CN1851484A

CN1851484A - 一种检测运行电器（电力）设备外壳漏电压的方法和二步防触电方案

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Publication number: CN1851484A
Application number: CN 200610042241
Authority: CN
Inventors: 朱玉光
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2006-10-25

Abstract

本发明公开了一种检测运行中电器(电力)设备外壳漏电压的方法和以此方法制定的二步防触电方案。具体的说由测量电路、设定电路、电压比较电路组成，可以通过微电脑实现运行中的设备外壳漏电压测量、断电、报警等功能，见说明书摘要附图。适用于以下几个方面：1.适用于检测电器(电力)设备外壳漏电压的检测和检测仪器设计；2.适用于根据电器(电力)设备漏电压的变化判断绝缘层的劣变和制定安全措施；3.二步防触电方案，为研制开发新型防触电仪器提供了新方法；4.也可将上面的研究成果应用于下面市场范围：(1)电器(电力)设备生产部门；(2)电力网中运行供电设备的监测；(3)各种民用电器和工业设备的防触电措施。

Description

一种检测运行电器(电力)设备外壳漏电压的方法和二步防触电方案

技术领域

本发明公开了一种检测运行电器(电力)设备外壳漏电压的方法和以此方法制定的二步防触电方案，具体说适用于下面几个方面：

1、适用于检测电器(电力)设备外壳带漏电压的检测和检测仪器设计；

2、适用于根据电器(电力)设备漏电压的变化判断绝缘层的劣变和制定安全措施；

3、二步防触电方案，为研制开发新型防触电仪器提供了新方法；

4、也可将上面的研究成果应用于下面市场范围：

(1)电器(电力)设备生产部门；

(2)电力网中运行供电设备的监测；

(3)各种民用电器和工业设备的防触电措施。

背景技术

防设备带电和防触电是很重要的。

目前防带电和防触电的方法很多，可分为机械法和电气法。

机械法表现在远离电源增加电器防护层。例如变压器护栏、防护面具、防触摸器具、多层绝缘等。

电气方法有：(1)防触电漏电断路器，根据事故以后的电流为依据，监控电源。例如RCD等；(2)中性点接地电网中采用设备保护接地和保护接零，消除设备漏电压(对大地)。这种方法消除设备外壳带电、防触电起了重要作用；(3)电力设备在维修中采用提高绝缘原量的措施。设备并网前用兆欧表法测量绝缘质量，加强绝缘监督，这种方法在电力部门经常应用。

上面方法各有优缺点，其中电气防护措施对防带电、防触电起到不可估量的作用。

第(2)、(3)方法是供电部门在设备并网前必须做到的，第(1)方法防触电是当前推广的方法。

电网运行中监测电流的变化是判断事故发生很重要的依据，第(1)法也是根据事故以后电流的变化。而且必须迅速断电，方可安全。

方法(1)监测电流变化判断事故，已是事故发生之后的现象，而且关键是要求断时间极短，大约0.5秒以内方可脱生。

为何不监测设备自身带电和发生触电之前的危险电参数，如电器(电力)设备漏电压。当达到危险值时提前警示和断电，消除触电的根源，不就可以避免事故发生了嘛？

所以监视设备漏电压，提前采取措施也是防带电、防触电的一种方法。如果这种方法和其它防触电的方法结合使用，利用二种、三种或更多的方法共同防带电、防触电不是更安全可靠嘛？

本发明解决了电器(电力)设备在运行中漏电压的检测技术。

并且本发明根据漏电压检测技术和优选了其它防触电技术，两种方法相结合提出了二步防触电方案。

后文(电器(电力)设备称设备)

(安全电压值称危险电压值)

