防觸電配電變壓器的研究與分析

　　目前配電電力變壓器均采用三相四線制的低壓供電方式，該方式給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大的方便，既可以供三相動力又可以供單相民用照明。但是同時(shí)也會給人身帶來一些危險(xiǎn)和傷害。因?yàn)槿嗨木€供電方式采用零線接地，各相對地電壓為220V，一旦人體碰觸火線或漏電的設(shè)備，人體與地形成回路，觸電傷害就會發(fā)生；或如果零線中斷，還會發(fā)生某相電壓升高燒毀用戶電器的事故。在我國每年都會發(fā)生上百萬起觸電傷亡和燒毀用戶電器事故，其中單相觸電事故占90%以上。為了避免人身觸電和過電壓的發(fā)生，人們研究出了各種漏電保護(hù)和過電壓保護(hù)裝置來減少上述事故。這些裝置都是在故障發(fā)生之后才啟動的，可阻止人身傷亡事故的發(fā)生和事故的擴(kuò)大，因此我們稱這種保護(hù)為“被動保護(hù)”，一旦這些保護(hù)裝置失靈或反映動作緩慢，事故仍會發(fā)生。因此它們始終沒有從根本上跳出“被動保護(hù)”的圈子，那么我們能不能變“被動”為“主動”，從根本上解決觸電和燒毀用戶電器的難題，本文介紹了一種新型Y，YE型防觸電配電變壓器，它從根本上解決了人員觸電和零線中斷后，發(fā)生某相電壓升高燒毀用戶電器的事故。

1 研究方向

　　目前配電變壓器主要是三相四線制，既有三相動力又有單相民用照明，在城鄉(xiāng)和農(nóng)村，動力負(fù)荷不大，大部分是220V照明用電。所以要想從根本上解決不觸電，就要從源頭變壓器上入手，設(shè)計(jì)一種變壓器使人觸及火線后能經(jīng)電阻形成回路，工作電壓不發(fā)生變化，人體的觸電電壓降低到安全范圍以內(nèi)，這樣通過人身的電流變得很小，從而解決“電人”的老大難問題。

2 設(shè)計(jì)思路

　　專業(yè)人員因此設(shè)計(jì)了一種新型Y，YE型“防觸電”變壓器。首先從Y，YE型“防觸電”電力變壓器的結(jié)構(gòu)和原理上進(jìn)行說明。Y，YE型“防觸電”電力變壓器是三相三卷芯配電變壓器,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:一次側(cè)與現(xiàn)在Y，yn變壓器一樣,二次側(cè)有所不同,內(nèi)部結(jié)構(gòu)是雙卷芯雙繞組,它將380V三相動力與220V單相照明分開,各自一組繞組,互不干擾,在電氣上毫無連接,380V三相動力繞組采用Y型（或D型）接線，中性點(diǎn)不接地。220V照明繞組采用E型（或E1型）接線，中性點(diǎn)經(jīng)電阻R接地，見圖1,其外部結(jié)構(gòu)為：二次側(cè)有6個(gè)接線柱，a、b、c
3個(gè)接線柱為380V動力接線柱。零為地線接線柱，并經(jīng)電阻R接地。d和e2接線柱為220V照明接線柱。

　　工作原理：Y，YE型“防觸電”電力變壓器在正常運(yùn)行情況下,三相動力負(fù)荷接在變壓器的二次側(cè)動力繞組Y型（或D型）繞組abc上。三相繞組分別為aa′、bb′、cc′,接線方式分為2種：一種是Y型接線，Y型接線中性點(diǎn)不接地。另一種是D型接線，D型接線無中性點(diǎn)。所以380V動力線正常情況下不會發(fā)生單相觸電事故，2種接線方式見圖1、圖2。

