1.7　過壓、漏電雙功能斷路器

有一種電工制作方式很受業(yè)余愛好者青睞：它以現(xiàn)有的電氣、電器產(chǎn)品為基礎(chǔ)，通過增加一些元器件，使其性能優(yōu)化（比如節(jié)能降耗），或功能擴(kuò)展，用途更加廣泛。這種制作方式不僅包括電工制作內(nèi)容，而且包含對(duì)產(chǎn)品本身的小改小革內(nèi)容，其實(shí)用性、可靠性、安全性都比較強(qiáng)。本制作即屬于這一類包含有改造成分的制作。

不少地方由于電網(wǎng)供電不穩(wěn)（包括雷電引起的電網(wǎng)電壓瞬間增大）或錯(cuò)相（220V照明電壓變成380V動(dòng)力電壓），而造成家用電器過壓燒毀的事故屢有發(fā)生。為此，筆者巧用一只壓敏電阻器將普通單相漏電斷路器改造成了過壓、漏電雙功能斷路器。經(jīng)過長期使用，證明效果良好，具有普遍推廣價(jià)值。

為了避免家里或機(jī)關(guān)單位、學(xué)校等處的交流用電設(shè)備不因電網(wǎng)過電壓而損壞，何不趕快動(dòng)手一試。

1.7.1　工作原理

過壓、漏電雙功能斷路器的電路如圖1-56所示，其中虛線框內(nèi)為單相漏電斷路器原有電路，RV為新增壓敏電阻器。

單相漏電斷路器的工作原理是：在正常情況下，穿過零序電流互感器的進(jìn)線電流I1和經(jīng)過負(fù)載回到電源零線的電流I2，大小相等，方向相反，即矢量和為零，此時(shí)零序電流互感器的次級(jí)無信號(hào)輸出。當(dāng)發(fā)生觸電事故或漏電故障時(shí)，I1和I2不相等，即矢量和不為零，零序電流互感器的次級(jí)就有感應(yīng)電壓產(chǎn)生。這一電壓經(jīng)電子觸發(fā)電路檢測(cè)、識(shí)別、處理后，使電磁脫扣器線圈獲電工作，帶動(dòng)主開關(guān)快速切斷包括斷路器在內(nèi)的交流供電電源，從而起到有效保護(hù)作用。

過壓保護(hù)的工作原理是：平時(shí)，電網(wǎng)輸入電壓正常時(shí)，壓敏電阻器RV阻值很大，呈斷開狀態(tài)，對(duì)漏電保護(hù)電路構(gòu)不成任何影響。一旦電網(wǎng)過壓（＞260V）或錯(cuò)相（380V），則RV阻值急劇變小，形成一個(gè)大電流回路。此時(shí)，穿過零序電流互感器的進(jìn)線電流I1和經(jīng)過負(fù)載及RV回到電源零線的電流I2，盡管方向相反，但大小不等，即矢量和不為零（與漏電時(shí)情形一樣）。于是，零序電流互感器的次級(jí)就有感應(yīng)電壓產(chǎn)生，這一電壓經(jīng)電子觸發(fā)電路檢測(cè)、識(shí)別、處理后，同樣會(huì)使電磁脫扣器線圈通電，帶動(dòng)主開關(guān)快速切斷交流供電電源，從而使家用電器免遭過電壓損壞。

過壓、漏電雙功能斷路器“跳閘”斷電后，待排除漏電故障或電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，手動(dòng)合上主開關(guān)，即恢復(fù)正常供電。

1.7.2　元器件選擇

改造所用的單相漏電斷路器外形如圖1-57所示，其常見型號(hào)是NL18-20或DZL18-20A型。這種漏電斷路器也稱漏電保護(hù)器、漏電保護(hù)開關(guān)，它技術(shù)成熟、靈敏度高、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛；每當(dāng)用電器外殼發(fā)生漏電或人體觸電時(shí)，均能夠自動(dòng)切斷供電電路，有效地保證了人身安全。這種單相漏電斷路器的主開關(guān)可以隨時(shí)手動(dòng)“合閘”（手柄在ON位置）或“分閘”（手柄在OFF位置），具有雙路閘刀開關(guān)功能，在接入配電箱的供電電路時(shí)，可省去另外安裝普通總閘刀開關(guān)的麻煩。按動(dòng)接入供電電路正在運(yùn)行的單相漏電斷路器的試驗(yàn)按鈕，即模擬人體處于觸電時(shí)的狀態(tài)，正常情況下，斷路器應(yīng)“跳閘”切斷供電電源，再手動(dòng)合上主開關(guān)，即恢復(fù)正常供電。試驗(yàn)按鈕主要用于每隔一段時(shí)間后，檢查漏電保護(hù)性能是否正常可靠。

NL18-20型漏電斷路器的主要技術(shù)指標(biāo)：漏（觸）電動(dòng)作電流（額定剩余動(dòng)作電流）＜30mA，動(dòng)作切斷電源時(shí)間（分?jǐn)鄷r(shí)間）≤0.1s；工作電源為220V、50～60Hz單相交流電，額定電流（即最大負(fù)載電流）20A；允許工作環(huán)境溫度范圍-5～+40℃，相對(duì)濕度＜90%。