发明内容

运行设备带电和触电事故的发生主要反映在漏电压的大小和变化上，所以设备漏电压的测量很重要，因为它可以提前告诉我们很多重要信息。

首先本发明是根据桥路原理提出检测运行设备漏电压的方法，在此基础之上提出防触电事故发生的二步防触电方案。

本发明由漏电压测量电路和漏电压设定电路组成，称漏电压检测方法。分析如下：

一、漏电压测量电路见图2。

回路组成由

r₂：绝缘阻抗值，随机变化。

r₁：取设备漏电压阻抗值。

a：桥路中测量漏电压电节点。

电路说明：

1、r₂、r₁组成分压电路。

2、a测量漏电压(对大地)电节点，与r₂随机变化。

3、r₂随设备绝缘层劣变而下降。

4、电源电压U不变时，r₂减小，a电位增大。

5、a电压表示设备外壳z漏电压。

6、V_D1防电路干扰设备外壳，同时为比较单元提供单相正弦脉冲信号。

二、漏电压设定电路见图3。

回路组成由L→R₂→w→V_D2→b→R₁→N(PE)，

R₂：设备绝缘阻抗最小值。

R₁：取设定漏电压阻抗值。

b：桥路中设定漏电压电节点。

电路说明：

1、R₂、R₁组成分压电路。

2、b电压设定危险漏电压值(对大地)，由R₂、R₁确定。

3、R₂：安全规程中设定的设备绝缘阻抗最小值。

4、R₂、r₂桥臂互对应。

5、V_D2：提供单相正弦脉冲信号。

由上面漏电压测量电路图2和漏电压设定电路图3组成电桥电路见图4。

分析一：A回路代表图2漏电压测量电路

B回路代表图3漏电压设定电路

a电节点和b电节点电压的比较得：

\frac{U_{a}}{U_{b}} = \frac{r_{1} (R_{1} + R_{2})}{R_{1} (r_{1} + r_{2})}

根据上式说明如下：

其中r₁、R₁、R₂不变，r₂随机改变。

1、r₂＞R₂，则U_a＜U_b，设备漏电压在安全范围。

2、r₂＜R₂，则U_a＞U_b，设备漏电压在危险范围。

分析二：由电桥平衡原理

\frac{r_{2}}{R_{2}} = \frac{r_{1}}{R_{1}} = \frac{U_{a}}{U_{b}} = 1

当r₁、r₂、R₁不变时，调整R₂使R₂＝r₂，

则U_a＝U_b

根据上面等式说明如下：

实现电桥平衡时：a点电压等于a点漏电压，上面分析一、分析二结论如下：

根据电桥平衡原理可以实现设备外壳漏电压的设定和跟踪。

1、设定b电压可以实现对a电压漏电压值的监控。

2、改变b电压可以实现对a电压漏电压的检测。

3、根据图1中虚线框II和虚线框III电路图可以实现运行中设备漏电压的检测。

上面实现设备漏电压检测有下面三方面用途：

1、由分析一可以实现防触电仪器设计(见图1中虚线框II和虚线框III)。

使漏电压设定电路设定的危险值U_b不断与漏电压测量电路中(随r₂)变化的漏电压U_a比较，监视漏电压不能超过设定危险值，一旦超过立即断电和报警。

2、由分析二可以实现检测漏电压仪器设计(见图1中虚线框II和虚线框III)。

由漏电压设定电路，通过R₂随机改变漏电压设定值U_b，跟踪并且与U_a比较，测量出设备运行中不断改变的漏电压值U_a，并且通过微电脑显示和记录。

3、二步防触电仪器采用上面设备漏电压检测方法和其它防带电、防触电的方法优选组合后提出的方案如下：

本发明二步防触电方案的原理：第一步减小触摸电压和消除设备漏电压U_a(对大地)，采用背景技术中成熟的第(2)方法，在中性线接地电力网中将设备外壳保护接地或保护接零。通过减小接地电阻消除设备的漏电压U_a，实现减小触摸电压，达到防触电的目的。如果断线、接触不牢或设备带漏电压(触摸电压)时，也就是当第一步失败后，第二步必然对漏电压(触摸电压)监控，采用前面所述设备漏电压检测方法，实现设定电压U_b与测量电压U_a比较，当漏电压U_a超过设定危险电压U_b时，二步防触电仪器自动提前断电和报警，使触电事故萌芽消逝。

