CN102916389A - 电接线保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有输入端与输出端之间的分断特性的电接线保护装置。一个实施例中提供一种能够检测出使用电源插座的错误接线状况的电接线保护装置。电接线保护装置(100)包括：相线导体(110)、零线导体(120)、地线导体(130)、开关装置(140)、剩余电流检测电路(150)、电压检测电路(160)、信号处理电路(170)以及激励装置(180)。信号处理电路至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号，激励装置响应于该驱动信号而驱使开关装置处于第二位置，从而切断输入侧和输出侧的电连接。上述功能的实现不需要人参加，自动完成检测动作功能，又能满足用电器生产商的在线耐压测试要求。

Description

电接线保护装置

技术领域

本发明涉及用电安全保护领域，尤其涉及具有输入端与输出端之间的分断特性的电接线保护装置。

背景技术

由于用户接线的不规范，家用电器的电源插座有可能存在错误接线，例如将插座的相线与零线交叉接线，或将地线与相线相连，这样易造成用电器的外壳绝缘性能下降或带电，导致触电事故发生。

现有的具有检测电源插座的接线状况功能的剩余电流保护装置，常用的方法有两类：第一类用电阻或电容等电子元件跨接于零线与地线或相线与地线之间，通过取样电子元件上的电压差来判断；第二类通过在保护装置的外壳表面安装金属片，但保护功能的实现需要用人手去按这个金属片，通过人体与大地构成回路来判断接线是否正确，例如中国专利ZL200720157506.9。

第一类方法不能判断当插座的相线与零线交叉接线，同时地线也与电源相线相连的危险情况，此外由于在电源相线或零线与地线间连接有电子元件，有些装置不能满足家用电器生产商的在线生产耐压测试要求。

第二类方法需要人参与才能完成检测保护功能，且外壳上安装有与内部电路相连的感应金属片，存在安全隐患。现在也有一种方法能判断零线与地线同时带电的情况，例在发明专利申请201010220749.9，但该功能的实现必须是在装置没有复位的情况下才能完成，在该装置输入、输出接点连接后就无法判断零线与地线同时带电的情况。

因此需要有一种新颖的电接线保护装置，不管该装置处于何种状态，都能检测出使用电源插座的错误接线状况，切断用电器的供电电源。

发明内容

本发明的一个主要目的在于，克服现有技术中的上述缺陷，提供一种能够检测出使用电源插座的错误接线状况的电接线保护装置。

在一个实施例中，提供了一种电接线保护装置，其包括：

相线导体、零线导体、地线导体；

开关装置，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压检测电路，配置为检测所述地线导体和/或零线导体、或相线导体的电压；

信号处理电路，耦合到所述剩余电流检测电路、电压检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

在另一个实施例中，提供了一种电接线保护装置，其包括：

相线导体、零线导体、地线导体；

开关装置，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压检测电路，配置为检测所述地线导体和/或零线导体、或相线导体的电压；

信号处理电路，耦合到所述剩余电流检测电路、电压检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述相线导体和零线导体作为该电流互感器的第一初级，该电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路耦合到所述电流互感器的第二初级，从而耦合到所述信号处理电路。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路通过一个光耦耦合到所述信号处理电路。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路包括一个靠近所述地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述地线导体的电压。所述感应器与所述地线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体的电压。所述感应器与所述零线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路包括一个靠近所述相线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述相线导体的电压。所述感应器与所述相线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体和地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体和地线导体的电压。所述感应器与所述零线导体和地线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

本发明所提供的电接线保护装置具有以下优点：电路结构简单，在不影响原有相线、零线对地线的绝缘耐压要求的基础上，增加了对用电器使用的电源插座的错误接线的判断功能，特别是能较好地判断出当电源插座的零线与地线同时带电的危险接线状态，并在此情况下断开用电器与电源插座的电连接，保护用电器使用者的人身安全。并且，上述功能的实现不需要人参加，自动完成检测动作功能，又能满足用电器生产商的在线耐压测试要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置100的电路图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置200的电路图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置300的电路图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置400的电路图；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示对应的特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置100的电路图。如图所示，电接线保护装置100包括：相线导体110、零线导体120、地线导体130、开关装置140、剩余电流检测电路150、电压检测电路160、信号处理电路170以及激励装置180。

