CN2153126Y - 三相电源安全防触电压电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是三相电源带电碰线安全的防触电 压电器，可取代目前所有的防触电电器及保护装置。 它由三组初级绕组和分接开关K₃组成初级输入调 磁线路，三组次级绕组和分接开关K₄组成次级压电 线路，压电线路与大地毫无关联，组不成闭合回路，既 起到防触电作用，又可带动三相负荷工作。本电器可 防触电、防雷电、防高压串入低压，减少电损90％。 装置结构简单，设计合理，性能可靠，与低压电源变压 器配合使用，适用于工厂、机关、单位、农村等所有使 用三相电源动力的地方。

Description

本实用新型是一种三相电源带电碰线安全的防触电压电器。

目前，我国为了防止发生触电事故，保证人身安全，在变压器低压输出端设置了触电保安器。其原理是：人触电时，有一个零序电流从电源流经零序电流互感器，通过人体到地面，回到变压器的中性点，组成回路，这个电流在互感器中感应出一个信号，经放大器放大后送入继电器；如果这个电流达到影响人体安全时，继电器就动作，使自动开关脱扣，切断电源，防止触电。其缺点是：人万一碰到线，还是先触电而后跳闸，在接地严重时，一瞬间人体触电部位，如手、脚，也有被打坏的可能，心脏病人触电仍有生命危险；刮风下风时容易跳闸，给电工带来许多麻烦；易损件（如放大器，整流器，继电器等）容易损坏，坏后电工如未及时发现，还是照样不安全，给人们带来威胁。

本实用新型的目的就在于克服以上所存在的不足，而提供一种既安全防触电，又能使电正常运行的三相电源安全防触电压电器。

本三相电源安全防触电压电器，包括初级绕组和次级绕组。由L₁－L₃、L₄－L₆、L₇－L₉组成三相初级输入调磁线路；由L₁₀－L₁₂、L₁₃－L₁₅、L₁₆－L₁₈组成三相次级压电输出线路。初、次组的匝数和线径由引线接法而定。初级绕组的电源耦合闸刀K₁，三个电源指示灯DX₁、DX₂、DX₃，电压表V₁、V₂，瓷叉保险BD₁、BD₂、BD₃、BD₄等，与变压器的三相电源对应相连接。次级绕组与压电电源输出闸刀K₂，三个压电指示灯DV₄、DX₅、DX₆，电压表V₃、V₄，瓷叉保险BD₅、BD₆、BD₈等组成次级输出线路，与负荷连接。当初级绕组通入380V三相交流电源后，次级绕组就感应出与初级输入功率相等的三相电压和电流。因次级三绕组与初级三绕组相互绝缘，电阻无穷大，又与大地也毫无关联，相互之间形不成闭合回路，所以有带电碰线不触电的安全作用。铁芯耦合采用三柱式。初级的一组绕组和次级的一组绕组相互配合，分别各绕在三个铁芯柱上。

此电器接入电源后，有如下优点：人碰低压电源任何线都不会触电，有防触电安全作用；防雷电，高压侧设有避雷器，压电器输出端中性点与大地也设有避雷器；减少线对地的电损，线对地无电压，对地也就无电流损耗；防止变压器高、低压线圈击穿或短路，避免高电压串入低压线路，因变压器中性线是接地的，击穿后，从中性线入地，不会再串入压电器的输出端。

附图1、2、3、4

图1、防触电压电器工作原理图

图2、三相电源防触电压电器电路图

图3、线包骨架图

图4、初、次级绕组引出线连接图

防触电压电器的工作原理见附图1a

压电器是根据电磁互感平压原理制成的。在铁芯上套有匝数线径相同的两个线圈，当一线圈上通入交流电源，就在铁芯上产生交变磁通，而该磁通同时穿链的是同一磁通，每匝线圈感应电势的大小就都一样，所以匝数多的线圈感应的总电势就高，匝数少的线圈感应的总电势就低，这就是升压器、降压器，通称变压器的工作原理；而两线圈匝数相等的线圈，感应的总电势也相等，这就是平压器原理。而平压器为什么能防触电呢？大家知道，因为电源变压器的中性线是接地的，而平压器的初级线圈，接入交流电源后，相当于初级线圈也接地了，而次级绕组感应出的电势与大地毫无关系，线与地之间没有电压，人碰线也就没有电流流过，所以人碰线有安全防触电作用。