還有一種帶空氣保護(hù)開關(guān)（過流開關(guān)）的單相漏電斷路器，目前使用非常普遍，其常見型號(hào)為DZ47LE（YSMB45LE），外形如圖1-58所示。這種單相漏電斷路器實(shí)際上是一種兼具過電流、漏電保護(hù)和手動(dòng)閘刀開關(guān)三種功能的“自動(dòng)斷路器”。它有多種電流規(guī)格可供選擇，并且空氣保護(hù)開關(guān)既可以是單路控制（單聯(lián)），也可以是雙路控制（雙聯(lián)）。一般的家庭配電箱中，安裝了這種“自動(dòng)斷路器”后，就沒有必要再安裝閘刀開關(guān)和瓷插保險(xiǎn)盒了。同樣可以給這種“自動(dòng)斷路器”增加過壓保護(hù)功能，其外部接線與圖1-57所示的普通單相漏電斷路器完全一致。

需要提醒讀者注意的是：如果準(zhǔn)備改造的現(xiàn)有配電箱中已經(jīng)有圖1-57或圖1-58所示的單相漏電斷路器，就沒有必要再去購買新的單相漏電斷路器，直接在現(xiàn)有的單相漏電斷路器上加裝氧化鋅壓敏電阻器RV即可。另外，目前有些廠家生產(chǎn)的新一代單相漏電斷路器中，部分已設(shè)計(jì)有過壓保護(hù)功能，對(duì)于這樣的產(chǎn)品就沒有必要再加裝圖1-56所示的壓敏電阻器RV了。

RV選用標(biāo)稱電壓（也稱壓敏電壓）為360V、最大峰值電流≥500A的普通氧化鋅壓敏電阻器，常見型號(hào)有MYG360-0.5kA、MY21-360/0.5和MYL-0.5-360V等，其外形如圖1-59所示。壓敏電阻器是利用半導(dǎo)體材料的非線性特性原理制作而成的一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的敏感器件，當(dāng)外加電壓瞬間超過其臨界值時(shí)，壓敏電阻器的阻值（平時(shí)呈現(xiàn)斷開狀態(tài)）急劇變小，形成導(dǎo)通大電流。壓敏電阻器主要用于過電壓保護(hù)、抑制浪涌電流等電路。

1.7.3　動(dòng)手制作

整個(gè)制作非常簡單，只需要將壓敏電阻器RV按照?qǐng)D1-60所示的接線圖，正確接入所要改造升級(jí)的單相漏電斷路器電路中去即可。

簡便的接線方法是：將壓敏電阻器RV通過適當(dāng)長度的導(dǎo)線（接頭處用絕緣膠布包扎嚴(yán)實(shí)），一腳接在漏電斷路器進(jìn)線端的相線L（或零線N）接線孔上；另一腳接在出線端的N（或L）接線孔上即可。但這種方法不可靠、不安全。因?yàn)閴好綦娮杵鱎V體積小，容易受到外界的碰撞、拉扯而損壞，而更嚴(yán)重的是在遇到雷電或錯(cuò)相高電壓時(shí)，壓敏電阻器RV的殼體有可能在斷路器上的主開關(guān)“跳閘”之前，發(fā)生爆裂并產(chǎn)生明火，容易引燃周圍其他材料。

如果能夠打開漏電斷路器的外殼，將壓敏電阻器RV直接并聯(lián)在殼內(nèi)試驗(yàn)按鈕開關(guān)（也稱漏試開關(guān)）的兩端，這當(dāng)然很好，但對(duì)于初學(xué)者來說，具有一定難度，并不可取。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種較為理想的方案——將壓敏電阻器RV安裝在一個(gè)電燈吊線盒內(nèi)，再通過外接電線接單相漏電斷路器，既牢固可靠、具有阻燃作用，又可在壓敏電阻器損壞后，像更換普通熔絲一樣，方便地更換壓敏電阻器。基于這樣的理由，在此強(qiáng)烈推薦初學(xué)者采用這種方案。

具體的方法：首先，按照?qǐng)D1-61（a）所示，購買一個(gè)吊式電燈專用掛線盒（也稱吊線盒），另外準(zhǔn)備兩根長度約為18cm的較粗的單股銅芯塑料電線；然后，按照?qǐng)D1-61（b）所示，將兩根電線的一端各剝掉2cm的塑料外皮后，彎成內(nèi)徑?4mm的圓環(huán)，通過掛線盒內(nèi)的螺釘緊固在銅接線樁上；按照?qǐng)D1-61（c）所示，將壓敏電阻器RV的兩根引腳線也緊固在兩個(gè)接線樁上；旋緊掛線盒的盒蓋，即制成圖1-61（d）所示的帶保護(hù)盒的壓敏電阻器RV；最后，按照?qǐng)D1-61（e）或圖1-61（f）所示，將帶保護(hù)盒的壓敏電阻器RV的兩根外引出電線各剝掉長約1cm的塑料外皮后，一端接單相漏電斷路器進(jìn)線端的相線L（或零線N）接線孔，另一端接在出線端的零線N（或相線L）接線孔即可。