相线导体110包括输入接线端111和输出接线端117。零线导体120包括输入接线端121和输出接线端127。地线导体130包括输入接线端131和输出接线端137。输入接线端111、121、131通常按照一定的标准排列、固定，并从接线保护装置100的外壳伸出，从而形成插头。输出接线端117、127、137分别用于连接用电器的相应端子。

开关装置140配置为处于第一位置时使得所述相线导体110、零线导体120、地线导体130处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体110、零线导体120、地线导体130处于断路状态。具体地，该实施例中的开关装置140包括相线导体110中的开关141、零线导体120中的开关142以及地线导体130中的开关143。开关装置140处于第一位置对应于三个开关均处于闭合状态，处于第二位置对应于三个开关均处于断开状态。

剩余电流检测电路150配置为检测相线导体110和零线导体120的剩余电流。具体地，剩余电流检测电路150包括一个电流互感151，相线导体110和零线导体120形成电流互感器151的第一初级，由电流互感器151的次级感应生成剩余电流检测信号，并将该信号耦合到信号处理电路170。

电压检测电路160配置为检测地线导体130或零线导体120或相线导体110的电压。具体地，在该实施例中，电压检测电路160包括：感应器161、PNP型三极管Q3、NPN型三极管Q2等。在该实施例中，感应器161被设置为靠近地线导体130，亦即感应器161与地线导体之间的距离近到足以感应地线导体130上的电压变化，而相对远离零线导体120和相线导体110，不足以感应到零线导体120和相线导体110上的电压变化；电压检测电路160配置为检测地线导体130的电压。感应器161与地线导体130之间设置有绝缘体或空气间隙。感应器161的感应信号的强弱与地线导体130的带电电压大小、感应器与地线导体间的距离以及绝缘介质的材料有关，为能满足感应检测要求，可根据所需检测带电电压的大小适当调整感应器与地线导体间的距离。因为接线错误或其他故障而导致地线导体130带电时，感应器161产生交流信号，该感应信号经电容C7耦合到三极管Q2的基极，在三极管Q2的基极产生半波脉动信号，触发Q2脉动导通；当Q2导通时，其集电极电位下降，亦即三极管Q3的基极电位下降；当Q3基极电位下降到低于发射极电位时，Q3导通，从而在电阻R6和R7之间输出正电平的电压检测信号。

在其他一些实施例中，感应器161被设置为靠近零线导体120而相对远离地线导体130和相线导体110，电压检测电路160配置为检测零线导体120的电压。相应地，感应器161与零线导体120之间设置有绝缘体或空气间隙。在另一些实施例中，感应器161被设置为靠近相线导体110而相对远离地线导体130和零线导体120，电压检测电路160配置为检测相线导体110的电压。感应器161与相线导体110之间设置有绝缘体或空气间隙。

信号处理电路170，耦合到剩余电流检测电路150、电压检测电路160，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号。

具体地，信号处理电路170包括控制芯片IC1和可控硅元件Q1等。剩余电流检测信号的预定错误条件是超过一个预定值，电压检测信号的预定错误条件是超过另一预定值；这两个预定值根据电接线保护装置100所遵循的安全标准以及相应器件的检测灵敏度而确定。

在该实施例中，电压检测电路160的输出直接耦合到可控硅元件Q1的控制极。当从电阻R6和R7之间输出的电压检测信号为正电平时，可控硅元件Q1被触发导通。

电流互感器151的次级耦合到控制芯片IC1。当剩余电流检测信号达到其预定错误条件时，控制芯片IC1输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起整流桥BD和螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。

激励装置180耦合到信号驱动电路170，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置140处于所述第二位置。

