專(zhuān)利名稱(chēng)：三相電源安全防觸電壓電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種三相電源帶電碰線(xiàn)不觸電的安全防觸電壓電器。
目前，我國(guó)為了防止發(fā)生觸電事故，保證人身安全，在變壓器低壓輸出端設(shè)置了觸電保安器。其原理是人觸電時(shí)，有一個(gè)零序電流從電源流經(jīng)零序電流互感器，通過(guò)人體到地面，回到變壓器的中性點(diǎn)，組成回路，這個(gè)電流在互感器中感應(yīng)出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)放大器放大后送入繼電器;如果這個(gè)電流達(dá)到影響人體安全時(shí)，繼電器就動(dòng)作，使自動(dòng)開(kāi)關(guān)脫扣，切斷電源，防止觸電。其缺點(diǎn)是人萬(wàn)一碰到線(xiàn)，還是先觸電而后跳閘，在接地嚴(yán)重時(shí)，一瞬間人體觸電部位，如手、腳，也有被打壞的可能，心臟病人觸電仍有生命危險(xiǎn);刮風(fēng)下雨時(shí)容易跳閘，給電工帶來(lái)許多麻煩;易損件(如放大器，整流器，繼電器等)容易損壞，壞后電工如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，還是照樣不安全，給人們帶來(lái)威脅。
本發(fā)明的目的，就在于克服以上所存在的不足，而提供一種既安全防觸電，又能使電正常運(yùn)行的三相電源安全防觸電壓電器。
本三相電源安全防觸電壓電器，包括初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。由L1-L3、L4-L6、L7-L9組成三相初級(jí)輸入調(diào)磁線(xiàn)路;由L10-L12、L13-L15、L16-L18組成三相次級(jí)壓電輸出線(xiàn)路。初、次級(jí)的匝數(shù)線(xiàn)徑由引線(xiàn)接法而定。初級(jí)繞組的電源耦合閘刀K1，三個(gè)電源指示燈DX1、DX2、DX3，電壓表V1、V2，瓷叉保險(xiǎn)BD1、BD2、BD3、BD4等，與變壓器的三相電源對(duì)應(yīng)相連接。次級(jí)繞組與壓電電源輸出閘刀K2，三個(gè)壓電指示燈DX4、DX5、DX6，電壓表V3、V4，瓷叉保險(xiǎn)BD5、BD6、BD7、BD8等組成次級(jí)輸出線(xiàn)路，與負(fù)荷連接。當(dāng)初級(jí)繞組通入380V三相交流電源后，次級(jí)繞組就感應(yīng)出與初級(jí)輸入功率相等的三相電壓和電流。因次級(jí)三繞組與初級(jí)三繞組相互絕緣，電阻無(wú)窮大，又與大地也毫無(wú)關(guān)聯(lián)，相互之間形不成閉合回路，所以有帶電碰線(xiàn)不觸電的安全作用。鐵芯耦合采用三柱式。初級(jí)的一組繞組和次級(jí)的一組繞組相互配合，分別各繞在三個(gè)鐵芯柱上。
此電器接入電源后，有如下優(yōu)點(diǎn)人碰低壓電源任何線(xiàn)都不會(huì)觸電，有防觸電安全作用;防雷電，高壓側(cè)設(shè)有避雷器，壓電器輸出端中性點(diǎn)與大地也設(shè)有避雷器;減少線(xiàn)對(duì)地的電損，線(xiàn)對(duì)地?zé)o電壓，對(duì)地也無(wú)電流損耗;防止變壓器高、低壓線(xiàn)圈擊穿或短路，避免高電壓串入低壓線(xiàn)路，因變壓器中性線(xiàn)是接地的，擊穿后，從中性線(xiàn)入地，不會(huì)再串入壓電器的輸出端。
附

圖1、2、3、4圖1、防觸電壓電器工作原理圖。