1.7.4　投入使用

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，參考圖1-61（e）或圖1-61（f），將過壓、漏電雙功能斷路器接入供電電路。注意，單相漏電斷路器既可以是購買的新品，也可以是供電電路已有的現(xiàn)成品。這里要特別強(qiáng)調(diào)的是：安全第一！制作者如果不具備實(shí)際的電工操作能力，在將過壓、漏電斷路器接入實(shí)際供電電路或?qū)好綦娮杵鹘尤胪姷膯蜗嗦╇姅嗦菲鲿r(shí)，必須要有電工現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，才能進(jìn)行具體的安裝應(yīng)用。

過壓、漏電雙功能斷路器能夠控制的最大負(fù)載功率，取決于所用單相漏電斷路器的額定電流值。例如：選用額定電流是20A的DZL18-20A或NL18-20型漏電斷路器時(shí)，所能控制的最大負(fù)載功率應(yīng)該是P=220V×20A=4400W，實(shí)際應(yīng)用中所有通電工作的用電器電功率總和不能超過該功率數(shù)值。

過壓、漏電雙功能斷路器在接入單相供電電路后，不會(huì)影響原有漏電保護(hù)功能的正常發(fā)揮及操作，而且一旦過壓（＞260V）或漏電（≥30mA），均可在0.1s內(nèi)迅速切斷包括斷路器在內(nèi)的全部用電器電源，其性價(jià)比優(yōu)于目前市售的大多數(shù)家電保護(hù)器（如冰箱過壓保護(hù)器等）。對(duì)于農(nóng)村等供電電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的地區(qū)，壓敏電阻器RV的標(biāo)稱電壓取值可增大至390V或430V，以避免可能引起的斷路器頻繁“跳閘”斷電。

1.7.5　制作延伸

該過壓、漏電雙功能斷路器在實(shí)際當(dāng)中的使用效果非常好。筆者1999年上半年在為某地縣委機(jī)要室設(shè)計(jì)的“新穎多功能配電箱”（見圖1-62）中，就采用了這種過壓、漏電雙功能斷路器。在實(shí)際運(yùn)行中，曾多次在電網(wǎng)電壓異常升高、附近居民家用電器大量損壞的情況下，自動(dòng)保護(hù)了機(jī)要室的用電設(shè)備。其中有兩次典型的保護(hù)事例，至今為當(dāng)事人所稱贊。

某次供電部門維護(hù)縣委機(jī)關(guān)附近的變壓器，發(fā)生技術(shù)操作失誤事故（主要是人為造成零線開路故障），致使機(jī)關(guān)辦公樓220V供電線路瞬間變?yōu)?80V高電壓，多功能配電箱內(nèi)的過壓、漏電雙功能斷路器立即“跳閘”。由于是第一次發(fā)生這樣的保護(hù)動(dòng)作，工作人員當(dāng)時(shí)還沒有意識(shí)到情況的嚴(yán)重，不以為然地接著就去“合閘”，剛一合上即又“跳閘”，這時(shí)候操作者才有所反應(yīng)，停止了繼續(xù)“合閘”。事后獲知，附近同一變壓器供電的縣委家屬樓上，未有保護(hù)措施、正在通電運(yùn)行的電冰箱、電視機(jī)、電燈幾乎全部過電壓損壞（好在當(dāng)時(shí)是早晨10點(diǎn)左右，損壞的電視機(jī)、電燈數(shù)量還不是很多）。由于是技術(shù)操作造成的供電故障，因此當(dāng)年供電部門對(duì)用戶損壞的家電產(chǎn)品進(jìn)行了統(tǒng)一登記和維修。

另一次是某年夏天，天空雷電交加，傾盆大雨迅速而至，過壓、漏電雙功能斷路器突然“跳閘”。事后檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)要室受到配電箱保護(hù)的正在通電運(yùn)行的電腦、傳真機(jī)無一損壞。而同一幢辦公大樓里縣委其他部門正在工作的多臺(tái)傳真機(jī)、電腦均遭受到雷擊損壞。

過壓、漏電雙功能斷路器以其優(yōu)良的保護(hù)性能立下了汗馬功勞，這使得筆者設(shè)計(jì)的獨(dú)一無二的多功能配電箱得到上級(jí)機(jī)要部門的大加贊賞。隨后，筆者又應(yīng)邀為慕名前來的鄰縣數(shù)家縣委機(jī)要室制作了這種配電箱，為確保通信設(shè)備的良好運(yùn)行發(fā)揮了作用，受到使用者一致好評(píng)。啰嗦了這些，想必讀者對(duì)圖1-62所示的“新穎多功能配電箱”有了興趣，有了制作一臺(tái)在單位、家中或自己實(shí)驗(yàn)室里使用的打算。先別著急，待自己動(dòng)手制作能力有了一定的提高后，可參考本書后面第6章的第6.10節(jié)所介紹的“多功能配電箱”實(shí)例自行嘗試制作。