防触电配电变压器的研究与分析

  

　　目前配电电力变压器均采用三相四线制的低压供电方式，该方式给人们的生产和生活带来极大的方便，既可以供三相动力又可以供单相民用照明。但是同时也会给人身带来一些危险和伤害。因为三相四线供电方式采用零线接地，各相对地电压为220V，一旦人体碰触火线或漏电的设备，人体与地形成回路，触电伤害就会发生;或如果零线中断，还会发生某相电压升高烧毁用户电器的事故。在我国每年都会发生上百万起触电伤亡和烧毁用户电器事故，其中单相触电事故占90%以上。为了避免人身触电和过电压的发生，人们研究出了各种漏电保护和过电压保护装置来减少上述事故。这些装置都是在故障发生之后才启动的，可阻止人身伤亡事故的发生和事故的扩大，因此我们称这种保护为“被动保护”，一旦这些保护装置失灵或反映动作缓慢，事故仍会发生。因此它们始终没有从根本上跳出“被动保护”的圈子，那么我们能不能变“被动”为“主动”，从根本上解决触电和烧毁用户电器的难题，本文介绍了一种新型Y，YE型防触电配电变压器，它从根本上解决了人员触电和零线中断后，发生某相电压升高烧毁用户电器的事故。

  

　　1 研究方向

  

　　目前配电变压器主要是三相四线制，既有三相动力又有单相民用照明，在城乡和农村，动力负荷不大，大部分是220V照明用电。所以要想从根本上解决不触电，就要从源头变压器上入手，设计一种变压器使人触及火线后能经电阻形成回路，工作电压不发生变化，人体的触电电压降低到安全范围以内，这样通过人身的电流变得很小，从而解决“电人”的老大难问题。

  

　　2 设计思路

  

　　专业人员因此设计了一种新型Y，YE型“防触电”变压器。首先从Y，YE型“防触电”电力变压器的结构和原理上进行说明。Y，YE型“防触电”电力变压器是三相三卷芯配电变压器,其内部结构特点是:一次侧与现在Y，yn变压器一样,二次侧有所不同,内部结构是双卷芯双绕组,它将380V三相动力与220V 单相照明分开,各自一组绕组,互不干扰,在电气上毫无连接,380V三相动力绕组采用Y型(或D型)接线，中性点不接地。220V照明绕组采用E型(或 E1型)接线，中性点经电阻R接地，见图1,其外部结构为：二次侧有6个接线柱，a、b、c3个接线柱为380V动力接线柱。零为地线接线柱，并经电阻R接地。d和e2接线柱为220V照明接线柱。

   

　　工作原理：Y，YE型“防触电”电力变压器在正常运行情况下,三相动力负荷接在变压器的二次侧动力绕组Y型(或D型)绕组abc上。三相绕组分别为aa ′、bb′、cc′,接线方式分为2种：一种是Y型接线，Y型接线中性点不接地。另一种是D型接线，D型接线无中性点。所以380V动力线正常情况下不会发生单相触电事故，2种接线方式见图1、图2。

  

   

图1 Y，YE接线图

  

    

图2 Y，YE1接线图

  

　　220V照明负荷接照明绕组的E型(或E1型)绕组的d、e接线柱上，照明绕组E型(或E1型)绕组接线方式也分为2种：一种是E型双绕组两相接线，另一种是E1型单绕组单相接线。E1型单绕组单相接线较为简单，见图2。它在变压器铁心中柱上，加一个照明绕组de，在照明E1绕组中间抽头为零线接地，这样就分为2个绕组，它们的矢量相反数值相等，当d、e两端电压为220V时，d、e两端对零线电压各为110V，2种接线矢量图见图3。如果在零线接地加一个人体的3倍电阻，当人体触电时，人体触电电压为对地全电压的1/4，即触电电压U=1/4×110V=27.5V。E型接线和E1型接线有所不同，它是将dd′和ee′两相绕组分别安装在变压器铁心的2个边柱上，见图1，de为首端分别引出接在变压器外部低压d、e两接线柱上，d′ e′连接为零并经一个4倍人体电阻R后接地，在d、e极之间电压U保持着原来的额定电压220V不变，用户正常使用，两相绕组电压的向角为120°，数值相等，当dd′、ee′两端电压为220V时，则d、e两端对零线电压各为U=1/1.73×220V=127V。见图3，对地127V的电压对人身仍有触电危险，为了能使127V电压降为36V以下电压，在中性点加装一个4倍人体电阻R后接地，当人体触碰带电设备时，人体电阻与4倍人体电阻R形成串联，人体承受电压U=±1/5×127V=25.4V。

    

  

图3 E型、E1型接线矢量图

   

　　因此对人体不会造成伤害。综合上述2种情况，其基本原理为：首先将额定电压分为正负各一半，这对人身触电来讲已经降低了50%的额定电压，然后再通过中性点加分压电阻R来分压，降低电压对人体的伤害，达到人体防触电的目的。E型双绕组两相接线和E1型单绕组单相接线，可与动力三相Y型接线或D型接线交叉组合使用，以达到同时输出动力电源和单相照明电源的目的。

  

　　图4为E型接线的电压曲线图，图5、图6分别1/2π和3/2π时刻的电压示意图。由图5、图6可以看出：当1/2π时刻和3/2π时刻，电压曲线成正弦波变化，频率为50Hz，最大峰值为127V，最小峰值为93V，振幅为34V,对外输出额定电压为220V不变。

    

  

图4 E型接线电压曲线

   

图5 1/2π时刻电压示意图

  

图6 3/2π时刻电压示意图

  

　　3 技术分析

  

　　该项技术的应用具有如下优点:

  

　　(1) 安全可靠，对地电压低于36V电压以下，不会发生单相人身触电事故，大幅度降低触电事故的机率，杜绝了因中性点中断烧毁用户设备的事故。

   

　　(2) 免去全部三级漏电保护，减少漏电保护器的维护试验，免去漏电保护误动,提高了供电可靠性。

  

　　(3) 由于对地电压降低一半，接户线可直接用双护套防老化线直埋地下，变压器前移，可减少大量低压架空线路，降低低压线损，提高末端电压。尤其是在农村变台“小容量、密布点”的情况下效果更佳。

  

　　(4) 因Y，YE型“防触电”电力变压器铁心采用卷芯结构,属于S-13系列节能产品,可比S-9系列变压器降低50%左右的损耗。

 

　　虽然Y，YE型“防触电”电力变压器能够解决单相触电问题，但在两相之间还能造成触电，所以Y，YE型“防触电”电力变压器在正常运行中，决不允许火线接地运行，如果一旦有火线接地，在这一时刻人体碰触非接地相火线，还会发生触电事故。为了防止上述情况的出现，在变压器二次侧加装总漏电检测装置，发现问题可及时消除，以免发生因非正常运行造成的触电事故。

  

　　4 实施情况

 

　　目前，第一台试验变压器已生产出来，各项指标基本达到设计要求，该变压器已经试运行，基本情况良好，一些相关参数有待进行调整，即可再进行试运行。