学生强电保护装置的开发与使用

2020-05-08张健民梁连旺

设备管理与维修 2020年7期

张健民，梁连旺

（新会冈州职业技术学校，广东江门 529100）

1 教学现状

中职学生学习基础差，纪律、安全意识淡薄，学习灵敏度低，没有自主的安全意识，大部分学生的操作成果都是靠模仿的路线，缺乏了思考与创新的环节。随着教学改革的推进和生活质量的提升，对安全的要求也越来越高，在中职业学校任教理工类课程（特别是电子电工类）的老师，安全责任也越来越重。因为工科类教学不可避免的一个环节是实际动手操作，实操过程中必然面对安全问题。

电类专任教师，在实训课中最担心的两门基础课分别是照明电路的实现、拖动电路的安装与维修。前者的操作电压为AC 220 V，后者甚至达到AC 380 V，两者的共同点是必须通电才能让学生克服害怕心理及更好地检验成果，所以确保通电过程中的人身安全及设备安全被推到了最迫切的位置。

2 方案构思

曾有学生因触电而手掌开裂，也出现过电线像火蛇一样在空中飞舞的震撼情境，一旦学生操作不当，220 V 或380 V 的高压将会造成设备的永久损坏（如烧毁接触器的触点，烧毁镇流器等），为学校的教学带来很大冲击。最严重的还是学生发生触电事故，这是任课老师无法推卸、无法承担的责任。为有效保障学生的人身安全以及保护好设备，需要可以速断并可以迅速恢复的保护措施。熔断器（保险丝）由于存在一定的延时性及考虑过载特性，并不能作为此类保护的首选。考虑到教学所用的继电设备都有失压保护能力，拟使用交流接触器配合继电器作为短路保护的手段，使用变压器的隔离特性作为学生单相触电的防护手段。

3 设备参数测试

在理论教学的过程中，交流接触器与继电器等继电装置都具有失压保护能力，且因为弹簧的作用，动作速度非常快。所谓的失压保护是指当继电装置的线圏（包）电压降低到额定值的80%以下，就有可能因为产生的磁场不足以克服弹簧力的作用而迅速弹开，利用这一特性可以有效地对短路进行检测并作出保护。实验室中的交流接触器有两种型号，通过利用可调变压器对CJ10 及CJX2 两种型号的接触器（两者的线圈电压都为AC 220 V）进行失压实验，CJ10 型号的接触器在工作电压低于额定电压约20%即在AC 180 V 左右就会变得不稳定，并有70%的机会因为磁场力的不足而弹开复位。

考虑到要与大地进行隔离，所以选用变压器作为隔离的手段，因为要考虑安装位置的关系，变压器不能选得太大，最终采用50 VA 的多抽头控制变压器，主要将AC 380 V 转换为AC 220 V。除了隔离的作用，它还将保护设备的触点。因为50 VA容量的变压器，经过人为的短路测试，输出电流最大为0.7 A，小于实验室中所有电器设备的额定电流，一旦发生短路故障，设备的触点也能承受0.7 A 的电流而不至于烧糊或烧熔。

4 工作实施

利用三个相同的控制变压器，将变压器的初级（380 V 输入端）以三角形的方式接入三相交流电源中，以符合电压的要求；将变压器的次级（220 V 输出端）以星形方式连接，中性点引出线作为继电器及交流接触器的中性（N）线，得到三相四线制的供电模式，既达到三相用电AC 380 V 的要求，也将保护设备的电压等级降低（图1）。同时，经过变压器的隔离，将大地与操作地隔离开，即使有同学碰到电源的其中一相，也不会产生对地回路而形成触电，但同时触碰两相还是会引起两相触电，所以上课时老师还是要注意此问题。

图1 电路原理

在三相控制线路中，主要利用交流接触器主触头的闭合作为电路输出设备。当交流接触器的主触头处于断开情况下，输出端没有电压输出；当交流接触器的主触头闭合以后，电路以380 V 极限0.7 A 的三相电源进行输出。

在保护手段上，采用了继电器J1、J2 及交流接触器三个线包作为短路保护的手段，将继电器J1、J2、以及交流接触器的自锁（常开辅助）触头串联在一起，只要有任意一相发生短路，该相的电流会趋于肄（无穷大）。根据功率恒定的原理（P=UI），发生短路一相的电压会无限趋向于0，与该相连接的继电装置的线包会因为失压特性而跳开，令整个交流接触器自锁控制线路的回路受到破坏，交流接触器主触头断开，让整个电路的输出为0。同时，电路还设置了2 个指示灯，1 个并联在变压器的一次侧（初级）以作为电源供电是否正常的指示，另1 个在交流接触器主触头的输出侧，用作输出指示。

AC 220 V 的保护手段没有AC 380 V 那么复杂，因为交流接触器本身就具备了失压保护，所以只用常规的交流接触器自锁控制线路进行输出功能及保护。