具体地，激励装置180包括螺线圈SOL。螺线圈SOL两端分别连接到相线导体110和整流桥BD，由整流桥BD为信号处理电路170提供电源。

激励装置180与开关装置140之间的耦合通常可以采用机械传动耦合。螺线圈SOL所缠绕的电磁铁中还包括可沿其径向移动的衔铁。开关装置140的三个开关141、142、143经由复位按钮的复位销、基本与复位销径向垂直的锁扣等元件，通过机械传动耦合到衔铁。当开关装置140处于第一位置时，三个开关均处于闭合状态，电路正常工作。当信号处理电路170因为电路异常而产生驱动信号，从而在螺线圈SOL中流过大电流，引起衔铁移动从而拉动或撞击锁扣，锁扣脱离与复位销的啮合从而释放复位销，复位销带动相关元件使得开关141、142、143断开，开关装置140从而处于第二位置，接线保护装置100输入侧与输出侧之间的电连接得以切断，电气安全得以保证。

当从输入侧接入交流电源、开关装置140处于第一位置并且电路正常工作时，发光二极管D1通电发亮，以指示正常工作状态。包括电阻R5和开关102的支路两端分别跨接于电流互感器151两侧的相线导体和零线导体。当闭合开关102时，在作为电流互感器151的初级的相线导体和零线导体上产生剩余电流，从而引起信号处理电路170产生驱动信号，激励装置180响应于此而使得开关装置140恢复到第二位置，切断输入侧和输出侧之间的电连接。

在该实施例的一些变形例中，接线保护装置100中的零线导体120和地线导体130之间距离较近、且均远离相线导体110，感应器161被设置为靠近零线导体120和地线导体130而相对远离相线导体110，电压检测电路160配置为检测零线导体120和地线导体130的电压。感应器161与零线导体120和地线导体130之间设置有绝缘体或空气间隙。在此情况下，电压检测电路160既能检测零线导体的电压异常、也能检测地线导体的电压异常，并在检测到异常时输出正电平的电压检测信号，触发可控硅元件Q1导通，进而引起激励装置180的动作，切断输入侧与输出侧之间的电连接。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置200的电路图。如图所示，电接线保护装置200包括：相线导体210、零线导体220、地线导体230、开关装置240、剩余电流检测电路250、电压检测电路260、信号处理电路270以及激励装置280。

电接线保护装置200的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，电压检测电路260并非直接耦合到信号处理电路270。在该实施例中，电压检测信号从三极管Q3的集电极输出到电流互感器251的第二初级，从而在电流互感器251的次级上产生感应信号并耦合到信号处理电路270(更具体地，耦合到控制芯片IC1)。在此情况下，电压检测信号的预定错误条件还与电流互感器251的检测灵敏度有关。当由于电压检测信号在电流互感器251的次级上感应出的信号达到其预定错误条件时，或者当剩余电流检测信号达到其预定错误条件时，控制芯片IC1输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起整流桥BD和螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置280响应于该驱动信号而驱使开关装置240处于第二位置，亦即开关241、242、243均断开的位置，从而切断接线保护装置200输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

在该实施例的一些变形例中，接线保护装置200中的零线导体220和地线导体230之间距离较近、且均远离相线导体210，感应器261被设置为靠近零线导体220和地线导体230而相对远离相线导体210，电压检测电路260配置为检测零线导体220和地线导体230的电压。感应器261与零线导体220和地线导体230之间设置有绝缘体或空气间隙。在此情况下，电压检测电路260既能检测零线导体的电压异常、也能检测地线导体的电压异常，并在检测到异常时输出电压检测信号，电压检测信号通过电流互感器251耦合到信号处理电路270，由控制芯片输出正电平信号到可控硅元件Q1的控制极从而触发其导通，进而引起激励装置180的动作，切断输入侧与输出侧之间的电连接。

图3示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置300的电路图。如图所示，电接线保护装置300包括：相线导体310、零线导体320、地线导体330、开关装置340、剩余电流检测电路350、电压检测电路360、信号处理电路370以及激励装置380。

电接线保护装置300的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，由经过整流二极管D2的半波整流信号提供信号处理电路370的电源信号，信号处理电路370和电压检测电路360之间彼此电气隔离。

