CN209375134U - 一种低压安全供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低压安全供电系统，包括降压变压器、输电线、漏电保护开关及用电设备，其中：设有隔离变压器，所述隔离变压器的初级绕组接所述降压变压器的输出，所述隔离变压器的次级绕组通过漏电保护开关接用电设备，所述隔离变压器的次级绕组中性点即零线不接地，所述输电线为具有导电包覆层的包覆式输电线，且所述包覆式输电线的导电包覆层电连接所述隔离变压器的次级绕组中性点。通过隔离变压器次级的中性线不接入公共地线，从供电设备侧切断了与大地之间的电流回路，能够避免电器或设备内的电路或零件漏电,漏电电流无法通过人体,接通大地,从而有效的阻止因触电导致人体伤亡事故的发生。

Description

一种低压安全供电系统

技术领域

本实用新型涉及供电系统技术领域，具体涉及一种低压安全供电系统。

背景技术

供电系统是由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。现有的供电系统分为三类，即TN系统、TT系统和IT系统。

在TN系统中，所有电气设备的外露可导电部分均接到保护线上，并与电源的接地点相连，这个接地点通常是配电系统的中性点，又称保护接零。当故障使电气设备金属外壳带电时，形成相线和地线短路，回路电阻小，电流大，能使保护装置能可靠动作，将故障切除。

TT系统是电源中性点直接接地的三相四线系统，所有设备的外露可导电部分均经各自的保护线PE分别直接接地。

IT系统是指在电源中性点不接地的系统，所有设备的外露可导电部分均经各自的保护线PE分别直接接地。IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。由于电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。

TN系统和IT系统一般为三相三线制供电，由于没有零线，因此不适用于需要单相供电的场合。因此，一般城市工厂和居民用电多采用电源中性点直接接地的三相四线TT 供电系统。

现有三相四线TT供电系统如图1所示，包括供电变压器1，输电线2，漏电保护开关3，用电设备4，5。其中用电设备4为三相用电设备，5为单相用电设备；变压器1为三相变压器，其输入端接高压电网，将高压电网送来的3相高压电降压成与用电设备的输入电压相匹配的，线电压低于1000V的三相四线制供电电压，相电压为线电压的在我国是三相380V及单相220V。所述输电线2通常使用单根绝缘导线、或3相绝缘电缆、或单相绝缘电缆或带有零线的3相绝缘电缆。在TT供电系统中，变压器输出端的中性点即零线接地，并要求用电设备的导电外壳6可靠接地。

现有系统按IEC标准，所述三相4线供电系统的中线(零线)接地，如用电设备中的线路损坏或与外壳短路即可通过外壳构成回路，保持外壳电压对地为零，对人不会造成触碰人员的伤亡事故。进一步再装有漏电保护开关，一旦漏电电流超过25至30毫安(人体承受之安全电流值)，即会切断供电电源。

但事实上仍时有人员触电致死的伤亡事故发生，证明现有系统尚未完善，仍有改善空间。TN、TT系统火线对地漏电电流的大小无法控制，若漏电开关失效，人员一旦接触火线即有生命危险。IT系统电源中性点不接地，漏电设备的导电外壳对地无电压，触碰不会电人，但无法防止线对线之间的漏电，且外壳是否带电无法检知。

一般在供电区内存在两种触电危险：

1、线对地触电

现有的电压高于36V的供电系统中，当人意外接触相线(火线)或漏电外壳时，人将被置于不安全电压与公共接地之间，仅靠正常工作的漏电开关及良好之接地保障人身安全。往往由于漏电开关或设备的接地线故障，而经过人体到公共地线中的电流大小取决于人身的内阻，如人身内阻为1000Ω，设备接地电阻1000Ω，电压在220V时，通过人体的电流则为110mA，远超人体能承受的安全电流30mA。例如家庭卫浴电热水器洗澡的触电及儿童水池触电事等。

2、线对线触电

当传输电缆绝缘破损，且破损位置分别与不同的导体连接时，当人直接或间接接触该导体(金属或液体如水)，构成回路，电流从一相传输线→导体→人体→另一导体→另一传输线，产生触电事故。对于380V的线电压，2000Ω的回路电阻，则电流为190mA。由于电流流入流出相等，漏电开关无法反应。即使装有过流保护开关亦无法保护，因为一般触电电流在1000mA以下即致死，而过流开关一般过载保护在5A以上。