圖2、三相電源防觸電壓電器電路3、線(xiàn)包骨架4、初、次級(jí)繞組引出線(xiàn)連接圖防觸電壓電器的工作原理見(jiàn)附圖1a壓電器是根據(jù)電磁互感平壓原理制成的。在鐵芯上套有匝數(shù)線(xiàn)徑相同的兩個(gè)線(xiàn)圈，當(dāng)一線(xiàn)圈上通入交流電源，就在鐵芯上產(chǎn)生交變磁通，而該磁通同時(shí)穿鏈另一線(xiàn)圈，從另一線(xiàn)圈上感應(yīng)出電勢(shì)來(lái)。由于兩個(gè)線(xiàn)圈穿鏈的是同一磁通，每匝線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)的大小就都一樣，所以匝數(shù)多的線(xiàn)圈感應(yīng)的總電勢(shì)就高，匝數(shù)少的線(xiàn)圈感應(yīng)的總電勢(shì)就低，這就是升壓器、降壓器，通稱(chēng)變壓器的工作原理;而兩線(xiàn)圈匝數(shù)相等的線(xiàn)圈，感應(yīng)的總電勢(shì)也相等，這就是平壓器原理。而平壓器為什么能防觸電呢？大家知道，因?yàn)殡娫醋儔浩鞯闹行跃€(xiàn)是接地的，而平壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，接入交流電源后，相當(dāng)于初級(jí)線(xiàn)圈也接地了，而次級(jí)繞組感應(yīng)出的電勢(shì)與大地毫無(wú)關(guān)系，線(xiàn)與地之間沒(méi)有電壓，人碰線(xiàn)也就沒(méi)有電流流過(guò)，所以人碰線(xiàn)有安全防觸電作用。
以上是單相壓電器原理，它的初、次級(jí)繞組之間僅存在同極性和反極性的關(guān)系，如果單獨(dú)運(yùn)行，它的極性對(duì)于運(yùn)行情況沒(méi)有任何影響。但若制成如附圖1b所示的三相電源壓電器時(shí)，初次級(jí)兩側(cè)有六組繞組，這就涉及到了極性和頭尾端引線(xiàn)的連接方法問(wèn)題。
下面參照附圖4引線(xiàn)接線(xiàn)法介紹四種三相壓電器初、次級(jí)繞組的匝數(shù)、線(xiàn)截面、引線(xiàn)連接及輸入、輸出電壓和電流的關(guān)系。
三相電源壓電器在實(shí)施時(shí)，必須將用途(要不要輸出中性線(xiàn))及初、次級(jí)繞組的引線(xiàn)連接法確定后，才計(jì)算壓電器的功率、線(xiàn)徑截面、匝數(shù)等。如果初、次級(jí)繞組引線(xiàn)都采用△/△接法或Yo/Yo接法的話(huà)，那么初、次級(jí)的六組繞組的匝數(shù)，線(xiàn)徑截面都相同。
如果初、次級(jí)繞組采用△/Yo或Yo/△接法的話(huà)，要想功率、電壓、電流輸出不變，磁通密度不變，那么兩側(cè)繞組的匝數(shù)和線(xiàn)徑截面就不能相同了，這是因?yàn)椤鹘臃ǖ木€(xiàn)電壓和相電壓相等，而Y接法的線(xiàn)電壓是相電壓的380V/220V≈1.73倍，△接法的線(xiàn)電流是相電流的1.73倍。
見(jiàn)附圖4aYo/Yo形連接法，是初級(jí)三繞組的頭與頭(或尾與尾)連接，次級(jí)三繞組也是頭與頭(或尾與尾)連接后，引出中性線(xiàn)。工作方式是初級(jí)輸入三相380V交流電源，次級(jí)繞組可輸出三相380V電源和相電壓220V電源。
見(jiàn)附圖4b△/△形連接法，是初級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭首尾相互連接后引出三引線(xiàn)，次級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭的首尾也相互連接后引出三個(gè)引線(xiàn)。工作方式是初級(jí)三繞組輸入三相380V交流電源，次級(jí)三繞組也輸出380V交流電源。
