李忠文 童棣 袁超 蔣鈞濤

摘 要：采用實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量及數(shù)字化顯示、比較與控制的方法，設(shè)計(jì)、制作了一種單相數(shù)字顯示用電安全保護(hù)器。該保護(hù)器是為提高現(xiàn)儀器、設(shè)備用電安全而設(shè)計(jì)、它實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電系統(tǒng)、用電負(fù)載和用電人員的用電安全防護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：可編程電壓；電流；有功功率組合表；電流互感器；隔離變壓器；用電安全保護(hù)

引言

現(xiàn)有供電系統(tǒng)中常采用“空氣斷路器”對(duì)用電負(fù)載和供電線路進(jìn)行用電安全保護(hù)。“空氣斷路器”只具有用電負(fù)載過(guò)流切斷供電的單一保護(hù)功能，而且因其內(nèi)部構(gòu)造為機(jī)械式，在振動(dòng)大或潮濕環(huán)境下使用，內(nèi)部鐵質(zhì)器件極有可能發(fā)生松動(dòng)或生銹卡滯，輕者影響過(guò)流保護(hù)的準(zhǔn)確性；嚴(yán)重時(shí)供電線路可因“空氣斷路器”過(guò)流保護(hù)作用失效產(chǎn)生電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

為了達(dá)到準(zhǔn)確顯示、可靠控制的目的，我們采用可編程電壓、電流、功率組合表實(shí)時(shí)數(shù)字化顯示和設(shè)定輸出電壓、電流、電功率值三項(xiàng)用電參數(shù)限值，當(dāng)上述用電參數(shù)出現(xiàn)超上限（或低于下限）設(shè)定值時(shí)迅速用相對(duì)應(yīng)報(bào)警指示燈報(bào)警和切斷取電端電源。長(zhǎng)期使用證明：以上三項(xiàng)供電參數(shù)顯示和控制精度可達(dá)到0.5級(jí)以上，該用電安全保護(hù)器，具有較好的可靠性和實(shí)用性。

1 組成與特征

1.1 數(shù)字顯示用電安全保護(hù)器的組成

如圖1所示，它包括：（1）開(kāi)關(guān)QF；（2）保險(xiǎn)管FU；（3）壓敏電阻KD10；（4）可編程數(shù)顯電壓、電流、功率組合表AOB194（以下簡(jiǎn)稱組合表）；（5）按鈕開(kāi)關(guān)SB；（6）交流接觸器KM；（7）隔離電源變壓器TC；（8）電感L；（9）電源指示燈；（10）隔離取電端。

圖1 數(shù)字顯示用電安全保護(hù)器原理圖

1.2 特征

（1）對(duì)供電線路中的交流電壓、交流電流和耗電功率同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和數(shù)字化顯示并具有小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)移位功能，讀數(shù)方便。（2）與電流互感器配合交流電流測(cè)量量程能達(dá)到：AC 0A～400A， 耗電功率測(cè)量顯示、控制范圍可達(dá)：AC 0W～88KW。（3）最小分辨力為：電壓0.1V、電流0.001A、功率為1W。（4）隔離變壓器TC起到輸入電源與取電端電源隔離作用；由于取電端10輸出電源對(duì)地電壓為0V，所以可避免工作人員誤操作接觸取電端10內(nèi)或工作儀器、設(shè)備內(nèi)部電源時(shí)的對(duì)地觸電；達(dá)到人員用電安全的目的。

2 工作原理

如圖1所示：閉合開(kāi)關(guān)QF，交流電源通過(guò)保險(xiǎn)管FU至壓敏電阻KD10兩端，當(dāng)電壓在245V以下時(shí)壓敏電阻始終處于高阻狀態(tài)，組合表1、2號(hào)接線端間得電進(jìn)入工作狀態(tài)。組合表第7與10號(hào)接線端通過(guò)KM1常閉觸點(diǎn)獲得電源電壓信號(hào)，當(dāng)組合表中顯示電壓值在電壓設(shè)定限值范圍內(nèi)時(shí)，組合表控制輸出端4、5之間吸合，此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB、KM控制線圈得電，其觸點(diǎn)KM1、KM2吸合并自鎖；主控觸點(diǎn)KM3同時(shí)吸合。供電電源向隔離變壓器TC初級(jí)供電、在變壓器次級(jí)（匝數(shù)比為1∶1）感應(yīng)相同電壓后通過(guò)電感L和組合表15、16號(hào)電流信號(hào)輸入、輸出端口向取電端10上儀器、設(shè)備供電。同時(shí)顯示變壓器次級(jí)的電壓、耗電電流及功率。完成供電三參數(shù)的測(cè)量與顯示。

