文/金凌芳
摘要：实验实训室电源总控制台设计是针对职业院校实验实训教学管理、提高教学有效性的重要课题。笔者根据某校实训室设备的配置要求，结合实际经验，设计一款基于多种保护一体，监控送电、用电，集中控制的实验实训设备总控台。实践证明，这款基于安全可靠的实验实训室电源总控台适宜在同类实验实训室中推广应用。本文就基于安全可靠的实验实训室电源总控台的设计进行详细阐述。
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关键词 ：实验实训室电源总控台安全防护
如何管理好不断增加的实验实训设备，使其充分发挥良好的教学效果，是职业院校管理者和教师值得研究的重要课题。在职业院校实验实训室建设中，电源总控台的设计是建设中的难题，因为一般实验实训设备制造厂不提供电源总控台，然而，电源总控台在实验实训教学中起着重要作用，是安全、有效实施教学的重要保障。
据调查，目前职业院校的电源总控台大致分两种情况：一是没有专门的电源总控台，以装在实验实训室墙上的配电箱代替，只起到电源引入作用，教师难以监控学生在实验实训操作台上的用电情况，存在着严重的安全隐患，触电事故时有发生。二是部分学校实验实训室虽然装有独立的电源总控台，但没有对实验实训操作台进行单独控制或分路控制，没有对线路的短路、过载、漏电等原因引起的故障进行综合保护，保护系统很不完善。下面笔者根据实际经验，设计一款安全可靠的实验实训室总控台，供同行分享。
一、设计技术要求
学校电工电子实训中心新建一个电气控制综合实训室，已从某教仪公司购买实训操作设备28台，56个操作工位，但无电源总控制台，技术参数要求如下。
1.电源输入
三相五线供电AC 380V±10%50Hz，最大进线电流：60A（阻性负载）。
2.电源输出
每路输出为三相五线供电AC 380V±10%50Hz，共28路，每路最大出线电流：2A（阻性负载）。
二、设计方案
1.设计思路
首先要考虑供电电压，本实训操作台有的设备需要220V供电，而有的需要380V供电，另一方面还要考虑电源负荷大小，这是电源接线时必须考虑的因素之一，以免影响仪器设备的正常使用。另外，在设计上必须考虑到安全可靠、工作稳定、操作方便、交互性强。所以本设计采用三相五线制供电，保护接零可靠，有急停保护开关，短路保护，欠压、失压保护，漏电保护等多功能保护系统，及时监控实验实训中的送电和用电情况，采用桥架走线，为避免不同负载之间的互相干扰，电源线分管敷设。控制路数要考虑设计余量，根据需要增加到30路。
2.控制线路设计
基于上述设计理念和技术要求，线路如图1所示，其工作原理如下。
（1）供电控制。该电源控制平台只要有380V电压进入，则三个电压表就会显示进来的电压值，如果三相压正常，则允许送电。合上电源总开关ZRCD1，则整个系统可以启动，按下启动按钮SB2，则控制整个系统工作的交流接触器KM得电吸合并自锁，此时三相电源指示灯HL1、HL2和HL3点亮；合上控制系统控制电源总漏电保护开关ZRCD2，单相电源指示灯HL4点亮，控制30路工作台允许接通电路。此时，若1号工作台需要供电，则旋转SA1处“开”状态，交流接器KM1得电吸合，KM1主触点闭合，将电源送到1号工作台，同时红色发光二极管点亮，代表送电正常，如果1号工作台要用电，则推上1号工作台上的漏电开关FZCD1即可，此时，绿色发光二极管点亮，代表1号工作台已经合上FZCD1了，表明1号工作台正在用电。其余29路工作原理与此相同。
（2）断电及保护控制。当需要切断1号工作台的电源时，只要在电源总控台上将旋钮SA1处“断”状态，交流接器KM1失电释放，KM1主触点断开，1号工作台断电，同时红色发光二极管熄灭，代表停止送电，其余29路原理相同。当某工作台上用电出现故障，则可以直接按下急停开关，交流接触器KM失电释放，所有的工作台断电，从而保护设备和人身安全。当电压不吸或然后停电时，接触器KM则断电释放，可以起到欠压和失压保护。本电源总控台装有总的漏电保护开关，当某工作台上发生短路、触电或其他漏电情况，万一工作台上的漏电开关拒动，则总的漏电开关ZRCD1自动跳开，防止短路、触电事故的发生，可起到后备保护，如果总控台上单相控制电路发生短路、触电或其他漏电情况，则单相漏电开关ZRCD2自动跳开，同样可防止短路、触电事故的发生。