以上是单相压电器原理，它的初、次级绕组之间仅存在同极性和反极性的关系，如果单独运行，它的极性对于运行情况没有任何影响。但若制成如附图1b所示的三相电源压电器时，初次级两侧有六组绕组，这就涉及到了极性和头尾端引线的连接方法问题。

下面参照附图4引线接线法介绍四种三相压电器初、次级绕组的匝数、线截面、引线连接及输入、输出电压和电流的关系。

三相电源压电器在实施时，必须将用途（要不要输出中性线）及初、次级绕组的引线连接法确定后，才计算压电器的功率、线径截面、匝数等。如果初、次级绕组引线都采用△／△接法或Yo／Yo接法的话，那么初、次级的六组绕组的匝数，线径截面都相同。

如果初、次级绕组采用△／Yo或Yo／△接法的话，要想功率、电压、电流输出不变，磁通密度不变，那么两侧绕组的匝数和线径截面就不能相同了，这是因为△接法的线电压和相电压相等，而Y接法的线电压是相电压的380V／220V≈1.73倍，△接法的线电流是相电流的1.73倍。

见附图4aYo／Yo形连接法，是初级三绕组的头与头（或尾与尾）连接，次级三绕组也是头与头（或尾与尾）连接后，引出中性线。工作方式是初级输入三相380V交流电源，次级绕组可输出三相380V电源和相电压220V电源。

见附图4b△／△形连接法，是初级三绕组的六个引线头首尾相互连接后引出三引线，次级三绕组的六个引线头的首尾也相互连接后引出三个引线。工作方式是初级三绕组输入三相380V交流电源，次级三绕组也输出380V交流电源。

以上两种接法，它们的初、次级六个绕组的匝数及线径截面都相等。

见附图4c△／Yo形连接法，若采用相同的线径和匝数，初级三绕组的六个引线头尾相互连接成△形接法，而次级三绕组的六个引线头与头（或尾与尾）连接为Yo接法。我们知道△接法的线电压与相电压相等，而线电流是相电流的1.73倍；而Y形接法的线电流和相电流相等，线电压是相电压的1.73倍。如果我们将线径截面及匝数相同的三相电源压电器，按此法接入380V三相交流电源，那么在次级绕组上就会感应出380V的相电压；在Y形接法中，线电压是相电压的1.73倍，而线电压就是380V×1.73≈660V。这样，次级的输出电压就不符合我们的要求，成了升压器。那么我们怎样才能使这种接法不变成为磁通密度不变，输出功率不变的平压器呢？

下面推测一下：

如将初级三绕组，改为△形接法，次级三绕组为Y形接法，接入380V三相交流电源后，由于初级△形接法的相电压为380V，而次级Y接法的相压电就也感应出380V，这就给相电压220V扩大了380V／220V≈1.73倍。这样一来，初、次级两侧的电压和电流就发生了变化，初级线电压、相电压都为380V，而线电流是相电流的1.73倍，次级的相电压为380V，线电压为660V，而电流缩小了1.73倍，我们透过现象看本质，只有将相电压控制在220V，就可以解决问题。根据导线电阻公式R＝P (L)/(S) ，导线越长电阻越大；导线越粗电阻越小，由欧姆定律R＝ (U)/(I) ，电压越高电流越小，电阻越大；电流越大、电压越低，电阻越小的道理，就必须将初级三绕组的匝数增加1.73倍，线径截面减少1.73倍；或将次级三绕组的匝数减少1.73倍，线截面增加1.73倍。这样就达到了输入380V三相交流电源，输出也是三相380V交流电源和相电压220V交流电源的目的。这就成了三相380V电源匝数与线径截面不同的平压器。

见附图4d，Yo／△形连接法，若采用相同线径和匝数，初级三绕组的六个引线头与头（或尾与尾）相连接，次级三绕组的六个引线头尾相互连接后，均引出三引线，通入380V三相交流电源后，而次级却感应出220V线电压和相电压，要想引线接法不变，功率、电压、电流，及磁通密度不变，就必须将次组三绕组的匝数增加1.73倍，而线截面减少1.73倍；或者初级三绕组的匝数减少1.73倍，线截面扩大1.73倍，这就达到了输入380V三相交流电源，输出也是380V三相交流电源的目的。

