CN101227076A - 接地故障断路器的故障自检电路 - Google Patents

接地故障断路器的故障自检电路 Download PDF

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Abstract

本发明为一种接地故障断路器的故障自检电路，其包括：一压敏电阻故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的一压敏电阻是否发生故障，在发生故障时产生一第一触发信号；一脱扣电路故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的脱扣电路是否发生故障，在发生故障时产生一第二触发信号；一故障动作单元，接收所述的第一触发信号和第二触发信号，对所述的故障产生有针对性的动作。

Description

接地故障断路器的故障自检电路
技术领域
本发明涉及的是一种接地故障保护电路，特别涉及的是一种具有压敏电阻故障检测和脱扣电路故障检测的接地故障断路器。
背景技术
低压电器的漏电保护装置按功能可以分为两类：接地短路的漏电保护和电弧短路保护。为了实现漏电保护的这两个功能，低压电器的漏电保护装置都包含两个主要组成部分：脱扣器和漏电保护检测电路。前者包括可控硅、脱扣线圈和脱扣断路装置；后者包括感应线圈、信号放大器和控制器。
低压电器的接地短路漏电保护装置的基本原理是：在一个电源插座上，正常情况下火线和零线的电流应该相等。一旦发生漏电事故，则火线电流与零线电流产生差值。漏电保护装置中的感应线圈监视其电流差，并将其转换成电压信号，经信号放大器放大后输出至控制器，一旦其差值大于某个确定的阈值时，控制器将输出控制信号，使断路器切断负载用电设备与电源线之间的连接，从而起到保护作用。
低压电器的电弧短路漏电保护装置的基本原理是：在一个电源插座上，正常情况下相线和零线的电流应该相等，且稳定变化。当火线与零线之间由于破损、老化等造成发生电弧短路现象时，则线路中火线和零线中的电流或电压将产生重复出现的脉冲电信号，通过电弧短路保护装置中的感应线圈检测出脉冲信号，并将其转换成电压信号，经信号放大器放大后输出至控制器，一旦脉冲的幅度或出现频率超过某个确定的阈值时，控制器将输出控制信号，使断路器切断负载用电设备与电源线之间的连接，从而起到保护作用。
一方面，低压电器漏电保护产品依靠优良的特性早已获得得了用户的认可，但仍有部分产品无法提供正确的漏电保护功能，其原因可能是由于不正当的安装或者长时间使用后产品中的器件损坏。一旦控制器发生故障无法输出控制信号，或者脱扣器失效无法发生动作，则漏电保护装置失去了其原有的保护功能，将可能导致重大的用电安全事故。尽管具有漏电保护装置的低压电器产品通常具有手动检测功能，但事实证明很少有人会去进行手动测试。因此需要在漏电保护装置中进行寿命终止自动检测，以便当检测到具有漏电保护装置的低压电器产品本身已经失效时，发出报警信号提醒用户采取必要的措施，如维修或者更新原有产品。
其中，众所周知压敏电阻(MOV)是GFCI(接地故障断路器)内部重要元件，通常并联在电力线输入端，其作用吸收浪涌电压，但因压敏电阻本身质量问题，老化和温度，湿度变化，都会引起压敏电阻性能变化，在某些情况下，甚至还会发生爆炸，引起火灾。
目前，解决上述问题的各种技术方案，主要集中于压敏电阻的性能方面，即提高压敏电阻的寿命和性能，但是仍然不能解决压敏电阻老化失效引起的故障问题。
综上，急需一种能够针对接地故障断路器中，压敏电阻故障，接地故障检测部分电路以及由于人为的反接线故障的自检电路的产生。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种接地故障断路器的故障自检电路，用以克服上述缺陷。
为实现上述目的，本发明的采用的技术方案在于，提供一种接地故障断路器的故障自检电路，其包括：
一压敏电阻故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的一压敏电阻是否发生故障，在发生故障时产生一第一触发信号；