以上兩種接法，它們的初、次級(jí)六個(gè)繞組的匝數(shù)及線(xiàn)徑截面都相等。
見(jiàn)附圖4c△/Yo形連接法，若采用相同的線(xiàn)徑和匝數(shù)，初級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭尾相互連接成△形接法，而次級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭與頭(或尾與尾)連接為Yo接法。我們知道△接法的線(xiàn)電壓與相電壓相等，而線(xiàn)電流是相電流的1.73倍;而Y形接法的線(xiàn)電流和相電流相等，線(xiàn)電壓是相電壓的1.73倍。如果我們將線(xiàn)徑截面及匝數(shù)相同的三相電源壓電器，按此法接入380V三相交流電源，那么在次級(jí)繞組上就會(huì)感應(yīng)出380V的相電壓;在Y形接法中，線(xiàn)電壓是相電壓的1.73倍，而線(xiàn)電壓就是380V×1.73≈660V。這樣，次級(jí)的輸出電壓就不符合我們的要求，成了升壓器。那么我們?cè)鯓硬拍苁惯@種接法不變成為磁通密度不變，輸出功率不變的平壓器呢？下面推測(cè)一下如將初級(jí)三繞組，改為△形接法，次級(jí)三繞組為Y形接法，接入380V三相交流電源后，由于初級(jí)△形接法的相電壓為380V，而次級(jí)接法的相壓電就也感應(yīng)出380V，這就給相電壓220V擴(kuò)大了380V/220V≈1.73倍。這樣一來(lái)，初、次級(jí)兩側(cè)的電壓和電流就發(fā)生了變化，初級(jí)線(xiàn)電壓相電壓都為380V，而線(xiàn)電流是相電流的1.73倍，次級(jí)的相電壓為380V，線(xiàn)電壓為660V，而電流縮小了1.73倍，我們透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，只有將相電壓控制在220V，就可以解決問(wèn)題。根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)電阻公式R＝ρ (I)/(S) ，導(dǎo)線(xiàn)越長(zhǎng)電阻越大;導(dǎo)線(xiàn)越粗電阻越小，由歐姆定律R＝ (U)/(I) ，電壓越高電流越小，電阻越大;電流越大，電壓越低，電阻越小的道理，就必須將初級(jí)三繞組的匝數(shù)增加1.73倍，線(xiàn)徑截面減少1.73倍;或?qū)⒋渭?jí)三繞組的匝數(shù)減少1.73倍，線(xiàn)截面增加1.73倍。這樣就達(dá)到了輸入380V三相交流電源，輸出也是三相380V交流電源和相電壓220V交流電源的目的。這就成了三相380V電源匝數(shù)與線(xiàn)徑截面不同的平壓器。
見(jiàn)附圖4d，Yo/△形連接法，若采用相同線(xiàn)徑和匝數(shù)，初級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭與頭(或尾與尾)相連接，次級(jí)三繞組的六個(gè)引線(xiàn)頭尾相互連接后，均引出三引線(xiàn)，通入380V三相交流電源后，而次級(jí)卻感應(yīng)出220V線(xiàn)電壓和相電壓，要想引線(xiàn)接法不變，功率、電壓、電流，及磁通密度不變，就必須將次級(jí)三繞組的匝數(shù)增加1.73倍，而線(xiàn)截面減少1.73倍;或者初級(jí)三繞組的匝數(shù)減少1.73倍，線(xiàn)截面擴(kuò)大1.73倍，這就達(dá)到了輸入380V三相交流電源，輸出也是380V三相交流電源的目的。
