某型漏電保護器的分析與改進

摘 要：為了有效防止武器系統試驗過程中因電器設備絕緣損壞等原因引起漏電、觸電等事故，保證人員安全以及武器裝設備的正常運行和安全使用需要。通過對試驗中使用的配電箱中漏電保護器的電路結構、工作原理的細致分析，并從試驗工作中的需求出發，指出其工作過程中存在的不便之處并加以改進。擴展了其他方面的功能，使配電過程更加安全、可靠，一旦有故障發生，發現故障更加快速，有效縮短了排故時間，提高了工作效率。

關鍵詞：配電箱;漏電保護器;電流互感器;保險絲

中圖分類號：TP20文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2001803

Analysis and Improvement of the Electric Leakage Protector

MA Xiaoming1，DING Ping2

(1.93 Element，PLA 92941 Unit，Huludao，125001，China;2.92 Element，PLA 92941 Unit，Huludao，125001，China)

Abstract：In order to prevent the accident of electric leakage caused by insulating reason of damage of the electric equipment，and guarantee the personal security and the normal running of the weapon equipment.Through careful analysing the structure of the circuit and operation principle of the protecting device of electric leakage，and proceed from demand in the test work，it points out inconvenient place and improves it to expand the function of other respects，makes the distribution course safe and improves working efficiency.

Keywords：distribution case;electric leakage protector;electric current mutual inductor;fuse

1 引 言

配電安全關系到人身安全、設備安全，尤其在武器系統試驗過程中，關系到武器系統安全等眾多方面。如何保證電力的安全運行及電能的正確使用一直是大家關心的問題，而配電系統的有效保護技術又是安全利用電能的重要方面。本文通過對配電箱中漏電保護裝置的原理分析，在漏電裝置的功能上做出了一定改進，在有效實施用電保護功能的同時，擴展了其他方面的功能，使其對用電故障的分析判斷更加準確，并且在排除故障后，自動恢復供電功能。

2 配電箱在試驗中的作用

在試驗過程中，通常使用配電箱來完成供電、配電任務。

配電箱使用簡單、方便、快捷，并且具有過流保護和漏電保護的功能。當試驗過程中的電路或某一測試儀器出現問題，配電箱將會自動切斷供電電路以防止出現嚴重后果。

2.1 配電箱的結構組成

配電箱電路結構圖如圖1所示。

圖1 配電箱電路結構圖

如圖1所示，配電箱由3個功能單元構成，即：電源總閘單元、漏電保護器單元和保險絲單元。

（1） 電源總閘單元。控制著輸入端的總電源，拉下電源總閘即可同時切斷輸入的交流380 V相線和零線。

（2） 漏電保護器單元。當試驗過程中有漏電和觸電情況發生時，漏電保護器會迅速切斷電源。

（3） 保險絲單元。當發生過流或短路故障時，相應的保險絲自動熔斷。

2.2 配電箱電路工作原理

在電氣上，以上3個功能單元是順次連接的，即：交流電380 V首先接入電源總閘，通過電源總閘后進入漏電保護器，最后通過保險絲分幾路輸出。在這里，漏電保護器就是供配電安全的中心環節。

3 對現用漏電保護器的分析

漏電保護器（漏電保護開關）是一種電氣安全裝置。將漏電保護器安裝在低壓電路中，當發生漏電和觸電且達到保護器所限定的動作電流值時，其立即在限定的時間內動作，自動斷開電源進行保護。圖2為漏電保護器電路圖。

圖2漏電保護器電路圖

3.1 漏電保護器的組成

圖2中所示，漏電保護器可分為3部分：漏電電流檢測元件、中間放大環節、操作執行機構。

（1） 檢測元件：由零序互感器TA組成，TA 結構如圖3 所示。

交流380 V的電源的相線和中線穿過高導磁率的環形鐵芯形成初級線圈L₁~L4，當發生觸電漏電或短路故障時，次級感應線圈L5可以檢測出毫安級的漏電電流，作為檢測信號輸出。

圖3 TA電流互感器結構原理圖

（2） 放大環節：將微弱的漏電信號放大，按裝置不同（放大部件可采用機械裝置或電子裝置），構成電磁式保護器相電子式保護器。

（3） 執行機構：收到信號后，主開關由閉合位置轉換到斷開位置，從而切斷電源，使被保護電路脫離電網的跳閘部件。

圖2中各元件數值見表1。

3.2 漏電保護器的工作原理

如圖2所示，三相線A，B，C和中性線N經保護開關K和零序電流互感器TA后輸出至負載。

在正常情況下（無觸電或漏電故障發生），由基爾霍夫電流定律知道：電源三相線和中性線的瞬時電流大小相等、方向相反，矢量之和為零，即：

A+B+C+N=0

表1 元件數值表

名稱數值名稱數值

R115 kΩC50.01 μF

C122 μFVSMCR100-6

C40.1 μFR327 MΩ

IC1LM1851C33 300 pF

R268 kΩC6200 pF

C20.1 μFVD1~VD4IN4007

因此，它們在零序互感器TA鐵芯中所產生磁通相互抵消，即：

A+B+C+N=0

所以，在正常情況下， TA的感應線圈L5上沒有感應電壓。

當有漏電和觸電發生時，相線和中線的瞬時電流大小不再相等，它們在TA鐵芯中所產生的磁通不能完全抵消，即 ：

A+B+C+N≠0

由于零序電流互感中磁通量發生變化，L5上便產生已感應電壓，進入中間環節，經集成電路IC1放大處理后如果達到整定值；IC1的1腳輸出觸發信號使晶閘管VS導通，保護開關K得電動作而立即切斷供電電源，達到觸電保護。