一脱扣电路故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的脱扣电路是否发生故障，在发生故障时产生一第二触发信号；
一故障动作单元，接收所述的第一触发信号和第二触发信号，对所述的故障产生有针对性的动作。
其中，所述的压敏电阻故障检测单元包括：
所述的压敏电阻，其一端连接一条电力线的输入端，另一端通过一组动触点与静触点连接另一条电力线，所述动触点和静触点的通断是通过一断路装置实现的；
一压敏电阻的故障检测装置，其包括一个检测压敏电阻漏电流的检测器和一处理器，所述的检测器为一检测线圈，当所述检测器所检测的压敏电阻漏电流传输至所述的处理器，并与所述处理器中一预定阈值进行比较，当高于所述的预定阈值时，输出所述的第一触发信号。
其中，所述的脱扣电路故障检测单元包括：
一方波信号生成电路，在交流电半周期期间生成模拟接地故障的方波信号；
一脱扣电路状态电流通路，在所述模拟接地故障的方波信号期间，生成与接地故障断路器的脱扣电路状态相对应的状态信号，在脱扣电路发生故障时产生所述的第二触发信号。
较佳的，所述的检测器还包括：一中性误接地保护线圈，其与所述的检测线圈构成变压器耦合振荡器，当有中性误接地现象发生时，此振荡器启振。
其中，所述的方波产生电路包括：一依次串联的第一二极管、第一电阻和一第二电阻，所述的第一二极管正极与一相线连接，所述的第二电阻的另一端通过导线绕在所述的检测线圈上，并与所述的零线相连接，其中，还包括：一稳压管，其阴极与所述的第一电阻和第二电阻的串接点相连，所述的稳压管阳极与所述的零线相连接。
其中，所述的脱扣电路状态电流通路为具有两个电流回路不对称的桥式整流电路，其中，
第一电流回路包括：从相线依次串接的第二二极管、接地故障断路器脱扣电路、第三电阻以及第三二极管至零线；
第二电流回路包括：从零线依次串接的第四二极管、接地故障断路器脱扣电路以及第五二极管至所述的相线；
其中如果接地故障断路器脱扣电路正常，则在所述的方波信号生成电路生成模拟接地故障的方波信号的同时，在所述第一电流回路的第三电阻两端生成反映脱扣电路正常状态的电压降。
其中，所述的脱扣电路包括一脱扣线圈和与之串连的一第一可控硅；
所述第一电流回路中所述的第三电阻的阻值被设置为，使得流经脱扣线圈的电流低于脱扣线圈产生动作的电流阈值。
其中，所述的故障动作单元包括：
一故障显示子单元，其包括：一压敏电阻故障指示子单元和一脱扣电路故障指示子单元；
所述的断路装置为所述的脱扣线圈和与之串连的第一可控硅，其中，所述的第一可控硅的控制端，连接所述压敏电阻的故障检测装置的触发端，在所述第一触发信号的激励下，所述的脱扣线圈使所述的动触点和静触点分离。
其中，所述的压敏电阻故障指示子单元包括：一第一发光二极管、与其串联的一第四电阻，所述的第一发光二极管与第四电阻的非串联端，分别设置于所述的动触点上。
其中，所述的脱扣电路故障指示子单元包括：依次串联的一第二发光二极管、一第二可控硅以及第五电阻，所述的第五电阻的非串联端与零线连接，所述的第二发光二极管的非串联端与所述的第五二极管的正极端相连接；
还包括：一第二触发信号发生电路，其包括：一第六电阻一端和所述的第三电阻与第三二极管串联点，所述的第六电阻的另一端与所述的第二可控硅的控制端相连。
较佳的，还包括：一保险丝，其并联在所述的第一可控硅的两端。
与现有技术比较本发明的有益效果在于，完成了对接地故障断路器中主要结构的故障检测并进行有效的警示处理，同时由于具有了所述的保险丝的设置，从而简单、有效的防止了反接线故障。
附图说明
图1为本发明接地故障断路器的故障自检电路的功能结构简图；
图2为本发明接地故障断路器的故障自检电路的电路结构图。
具体实施方式
在本说明书以及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的组件，而所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件，本说明书与后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书以及权利要求书中所提与的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含有但不限定于”，此外，“连接”一词在此是包含任何直接与间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置连接在一第二装置，则代表所述的第一装置可以直接电气连接在所述的第二装置，或通过其它电阻等元器件间接地电气连接至所述的第二装置。
