試論基于安全可靠的實驗實訓(xùn)室電源總控臺的設(shè)計

摘 要：實驗實訓(xùn)室電源總控制臺設(shè)計是針對職業(yè)院校實驗實訓(xùn)教學(xué)管理、提高教學(xué)有效性的重要課題。筆者根據(jù)某校實訓(xùn)室設(shè)備的配置要求，結(jié)合實際經(jīng)驗，設(shè)計一款基于多種保護(hù)一體，監(jiān)控送電、用電，集中控制的實驗實訓(xùn)設(shè)備總控臺。實踐證明，這款基于安全可靠的實驗實訓(xùn)室電源總控臺適宜在同類實驗實訓(xùn)室中推廣應(yīng)用。本文就基于安全可靠的實驗實訓(xùn)室電源總控臺的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：實驗實訓(xùn)室 電源總控臺 安全防護(hù)

如何管理好不斷增加的實驗實訓(xùn)設(shè)備，使其充分發(fā)揮良好的教學(xué)效果，是職業(yè)院校管理者和教師值得研究的重要課題。在職業(yè)院校實驗實訓(xùn)室建設(shè)中，電源總控臺的設(shè)計是建設(shè)中的難題，因為一般實驗實訓(xùn)設(shè)備制造廠不提供電源總控臺，然而，電源總控臺在實驗實訓(xùn)教學(xué)中起著重要作用，是安全、有效實施教學(xué)的重要保障。

據(jù)調(diào)查，目前職業(yè)院校的電源總控臺大致分兩種情況：一是沒有專門的電源總控臺，以裝在實驗實訓(xùn)室墻上的配電箱代替，只起到電源引入作用，教師難以監(jiān)控學(xué)生在實驗實訓(xùn)操作臺上的用電情況，存在著嚴(yán)重的安全隱患，觸電事故時有發(fā)生。二是部分學(xué)校實驗實訓(xùn)室雖然裝有獨立的電源總控臺，但沒有對實驗實訓(xùn)操作臺進(jìn)行單獨控制或分路控制，沒有對線路的短路、過載、漏電等原因引起的故障進(jìn)行綜合保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)很不完善。下面筆者根據(jù)實際經(jīng)驗，設(shè)計一款安全可靠的實驗實訓(xùn)室總控臺，供同行分享。

一、設(shè)計技術(shù)要求

學(xué)校電工電子實訓(xùn)中心新建一個電氣控制綜合實訓(xùn)室，已從某教儀公司購買實訓(xùn)操作設(shè)備28臺，56個操作工位，但無電源總控制臺，技術(shù)參數(shù)要求如下。

1.電源輸入

三相五線供電AC 380V ±10% 50Hz，最大進(jìn)線電流：60A（阻性負(fù)載）。

2.電源輸出

每路輸出為三相五線供電AC 380V ±10% 50Hz，共28路，每路最大出線電流：2A（阻性負(fù)載）。

二、設(shè)計方案

1.設(shè)計思路

首先要考慮供電電壓，本實訓(xùn)操作臺有的設(shè)備需要220V供電，而有的需要380V供電，另一方面還要考慮電源負(fù)荷大小，這是電源接線時必須考慮的因素之一，以免影響儀器設(shè)備的正常使用。另外，在設(shè)計上必須考慮到安全可靠、工作穩(wěn)定、操作方便、交互性強(qiáng)。所以本設(shè)計采用三相五線制供電，保護(hù)接零可靠，有急停保護(hù)開關(guān)，短路保護(hù)，欠壓、失壓保護(hù)，漏電保護(hù)等多功能保護(hù)系統(tǒng)，及時監(jiān)控實驗實訓(xùn)中的送電和用電情況，采用橋架走線，為避免不同負(fù)載之間的互相干擾，電源線分管敷設(shè)?？刂坡窋?shù)要考慮設(shè)計余量，根據(jù)需要增加到30路。

2.控制線路設(shè)計

基于上述設(shè)計理念和技術(shù)要求，線路如圖1所示，其工作原理如下。

（1）供電控制。該電源控制平臺只要有380V電壓進(jìn)入，則三個電壓表就會顯示進(jìn)來的電壓值，如果三相壓正常，則允許送電。合上電源總開關(guān)ZRCD1，則整個系統(tǒng)可以啟動，按下啟動按鈕SB2，則控制整個系統(tǒng)工作的交流接觸器KM得電吸合并自鎖，此時三相電源指示燈HL1、HL2和HL3點亮；合上控制系統(tǒng)控制電源總漏電保護(hù)開關(guān)ZRCD2，單相電源指示燈HL4點亮，控制30路工作臺允許接通電路。此時，若1號工作臺需要供電，則旋轉(zhuǎn)SA1處“開”狀態(tài)，交流接器KM1得電吸合，KM1主觸點閉合，將電源送到1號工作臺，同時紅色發(fā)光二極管點亮，代表送電正常，如果1號工作臺要用電，則推上1號工作臺上的漏電開關(guān)FZCD1即可，此時，綠色發(fā)光二極管點亮，代表1號工作臺已經(jīng)合上FZCD1了，表明1號工作臺正在用電。其余29路工作原理與此相同。