3.控制台面板设计
本实验实训室总控台使用了30个旋钮，30个红色发光二极管，30个绿色发光二极管，2个漏电保护器，4个电源指示灯，3个电压表，1个启动按钮，1个急停按钮，本控制台面板布置框图，如图2所示。
4.控制台侧面板设计
为方便连接多媒体等设备，进行设备测试和检修，在控制台的侧面还装有三个单相三孔插座，一个三相四孔插座，如图3所示。
5.保护接地（零）系统的设计
实验实训室的接地一般分为工作接地、保护接地（保护接零）、防雷接地和防静电接地四种。工作接地是指保证供电系统稳定工作以及交流和直流电源系统提供的接地，要求三相变压器输出绕组接成星形接法，其中性点直接接地来实现；保护接地（或接零）是为保障人身及设备安全而设置的接地或接零，在绝缘损坏或漏电等故障条件下才发生作用，要求实验实训设备或电源总控台的金属外壳与接地桩或保护零线有良好的电气连接，如果与专用接地桩连接叫保护接地，与保护零线连接叫保护接零，三相五线制供电有专用保护零线；防雷接地是为保证建筑物防雷装置可靠工作而设置的接地；防静电接地是为防护静电、防护电磁干扰等的接电。根据《科学实验室建筑设计规范》和本实验实训控制台设计技术要求，本设计应重点关注在保护接零的设计和施工上，要确保每一个工作台上设备和电源总控台的接地电阻小于4Ω，采用TN-S配电方式，分别设置零线和保护接地的汇流排，即零排和地排，并标志清晰，各工作台的保护接零线要并联连接于地排上，并要求专用保护零线（PE线）与地排必须可靠相联，导线采用黄绿相间的多股铜芯线，线径一般要求与相线一致，压接线要采用“O”形的接线鼻子，以防脱落，排列整齐，连接牢固。
6.主要元器件规格选择
参照《低压开关设备和控制设备》（GB14048.5-2008）等相关技术标准，结合市场产品的可靠性和性价比，选择本电源总控台的主要元器件，主要元器件的型号和规格见表1。
三、效果评价
1.主要优点
（1）安全可靠、操作方便，采用三相五线制供电，紧急停止控制、具有短路保护，欠压、失压保护，漏电保护。采用转换开关进行各工作台控制，并带有送电指示和用电指示，交互性强。
（2）安装简单、维护方便，采用交流接触器集中远程控制，设置端子排，引出线接线简单、检查容易。
（3）监视清晰、观察方便，采用三个电压表对供电线路的三相电压分别进行测量，能够分别对各电路的电压进行观测。
（4）性能稳定、抗干扰强，采用1.5mm、2截面以上铜导线直接连接到工作台，没有弱电部分，不会产生误动作。
（5）按需连接、灵活组合，由多组分控台组合，各组分控台与总电源控制组采用航空插进行连接，适合实验室使用。
2.缺点及改进思路
本电源总控制台只适用于教师在讲授时都切断学生实验实训台的电源，当学生连好电路经教师检查无误才给学生实验实训台供电情况。但是当教师指导学生人数较多时，则难以有效组织，教师不得不频繁往返于学生实验台和总控台之间，增加了教师的工作负担。今后考虑用远程遥控和智能集成控制的设计加以完善。
经过笔者单位三年的使用证明，这是一款安全可靠的多功能实验实训室电源总控台，非常适用各类学校、特别是职业院校的实验实训操作台的电源总控制及保护，也适用于企业有多个操作台的电源总控与保护。
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参考文献：
[1]赖珍明.关于职业学校实验室电源控制改造方案[J].职业技术教育研究,2012(8).
[2]吴臻,胡建明.浅论中小学实验室建设与管理中的安全防护[J].教学仪器与实验,2013(4).
（作者单位：杭州市萧山区高级技工学校）