一般而言，本发明电路可以应用在任何种类的GFCI上，在本说明书中仅是公开一种，但这只是用在举例说明，而不是本发明的限制条件。
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。请参阅图1所示，其为本发明接地故障断路器的故障自检电路的功能结构简图；对于本故障自检电路而言，我们着重对其中的压敏电阻器件以及脱扣电路的故障进行检测，防止其产生故障后对使用者造成伤害，所述的故障自检电路包括：
一压敏电阻故障检测单元1，用以侦测所述的接地故障断路器的一压敏电阻是否发生故障，在发生故障时产生一第一触发信号；一脱扣电路故障检测单元2用以侦测所述的接地故障断路器的脱扣电路是否发生故障，在发生故障时产生一第二触发信号；以及一故障动作单元3，接收所述的第一触发信号和第二触发信号，对所述的故障产生有针对性的动作，这种动作可以是进行故障显示，也可以包括切断电力供应，进行脱扣动作处理。
请参阅图2所示，其为本发明接地故障断路器的故障自检电路的电路结构图；其中，所述的压敏电阻故障检测单元包括：所述的压敏电阻MOV，其一端连接一相线的输入端，另一端通过一组动触点与静触点连接零线，所述动触点和静触点的通断是通过一断路装置实现的；
一压敏电阻的故障检测装置，其包括一个检测压敏电阻漏电流的检测器和一处理器IC，所述的检测器为一检测线圈N1，所述的相线和零线从所述的检测线圈N1中间穿过，当所述检测器所检测的压敏电阻MOV漏电流通过一降压电阻R1传输至所述的处理器IC，并与所述处理器IC中一预设阈值进行比较，当该值高于所述的预设阈值时，输出所述的第一触发信号；同时为了防止误接地现象发生，还包括：一中性误接地保护线圈N2，其与所述的检测线圈N1构成变压器耦合振荡器，当有中性误接地现象发生时，此振荡器启振。
对于所述的脱扣电路故障检测单元包括：一方波信号生成电路，在交流电半周期期间生成模拟接地故障的方波信号，其包括：一依次串联的第一二极管D10、第一电阻R10和一第二电阻R11，所述的第一二极管D10正极与所述的相线连接，所述的第二电阻R11的另一端通过导线在所述的检测线圈N1上绕几圈，并与所述的零线相连接，由于在所述的检测线圈N1上绕几圈从而减少产生的测试的电流值并且使电路更加稳定；还包括：一稳压管D11，其阴极与所述的第一电阻R10和第二电阻R11的串接点相连，所述的稳压管D11阳极与所述的零线相连接。
一脱扣电路状态电流通路，在所述模拟接地故障的方波信号产生期间，生成与接地故障断路器的脱扣电路状态相对应的状态信号，在脱扣电路发生故障时产生所述的第二触发信号。
需要说明的是所述的脱扣电路包括一脱扣线圈J1和与之串连的一第一可控硅D6、所述的检测磁环N1以及处理器IC；对于所述的脱扣电路状态电流通路具有两个电流回路不对称的桥式整流电路，其中，第一电流回路包括：从相线依次串接的第二二极管D1、脱扣线圈J1、第一可控硅D6、第三电阻R5以及第三二极管D2至零线；
第二电流回路包括：从零线依次串接的第四二极管D3、脱扣线圈J1、第一可控硅D6以及第五二极管D4至所述的相线；
其中如果接地故障断路器脱扣电路正常，则在所述的方波信号生成电路生成模拟接地故障的方波信号的同时，在所述第一电流回路的第三电阻R5两端生成反映脱扣电路正常状态的电压降，还包括一第二触发信号发生电路，其包括：一第六电阻R6一端和所述的第三电阻R5与第三二极管D7串联点，所述的第六电阻R6的另一端与所述的第二可控硅D7的控制端相连接；
为了防止在方波信号生成电路产生方波信号，引起所述的脱扣线圈J1动作，这就需要在所述第一电流回路中所述的第三电阻R5的阻值设置的足够大，从而使得流经脱扣线圈J1的电流低于脱扣线圈J1产生动作的电流阈值。
最后对于所述的故障动作单元包括：
一故障显示子单元，其包括：一压敏电阻故障指示子单元和一脱扣电路故障指示子单元；