由以上四种引线接法，得出以下两个结论：

一、如果初级三绕组和次级三绕组引出线连接法一致，它们的绕组匝数和线径相同。

二、如果初级三绕组和次级三绕组引出线连接法不一致，初级或次级绕组的匝数增加或减少1.73倍，而线截面减少或增加1.73倍。

三相电源安全防触电压电器电路见附图2

初级线路接入380V三相低压电源后，DX₁、DX₂、DX₃三个指示灯发亮，电压表V₁、V₂就有380V～420V的电压指示，合上三相电源耦合闸刀K₁，使三组初级绕组产生回路，在电磁感应作用下，次级三组绕组就有电压和电流产生，次级指示灯DX₄、DX₅、DX₆发亮，电压表V₃、V₄有感应电压指示，调节K₃或K₄，使空载电压等于420V左右。由于初、次级绕组的匝数及线径相同，次级可感应出与初级绕组输入相同的电压和电流，来带动负荷工作。因为次级三组绕组和初级三组绕组互相绝缘，电阻无穷大，而次级三组绕组的中性线也没接地设置（在地与中性线间接一避雷器，防雷电的强大电流及电压损坏电气设备），与大地之间没有电压关系，相互形不成闭合回路，所以有人碰任何线都不会触电的安全保险作用。

本实用新型以三相电源防触电压电器为例介绍其实施例，见附图2，按附图4a引线连接法设计。

该三相电源防触电压电器由初级绕组L₁－L₃、L₄－L₆、L₇－L₉和三档位的分接开关K₃连接，组成初级输入调碰线路；次级绕组L₁₀－L₁₂、L₁₃－L₁₅、L₁₆－L₁₈和三档位的分接开关K₄连接，组成次级压电输出线路。初、次级绕组的线径及匝数，抽头应对应相同。用绝缘材料制作三个如附图3A的线包骨架，初次级绕组的六个线包分别各绕在一个槽内。（B架也可，先绕初级绕组，隔绝缘物再绕次级绕组。）线径和匝数是根据功率大小而定的。绕后浸绝缘漆烘干，采用三柱式铁芯耦合。装入用铁皮制作的外壳内，将两个分接开关K₃、K₄、四个输入接线柱和四个输出接线柱分别与外壳绝缘并固定在外壳上，找出初级三组绕组的尾端抽头与K₃连接，K₃的中性线引线与三组初级绕组的三根头端引线和四个输入接线柱连接；再找出次级三组绕组的尾端抽头与K₄连接，K₄的中性线引线与次级绕组三根头端引线和四个输出接线柱连接。

然后，按附图2，将输入瓷叉保险BD₁、BD₂、BD₃、BD₄，输入电源指示灯DX₁、DX₂、DX₃，输入电源电压表V₁、V₂及三相输入电源耦合闸刀K₁连接，安装在一个特制的输入配电盘上。

再将次级压电输出瓷叉保险BD₅、BD₆、BD₇、BD₈，压电输出指示灯DX₄、DX₅、DX₆，压电输出电压表V₃、V₄及三相压电输出闸刀K₂连接。安装在另一个特制的输出配电盘上。

最后将两个配电盘分别装在外壳架上，与输入接线柱和输出接线柱连接，再将一避雷器安装在次级输出中性线与初级中性线之间（防止雷电），即安装完毕。

如制大型的防触电压电器，可利用变压器的形式作散热处理。

本电器组装成型后，可以和变压器配合使用，将变压器的低压电源与本电器的输入配电盘对应连接，而本电器的输出配电盘与低压输出电源线相连接，带动负荷工作。

本电器实现了三相电源防触电安全，从而解决了人类带电碰线触电的难题，可取代现时所有的触电保险装置。用上它，既解决了防触电问题，又减少了90％的电损耗，还减轻了电工负担。该装置结构简单，设计合理，性能可靠，适用于机关、厂矿、企事业单位、农村等一切安全用电的地方，是一种理想的三相电源安全防触电新型保险电器。

Claims (2)

1、一种带电碰线安全的三相电源防触电压电器，其中包括三组初级绕组和三组次级绕组，其特征在于：

三组初级绕组和分接开关K₃组成初级输入调磁线路，三组次级绕和分接开关K₄组成次级压电线路；初级调磁线路与电源输入配电盘连接，次级压电线路与压电输出配电盘连接，避雷器与初级中性线和次级中性线相连接，而次级的中性线不接地；且初、次级六组绕组匝数和线径是根据初、次级引出线的连接方式，可定为两种：连接方式一致的匝数和线径相同，不一致的，初级或次级匝数增加或减少1.73倍，而线截面减少或增加1.73倍；初级三组绕组与次级三组绕组互相绝缘，采用三柱式铁芯耦合。

2、根据权利要求1所述的三相电源 防触电压电器，其特征在于初、次级两个分接开关K₃、K₄均可采用一档三连的三档位调节开关。

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