数字显示用电安全保护器的研制

李忠文 童棣 袁超 蒋钧涛

摘 要：采用实时准确测量及数字化显示、比较与控制的方法，设计、制作了一种单相数字显示用电安全保护器。该保护器是为提高现仪器、设备用电安全而设计、它实现了对供电系统、用电负载和用电人员的用电安全防护作用。

关键词：可编程电压；电流；有功功率组合表；电流互感器；隔离变压器；用电安全保护

引言

现有供电系统中常采用“空气断路器”对用电负载和供电线路进行用电安全保护。“空气断路器”只具有用电负载过流切断供电的单一保护功能，而且因其内部构造为机械式，在振动大或潮湿环境下使用，内部铁质器件极有可能发生松动或生锈卡滞，轻者影响过流保护的准确性；严重时供电线路可因“空气断路器”过流保护作用失效产生电气火灾风险。

为了达到准确显示、可靠控制的目的，我们采用可编程电压、电流、功率组合表实时数字化显示和设定输出电压、电流、电功率值三项用电参数限值，当上述用电参数出现超上限（或低于下限）设定值时迅速用相对应报警指示灯报警和切断取电端电源。长期使用证明：以上三项供电参数显示和控制精度可达到0.5级以上，该用电安全保护器，具有较好的可靠性和实用性。

1 组成与特征

1.1 数字显示用电安全保护器的组成

如图1所示，它包括：（1）开关QF；（2）保险管FU；（3）压敏电阻KD10；（4）可编程数显电压、电流、功率组合表AOB194（以下简称组合表）；（5）按钮开关SB；（6）交流接触器KM；（7）隔离电源变压器TC；（8）电感L；（9）电源指示灯；（10）隔离取电端。

图1 数字显示用电安全保护器原理图

1.2 特征

（1）对供电线路中的交流电压、交流电流和耗电功率同时进行实时测量和数字化显示并具有小数点自动移位功能，读数方便。（2）与电流互感器配合交流电流测量量程能达到：AC 0A～400A， 耗电功率测量显示、控制范围可达：AC 0W～88KW。（3）最小分辨力为：电压0.1V、电流0.001A、功率为1W。（4）隔离变压器TC起到输入电源与取电端电源隔离作用；由于取电端10输出电源对地电压为0V，所以可避免工作人员误操作接触取电端10内或工作仪器、设备内部电源时的对地触电；达到人员用电安全的目的。

2 工作原理

如图1所示：闭合开关QF，交流电源通过保险管FU至压敏电阻KD10两端，当电压在245V以下时压敏电阻始终处于高阻状态，组合表1、2号接线端间得电进入工作状态。组合表第7与10号接线端通过KM1常闭触点获得电源电压信号，当组合表中显示电压值在电压设定限值范围内时，组合表控制输出端4、5之间吸合，此时按下启动按钮SB、KM控制线圈得电，其触点KM1、KM2吸合并自锁；主控触点KM3同时吸合。供电电源向隔离变压器TC初级供电、在变压器次级（匝数比为1∶1）感应相同电压后通过电感L和组合表15、16号电流信号输入、输出端口向取电端10上仪器、设备供电。同时显示变压器次级的电压、耗电电流及功率。完成供电三参数的测量与显示。

取电端向负载供电过程中，当变压器次级电压、耗电电流及功率中有一项或以上项超出组合表内相应参数设定限值时，主控触头KM3断开，取电端失电、用电负载得到断电保护，并用相对应报警指示灯报警，用户也可用组合表内最大值、最小值查询功能得知报警项存储值。

当a、b电源输入端误接入245V以上电压时，压敏电阻导通、保险管FU断路保护、组合表工作电源输入端失电，同时组合表控制输出端4、5间断路，交流接触器KM控制端失电、主控触头KM3断路。

3 使用范例

例如：用一台额定电压220V、额定电流5A、功率为1.1KW的用电安全保护器为一台允许输入电压范围176V～242V；输入电流上限值4A，正常工作时耗电功率上限为0.968KW的用电设备做用电安全保护。合上开关QF按组合表上设置键set，当组合表显示设置密码code菜单时，输入口令803。

首次使用时应先设置电压互感器倍率Pt、电流互感器的倍率Ct和数字滤波系数Filt。

由于图1中未使用电压与电流互感器，所以其倍率系数均设置为1，同时为提高各参数显示数字稳定性将滤波系数Filt设置为3。

按set键出现L1时，输入最低电压百分比176V/220V×100%=80%即输入数字80即可。

按set键出现H1时，输入最高电压百分比242V/220V×100%=110%即输入数字110即可。

按set键出现L2时，输入最低电流百分比0A/5A×100%=0%即输入数字0即可。

按set键出现H2时，输入最高电流百分比4A/5A×100%=80%即输入数字80即可。

按set键出现L3时，输入最低功率百分比0KW/1.1KW×100%=0%即输入数字0即可。

按set键出现H3时，输入最高功率百分比0.968KW/1.1KW×100%=88%即输入数字88。

输入完成后长按set键5秒，组合表会自动存储上述设置并返回电压、电流及耗电功率测量显示状态，此时按下启动按钮SB，当用电负载上的电压、电流、耗电功率值均在上述所设用电参数范围内时，交流接触器KM控制线圈得电、带动其上控制触点吸合，并自锁。用电仪器、设备得电，电源指示灯LED点亮。用电仪器在“数字显示用电安全保护器”监护下安全工作。反之，则断电保护，并用相对应上限或下限报警指示灯报警，告知用户断电原因。

4 结束语

该數字显示用电安全保护器取得了：（1）防止输入电源电压异常（过高或过低）造成用电仪器、设备的损坏。（2）防止用电仪器、设备耗电异常（如漏电、短路时）造成供电线路的损坏；并且当用电设备耗电异常初期时可通过此保护器及时断电保护。（3）防止工作人员操作失误时的对地触电。具有了较好的推广应用价值。

参考文献

[1]刘建清.开关电源维修从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[2]魏素珍.电工线路[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]齐占伟.电气控制设备故障检修[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]马恒儒.无线电电子学计量[M].北京：原子能出版社，2002.

作者简介：李忠文（1967-），男，籍贯：江西省南昌市，现职称：特级操作师，学历：大学专科，研究方向：仪器、仪表的计量检定、检修和专用计量设备的研发。

童棣（1963-），男，籍贯：江西省南昌市，现职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：计量管理和专用计量设备的研发。