其中所述的压敏电阻故障指示子单元包括：一第一发光二极管D9、与其串联的一第四电阻R9，所述的第一发光二极管D9与第四电阻R9的非串联端，分别设置于所述的动触点上。
所述的脱扣电路故障指示子单元包括：依次串联的一第二发光二极管D8、一第二可控硅D7以及第五电阻R8，所述的第五电阻R8的非串联端与所述零线连接，所述的第二发光二极管D8的非串联端与所述的第五二极管D4的正极端相连接；
当压敏电阻MOV失效时，需要及时切断电力线，为此所述的第一可控硅D6的控制端，连接所述压敏电阻的故障检测装置的触发端，在所述第一触发信号的激励下，所述的脱扣线圈J1使所述的动触点和静触点分离。
需要强调的本发明的一个巧妙的结构设计用以防止发生反接线故障，为一保险丝fuse，其并联在所述的第一可控硅D6的两端。若存在所述的接地故障断路器反接线问题，当接地故障断路器复位时，所述的脱扣线圈J1带电，使所述的接地故障断路器不能复位；当所述的接地故障断路器正常接线时，所述的保险丝fuse在40mS内熔断，则所述的接地故障断路器可以恢复正常工作。
对于本发明的各检测单元的工作过程描述如下：
对于压敏电阻故障检测而言，所述的故障指的是压敏电阻失效，当所述的检测线圈N1感测到相线和零线中出现电流失衡问题(即产生漏电)，则感应出电压，通过所述的电阻R1降压后，进入到所述的处理器IC的输入端；所述的处理器IC中预设有一阈值电压，其与所述的输入的电压比较，在所述的输入电压高于所述的阈值电压时，产生所述的第一触发信号，所述的第一触发信号使所述的第一可控硅D6受到激励导通形成闭合回路，从而使脱扣线圈J1上电，而产生脱扣动作，因此第一发光二极管D9灯点亮。
对于脱扣电路故障检测而言，当相线处于正电压时，就会产生方波故障电流，此故障电流经检测磁环N1，处理器IC放大使GFCI输出触发信号，使可控硅VD1导通，此时主回路电流经第二二极管D1，脱扣线圈J，可控硅VD1，第三电阻R5，和第五二极管D3到零线，此时因在脱扣线圈回路中，串接电阻R5，脱扣线圈J1的电流为mA级，不会使脱扣线圈J1动作，同时也保护第一可控硅D6。当检测磁环N1，接地故障断路器内部处理器IC，脱扣线圈J1，第一可控硅D6正常时，此电流经第三电阻R5分压后在第三电阻R5与第六电阻R6的连接点处产生的负电压，不会产生所述的第二触发信号，从而第二可控硅D7的控制端没有受到激励。当接地故障断路器有故障时，也就是所述的检测磁环N1，接地故障断路器内部处理器IC，脱扣线圈J1，第一可控硅D6不正常时，则在第三电阻R5不会有信号，第三电阻R5上负电压消失，电阻R7和第六电阻R6产生第二触发信号，使所述的第二可控硅D7控制端受到激励，线路导通，使所述的第二发光二极管D8灯发光，产生警示作用。
若所述的零线为正电压，当有故障电流产生时，第一可控硅VD1导通，此时主回路电流方向为依次是第四二极管D3、脱扣线圈J1、第一可控硅D6至第五二极管D4，因此时在回路中没有串接限流电阻，此时如果接地故障断路器正常工作，即第一可控硅D6导通，脱扣线圈J1上电，产生脱扣动作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而并非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内，可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，其包括：
一压敏电阻故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的一压敏电阻是否发生故障，在发生故障时产生一第一触发信号；
一脱扣电路故障检测单元，用以侦测所述的接地故障断路器的脱扣电路是否发生故障，在发生故障时产生一第二触发信号；
一故障动作单元，接收所述的第一触发信号和第二触发信号，对所述的故障产生有针对性的动作。
2.根据权利要求1所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的压敏电阻故障检测单元包括：
所述的压敏电阻，其一端连接一条电力线的输入端，另一端通过一组动触点与静触点连接另一条电力线，所述动触点和静触点的通断是通过一断路装置实现的；
