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。但是同時也會給人身帶來一些危險和傷害。因為三相四線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和過電壓保護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)生和事故的擴大，因此我們稱這種保護為“被動保護”，一旦這些保護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”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)和農村，動力負荷不大，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，設計一種變壓器使人觸及火線后能經電阻形成回路，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，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設計思路

　　專業(yè)人員因此設計了一種新型Y，YE型“防觸電”變壓器。首先從Y，YE型“防觸電”電力變壓器的結構和原理上進行說明。Y，YE型“防觸電”電力變壓器是三相三卷芯配電變壓器,其內部結構特點是:一次側與現在Y，yn變壓器一樣,二次側有所不同,內部結構是雙卷芯雙繞組,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，中性點不接地。220V照明繞組采用E型（或E1型）接線，中性點經電阻R接地，見圖1,其外部結構為：二次側有6個接線柱，a、b、c
3個接線柱為380V動力接線柱。零為地線接線柱，并經電阻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行情況下,三相動力負荷接在變壓器的二次側動力繞組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型接線中性點不接地。另一種是D型接線，D型接線無中性點。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1Y，YE接線圖

圖2Y，YE1接線圖

　　220V照明負荷接照明繞組的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個繞組，它們的矢量相反數值相等，當d、e兩端電壓為220V時，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人體的3倍電阻，當人體觸電時，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′連接為零并經一個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°，數值相等，當dd′、ee′兩端電壓為220V時，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，為了能使127V電壓降為36V以下電壓，在中性點加裝一個4倍人體電阻R后接地，當人體觸碰帶電設備時，人體電阻與4倍人體電阻R形成串聯，人體承受電壓U=±1/5×127V=25.4V，

圖3E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各一半，這對人身觸電來講已經降低了50%的額定電壓，然后再通過中性點加分壓電阻R來分壓，降低電壓對人體的傷害，達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，以達到同時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時刻的電壓示意圖。由圖5、圖6可以看出：當1/2π時刻和3/2π時刻，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4E型接線電壓曲線圖

圖51/2π時刻電壓示意圖

圖63/2π時刻電壓示意圖

3技術分析



　　該項技術的應用具有如下優(yōu)點:

　　(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率，杜絕了因中性點中斷燒毀用戶設備的事故。

　　(2) 免去全部三級漏電保護，減少漏電保護器的維護試驗，免去漏電保護誤動,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。尤其是在農村變臺“小容量、密布點”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構,屬于S－13系列節(jié)能產品,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行中，決不允許火線接地運行，如果一旦有火線接地，在這一時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，在變壓器二次側加裝總漏電檢測裝置，發(fā)現問題可及時消除，以免發(fā)生因非正常運行造成的觸電事故。

4實施情況

　　目前，第一臺試驗變壓器已生產出來，各項指標基本達到設計要求，該變壓器已經試運行，基本情況良好，一些相關參數有待進行調整，即可再進行試運行。