由此可见，目前按IEC标准的供电系统存在以下问题，也是触电事故频发的原因：

1、无法对接地不良的金属壳进行漏电保护；

2、无法对漏电开关失效提供漏电保护及限制漏电电流低于30mA之人身安全值；

3、无法对两条电位差高于安全电压36V的导体提供线对线之漏电保护；

4、无法就带电金属及媒体如水，在漏电开关因故失效时，提出报警或截断电源。

由此可见，上述现有的供电系统在防触电安全保护方面，显然仍存在有不足与缺陷，而亟待加以进一步改进。但长久以来一直未见有效的方案被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的能杜绝人员设备发生触电事故的低压安全供电系统，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的供电系统存在的上述问题，本实用新型人基于从事电器产品设计制造多年丰富经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的低压安全供电系统，以改进一般现有的供电系统，使其更安全实用。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

本实用新型的低压安全供电电路系统，主要用于家居，工厂，公用用电设施，水池，喷泉及低于1000V单相或3相电压的场所中的用电设备。所述低压安全供电系统是指由供电电网降压后到用电设备的这一段。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，克服现有的供电系统在安全用电方面存在的不足，而提供一种新的低压安全供电系统，所要解决的技术问题是在用电设备使用过程中，如果发生电路故障而导致一相与导电外壳短路时，即使人员连通外壳与地，也不会造成人员触电丧亡事故。

本实用新型的另一目的在于，克服现有的供电系统在安全用电方面存在的不足，而提供一种新的低压安全供电系统，所要解决的技术问题是在供电过程中，若发生两条相线漏电也不会造成人员触电事故。

本实用新型的又一目的在于，克服现有的供电系统在安全用电方面存在的不足，而提供一种新的低压安全供电系统，该系统能随时检测用电设备的漏电故障，提供及时检修。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种低压安全供电系统，包括降压变压器、输电线、漏电保护开关及用电设备，其中，设有隔离变压器，所述隔离变压器的初级绕组接所述降压变压器的输出，所述隔离变压器的次级绕组通过漏电保护开关接用电设备，所述隔离变压器的次级绕组中性点即零线不接地，所述输电线为具有导电包覆层的包覆式输电线，且所述包覆式输电线的导电包覆层电连接所述隔离变压器的次级绕组中性点。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的低压安全供电系统，其中所述隔离变压器为升压变压器。

前述的低压安全供电系统，其中所述隔离变压器为三相变压器、或/和单相变压器。

前述的低压安全供电系统，其中所述包覆式输电线包括具有绝缘层的相线、零线及包覆所述相线和零线的导电包覆层，所述导电包覆层的外面为绝缘保护层，所述零线为裸线与所述导电包覆层电连接。

前述的低压安全供电系统，其中所述包覆式输电线的相线为3根，或1根。

前述的低压安全供电系统，其中所述用电设备的金属外壳与所述隔离变压器次级绕组中性点之间还设有微电流漏电检测装置。

前述的低压安全供电系统，其中所述微电流漏电检测装置是所测最小电流为小于30mA的微电流漏电检测装置，所述微电流漏电检测装置包括：微电流传感器、微处理器、报警装置、接口电路和电控开关，所述微电流传感器的输入端分别接用电设备的导电外壳和隔离变压器次级绕组的中性点，所述微电流传感器的输出接微处理器的输入端，微处理器的输出通过所述接口电路接所述电控开关、报警装置。

前述的低压安全供电系统，其中所述电控开关是继电器或电子开关；所述报警装置是语音报警器或/和闪光报警器。

前述的低压安全供电系统，其中所述微处理器的输出接以太网控制终端。

前述的低压安全供电系统，其中包覆式输电线的导电包覆层是金属丝网。

本实用新型的低压安全供电系统，具有如下优点：

1、本实用新型提供的低压安全供电系统，降压变压器与用电设备之间增加了隔离变压器，且隔离变压器次级绕组中性线不接入公共地线，隔离变压器次级绕组的相线对地零电压，就相当于从供电设备侧切断了与大地之间的电流回路，能够避免用电设备内的电路故障，发生导电外壳漏电，由于没有接通公共地线，即使人接触漏电外壳也无法通过人体，回到隔离变压器次级绕组中性点，从而有效防止线对地触电而导致人体伤亡事故的发生。降压变压器的次级绕组中性点接地，即隔离变压器的初级绕组的中性点是接地的，一旦用电设备外壳短路，电源通过隔离变压器之高阻抗，其漏电电流也在30mA的安全范围内。一般变压器的初次级间电容为0.001微法，则阻抗为30千欧，对于220V 的相电压，则最大漏电流仅为7mA，远小于30mA人体安全电流。

