CN101540250A - 接地故障断路器 - Google Patents

Abstract

接地故障断路器包括壳体，壳体内部设有静接触件，复位机构，复位机构与中央处理器连接；复位机构包括螺线管继电器和衔铁，衔铁的前部外露于继电器，衔铁的前端固定平衡架，平衡架上设有与负载电连接、与静接触件配合的动接触件；衔铁的外露部与脱扣弹簧连接，脱扣弹簧的前端抵紧平衡架、后端抵紧继电器；中央处理器中包括启动模块，检测模块，脱扣模块，防反向接线模块；防反向接线模块输出的控制信号输入到脱扣模块中，脱扣模块与复位机构的继电器连接；壳体的表面设有控制面板；中央处理器中还包括防误脱扣模块，检测模块输出的信号输入到防误脱扣模块，防误脱扣模块与启动模块连接。本发明具有及时应对误脱扣现象，结构简单，成本低的优点。

Description

接地故障断路器

技术领域

本发明涉及一种接地故障断路器。

技术背景

接地故障断路器(GFCI)，由于能有效地防止人身触电以及接地故障造成的设备及火灾事故，因而受到广泛应用。

随着科学技术的发展，接地故障断路器正朝着高性能、实用性、低成本、多功能保护等方向发展。以往的接地故障断路器在不同程度上都存在着实用性差、保护性能低、功能少等弊病和某些缺陷。

例如：美国专利US5,943,199所述的断路器是采用机械式复位执行机构的，其所述的复位拉杆(reset column)通过拖动装置(actuator)上的挂钩来拉动其拖动装置，使断路器复位；此装置是利用脱扣器上的衔铁带动拖动装置，使拖动装置上的挂钩脱离复位拉杆，从而使断路器脱扣；所有采用类似此种技术生产的断路器都有一个共同的弊端，就是当挂钩与复位杆接触面或接触力过大时就会引起脱扣不利索，而当减少其接触面或接触力时就会引起产品轻微振荡就会脱扣，即会出现误脱扣现象，因此这种技术生产出来的产品不管是从加工方面还是产品性能方面都存在很大的隐患。

另外，但凡机械式复位机构的断路器因它都是靠弹簧力来保持复位，在电源停电的时候不能自动将电源断开，测试键功能和相关的控制电路也将会无法工作，缺少开路保护功能；对某些设备造成了致命的危险，对生命也存在着安全隐患。这是一切机械式断路器产品共同存在的不可避免的问题。

为克服上述缺点，中国专利第02256638.4号公布了一种具有反接线保护功能的接地故障断路器，包括：壳体；一对静触片和可与静触片接触和分离的一对动触片；用于产生电磁力的电磁件；滑动安装在电磁件内并可在磁力作用下移动的衔铁；与衔铁相连的架体，由衔铁带动沿电磁件的轴线在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，架体使动触片与静触片分离，在第二位置，架体使动触片与静触片接触；用于将衔铁固定在第二位置的锁定件；以及检测电路系统中的故障而使电磁件通电或断电的控制电路。当使用者不慎将电源线与负载线反接时，使该故障断路器不能复位，当正确连接电源线和负载线时，故障断路器恢复正常工作。但是，这种接地故障短路器无法及时应对在使用中由于摇晃或震荡而造成的误脱扣现象，造成安全隐患。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种安全性高，动作灵敏，能及时应对使用中的误脱扣现象，结构简单安装方便，成本低廉的接地故障断路器。

接地故障断路器，包括壳体，所述的壳体内部设有至少一对与电源连接的、带触点的静接触件，与电源接通或断开的复位机构，所述的复位机构与一中央处理器连接；

所述的复位机构包括螺线管继电器和可滑动地安装在所述的继电器中的衔铁，所述的衔铁的前部外露于所述的继电器，所述的衔铁的前端固定一使所述的衔铁平动的平衡架，所述的平衡架上设有与负载电连接、与所述的静接触件配合的动接触件；所述的衔铁的外露部与脱扣弹簧连接，所述的脱扣弹簧的前端抵紧所述的平衡架、后端抵紧所述的继电器；

所述的中央处理器中包括使继电器上电带动衔铁运动从而使动、静接触件接触的启动模块，监测动、静接触件是否处于接触状态的检测模块，使动、静接触件持续处于接触状态的保持模块，使处于接触状态的动、静接触件脱扣的脱扣模块，所述的脱扣模块与所述的复位机构的继电器连接；以及防止电源线与负载线是否反接的防反向接线模块，所述的防反向接线模块能使电源正确的输入到断路器中；