由以上四種引線(xiàn)接法，得出以下兩個(gè)結(jié)論一、如果初級(jí)三繞組和次級(jí)三繞組引出線(xiàn)連接法一致，它們的繞組匝數(shù)和線(xiàn)徑相同。
二、如果初級(jí)三繞組和次級(jí)三繞組引出線(xiàn)連接法不一致，初級(jí)或次級(jí)繞組的匝數(shù)增加或減少1.73倍，而線(xiàn)截面減少或增加1.73倍。
三相電源安全防觸電壓電器電路見(jiàn)附圖2初級(jí)線(xiàn)路接入380V三相低壓電源后，DX1、DX2、DX3三個(gè)指示燈發(fā)亮，電壓表V1、V2就有380V～420V的電壓指示，合上三相電源耦合閘刀K1，使三組初級(jí)繞組產(chǎn)生回路，在電磁感應(yīng)作用下，次級(jí)三組繞組就有電壓和電流產(chǎn)生，次級(jí)指示燈DX4、DX5、DX6發(fā)亮，電壓表V3、V4有感應(yīng)電壓指示，調(diào)節(jié)K3或K4，使空載電壓等于420V左右。由于初、次級(jí)繞組的匝數(shù)及線(xiàn)徑相同，次級(jí)可感應(yīng)出與初級(jí)繞組輸入相同的電壓和電流，來(lái)帶動(dòng)負(fù)荷工作。因?yàn)榇渭?jí)三組繞組和初級(jí)三組繞組互相絕緣電阻無(wú)窮大，而次級(jí)三組繞組的中性線(xiàn)也沒(méi)接地設(shè)置(在地與中性線(xiàn)間接一避雷器，防雷電的強(qiáng)大電流及電壓損壞電氣設(shè)備)，與大地之間沒(méi)有電壓關(guān)系，相互形不成閉合回路，所以有人碰任何線(xiàn)都不會(huì)觸電的安全保險(xiǎn)作用。
本發(fā)明下面以三相電源防觸電壓電器為例介紹其實(shí)施例，見(jiàn)附圖2，按附圖4a引線(xiàn)連接法設(shè)計(jì)。
該三相電源防觸電壓電器由初級(jí)繞組L1-L3、L4-L6、L7-L9和三檔位的分接開(kāi)關(guān)K3連接，組成初級(jí)輸入調(diào)磁線(xiàn)路;次級(jí)繞組L10-L12、L13-L15、L16-L18和三檔位的分接開(kāi)關(guān)K4連接，組成次級(jí)壓電輸出線(xiàn)路。初、次級(jí)繞組的線(xiàn)徑及匝數(shù)，抽頭應(yīng)對(duì)應(yīng)相同。用絕緣材料制作三個(gè)如附圖3A的線(xiàn)包骨架，初次級(jí)繞組的六個(gè)線(xiàn)包分別各繞在一個(gè)槽內(nèi)。(B架也可，先繞初級(jí)繞組，隔絕緣物再繞次級(jí)繞組。)線(xiàn)徑和匝數(shù)是根據(jù)功率大小而定的。繞后浸絕緣漆烘干，采用三柱式鐵芯耦合。裝入用鐵皮制作的外殼內(nèi)，將兩個(gè)分接開(kāi)關(guān)K3，K4、四個(gè)輸入接線(xiàn)柱和四個(gè)輸出接線(xiàn)柱分別與外殼絕緣并固定在外殼上，找出初級(jí)三組繞組的尾端抽頭與K3連接，K3的中性線(xiàn)引線(xiàn)與三組初級(jí)繞組的三根頭端引線(xiàn)和四個(gè)輸入接線(xiàn)柱連接;再找出次級(jí)三組繞組的尾端抽頭與K4連接，K4的中性線(xiàn)引線(xiàn)與次級(jí)繞組三根頭端引線(xiàn)和四個(gè)輸出接線(xiàn)柱連接。
然后，按附圖2，將輸入瓷叉保險(xiǎn)BD1、BD2、BD3、BD4，輸入電源指示燈DX1、DX2、DX3，輸入電源電壓表V1、V2及三相輸入電源耦合閘刀K1連接。安裝在一個(gè)特制的輸入配電盤(pán)上。
再將次級(jí)壓電輸出瓷叉保險(xiǎn)BD5、BD6、BD7、BD8，壓電輸出指示燈DX4、DX5、DX6，壓電輸出電壓表V3、V4及三相壓電輸出閘刀K2連接。安裝在另一個(gè)特制的輸出配電盤(pán)上。
