專利名稱：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不觸電的安全防觸電壓電器。
目前，我國為了防止發(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，有一個零序電流從電源流經(jīng)零序電流互感器，通過人體到地面，回到變壓器的中性點(diǎn)，組成回路，這個電流在互感器中感應(yīng)出一個信號，經(jīng)放大器放大后送入繼電器;如果這個電流達(dá)到影響人體安全時，繼電器就動作，使自動開關(guān)脫扣，切斷電源，防止觸電。其缺點(diǎn)是人萬一碰到線，還是先觸電而后跳閘，在接地嚴(yán)重時，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;刮風(fēng)下雨時容易跳閘，給電工帶來許多麻煩;易損件(如放大器，整流器，繼電器等)容易損壞，壞后電工如未及時發(fā)現(xiàn)，還是照樣不安全，給人們帶來威脅。
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，包括初級繞組和次級繞組。由L1-L3、L4-L6、L7-L9組成三相初級輸入調(diào)磁線路;由L10-L12、L13-L15、L16-L18組成三相次級壓電輸出線路。初、次級的匝數(shù)線徑由引線接法而定。初級繞組的電源耦合閘刀K1，三個電源指示燈DX1、DX2、DX3，電壓表V1、V2，瓷叉保險BD1、BD2、BD3、BD4等，與變壓器的三相電源對應(yīng)相連接。次級繞組與壓電電源輸出閘刀K2，三個壓電指示燈DX4、DX5、DX6，電壓表V3、V4，瓷叉保險BD5、BD6、BD7、BD8等組成次級輸出線路，與負(fù)荷連接。當(dāng)初級繞組通入380V三相交流電源后，次級繞組就感應(yīng)出與初級輸入功率相等的三相電壓和電流。因次級三繞組與初級三繞組相互絕緣，電阻無窮大，又與大地也毫無關(guān)聯(lián)，相互之間形不成閉合回路，所以有帶電碰線不觸電的安全作用。鐵芯耦合采用三柱式。初級的一組繞組和次級的一組繞組相互配合，分別各繞在三個鐵芯柱上。
此電器接入電源后，有如下優(yōu)點(diǎn)人碰低壓電源任何線都不會觸電，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;減少線對地的電損，線對地?zé)o電壓，對地也無電流損耗;防止變壓器高、低壓線圈擊穿或短路，避免高電壓串入低壓線路，因變壓器中性線是接地的，擊穿后，從中性線入地，不會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、線包骨架4、初、次級繞組引出線連接圖防觸電壓電器的工作原理見附圖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)線徑相同的兩個線圈，當(dāng)一線圈上通入交流電源，就在鐵芯上產(chǎn)生交變磁通，而該磁通同時穿鏈另一線圈，從另一線圈上感應(yīng)出電勢來。由于兩個線圈穿鏈的是同一磁通，每匝線圈感應(yīng)電勢的大小就都一樣，所以匝數(shù)多的線圈感應(yīng)的總電勢就高，匝數(shù)少的線圈感應(yīng)的總電勢就低，這就是升壓器、降壓器，通稱變壓器的工作原理;而兩線圈匝數(shù)相等的線圈，感應(yīng)的總電勢也相等，這就是平壓器原理。而平壓器為什么能防觸電呢？大家知道，因為電源變壓器的中性線是接地的，而平壓器的初級線圈，接入交流電源后，相當(dāng)于初級線圈也接地了，而次級繞組感應(yīng)出的電勢與大地毫無關(guān)系，線與地之間沒有電壓，人碰線也就沒有電流流過，所以人碰線有安全防觸電作用。
以上是單相壓電器原理，它的初、次級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，它的極性對于運(yùn)行情況沒有任何影響。但若制成如附圖1b所示的三相電源壓電器時，初次級兩側(cè)有六組繞組，這就涉及到了極性和頭尾端引線的連接方法問題。
下面參照附圖4引線接線法介紹四種三相壓電器初、次級繞組的匝數(shù)、線截面、引線連接及輸入、輸出電壓和電流的關(guān)系。
三相電源壓電器在實施時，必須將用途(要不要輸出中性線)及初、次級繞組的引線連接法確定后，才計算壓電器的功率、線徑截面、匝數(shù)等。如果初、次級繞組引線都采用△/△接法或Yo/Yo接法的話，那么初、次級的六組繞組的匝數(shù)，線徑截面都相同。