当电源线和负载线正确连接时，所述的防反向接线模块使电源向断路器供电，所有模块依次启动，从而使断路器正常工作；当电源线和负载线连接错误时，所述的防反向接线模块阻止电源向断路器供电，断路器不工作，所有模块均不启动，电源无法向负载供电，从而达到反接线保护功能；

所述的壳体的表面设有一控制动、静接触件接触或脱扣的控制面板(脱扣即为动、静接触件分离)，所述的控制面板包括与通过第一常开开关所述的启动模块连接的重启键和通过第二常开开关与所述的故障检测模块连接的测试键；

其特征在于：所述的中央处理器中还包括一个当复位机构在非正常状态下脱扣时发出重启动信号的防误脱扣模块防误脱扣模块，所述的检测模块输出的信号输入到所述的防误脱扣模块，所述的防误脱扣模块与所述的启动模块连接，当所述的检测模块将检测到的动、静接触件处于脱扣状态的信号输入到所述的防误脱扣模块时，所述的防误脱扣模块发出的重启动信号输入到所述的启动模块中，使动、静接触件重回到吸合状态。

进一步，所述的衔铁的外露部的直径大于所述的衔铁的位于继电器内部的内置部的直径。

进一步，所述的中央处理器中包括检测两电源线之间是否存在故障的故障检测模块，所述的故障检测模块与所述的脱扣模块连接；所述的故障检测模块包括监测两电源线之间电流的电流监测模块，所述的故障检测模块中预设一电流阈值，当电流监测模块监测到的电流值大于所述的电流阈值时，则认为电源故障，向所述的脱扣模块发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

进一步，所述的中央处理器包括检测中性线是否误接地的中性误接地保护模块，所述的中性误接地保护模块与所述的脱扣模块连接，若发生中性线误接地情况，所述的中性误接地保护模块向所述的脱扣模块发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

进一步，所述的控制面板上设有防水套，所述的防水套与所述的重启键、测试键一体。

进一步，所述的第一、第二常开开关为弹簧片。

本发明的技术构思是：正确的从输入端接通电源后，启动模块启动，继电器上电，衔铁在继电器的磁引力的作用下克服脱扣弹簧的张力向后移动，从而带动平衡架向后移动，使动接触件与静接触件接触，从而使电源与负载导通；当检测模块检测到动接触件与静接触件处于接触状态后，检测模块发出控制信号，使保持模块与复位机构连通、启动模块与复位机构断开，此时复位机构进入持续吸合状态。

衔铁的外露部的直径大，而使得衔铁与继电器之间的距离近，以增强动接触件和静接触件接触时的磁引力；衔铁内置部直径小，可使衔铁在继电器内部活动更灵活。

当出现停电，或零、火线任一跟失电时，继电器失电、磁引力消失，衔铁在脱扣弹簧的作用下向前移动，动接触件与静接触件脱扣，从而达到开路保护的目的，增强安全性。

若人工通过测试键向所述的故障检测模块发出故障信号，故障检测模块接收到此故障信号后，向脱扣模块发出脱扣信号，则脱扣模块使继电器失电，衔铁在脱扣弹簧的作用下向前运动，动接触件与静接触件脱离，电源停止向负载供电。

若人工通过重启键向所述的启动模块发出启动信号，则启动模块使继电器上电，各模块依次启动，衔铁在继电器的磁引力的作用下向后运动，动接触件与静接触件接触，电源向负载供电。

若因摇晃、震荡等外力造成复位机构脱扣，即在工作状态下防误脱扣模块通过所述的检测模块检测到动、静接触件脱扣，则向启动模块发出重启动信号，使继电器重新上电，以保证复位机构处于吸合状态。

本发明具有安全性高，动作灵敏，能及时应对使用中的误脱扣现象，结构简单安装方便，成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明的立体外观图

图2是本发明处于脱扣状态的侧视图

图3是本发明的内结构立体图

图4是本发明的内部结构示意图

图5a是本发明复位机构的分解示意图

图5b是本发明复位机构的示意图

图6是本发明的分解示意图

图7a是本发明脱扣状态的示意图

图7b是本发明处于吸合状态的示意图

图7c是本发明处于脱扣状态的示意图

图7d是本发明处于吸合状态的示意图

图8是本发明的电路框图

图9是本发明的电路图

图10是本发明防误脱扣模块图

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

接地故障断路器，包括壳体1，所述的壳体1内部设有至少一对与电源连接的、带触点的静接触件2，与电源接通或断开的复位机构，所述的复位机构与中央处理器连接；

所述的复位机构包括螺线管继电器31和可滑动地安装在所述的继电器31中的衔铁32，所述的衔铁32的前部外露于所述的继电器31，所述的衔铁32的前端固定一使所述的衔铁32平动的平衡架33，所述的平衡架33上设有与负载电连接、与所述的静接触件2配合的动接触件4；所述的衔铁32的外露部与脱扣弹簧34连接，所述的脱扣弹簧34的前端抵紧所述的平衡架33、后端抵紧所述的继电器31；