一压敏电阻的故障检测装置，其包括一个检测压敏电阻漏电流的检测器和一处理器，所述的检测器为一检测线圈，当所述检测器所检测的压敏电阻漏电流传输至所述的处理器，并与所述处理器中一预定阈值进行比较，当高于所述的预定阈值时，输出所述的第一触发信号。
3.根据权利要求1所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的脱扣电路故障检测单元包括：
一方波信号生成电路，在交流电半周期期间生成模拟接地故障的方波信号；
一脱扣电路状态电流通路，在所述模拟接地故障的方波信号期间，生成与接地故障断路器的脱扣电路状态相对应的状态信号，在脱扣电路发生故障时产生所述的第二触发信号。
4.根据权利要求2所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的检测器还包括：一中性误接地保护线圈，其与所述的检测线圈构成变压器耦合振荡器，当有中性误接地现象发生时，此振荡器启振。
5.根据权利要求3所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的方波产生电路包括：一依次串联的第一二极管、第一电阻和一第二电阻，所述的第一二极管正极与一相线连接，所述的第二电阻的另一端通过导线绕在所述的检测线圈上，并与所述的零线相连接，其中，还包括：一稳压管，其阴极与所述的第一电阻和第二电阻的串接点相连，所述的稳压管阳极与所述的零线相连接。
6.根据权利要求3所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的脱扣电路状态电流通路为具有两个电流回路不对称的桥式整流电路，其中，
第一电流回路包括：从相线依次串接的第二二极管、接地故障断路器脱扣电路、第三电阻以及第三二极管至零线；
第二电流回路包括：从零线依次串接的第四二极管、接地故障断路器脱扣电路以及第五二极管至所述的相线；
其中如果接地故障断路器脱扣电路正常，则在所述的方波信号生成电路生成模拟接地故障的方波信号的同时，在所述第一电流回路的第三电阻两端生成反映脱扣电路正常状态的电压降。
7.根据权利要求6所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的脱扣电路包括一脱扣线圈和与之串连的一第一可控硅；
所述第一电流回路中所述的第三电阻的阻值被设置为，使得流经脱扣线圈的电流低于脱扣线圈产生动作的电流阈值。
8.根据权利要求7所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的故障动作单元包括：
一故障显示子单元，其包括：一压敏电阻故障指示子单元和一脱扣电路故障指示子单元；
所述的断路装置为所述的脱扣线圈和与之串连的第一可控硅，其中，所述的第一可控硅的控制端，连接所述压敏电阻的故障检测装置的触发端，在所述第一触发信号的激励下，所述的脱扣线圈使所述的动触点和静触点分离。
9.根据权利要求8所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的压敏电阻故障指示子单元包括：一第一发光二极管、与其串联的一第四电阻，所述的第一发光二极管与第四电阻的非串联端，分别设置于所述的动触点上。
10.根据权利要求8所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，所述的脱扣电路故障指示子单元包括：依次串联的一第二发光二极管、一第二可控硅以及第五电阻，所述的第五电阻的非串联端与零线连接，所述的第二发光二极管的非串联端与所述的第五二极管的正极端相连接；
还包括：一第二触发信号发生电路，其包括：一第六电阻一端和所述的第三电阻与第三二极管串联点，所述的第六电阻的另一端与所述的第二可控硅的控制端相连。
11.根据权利要求7所述的接地故障断路器的故障自检电路，其特征在于，还包括：一保险丝，其并联在所述的第一可控硅的两端。
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