（2）斷電及保護(hù)控制。當(dāng)需要切斷1號工作臺的電源時，只要在電源總控臺上將旋鈕SA1處“斷”狀態(tài)，交流接器KM1失電釋放，KM1主觸點斷開，1號工作臺斷電，同時紅色發(fā)光二極管熄滅，代表停止送電，其余29路原理相同。當(dāng)某工作臺上用電出現(xiàn)故障，則可以直接按下急停開關(guān)，交流接觸器KM失電釋放，所有的工作臺斷電，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。當(dāng)電壓不吸或然后停電時，接觸器KM則斷電釋放，可以起到欠壓和失壓保護(hù)。本電源總控臺裝有總的漏電保護(hù)開關(guān)，當(dāng)某工作臺上發(fā)生短路、觸電或其他漏電情況，萬一工作臺上的漏電開關(guān)拒動，則總的漏電開關(guān)ZRCD1自動跳開，防止短路、觸電事故的發(fā)生，可起到后備保護(hù)，如果總控臺上單相控制電路發(fā)生短路、觸電或其他漏電情況，則單相漏電開關(guān)ZRCD2自動跳開，同樣可防止短路、觸電事故的發(fā)生。

3.控制臺面板設(shè)計

本實驗實訓(xùn)室總控臺使用了30個旋鈕，30個紅色發(fā)光二極管，30個綠色發(fā)光二極管，2個漏電保護(hù)器，4個電源指示燈，3個電壓表，1個啟動按鈕，1個急停按鈕，本控制臺面板布置框圖，如圖2所示。

4.控制臺側(cè)面板設(shè)計

為方便連接多媒體等設(shè)備，進(jìn)行設(shè)備測試和檢修，在控制臺的側(cè)面還裝有三個單相三孔插座，一個三相四孔插座，如圖3所示。

5.保護(hù)接地（零）系統(tǒng)的設(shè)計

實驗實訓(xùn)室的接地一般分為工作接地、保護(hù)接地（保護(hù)接零）、防雷接地和防靜電接地四種。工作接地是指保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定工作以及交流和直流電源系統(tǒng)提供的接地，要求三相變壓器輸出繞組接成星形接法，其中性點直接接地來實現(xiàn)；保護(hù)接地（或接零）是為保障人身及設(shè)備安全而設(shè)置的接地或接零，在絕緣損壞或漏電等故障條件下才發(fā)生作用，要求實驗實訓(xùn)設(shè)備或電源總控臺的金屬外殼與接地樁或保護(hù)零線有良好的電氣連接，如果與專用接地樁連接叫保護(hù)接地，與保護(hù)零線連接叫保護(hù)接零，三相五線制供電有專用保護(hù)零線；防雷接地是為保證建筑物防雷裝置可靠工作而設(shè)置的接地；防靜電接地是為防護(hù)靜電、防護(hù)電磁干擾等的接電。根據(jù)《科學(xué)實驗室建筑設(shè)計規(guī)范》和本實驗實訓(xùn)控制臺設(shè)計技術(shù)要求，本設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注在保護(hù)接零的設(shè)計和施工上，要確保每一個工作臺上設(shè)備和電源總控臺的接地電阻小于4Ω，采用TN-S配電方式，分別設(shè)置零線和保護(hù)接地的匯流排，即零排和地排，并標(biāo)志清晰，各工作臺的保護(hù)接零線要并聯(lián)連接于地排上，并要求專用保護(hù)零線（PE線）與地排必須可靠相聯(lián)，導(dǎo)線采用黃綠相間的多股銅芯線，線徑一般要求與相線一致，壓接線要采用“O”形的接線鼻子，以防脫落，排列整齊，連接牢固。

6.主要元器件規(guī)格選擇

參照《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB14048.5-2008）等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合市場產(chǎn)品的可靠性和性價比，選擇本電源總控臺的主要元器件，主要元器件的型號和規(guī)格見表1。

三、效果評價

1.主要優(yōu)點

（1）安全可靠、操作方便，采用三相五線制供電，緊急停止控制、具有短路保護(hù)，欠壓、失壓保護(hù)，漏電保護(hù)。采用轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行各工作臺控制，并帶有送電指示和用電指示，交互性強(qiáng)。

（2）安裝簡單、維護(hù)方便，采用交流接觸器集中遠(yuǎn)程控制，設(shè)置端子排，引出線接線簡單、檢查容易。

（3）監(jiān)視清晰、觀察方便，采用三個電壓表對供電線路的三相電壓分別進(jìn)行測量，能夠分別對各電路的電壓進(jìn)行觀測。

（4）性能穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)，采用1.5mm、2截面以上銅導(dǎo)線直接連接到工作臺，沒有弱電部分，不會產(chǎn)生誤動作。

（5）按需連接、靈活組合，由多組分控臺組合，各組分控臺與總電源控制組采用航空插進(jìn)行連接，適合實驗室使用。

2.缺點及改進(jìn)思路

本電源總控制臺只適用于教師在講授時都切斷學(xué)生實驗實訓(xùn)臺的電源，當(dāng)學(xué)生連好電路經(jīng)教師檢查無誤才給學(xué)生實驗實訓(xùn)臺供電情況。但是當(dāng)教師指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)較多時，則難以有效組織，教師不得不頻繁往返于學(xué)生實驗臺和總控臺之間，增加了教師的工作負(fù)擔(dān)。今后考慮用遠(yuǎn)程遙控和智能集成控制的設(shè)計加以完善。

經(jīng)過筆者單位三年的使用證明，這是一款安全可靠的多功能實驗實訓(xùn)室電源總控臺，非常適用各類學(xué)校、特別是職業(yè)院校的實驗實訓(xùn)操作臺的電源總控制及保護(hù)，也適用于企業(yè)有多個操作臺的電源總控與保護(hù)。

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[2]吳臻，胡建明.淺論中小學(xué)實驗室建設(shè)與管理中的安全防護(hù)[J].教學(xué)儀器與實驗，2013（4）.

（作者單位：杭州市蕭山區(qū)高級技工學(xué)校）