2、本实用新型提供的低压安全供电系统，连接隔离变压器与用电设备之间的传输线缆，采用包覆式输电线，所述包覆式输电线将相互绝缘的各相电力传输线及零线包覆在导电包覆层内，如果线与线间发生漏电，只会触发过流开关，即使过流开关失效，短路电流只在隔离变压器次级绕组内闭环流动而不会外涉，从而能够避免人体同时接触两条相线，而造成线对线触电的人体伤害事故，杜绝了线与线的触电隐患，进一步提高了该供电系统的安全性。

3、本实用新型提供的低压安全供电系统，进一步在该供电系统中设置微电流漏电检测装置，检测隔离变压器次级绕组中性线与每个用电设备的金属外壳或导电媒体(如水丿的微电流，便于在无触电危险的情况下，及时报警以便处理。进一步在隔离变压器的初级设置电控开关，一旦测出一定数值的微小漏电流立即控制电控开关切断电源；进一步还可将漏电信息上传以太网络控制终端，实现远程控制。

4、本实用新型提供的低压安全供电系统，在接入用电设备之前，还可通过升压隔离变压器进行升压处理，以高电压进行电力传输，能够减少电力损耗，在相同传输功率的条件，可减小传输电流，降低线缆与接头处的热量，极大程度地降低火警的发生。由于传输的电流减小可采用更小截面的导线，甚至用较高电阻率强度更好的材料(如以铁代铜)，可以节省昂贵的铜材。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段、内容和目的，以下特举较佳实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有三相四线制供电系统的电路示意图。

图2为本实用新型低压安全供电系统的示意图。

图3为本实用新型单相包覆传输线通过插座连接用电设备的示意图。

图4为本实用新型带零线的三相包覆传输线的结构示意图。

图5是本实用新型带零线的单相包覆传输线的结构示意图。

图6为本实用新型低压安全供电系统中的微电流漏电检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

需要说明的是，本实用新型中的技术方案，将隔离变压器的中性线与公共地线断开，具体地，对于单相隔离变压器而言，中性线不接地；对于三相隔离变压器而言，在三相四线制的电路中，中性线不接地。通过断开隔离变压器的中性线与公共地线之间的连接，就相当于断开供电线路与大地之间的电流回路，从根本上避免了触电的危害。

此外，本实用新型实施例中的所有描述，对单相以及三相电传输全部适用，在本实用新型实施例的下文描述中，主要以三相电为主进行详细描述。

如图2所示，本实用新型提供一种低压安全供电系统，包括降压变压器1、输电线2、漏电保护开关3及用电设备4，其中还设有隔离变压器，所述隔离变压器包括三相隔离变压器7和单相隔离变压器8，所述三相隔离变压器7和单相隔离变压器8的初级绕组接所述降压变压器1的输出，所述隔离变压器的次级绕组通过漏电保护开关3接用电设备4，所述隔离变压器的次级绕组中性点即零线不接地。

所述降压变压器1为三相变压器，所述降压变压器1及所述三相隔离变压器7的次级绕组均为Y型三相四线制接法，三相隔离变压器7的初级绕组71的三根相线分别接降压变压器1的三根输出相线。三相隔离变压器7的次级绕组72的零线不接地。

单相隔离变压器8的初级绕组分别接降压变压器1次级绕组的一根相线和零线。单相隔离变压器8的次级绕组的二输出端均不接地，而直接接单相用电器。

在同时具有三相用电设备及单相用电设备的情况下，也可采用一个三相四线隔离变压器，次级绕组的中性线与地线断开，且次级绕组的三根相线以及中性线分别与三相用电设备和单相用电设备连接提供电源。

所述输电线2为具有导电包覆层的包覆式输电线20(参图4、图5)，所述包覆式输电线20包括具有绝缘层的相线21、零线22及包覆所述相线21和零线22的导电包覆层 23，所述零线22为裸线与所述导电包覆层电连接。