所述的中央处理器中包括使继电器上电带动衔铁32运动从而使动接触件4、静接触件2接触的启动模块51，监测动、静接触件是否处于接触状态的检测模块52，使动、静接触件持续处于接触状态的保持模块53，使处于接触状态的动、静接触件脱扣的脱扣模块54，所述的脱扣模块54与所述的复位机构的继电器31连接；以及防止电源线与负载线是否反接的防反向接线模块55，所述的防反向接线模块55能使电源正确的输入到断路器中；

当电源线和负载线正确连接时，所述的防反向接线模块55使电源向断路器供电，所有模块依次启动，从而使断路器正常工作；当电源线和负载线连接错误时，所述的防反向接线模块55阻止电源向断路器供电，断路器不工作，所有模块均不启动，电源无法向负载供电，从而达到反接线保护功能。

所述的壳体1的表面设有一控制复位机构中动、静接触件接触或脱扣的控制面板11，所述的控制面板11包括与所述的启动模块51连接的重启键111和与所述的脱扣模块54连接的测试键112；

所述的中央处理器中还包括一个当复位机构在非正常状态下脱扣时发出重启动信号的防误脱扣模块56，所述的检测模块52输出的信号输入到所述的防误脱扣模块56，所述的防误脱扣模块56与所述的启动模块51连接，当所述的检测模块52将检测到的动、静接触件非正常脱扣状态的信号输入到所述的防误脱扣模块56，所述的防误脱扣模块56发出的重启动信号输入到所述的启动模块51中，使动、静接触件又复位到正常的吸合状态。

所述的衔铁32的外露部321的直径大于所述的衔铁32的位于继电器内部的内置部322的直径。

所述的中央处理器中包括检测两电源线之间是否存在故障的故障检测模块57，所述的故障检测模块57与所述的脱扣模块54连接；所述的故障检测模块57包括监测两电源线之间电流的电流监测模块，所述的故障检测模块中预设一电流阈值，当电流监测模块监测到的电流值大于所述的电流阈值时，则认为电源故障，向所述的脱扣模块54发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

所述的中央处理器包括检测中性线是否误接地的中性误接地保护模块58，所述的中性误接地保护模块58与所述的脱扣模块54连接，若发生中性线误接地情况，所述的中性误接地保护模块58向所述的脱扣模块54发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

所述的控制面板11上设有防水套，所述的防水套与所述的重启键111、测试键112一体。

所述的第一、第二常开开关为弹簧片。

本发明的技术构思是：正确的从输入端接通电源后，启动模块51启动，继电器31上电，衔铁32在继电器的磁引力的作用下克服脱扣弹簧34的张力向后移动，从而带动平衡架33向后移动，使动接触件4与静接触件2接触，从而使电源与负载导通；当检测模块52检测到动接触件与静接触件处于接触状态后，检测模块52发出控制信号，使保持模块53与复位机构连通、启动模块与复位机构断开，此时复位机构进入持续吸合状态。

衔铁的外露部321的直径大，而使得衔铁与继电器之间的距离近，以增强动接触件和静接触件接触时的磁引力；衔铁内置部322直径小，可使衔铁在继电器内部活动更灵活。

当出现停电，或零、火线任一跟失电时，继电器31失电、磁引力消失，衔铁32在脱扣弹簧34的作用下向前移动，动接触件4与静接触件2脱扣，从而达到开路保护的目的，增强安全性。

若人工通过测试键112向所述的故障检测模块57发出故障信号，故障检测模块57接收到此故障信号后，向脱扣模块54发出脱扣信号，则脱扣模块54使继电器31失电，衔铁32在脱扣弹簧34的作用下向前运动，动接触件与静接触件脱离，电源停止向负载供电。

若人工通过重启键111向所述的启动模块51发出启动信号，则启动模块51使继电器31上电，衔铁32在继电器31的磁引力的作用下向后运动，动接触件与静接触件接触，电源向负载供电。

若因摇晃、震荡等外力造成复位机构脱扣，即在工作状态下防误脱扣模块56通过检测模块52检测到动、静接触件脱扣，则向启动模块51发出重启动信号，使继电器重新上电，使复位机构迅速回到吸合状态，以保障断路器(GFCI)的正常工作。