二步防触电方案已经使触电现象无条件发生(即没了危险电压)，再加上防触电仪器可靠，人人警惕。完全可以使触电事故消逝。

二步防触电方案见电路图1中虚线框I表示第一步，虚线框II表示第二步。

本发明有以下优点：

1、漏电压检测法能提前告诉我们设备漏电压值，危险电压，危险程度，以便引起警惕。

2、实现运行设备漏电压的在线检测，为分析安全运行提供依据。

3、二步防触电方案比其它单一方法更安全，更可靠。

附图说明

图1是运行电器(电力)设备外壳漏电压检测法(见虚线框II和虚线框III)和单相电源二步防触电方案(见虚线框I、虚线框II、虚线框III)电路图；

图2是设备漏电压测量电路图；

图3是监测设备漏电压的电压设定电路图；

图4是设备漏电压检测法的电桥原理图；

图5是由单相防触电仪器组合为三相防触电仪器的接线原理图。

具体实施方式

检测运行设备外壳漏电压的方法适用于漏电压检测仪器和防触电仪器的设计，见图1中虚线框II和虚线框III，下面进行分析：

包括电路：

1、漏电压测量电路；

2、漏电压设定电路；

3、电压比较电路；

4、微电脑监控电路。

1、漏电压测量电路由

止，

顺序由电源火线L到控制开关K到电器绕组xy经绝缘层到设备外壳z到二极管V_D1到取测量电节点a到电阻r₁到接地零线N(PE)止；另一支路由设备外壳z到滤波电容C₁到接地零线N(PE)止。

回路中a节点电压U_a代表设备外壳z的漏电压(V_D1压降约0.5伏)。

支路滤波电容C₁滤掉电网中高频干扰谐波。

2、漏电压设定电路由

止，

顺序火线L到仿绝缘电阻R₂到w电节点到二极管V_D2到设定电压电节点b到电阻R₁到接地零线N(PE)止；支路由W电节点到滤波电容C₂到接地零线N(PE)止。

回路中b电节点电压代表设定危险电压值(U_b＝设定电压-0.5伏)。支路滤波电容C₂滤掉电网中高频干扰谐波。

3、电压比较电路

顺序由电压比较节点a、b分别到二限值电阻R_a、R_b，分别到电压比较单元到微电脑(虚线框III)，实现设备漏电压的监控。

由a、b到R_a、R_b提供单相正弦脉动电压，

(1)当U_a＞U_b，说明设备漏电压大于设定电压值，有触电危险，切断电源或报警。

(2)当U_a＜U_b，说明漏电压在安全范围内，无触电危险。

下面确定(虚线框II)漏电压检测方法电路中，例如设计220V单相电机漏电压检测电路中各电子零件的数值(括号中为计算参考值)，

公式

R_{1} = \frac{U_{b}}{U - U_{b}} R_{2}

(U：伏；U_b：伏；R₁：欧；R₂：欧)

(1)确定漏电压设定危险值U_b(36伏)；

(2)确认工作电源电压(～220伏)

(3)确定R₂，安全规程中最小允许绝缘值(500千欧)；

(4)确定R₁，根据上面公式(98千欧)

(5)确定r₁，根据r₁＝R₁或

r_{1} = \frac{R_{1}}{R_{2}} r_{2}

(98千欧)，注意，以工作电压U求电阻功率

N = \frac{U^{2}}{R}

(＞0.5)W

(6)确定C₁、C₂，根据滤波需要(C₁＝C₂＝2000P，耐压＞400V)

(7)确定V_D1、V_D2，＞400V

(8)确定R_a、R_b，按比较电路需要。

上面介绍了设备漏电压检测方法，在此基础上下面介绍二步防触电方案见图1，图中虚线框I内是第一步防触电线路，虚线框II内是第二步防触电线路。并且将电压比较信号送到虚线框III微电脑实现漏电压的监控。