在三相用电设备情况下，所用包覆式输电线20为3根相线21和一根与导电包覆层连接的零线22所构成。且所述包覆式输电线的导电包覆层23通过零线22电连接所述隔离变压器7的次级绕组中性点。

在单相用电设备情况下，所用包覆式输电线为1根相线21和一根与导电包覆层连接的零线22所构成。且所述包覆式输电线的导电包覆层23通过零线22电连接所述隔离变压器8的次级绕组中的一根输出线。实际使用一般是通过插头插座接线，如图3所示，现有的单相插座9有三个插孔，即相线插孔91、零线插孔92和接地线插孔93。在本实用新型的低压安全供电系统中，接地插孔93不接地，相线孔91接相线21，零线插孔92接零线22。所述接地孔93与所述零线插孔92连接，即与包覆式输电线的导电包覆层23连接。

通过断开低压安全供电系统中隔离变压器次级绕组中性线与地线之间的连接，即隔离变压器次级绕组的中性线不接入公共地线，隔离变压器次级绕组的相线对地不能形成回路，从供电设备侧切断了与大地之间的电流回路，一旦电器或设备内的电路或零件，因长时间使用被腐蚀或质量问题，发生电器或设备漏电，由于没有接通公共地线，漏电电流无法通过人体，接通大地，从而阻止因触电而导致的人体伤亡事故的发生。

由于降压变压器的次级绕组中性点接地，即隔离变压器的初级绕组的中性点是接地的，一旦用电设备外壳短路，电源通过隔离变压器之高阻抗，其漏电电流也在30mA的安全范围内。一般变压器的初次级间电容为0.001微法，则阻抗为30千欧，对于220V的相电压，则最大漏电流仅为7mA，远小于30mA人体安全电流。

图4、图5所示是本本实用新型中包覆式输电线的结构图，其中，图4是三相四线包覆式输电线，该输电线包括三根相线21，零线22，导电包覆层23及包覆在每根相线 21外侧的第一绝缘层24，所述零线22为裸线，所述导电包覆层23包覆所有第一绝缘层24及零线22，于所述导电包覆层23的外面包覆有第二绝缘层25。结合图2所示实施例的低压安全供电系统，该低压安全供电系统为三相供电，对应于图4中的传输线缆，三根相线21分别用于传输隔离变压器次级绕组的三相电压，与导电包覆层23相连接的零线用于连接隔离变压器次级绕组的中性点。

本实施例中连接隔离变压器与用电设备之间的包覆式输电线采用相互绝缘的三根相线21以及包覆在三根相线21外侧的接有零线22的导电包覆层23进行电力传输。本实施例中的传输线缆采用包覆式输电线，将所有相线和零线包裹在导电包覆层23内，当有尖锐的针状导电体刺穿该输电线缆到达某一根相线时，一定同时接通零线，即导电包覆层，构成短路通电回路，在过流保护开关正常时，会因短路跳闸，切断电源。即使在过流保护开关故障情况下，因隔离变压器次级绕组中性点不接地，也能够避免人体接触该相而发生相对地触电事故。如果同时接触两条被导电体刺穿的包覆式输电线，与外界接触的只能是零线，不可能发生线对线之间的触电事故，进一步提高了该低压安全供电系统的安全性。

在本实施方式中，导电包覆层23为金属网状编织层，或导电薄膜层。

在本实施方式中，在导电包覆层23的包覆区域内还可以不设置所述零线23，仅设置有相线，而该导电包覆层23同时用作零线。对于三相不平衡的三相四线用电系统，或单线用电，用作零线的导电包覆层的允许电流需满足实际需要。

在本实施方式中，当该包覆式输电线用于传输单相电时，在传输线缆内仅需设置一根相线21即可，如图5所示，此时的包覆式输电线为一根相线21，包覆在所述相线21 外侧的第一绝缘层24以及包覆在第一绝缘层24外侧的导电包覆层23。

在图2本实用新型低压安全供电系统的实施例中，述用电设备的金属外壳6与所述隔离变压器次级绕组中性点之间还设有微电流漏电检测装置10，用于检测隔离变压器次级绕组与用电设备的金属外壳之间的漏电电流。

