數(shù)字顯示用電安全保護器的研制

李忠文 童棣 袁超 蔣鈞濤

摘 要：采用實時準確測量及數(shù)字化顯示、比較與控制的方法，設計、制作了一種單相數(shù)字顯示用電安全保護器。該保護器是為提高現(xiàn)儀器、設備用電安全而設計、它實現(xiàn)了對供電系統(tǒng)、用電負載和用電人員的用電安全防護作用。

關鍵詞：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

引言

現(xiàn)有供電系統(tǒng)中常采用“空氣斷路器”對用電負載和供電線路進行用電安全保護。“空氣斷路器”只具有用電負載過流切斷供電的單一保護功能，而且因其內部構造為機械式，在振動大或潮濕環(huán)境下使用，內部鐵質器件極有可能發(fā)生松動或生銹卡滯，輕者影響過流保護的準確性；嚴重時供電線路可因“空氣斷路器”過流保護作用失效產(chǎn)生電氣火災風險。

為了達到準確顯示、可靠控制的目的，我們采用可編程電壓、電流、功率組合表實時數(shù)字化顯示和設定輸出電壓、電流、電功率值三項用電參數(shù)限值，當上述用電參數(shù)出現(xiàn)超上限（或低于下限）設定值時迅速用相對應報警指示燈報警和切斷取電端電源。長期使用證明：以上三項供電參數(shù)顯示和控制精度可達到0.5級以上，該用電安全保護器，具有較好的可靠性和實用性。

1 組成與特征

1.1 數(shù)字顯示用電安全保護器的組成

如圖1所示，它包括：（1）開關QF；（2）保險管FU；（3）壓敏電阻KD10；（4）可編程數(shù)顯電壓、電流、功率組合表AOB194（以下簡稱組合表）；（5）按鈕開關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器原理圖

1.2 特征

（1）對供電線路中的交流電壓、交流電流和耗電功率同時進行實時測量和數(shù)字化顯示并具有小數(shù)點自動移位功能，讀數(shù)方便。（2）與電流互感器配合交流電流測量量程能達到：AC 0A～400A， 耗電功率測量顯示、控制范圍可達：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輸出電源對地電壓為0V，所以可避免工作人員誤操作接觸取電端10內或工作儀器、設備內部電源時的對地觸電；達到人員用電安全的目的。

2 工作原理

如圖1所示：閉合開關QF，交流電源通過保險管FU至壓敏電阻KD10兩端，當電壓在245V以下時壓敏電阻始終處于高阻狀態(tài)，組合表1、2號接線端間得電進入工作狀態(tài)。組合表第7與10號接線端通過KM1常閉觸點獲得電源電壓信號，當組合表中顯示電壓值在電壓設定限值范圍內時，組合表控制輸出端4、5之間吸合，此時按下啟動按鈕SB、KM控制線圈得電，其觸點KM1、KM2吸合并自鎖；主控觸點KM3同時吸合。供電電源向隔離變壓器TC初級供電、在變壓器次級（匝數(shù)比為1∶1）感應相同電壓后通過電感L和組合表15、16號電流信號輸入、輸出端口向取電端10上儀器、設備供電。同時顯示變壓器次級的電壓、耗電電流及功率。完成供電三參數(shù)的測量與顯示。

取電端向負載供電過程中，當變壓器次級電壓、耗電電流及功率中有一項或以上項超出組合表內相應參數(shù)設定限值時，主控觸頭KM3斷開，取電端失電、用電負載得到斷電保護，并用相對應報警指示燈報警，用戶也可用組合表內最大值、最小值查詢功能得知報警項存儲值。

當a、b電源輸入端誤接入245V以上電壓時，壓敏電阻導通、保險管FU斷路保護、組合表工作電源輸入端失電，同時組合表控制輸出端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：用一臺額定電壓220V、額定電流5A、功率為1.1KW的用電安全保護器為一臺允許輸入電壓范圍176V～242V；輸入電流上限值4A，正常工作時耗電功率上限為0.968KW的用電設備做用電安全保護。合上開關QF按組合表上設置鍵set，當組合表顯示設置密碼code菜單時，輸入口令803。

首次使用時應先設置電壓互感器倍率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)均設置為1，同時為提高各參數(shù)顯示數(shù)字穩(wěn)定性將濾波系數(shù)Filt設置為3。

按set鍵出現(xiàn)L1時，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，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，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，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，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，輸入最高功率百分比0.968KW/1.1KW×100%=88%即輸入數(shù)字88。

輸入完成后長按set鍵5秒，組合表會自動存儲上述設置并返回電壓、電流及耗電功率測量顯示狀態(tài)，此時按下啟動按鈕SB，當用電負載上的電壓、電流、耗電功率值均在上述所設用電參數(shù)范圍內時，交流接觸器KM控制線圈得電、帶動其上控制觸點吸合，并自鎖。用電儀器、設備得電，電源指示燈LED點亮。用電儀器在“數(shù)字顯示用電安全保護器”監(jiān)護下安全工作。反之，則斷電保護，并用相對應上限或下限報警指示燈報警，告知用戶斷電原因。

4 結束語

該數(shù)字顯示用電安全保護器取得了：（1）防止輸入電源電壓異常（過高或過低）造成用電儀器、設備的損壞。（2）防止用電儀器、設備耗電異常（如漏電、短路時）造成供電線路的損壞；并且當用電設備耗電異常初期時可通過此保護器及時斷電保護。（3）防止工作人員操作失誤時的對地觸電。具有了較好的推廣應用價值。

參考文獻

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[4]馬恒儒.無線電電子學計量[M].北京：原子能出版社，2002.

作者簡介：李忠文（1967-），男，籍貫：江西省南昌市，現(xiàn)職稱：特級操作師，學歷：大學專科，研究方向：儀器、儀表的計量檢定、檢修和專用計量設備的研發(fā)。

童棣（1963-），男，籍貫：江西省南昌市，現(xiàn)職稱：高級工程師，學歷：本科，研究方向：計量管理和專用計量設備的研發(fā)。