取電端向負(fù)載供電過(guò)程中，當(dāng)變壓器次級(jí)電壓、耗電電流及功率中有一項(xiàng)或以上項(xiàng)超出組合表內(nèi)相應(yīng)參數(shù)設(shè)定限值時(shí)，主控觸頭KM3斷開(kāi)，取電端失電、用電負(fù)載得到斷電保護(hù)，并用相對(duì)應(yīng)報(bào)警指示燈報(bào)警，用戶也可用組合表內(nèi)最大值、最小值查詢功能得知報(bào)警項(xiàng)存儲(chǔ)值。

當(dāng)a、b電源輸入端誤接入245V以上電壓時(shí)，壓敏電阻導(dǎo)通、保險(xiǎn)管FU斷路保護(hù)、組合表工作電源輸入端失電，同時(shí)組合表控制輸出端4、5間斷路，交流接觸器KM控制端失電、主控觸頭KM3斷路。

3 使用范例

例如：用一臺(tái)額定電壓220V、額定電流5A、功率為1.1KW的用電安全保護(hù)器為一臺(tái)允許輸入電壓范圍176V～242V；輸入電流上限值4A，正常工作時(shí)耗電功率上限為0.968KW的用電設(shè)備做用電安全保護(hù)。合上開(kāi)關(guān)QF按組合表上設(shè)置鍵set，當(dāng)組合表顯示設(shè)置密碼code菜單時(shí)，輸入口令803。

首次使用時(shí)應(yīng)先設(shè)置電壓互感器倍率Pt、電流互感器的倍率Ct和數(shù)字濾波系數(shù)Filt。

由于圖1中未使用電壓與電流互感器，所以其倍率系數(shù)均設(shè)置為1，同時(shí)為提高各參數(shù)顯示數(shù)字穩(wěn)定性將濾波系數(shù)Filt設(shè)置為3。

按set鍵出現(xiàn)L1時(shí)，輸入最低電壓百分比176V/220V×100%=80%即輸入數(shù)字80即可。

按set鍵出現(xiàn)H1時(shí)，輸入最高電壓百分比242V/220V×100%=110%即輸入數(shù)字110即可。

按set鍵出現(xiàn)L2時(shí)，輸入最低電流百分比0A/5A×100%=0%即輸入數(shù)字0即可。

按set鍵出現(xiàn)H2時(shí)，輸入最高電流百分比4A/5A×100%=80%即輸入數(shù)字80即可。

按set鍵出現(xiàn)L3時(shí)，輸入最低功率百分比0KW/1.1KW×100%=0%即輸入數(shù)字0即可。

按set鍵出現(xiàn)H3時(shí)，輸入最高功率百分比0.968KW/1.1KW×100%=88%即輸入數(shù)字88。

輸入完成后長(zhǎng)按set鍵5秒，組合表會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)上述設(shè)置并返回電壓、電流及耗電功率測(cè)量顯示狀態(tài)，此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB，當(dāng)用電負(fù)載上的電壓、電流、耗電功率值均在上述所設(shè)用電參數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，交流接觸器KM控制線圈得電、帶動(dòng)其上控制觸點(diǎn)吸合，并自鎖。用電儀器、設(shè)備得電，電源指示燈LED點(diǎn)亮。用電儀器在“數(shù)字顯示用電安全保護(hù)器”監(jiān)護(hù)下安全工作。反之，則斷電保護(hù)，并用相對(duì)應(yīng)上限或下限報(bào)警指示燈報(bào)警，告知用戶斷電原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

該數(shù)字顯示用電安全保護(hù)器取得了：（1）防止輸入電源電壓異常（過(guò)高或過(guò)低）造成用電儀器、設(shè)備的損壞。（2）防止用電儀器、設(shè)備耗電異常（如漏電、短路時(shí)）造成供電線路的損壞；并且當(dāng)用電設(shè)備耗電異常初期時(shí)可通過(guò)此保護(hù)器及時(shí)斷電保護(hù)。（3）防止工作人員操作失誤時(shí)的對(duì)地觸電。具有了較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建清.開(kāi)關(guān)電源維修從入門(mén)到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2]魏素珍.電工線路[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]齊占偉.電氣控制設(shè)備故障檢修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]馬恒儒.無(wú)線電電子學(xué)計(jì)量[M].北京：原子能出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：李忠文（1967-），男，籍貫：江西省南昌市，現(xiàn)職稱：特級(jí)操作師，學(xué)歷：大學(xué)專科，研究方向：儀器、儀表的計(jì)量檢定、檢修和專用計(jì)量設(shè)備的研發(fā)。

童棣（1963-），男，籍貫：江西省南昌市，現(xiàn)職稱：高級(jí)工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：計(jì)量管理和專用計(jì)量設(shè)備的研發(fā)。