第一步防触电电路由

顺序由电源火线L到控制开关K到设备绕组xy经绝缘层到设备外壳z到接地零线N(PE)。

方法采用中性线接地电网中防设备带电的保护接地或保护接零方式。

主要是降低设备外壳z的触摸电压，大约降到零电位(对大地)，通过一定规格的导线连接接地零线或接地，此连接线应接牢，防断裂，使设备外壳带电近似等于零，防止触电。

第二步防触电电路采用设备漏电压检测方法的全部(见前面叙述)。下面根据二步防触电方案设计防触电仪器给予说明。

1、二步防触电方案不仅适用于单相设备也适用于三相设备的防触电仪器的设计。三相防触电仪器采用单相防触电仪器的原理，并且由单相防触电仪器组成，接线原理图见图5，虚线框内a、b、c三台相同的单相防触电仪器。

2、根据图1设计防触电仪器，在确定危险电压值时，必须注意：

(1)危险电压值在不同场合，有不同数值，例如：人体在水中U_b＜2.5V，一般情况U_b＜36V(AC)。

(2)电网电压波动允许±5％，确定设定危险电压值时U_b可以适当缩小。

(3)通过资料得到的危险电压值，其内函不清楚时，根据0.707U_b确定。

(4)设计特殊要求的防触电仪器时，危险电压值最好通过实验确定，并且U_b＝确定值-0.5(伏)。

3、本发明介绍的二步防触电仪器的方案，在不违背原理的原则下，可以发挥设计技巧。

Claims

1、一种运行电器(电力)设备外壳漏电压的检测方法，用于检测运行中的设备外壳相对大地的漏电压；

其检测方法电路由漏电压测量电路、漏电压设定电路、电压比较电路和微电脑电路组成；

漏电压测量电路回路组成由火线L到断电开关K到设备绕组xy经绝缘层到设备外壳z到二极管V_D1到取测量漏电压电节点a到阻抗r₁到接地零线N(PE)止；支路由设备外壳z到滤波电容C₁到接地零线N(PE)止；

漏电压设定电路回路组成由火线L到仿绝缘阻抗R2到电节点W到二极管V_D2到取设定漏电压值电节点b到阻抗R₁到接地零线N(PE)止；支路由电节点W到滤波电容C₂到接地零线N(PE)止；

电压比较电路回路组成由二节点a、b分别到二限值电阻R_a、R_b，再分别到电压比较电路；

由电压比较电路到微电脑电路，实现漏电压的显示、报警、切断电源；

上面电路采用电桥原理分析，其中一桥路代表漏电压测量电路，另一桥路代表漏电压设定电路；对角线节点a反映设备外壳漏电压，对角线节点b反映预先设定的定值或变值漏电压。

2、一种二步防触电的方案，通过优选防带电、防触电的方法和根据权利要求1一种运行电器(电力)设备外壳漏电压的检测方法组合实现二步防触电的方案；

第一步防触电的方法是采用在中性线接地电力网中防设备外壳带电的保护接地或保护接零的方法；

第二步防触电的方法是采用权力要求1所述检测设备外壳漏电压的方法，当设备外壳达到或超过危险电压时，自动断电、报警，实现二步防触电的目的。

3、根据权利要求1所述的一种运行电器(电力)设备外壳漏电压的检测方法适用于设计漏电压检测仪器，也适用于设计防触电仪器。

4、根据权利要求2、权利要求3设计二步防触电仪器；

第一步防触电方法中回路组成由火线L到断电开关K到设备绕组xy经绝缘层到设备外壳z经过一段一定规格导线接地(PE)或连接到接地零线N(PE)止；

第二步防触电方法的实现根据权利要求1、权利要求3所实现的方法和电路组合而成。

5、根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4，所述一种运行电器(电力)设备外壳漏电压的检测方法和二步防触电方案所实现的方案不仅适用于单相电器(电力)设备，而且也适用于三相电器(电力)设备。

6、根据权利要求1、权利要求3、权利要求5，可以实现对电器设备和绝缘材料的绝缘性能的测试方法。