如果初、次級繞組采用△/Yo或Yo/△接法的話，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)和線徑截面就不能相同了，這是因為△接法的線電壓和相電壓相等，而Y接法的線電壓是相電壓的380V/220V≈1.73倍，△接法的線電流是相電流的1.73倍。
見附圖4aYo/Yo形連接法，是初級三繞組的頭與頭(或尾與尾)連接，次級三繞組也是頭與頭(或尾與尾)連接后，引出中性線。工作方式是初級輸入三相380V交流電源，次級繞組可輸出三相380V電源和相電壓220V電源。
見附圖4b△/△形連接法，是初級三繞組的六個引線頭首尾相互連接后引出三引線，次級三繞組的六個引線頭的首尾也相互連接后引出三個引線。工作方式是初級三繞組輸入三相380V交流電源，次級三繞組也輸出380V交流電源。
以上兩種接法，它們的初、次級六個繞組的匝數(shù)及線徑截面都相等。
見附圖4c△/Yo形連接法，若采用相同的線徑和匝數(shù)，初級三繞組的六個引線頭尾相互連接成△形接法，而次級三繞組的六個引線頭與頭(或尾與尾)連接為Yo接法。我們知道△接法的線電壓與相電壓相等，而線電流是相電流的1.73倍;而Y形接法的線電流和相電流相等，線電壓是相電壓的1.73倍。如果我們將線徑截面及匝數(shù)相同的三相電源壓電器，按此法接入380V三相交流電源，那么在次級繞組上就會感應(yīng)出380V的相電壓;在Y形接法中，線電壓是相電壓的1.73倍，而線電壓就是380V×1.73≈660V。這樣，次級的輸出電壓就不符合我們的要求，成了升壓器。那么我們怎樣才能使這種接法不變成為磁通密度不變，輸出功率不變的平壓器呢？下面推測一下如將初級三繞組，改為△形接法，次級三繞組為Y形接法，接入380V三相交流電源后，由于初級△形接法的相電壓為380V，而次級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，初、次級兩側(cè)的電壓和電流就發(fā)生了變化，初級線電壓相電壓都為380V，而線電流是相電流的1.73倍，次級的相電壓為380V，線電壓為660V，而電流縮小了1.73倍，我們透過現(xiàn)象看本質(zhì)，只有將相電壓控制在220V，就可以解決問題。根據(jù)導(dǎo)線電阻公式R＝ρ (I)/(S) ，導(dǎo)線越長電阻越大;導(dǎo)線越粗電阻越小，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，就必須將初級三繞組的匝數(shù)增加1.73倍，線徑截面減少1.73倍;或?qū)⒋渭壢@組的匝數(shù)減少1.73倍，線截面增加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)與線徑截面不同的平壓器。
見附圖4d，Yo/△形連接法，若采用相同線徑和匝數(shù)，初級三繞組的六個引線頭與頭(或尾與尾)相連接，次級三繞組的六個引線頭尾相互連接后，均引出三引線，通入380V三相交流電源后，而次級卻感應(yīng)出220V線電壓和相電壓，要想引線接法不變，功率、電壓、電流，及磁通密度不變，就必須將次級三繞組的匝數(shù)增加1.73倍，而線截面減少1.73倍;或者初級三繞組的匝數(shù)減少1.73倍，線截面擴(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。
由以上四種引線接法，得出以下兩個結(jié)論一、如果初級三繞組和次級三繞組引出線連接法一致，它們的繞組匝數(shù)和線徑相同。
二、如果初級三繞組和次級三繞組引出線連接法不一致，初級或次級繞組的匝數(shù)增加或減少1.73倍，而線截面減少或增加1.73倍。
三相電源安全防觸電壓電器電路見附圖2初級線路接入380V三相低壓電源后，DX1、DX2、DX3三個指示燈發(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，使三組初級繞組產(chǎn)生回路，在電磁感應(yīng)作用下，次級三組繞組就有電壓和電流產(chǎn)生，次級指示燈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、次級繞組的匝數(shù)及線徑相同，次級可感應(yīng)出與初級繞組輸入相同的電壓和電流，來帶動負(fù)荷工作。因為次級三組繞組和初級三組繞組互相絕緣電阻無窮大，而次級三組繞組的中性線也沒接地設(shè)置(在地與中性線間接一避雷器，防雷電的強(qiáng)大電流及電壓損壞電氣設(shè)備)，與大地之間沒有電壓關(guān)系，相互形不成閉合回路，所以有人碰任何線都不會觸電的安全保險作用。