圖1 Y，YE接線圖

      圖2 Y，YE1接線圖

　　220V照明負(fù)荷接照明繞組的E型（或E1型）繞組的d、e接線柱上，照明繞組E型（或E1型）繞組接線方式也分為2種：一種是E型雙繞組兩相接線，另一種是E1型單繞組單相接線。E1型單繞組單相接線較為簡單，見圖2。它在變壓器鐵心中柱上，加一個(gè)照明繞組de，在照明E1繞組中間抽頭為零線接地，這樣就分為2個(gè)繞組，它們的矢量相反數(shù)值相等，當(dāng)d、e兩端電壓為220V時(shí)，d、e兩端對零線電壓各為110V，2種接線矢量圖見圖3。如果在零線接地加一個(gè)人體的3倍電阻，當(dāng)人體觸電時(shí)，人體觸電電壓為對地全電壓的1/4，即觸電電壓U=1/4×110V=27.5V。E型接線和E1型接線有所不同，它是將dd′和ee′兩相繞組分別安裝在變壓器鐵心的2個(gè)邊柱上，見圖1，
de為首端分別引出接在變壓器外部低壓d、e兩接線柱上，d′ e′連接為零并經(jīng)一個(gè)4倍人體電阻R后接地，在d、e極之間電壓U保持著原來的額定電壓220V不變，用戶正常使用，兩相繞組電壓的向角為120°，數(shù)值相等，當(dāng)dd′、ee′兩端電壓為220V時(shí)，則d、e兩端對零線電壓各為U=1/1.73×220V=127V。見圖3，對地127V的電壓對人身仍有觸電危險(xiǎn)，為了能使127V電壓降為36V以下電壓，在中性點(diǎn)加裝一個(gè)4倍人體電阻R后接地，當(dāng)人體觸碰帶電設(shè)備時(shí)，人體電阻與4倍人體電阻R形成串聯(lián)，人體承受電壓U=±1/5×127V=25.4V，

圖3 E型、E1型接線矢量圖　　

　　因此對人體不會造成傷害。綜合上述2種情況，其基本原理為：首先將額定電壓分為正負(fù)各一半，這對人身觸電來講已經(jīng)降低了50%的額定電壓，然后再通過中性點(diǎn)加分壓電阻R來分壓，降低電壓對人體的傷害，達(dá)到人體防觸電的目的。E型雙繞組兩相接線和E1型單繞組單相接線，可與動力三相Y型接線或D型接線交叉組合使用，以達(dá)到同時(shí)輸出動力電源和單相照明電源的目的。

　　圖4為E型接線的電壓曲線圖，圖5、圖6分別1/2π和3/2π時(shí)刻的電壓示意圖。由圖5、圖6可以看出：當(dāng)1/2π時(shí)刻和3/2π時(shí)刻，電壓曲線成正弦波變化，頻率為50Hz，最大峰值為127V，最小峰值為93V，振幅為34V,對外輸出額定電壓為220V不變。

圖4 E型接線電壓曲線圖

   

圖5 1/2π時(shí)刻電壓示意圖

    

圖6 3/2π時(shí)刻電壓示意圖

    

3 技術(shù)分析



　　該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn):

　　(1) 安全可靠，對地電壓低于36V電壓以下，不會發(fā)生單相人身觸電事故，大幅度降低觸電事故的機(jī)率，杜絕了因中性點(diǎn)中斷燒毀用戶設(shè)備的事故。

　　(2) 免去全部三級漏電保護(hù)，減少漏電保護(hù)器的維護(hù)試驗(yàn)，免去漏電保護(hù)誤動,提高了供電可靠性。

　　(3) 由于對地電壓降低一半，接戶線可直接用雙護(hù)套防老化線直埋地下，變壓器前移，可減少大量低壓架空線路，降低低壓線損，提高末端電壓。尤其是在農(nóng)村變臺“小容量、密布點(diǎn)”的情況下效果更佳。

　　(4) 因Y，YE型“防觸電”電力變壓器鐵心采用卷芯結(jié)構(gòu),屬于S－13系列節(jié)能產(chǎn)品,可比S－9系列變壓器降低50%左右的損耗。

　　雖然Y，YE型“防觸電”電力變壓器能夠解決單相觸電問題，但在兩相之間還能造成觸電，所以Y，YE型“防觸電”電力變壓器在正常運(yùn)行中，決不允許火線接地運(yùn)行，如果一旦有火線接地，在這一時(shí)刻人體碰觸非接地相火線，還會發(fā)生觸電事故。為了防止上述情況的出現(xiàn)，在變壓器二次側(cè)加裝總漏電檢測裝置，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)消除，以免發(fā)生因非正常運(yùn)行造成的觸電事故。

4 實(shí)施情況

　　目前，第一臺試驗(yàn)變壓器已生產(chǎn)出來，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該變壓器已經(jīng)試運(yùn)行，基本情況良好，一些相關(guān)參數(shù)有待進(jìn)行調(diào)整，即可再進(jìn)行試運(yùn)行。