所述微电流漏电检测装置10是所测最小电流为小于30mA的微电流漏电检测装置，其结构如图6所示，包括：微电流传感器11、微处理器12、报警装置13、接口电路14 和电控开关15，所述微电流传感器11的输入端分别接用电设备的导电外壳6和隔离变压器次级绕组的中性点，所述微电流传感器11的输出接微处理器12的输入端，微处理器12的输出通过所述接口电路14接所述电控开关15及报警装置13。

所述微电流传感器11是光电耦合器，或穿心式电磁耦合器等。

所述报警装置13是语音报警器或/和闪光报警器。

见图2、图6，所述电控开关15设于隔离变压器的初级绕组与降压变压器之间，用于切断隔离变压器电源。

当用电设备的金属外壳6带电时，所形成的微电流从金属外壳流经微电流传感器，回到隔离变压器的次级绕组中性点，经过次级绕组与用电设备之间的传输相线回到用电设备，形成漏电电流的回路。

微电流传感器11检测出微电流后，将信号送微处理器12，微处理器12通过接口电路控制电控开关断开，以切断隔离变压器的电源。所述电控开关可以是继电器，也可以用其他可电控的电子开关，只需保证在检测装置检测出微电流时，微处理器与开关的配合，能够切断隔离变压器的电源即可。

所述微处理器12还触发报警装置12工作，发出报警以声光提醒用户注意。可选地，报警装置12可以为单独的蜂鸣器，也可以闪烁发光器，或二者结合。所述微电流漏电检测装置的微处理器12还通过网络将报警信息发送给以太网控制终端16，便于用户实时掌握低压安全供电系统的工作状态。

作为本实施例的一种可选方式，在用电设备的金属外壳9与各传输相线之间连接有试电按钮，通过试电按钮可定期检测该低压安全供电系统的可靠性。

需要说明的是，本实用新型实施例中的低压安全供电系统可以应用于工厂(三相电和单相)，也可以应用于住宅区、大厦或家庭(单相)，也可以用于公共用电设施中。

本实用新型提供的低压安全供电系统，还可采用升压隔离变压器，使得输出电压增高，并使用包覆式输电线进行电力传输，使得同功率下输送电流变小，减小输电线截面，降低成本，热损耗也大大降低；到配电箱前端再通过降压隔离变压器减低到正常使用的三相电压，在该低压安全供电系统中，一方面采用中性线不接地的隔离变压器，另一方面采用传输线缆进行电力传输，避免了即使以外触碰其中一根相线，也不会引发触电，安全度非常高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种低压安全供电系统，包括降压变压器、输电线、漏电保护开关及用电设备，其特征在于：设有隔离变压器，所述隔离变压器的初级绕组接所述降压变压器的输出，所述隔离变压器的次级绕组通过漏电保护开关接用电设备，所述隔离变压器的次级绕组中性点即零线不接地，所述输电线为具有导电包覆层的包覆式输电线，且所述包覆式输电线的导电包覆层电连接所述隔离变压器的次级绕组中性点。

2.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于所述隔离变压器为升压变压器。

3.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于所述隔离变压器为三相变压器、或/和单相变压器。

4.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于所述包覆式输电线包括具有绝缘层的相线、零线及包覆所述相线和零线的导电包覆层，所述导电包覆层的外面为绝缘保护层，所述零线为裸线与所述导电包覆层电连接。

5.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于所述包覆式输电线的相线为3根，或1根。

6.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于所述用电设备的金属外壳与所述隔离变压器次级绕组中性点之间还设有微电流漏电检测装置。

7.根据权利要求6所述的低压安全供电系统，其特征在于所述微电流漏电检测装置是所测最小电流为小于30mA的微电流漏电检测装置，所述微电流漏电检测装置包括：微电流传感器、微处理器、报警装置、接口电路和电控开关，所述微电流传感器的输入端分别接用电设备的导电外壳和隔离变压器次级绕组的中性点，所述微电流传感器的输出接微处理器的输入端，微处理器的输出通过所述接口电路接所述电控开关、报警装置。

8.根据权利要求7所述的低压安全供电系统，其特征在于所述电控开关是继电器或电子开关；所述报警装置是语音报警器或/和闪光报警器。

9.根据权利要求7所述的低压安全供电系统，其特征在于所述微处理器的输出接以太网控制终端。

10.根据权利要求1所述的低压安全供电系统，其特征在于包覆式输电线的导电包覆层是金属丝网。