图9是本发明的控制电路图；集成放大电路电连接的单稳态电路由该电源电路IN L和IN N端提供的交流电经由二极管D1半波整流后与电阻R1串联，经R1降压后另一端与IC集成块U1第6脚连接，进入U1内部稳压电路；同时也与电容C2正极连接，电容C2的负极端接地；此时集成电路得电压约26V左右；同时再与电阻R6连接，电阻R6的另一端与可控硅Q3阳极连接，同时与电阻R7连接，电阻R7另一端与电阻R8连接，同时与三极管Q2基极连接，构成单稳态电路。

启动模块包括该电源电路IN L和IN N端提供的交流电经二极管D1半波整流后其负极与电阻R5连接，经电阻R5降压触发、另一端与可控硅Q1触发极连接启动模块；可控硅Q1阴极与继电器JK1连接，继电器JK1的另一端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，继电器JK1得电压约为150V左右，以上称为启动模块；

检测模块由电阻R11降压后与二极管D2正极连接，二极管D2半波整流(D1和D2要同步整流)后负极与LED(指示灯)正极连接，LED(指示灯)负极与光耦U2输入正端连接，光耦U2输入负端与电阻R12连接，电阻R12的另一端接入火线L端(本电路中电阻R11和电阻R12之间的电压约为12V左右，使得PCB(电路板)中间成为低电压区，从而使电路更安全、可靠。)检测模块开始工作时能使可控硅Q1停止工作，启动程序完成。

保持模块包括该电源电路IN L和IN N端提供的交流电经由二极管D1负极与电阻R2连接，电阻R2另一端与电阻R3连接，同时与电容C1正极连接，电容C1负极接地；降压至约20V-30V左右；电阻R3另一端与继电器JK1一端连接；继电器JK1另一端与三极管Q2集电极连接，三极管Q2发射极接地，保持电路被开启，从而使该复位机构长久性保持吸合。

集成放大电路是断路器GFCI专用集成电路RV4145(或RV2145、RV4141)等，简称IC芯片。

故障检测模块包括同时穿过两根电源线的检测线圈T1，检测线圈T1的两端与电容C4并列，其一端与电容C3连接，另一端与集成电路U1的3脚连接；电容C3的另一端与电阻R9连接，电阻R9另一端与集成电路U1的第1脚连接；其中电阻R10是负反馈，检测线圈T1的一端接到集成电路U1的第3脚，构成漏电放大检测电路；其中R10为反馈电阻，电阻R10一端与集成放大电路1脚连接，另一端与集成放大电路输出端7脚连接，R10的阻值大小决定集成放大电路3脚的放大倍数，即决定断路器GFCI脱扣动作故障电流值的大小。

中性误接地保护模块由同时穿过两根电源线的中性误接地保护线圈T2并联电容C5，其电容C5构成一个中性误接地保护模块，中性误接地线圈T2两端与电容C5并联，另一端与电容C6连接，C5另一端接地，电容C6另一端与集成放大电路7脚输出端连接，中性误接地保护由线圈T2、T1构成变压器耦合相应振荡频率的正弦波振荡器，当有中性误接地现象发生时，此振荡器起振，当振幅达到集成放大电路的阀值时，集成放大电路5脚输出触发信号使电子式复位机构脱扣，断路器GFCI负载和电源分断。即由中性误接地保护线圈T2、集成放大电路、检测线圈T1共同组成正弦波放大器，是具有正反馈放大功能的放大器。当断路器GFCI输出端中性线被接地时，线圈T1、线圈T2、集成放大电路及相应元件被接地环路连接，导致正反馈作用发生，直至电路发生振荡，当振荡电压峰值达到或超过可控硅触发比较器的前峰值时，可控硅输出会升高，当达到设定值时，可控硅导通，复位机构脱扣，瞬间断开电路。线圈T2、C5、C6振荡频率比正弦波振荡频率要高，从而保证振荡器的环路增益。

脱扣模块包括继电器线圈JK1、电容C7、电阻R6、集成电路U1、可控硅Q3组成；集成电路U1的第5脚与可控硅Q3控制极连接，同时与电容C7连接，可控硅Q3阳极接地，电容C7另一端接地，可控硅Q3阴极与电阻R6连接，当可控硅Q3接到一个触发信号时导通，将电压拉地为零V，从而使三极管Q2截止，继电器失电，复位机构脱扣。