綜上可知：這里使用的電流型漏電保護器就是基爾霍夫第一定律的應用：流入電路中任一節點的復電流代數和等于零，即:∑I=0。

4漏電保護器的改進

上述漏電保護開關K的結構為手動接通、電磁驅動切斷的脫扣開關，一旦動作便處于“斷”狀態，故障排除后需要手動復位，給使用帶來不變，上述漏電保護裝置無報警功能，發生斷電是由于保險絲熔斷或停電，還是因觸電漏電保護裝置動作往往分不清楚，需經進一步檢查確認；一旦故障發生還需浪費一定的排故時間。

在原來有的漏電開關上增加一些電子元件連成報警電路，可在實施用電保護的同時發出報警聲，不但能及時防止事故發生或擴大，而且根據報警聲的有無可斷定有無電。當人體脫離電源或故障排除后經5~8 s，裝置自動恢復供電，報警聲終止。

4.1 漏電保護器結構性能上的改變

工作電路如圖4所示。

圖4中并增加控制報警電路。

(1) IC1改為555單穩態觸發器。二極管VD5、晶體三極管VT及電容C1，C2組成電子開關電路，用來把零序互感器檢測到的漏電信號放大后送至單穩態觸發器，使其翻轉，促使執行電路工作。

(2) 增加控制報警電路。繼電器K和IC2組成控制報警電路。380 V交流電源由K的常閉觸點K控制，IC2與揚聲器BL構成報警器。一旦用電設備發生觸電漏電或短路事故，繼電器K立即吸合，常閉觸點斷開交流電源，同時發出報警聲響。

圖4 漏電保護器改進電路圖

電容C6、二級管VD1~VD4 ，濾波電容C5及穩壓二極管VD7，組成電容降壓、整流濾波及穩壓電源電路，向報警電路提供6 V直流工作電壓。

(3) 增加自動恢復供電功能。時基電路IC1和電阻R2、電容C3組成單穩態觸發器，R2與C3為定時元件。延時時間決定于R2和C3的數值，初設值延時時間為6~7 s（可依其需要予以調整）。

4.2 元器件選擇具體數據說明

(1) IC1為時基電路555，可選任意型號;

(2) IC2為音樂三極管，可選VT66A型，不必外接元器件，只接揚聲器即可，聲音宏亮;

(3) VT選NPN選三極管，選用9014等型號，β≥80;

(4)VD1~VD6為整流二極管，選1N4004，或選1 A/200 V全橋整流塊。VD7為穩壓二極管，選2CW14;

(5) K為6 V直流繼電器，可選JRF-13F等型，雙組觸電，電流大于2 A。

(6) 揚聲器BL選小口徑薄型8 Ω/0.25 W，亦可用加助聲腔的壓電陶瓷片。電阻R1~R4，均選用0.25 W金屬膜或碳膜電阻器。

(7) C1，C4選用耐壓不小于10 V的無極性瓷介電容。C2，C3及C5選用耐壓不小于16 V普通電解電容器。

其他元件具體取值見表2。

4.3 對修改后漏電保護器的補充說明

(1) 當出現用電器無電時，可及時聽到報警聲，若室內突然無電又未聽到報警聲，說明電網停電或是保險絲出了問題，可重點檢查保險絲。

表2 改進后元件數值表

名稱數值 /kΩ名稱數值 /μF

R115 C10.047

R25.1C210

R381C3100

R41C40.01

R5510C5100

(2) 試驗按鈕SB和試驗電阻R1是為了檢查漏電保護器是否能可靠動作而設置的。按下SB后，相線與零線之間通過限流電阻R1形成一電流，該電流回路的相線穿過環形鐵芯，這就人為地造成了環形鐵芯中相線與零線電流的不平衡，模擬了漏電或觸電的情況，使得保護開關動作。

在供電正常的情況下，如果按下SB無反應，說明漏電保護器已失靈，這種情況下可以繼續用電，但已不具備漏電保護功能，應盡快修理或更換漏電保護器。

(3) 若本裝置動作不夠靈敏，即檢測的漏電電流過小時，可適當增加L5的匝數或加大線徑。

對漏電保護器改進后，有效提高了配電過程的安全性和可靠性，極大縮短了確定故障和排除故障的時間。

5 結 語

要想在試驗中真正做到安全用電，就必須以預防為主，從根源上消除用電隱患。因此，樹立安全用電的意識，學習安全用電知識，提高工作人員素質；建立完善的工作制度并嚴格遵守操作規程；定期檢查設備絕緣老化；可靠的接地和接零保護；有效的靜電防護和雷電防護技術都是安全用電的保證。

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作者簡介 馬曉明 男，1980年出生，助理工程師。2003年畢業于哈爾濱理工大學機電一體化專業。主要從事指揮儀方面的研究工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文