本發(fā)明下面以三相電源防觸電壓電器為例介紹其實施例，見附圖2，按附圖4a引線連接法設(shè)計。
該三相電源防觸電壓電器由初級繞組L1-L3、L4-L6、L7-L9和三檔位的分接開關(guān)K3連接，組成初級輸入調(diào)磁線路;次級繞組L10-L12、L13-L15、L16-L18和三檔位的分接開關(guān)K4連接，組成次級壓電輸出線路。初、次級繞組的線徑及匝數(shù)，抽頭應(yīng)對應(yīng)相同。用絕緣材料制作三個如附圖3A的線包骨架，初次級繞組的六個線包分別各繞在一個槽內(nèi)。(B架也可，先繞初級繞組，隔絕緣物再繞次級繞組。)線徑和匝數(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)，將兩個分接開關(guān)K3，K4、四個輸入接線柱和四個輸出接線柱分別與外殼絕緣并固定在外殼上，找出初級三組繞組的尾端抽頭與K3連接，K3的中性線引線與三組初級繞組的三根頭端引線和四個輸入接線柱連接;再找出次級三組繞組的尾端抽頭與K4連接，K4的中性線引線與次級繞組三根頭端引線和四個輸出接線柱連接。
然后，按附圖2，將輸入瓷叉保險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。安裝在一個特制的輸入配電盤上。
再將次級壓電輸出瓷叉保險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。安裝在另一個特制的輸出配電盤上。
最后將兩個配電盤分別裝在外殼架上，與輸入接線柱和輸出接線柱連接，再將一避雷器安裝在次級輸出中性線與初級中性線之間(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對應(yīng)連接，而本電器的輸出配電盤與低壓輸出電源線相連接，帶動負(fù)荷工作。
本發(fā)明實現(xiàn)了三相電源防觸電安全，從而解決了人類帶電碰線觸電的難題，可取代所有的觸電保險裝置。減少了90%的電損耗，減少了電工負(fù)擔(dān)。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，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電器。
權(quán)利要求
1.一種帶電碰線安全的三相電源防觸電壓電器，其中包括三組初級繞組和三組次級繞組，其特征在于三組初級繞組和分接開關(guān)K3組成初級輸入調(diào)磁線路，三組次級繞組和分接開關(guān)K4組成次級壓電線路，且初，次級六組繞組匝數(shù)和線徑是根據(jù)初、次級引出線的連接方式，可定為兩種連接方式一致的匝數(shù)和線徑相同，不一致的，初級或次級匝數(shù)增加或減少1.73倍，而線截面減少或增加1.73倍，初級調(diào)磁線路與電源輸入配電盤連接，次級壓電線路與壓電輸出配電盤連接，當(dāng)接入380V三相交流電源后，在次級壓電線路中就感應(yīng)出與初級輸入功率相同的電壓和電流，次級三繞組與初級三繞組互相絕緣，而次級的中性線不接地，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、次級兩個分接開關(guān)K3、K4均可采用一檔三連的三檔位調(diào)節(jié)開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明是一種三相電源帶電碰線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。它由初級調(diào)磁線路及次級壓電線路兩部分組成，壓電電路與大地毫無關(guān)聯(lián)，組不成閉合回路，既起到防觸電作用，又可帶動三相負(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)簡單，設(shè)計合理，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力的地方，是理想的安全用電保護(hù)裝置。
文檔編號H01F29/00GK1063576SQ9210051
公開日1992年8月12日 申請日期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 申請人:陳金明