图10是防误脱扣模块，该电路包括该电源电路IN L和IN N端提供的交流电经由电阻R11与二极管D2正极连接，二极管D2负极与LED(指示灯)正极连接(二极管D1和二极管D2要同步整流)，LED(指示灯)负极与光耦U2输入正端连接，光耦U2输入负端与电阻R12连接，电阻R12的另一端接入火线L端，如果产生误脱扣时，可控硅Q1会在0.5毫秒内再次重复启动，使继电器JK1再次被启动，实现瞬间防脱扣功能；当出现不正常的脱扣时能保正该电子式复位机构回到吸合状态。

测试键、第二常开开关、测试电阻R12构成一个测试电路；其中，第二常开开关与电源端连接，第二常开开关另一端与测试电阻R12连接，测试电阻R12另一端与负载输出端L连接，测试电路是给断路器GFCI提供8mA左右的故障电流，定期检查GFCI工作状态。

第一常开开关被设置在启动模块中，按下后可以使可控硅Q1重新被启动，使断路器因人为故障或自然故障引起的脱扣重新启动，使断路器处于吸合状态。

电源端并联压敏电阻(MOV)，当电源中突然有高电压时，可瞬间吸收高电压，起到保护电路板作用。

另输出端有指示灯监视，其电路中发光二极管LED经由电阻R11降压，再通过整流二极管D2整流，将交流电变为DC直流电，DC电压为3V左右提供给发光二极管LED正极，另LED负极连接光耦U2后与输出端N连接，当GFCI正常工作时，发光二极管LED发亮。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1、接地故障断路器，包括壳体，所述的壳体内部设有至少一对与电源连接的、带触点的静接触件，与电源接通或断开的复位机构，所述的复位机构与一中央处理器连接；

所述的复位机构包括螺线管继电器和可滑动地安装在所述的继电器中的衔铁，所述的衔铁的前部外露于所述的继电器，所述的衔铁的前端固定一使所述的衔铁平动的平衡架，所述的平衡架上设有与负载电连接、与所述的静接触件配合的动接触件；所述的衔铁的外露部与脱扣弹簧连接，所述的脱扣弹簧的前端抵紧所述的平衡架、后端抵紧所述的继电器；

所述的中央处理器中包括使继电器上电带动衔铁运动从而使动、静接触件接触的启动模块，监测动、静接触件是否处于接触状态的检测模块，使动、静接触件持续处于接触状态的保持模块，使处于接触状态的动、静接触件脱扣的脱扣模块，所述的脱扣模块与所述的复位机构的继电器连接；以及防止电源线与负载线是否反接的防反向接线模块，所述的防反向接线模块能使电源正确的输入到断路器中；

当电源线和负载线正确连接时，所述的防反向接线模块使电源向断路器供电，所有模块依次启动，从而使断路器正常工作；当电源线和负载线连接错误时，所述的防反向接线模块阻止电源向断路器供电，断路器不工作，所有模块均不启动，电源无法向负载供电，从而达到反接线保护功能；

所述的壳体的表面设有一控制动、静接触件接触或脱扣的控制面板，所述的控制面板包括与通过第一常开开关所述的启动模块连接的重启键和通过第二常开开关与所述的故障检测模块连接的测试键；

其特征在于：所述的中央处理器中还包括一个当复位机构在非正常状态下脱扣时发出重启动信号的防误脱扣模块，所述的检测模块输出的信号输入到所述的防误脱扣模块，所述的防误脱扣模块与所述的启动模块连接，当所述的检测模块将检测到的动、静接触件处于脱扣状态的信号输入到所述的防误脱扣模块时，所述的防误脱扣模块发出的重启动信号输入到所述的启动模块中，使动、静接触件重回到吸合状态。

2、如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于：所述的衔铁的外露部的直径大于所述的衔铁的位于继电器内部的内置部的直径。

3、如权利要求2所述的接地故障断路器，其特征在于：所述的中央处理器中包括检测两电源线之间是否存在故障的故障检测模块，所述的故障检测模块与所述的脱扣模块连接；所述的故障检测模块包括监测两电源线之间电流的电流监测模块，所述的故障检测模块中预设一电流阈值，当电流监测模块监测到的电流值大于所述的电流阈值时，则认为电源故障，向所述的脱扣模块发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

4、如权利要求3所述的接地故障断路器，其特征在于：所述的中央处理器包括检测中性线是否误接地的中性误接地保护模块，所述的中性误接地保护模块与所述的脱扣模块连接，若发生中性线误接地情况，所述的中性误接地保护模块向所述的脱扣模块发出脱扣信号，使所述的复位机构脱扣。

5、如权利要求1-4之一所述的接地故障断路器，其特征在于：所述的控制面板上设有防水套，所述的防水套与所述的重启键、测试键一体。

6、如权利要求5所述的接地故障断路器，其特征在于：所述的第一、第二常开开关为弹簧片。

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