在该实施例中，电压检测电路360由直流电源BT供电。电压检测电路360连接到光耦IC2的初级，信号处理电路370连接到光耦IC2的次级。电压检测电路360输出的电压检测信号通过光耦IC2耦合到可控硅元件Q1的控制极。当三极管Q3导通时，光耦IC2的初级导通从而使得次级也导通，电流流过电阻R10、R11从而在可控硅元件Q1的控制极产生正电平，可控硅元件Q1被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置380响应于该驱动信号而驱使开关装置340处于第二位置，亦即开关341、342、343均断开的位置，从而切断接线保护装置300输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

图4示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置400的电路图。如图所示，电接线保护装置400包括：相线导体410、零线导体420、地线导体430、开关装置440、剩余电流检测电路450、电压检测电路460、信号处理电路470以及激励装置480。

电接线保护装置400的电路设置类似于电接线保护装置300，主要区别在于地线导体430、开关装置440、以及电压检测电路460的设置。

在该实施例中，地线导体430是完整的一体，中间没有任何断点。

开关装置440配置为处于第一位置时使得所述相线导体410、零线导体420处于导通状态，以及处于第二位置时使得相线导体410、零线导体420处于断路状态。具体地，该实施例中的开关装置440包括相线导体410中的开关441、零线导体420中的开关442。开关装置440处于第一位置对应于两个开关均处于闭合状态，处于第二位置对应于两个开关均处于断开状态。

在该实施例中，感应器461被设置为靠近相线导体410而相对远离地线导体430和零线导体420，电压检测电路460配置为检测相线导体410的电压。感应器161与相线导体410之间设置有绝缘体或空气间隙。当电路正常工作时，相线导体410带有交流市电电压。电压检测电路460采用取反原理，电压检测信号从电阻R10和R11之间输出。当相线导体410带有正常交流市电电压，在电阻R10和R11之间输出低电平；当相线导体410电压出现异常，在电阻R10和R11之间输出正电平信号。正电平信号经由二极管D3耦合到可控硅元件Q1的控制极，从而触发可控硅元件Q1导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置480响应于该驱动信号而驱使开关装置440处于第二位置，亦即开关441、442均断开的位置，从而切断接线保护装置400输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。本专利覆盖在字面上或在等同原则下落入所附权利要求的范围的所有方法、装置和产品。

Claims (17)

1.一种电接线保护装置，其特征在于，包括：

相线导体(110)、零线导体(120)、地线导体(130)；

开关装置(140)，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路(150)，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压检测电路(160)，配置为检测所述地线导体和/或零线导体、或相线导体的电压；

信号处理电路(170)，耦合到所述剩余电流检测电路、电压检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置(180)，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述相线导体和零线导体作为该电流互感器的第一初级，该电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路。

3.根据权利要求2所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路耦合到所述电流互感器的第二初级，从而耦合到所述信号处理电路。

4.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路通过一个光耦耦合到所述信号处理电路。

5.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述地线导体的电压。

6.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体的电压。

7.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述相线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述相线导体的电压。

8.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体和地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体和地线导体的电压。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的电接线保护装置，其特征在于，所述感应器与所述地线导体和/或所述零线导体、或所述相线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

10.一种电接线保护装置，其特征在于，包括：

相线导体、零线导体、地线导体；

开关装置，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压检测电路，配置为检测所述地线导体和/或零线导体、或相线导体的电压；

信号处理电路，耦合到所述剩余电流检测电路、电压检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

11.根据权利要求10所述的电接线保护装置，其特征在于，所述剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述相线导体和零线导体作为该电流互感器的第一初级，该电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路。

12.根据权利要求11所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路耦合到所述电流互感器的第二初级，从而耦合到所述信号处理电路。

13.根据权利要求10所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述地线导体的电压。

14.根据权利要求10所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体的电压。

15.根据权利要求10所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述相线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述相线导体的电压。

16.根据权利要求10所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压检测电路包括一个靠近所述零线导体和地线导体设置的感应器，所述电压检测电路配置为检测所述零线导体和地线导体的电压。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的电接线保护装置，其特征在于，所述感应器与所述地线导体和/或所述零线导体、或所述相线导体之间设置有绝缘体或空气间隙。

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