最后將兩個(gè)配電盤(pán)分別裝在外殼架上，與輸入接線(xiàn)柱和輸出接線(xiàn)柱連接，再將一避雷器安裝在次級(jí)輸出中性線(xiàn)與初級(jí)中性線(xiàn)之間(防止雷電)，即安裝完畢。
如制大型的防觸電壓電器，可利用變壓器的形式作散熱處理。
本電器組裝成型后，可以和變壓器配合使用，將變壓器的低壓電源與本電器的輸入配電盤(pán)對(duì)應(yīng)連接，而本電器的輸出配電盤(pán)與低壓輸出電源線(xiàn)相連接，帶動(dòng)負(fù)荷工作。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三相電源防觸電安全，從而解決了人類(lèi)帶電碰線(xiàn)觸電的難題，可取代所有的觸電保險(xiǎn)裝置。減少了90%的電損耗，減少了電工負(fù)擔(dān)。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，性能可靠，適用于機(jī)關(guān)、廠礦、農(nóng)村等一切用電單位，是一種理想的防觸電新型保險(xiǎn)電器。
權(quán)利要求
1.一種帶電碰線(xiàn)安全的三相電源防觸電壓電器，其中包括三組初級(jí)繞組和三組次級(jí)繞組，其特征在于三組初級(jí)繞組和分接開(kāi)關(guān)K3組成初級(jí)輸入調(diào)磁線(xiàn)路，三組次級(jí)繞組和分接開(kāi)關(guān)K4組成次級(jí)壓電線(xiàn)路，且初，次級(jí)六組繞組匝數(shù)和線(xiàn)徑是根據(jù)初、次級(jí)引出線(xiàn)的連接方式，可定為兩種連接方式一致的匝數(shù)和線(xiàn)徑相同，不一致的，初級(jí)或次級(jí)匝數(shù)增加或減少1.73倍，而線(xiàn)截面減少或增加1.73倍，初級(jí)調(diào)磁線(xiàn)路與電源輸入配電盤(pán)連接，次級(jí)壓電線(xiàn)路與壓電輸出配電盤(pán)連接，當(dāng)接入380V三相交流電源后，在次級(jí)壓電線(xiàn)路中就感應(yīng)出與初級(jí)輸入功率相同的電壓和電流，次級(jí)三繞組與初級(jí)三繞組互相絕緣，而次級(jí)的中性線(xiàn)不接地，采用三柱式鐵芯耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電源安全防觸電壓電器，其特征在于初、次級(jí)兩個(gè)分接開(kāi)關(guān)K3、K4均可采用一檔三連的三檔位調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明是一種三相電源帶電碰線(xiàn)安全的防觸電壓電器，可取代目前所有的防觸電電器及保護(hù)裝置。它由初級(jí)調(diào)磁線(xiàn)路及次級(jí)壓電線(xiàn)路兩部分組成，壓電電路與大地毫無(wú)關(guān)聯(lián)，組不成閉合回路，既起到防觸電作用，又可帶動(dòng)三相負(fù)荷工作。本發(fā)明可防觸電，防雷電，防高壓串入低壓，減少電損90％。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，性能可靠，與低壓電源變壓器配合使用，適應(yīng)于工廠、機(jī)關(guān)、單位、農(nóng)村等所有使用三相電源動(dòng)力的地方，是理想的安全用電保護(hù)裝置。
文檔編號(hào)H01F29/00GK1063576SQ9210051
公開(kāi)日1992年8月12日 申請(qǐng)日期1992年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月2日
發(fā)明者陳金明 申請(qǐng)人:陳金明