的稳态电流在安全值之下，不造成其严重伤亡。一般缓断电型的R₂值取33KΩ，以保证通过触电者的稳态电流在30mA以下。

实施例5：如图9、图10所示：将电网触电检测装置的微分脉冲检测中间继电器及过流保护继电器的触头只接到报警系统，即形成不断电型的能够报警显示的高压防护网。

此类电网也将其通过人体的稳态电流调在30mA以下，由于触电后电网不停电，可以防止有人故意先将电网接地造成断电后再穿越电网，从而增强了电网防护能力。触电事故长时间未消除时、可由值班人员操作控制按钮SB₂或SB₄断开电网电源。

Claims (8)

1、一种高压防护电网，包括220V交流电源部分，障碍灯控制系统，电网通断控制系统、升压变压器、高压电网等，其特征在于：在升压变压器初级回路设有能调整电网电压的调压装置，在升压变压器次级串联一耐高压管型线绕限流电阻R₂和整流器件，并联一充放电电容C₁，然后一头接前述的高压电网，一头接地，形成直流高压防护网，同时设置有由继电器等器件组成的电网触电检测装置，该装置中的继电器可向报警系统发出报警显示控制信号，并可在需要的情况下向电网通断控制系统发出电网断电控制信号。

2、如权利要求1所述的高压防护电网，其特征在于：所述的耐高压管型线绕限流电阻R₂为20K-33K，所述的并联在直流高压电网两端的充放电电容C₁＝2.94μ-电网分布电容。

3、如权利要求1或2所述的高压防护电网，其特征在于：所述的电网触电检测装置为采用一过流保护继电器KA₂串联在升压变压器T₂初级，在过流保护继电器两端并联一由限流电阻R₁和电位器R_P串联组成的晴湿调整电路。

4、如权利要求1、2或3所述的高压防护电网，其特征在于：所述的电网触电检测装置，为在所述高压直流电网侧设置微分脉冲检测装置，即将脉冲变压器初级串联在高压电网里，次级直接或经过信号放大电路接到能控制可控硅通断的控制回路里，可控硅的导电回路里串联有微分脉冲检测中间继电器，脉冲变压器和与其相应的可控硅回路数量与电网检测段数相同。

5、如权利要求4所述的高压防护电网，其特征在于：所述的脉冲变压器初次级线圈匝数比为495匝：142-495匝，功率为15伏安，当脉冲变压器次级接有信号放大电路时，脉冲变压器初次级线圈匝数比为200匝：60-100匝，功率为10伏安。

6、如权利要1、2、3、4或5所述的高压防护电网，其特征在于：将所述的电网触电检测装置中的各检测继电器的常开控制触头串接到能使报警断电中间继电器导通的控制回路中，将该报警断电中间继电器的常开触头接到报警系统中能使报警器响，报警灯亮的控制回路中，并将该报警断电中间继电器常闭触头接到电网通断控制系统中能使电网断电的控制回路中，形成速断电型高压防护电网。

7、如权利要求1、2、3、4或5所述的高压防护电网，其特征在于：将所述的电网触电检测装置中各检测继电器的常开触头串接到能使报警断电中间继电器导通的控制回路中，并将该报警断电中间继电器的常开触头串接到报警系统中能使报警器响，报警灯亮的控制回路中，同时再将报警断电中间继电器常开触头串接到能使一时间继电器导通的控制回路中，将该时间继电器的延时常开触头串接到能使断电中间继电器导通的控制回路中，再将该断电中间继电器的常闭触头串接到电网通断控制系统中能切断电网电源的控制回路中，形成缓断电型高压防护电网。

8、如权利要求1、2、3、4或5所述的高压防护电网，其特征在于：将所述电网触电检测装置中的各检测继电器的常开触头串接到能使报警断电中间继电器导通的控制回路中，将该报警断电中间继电器的常开触头串接到报警系统中能使报警器报警，报警灯亮的控制回路中，形成不断电型高压防护电网。

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