CN103187703B - 电接线保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电接线保护装置，包括：相线导体、零线导体、地线导体、开关装置、整流桥、第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路、信号处理电路、信号驱动电路以及激励装置。该第一剩余电流检测电路检测相线导体和零线导体的剩余电流；第二剩余电流检测电路检测地线导体的剩余电流；信号处理电路和信号驱动电路能够彼此独立地产生第一驱动信号和第二驱动信号。该装置使得对相线导体和零线导体的剩余电流的检测与对地线导体的剩余电流的检测独立地进行，增加了检测的可靠性和装置的安全性。

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，常用的方式有两类：第一类为采用一个电流互感器来同时检测相、零、地线中的剩余电流；第二类为采用两个电流互感器，即其中一个电流互感器来检测相、零线中的剩余电流，而另一电流互感器检测地线中的剩余电流，并且检测相、零线中的剩余电流的电流互感器与检测地线中的剩余电流的电流互感器的信号反馈和/或控制回路具有共用的功能模块部分，例如共用放大电路等。

第一类方式具有的缺点在于，由于一个电流互感器同时用于检测相、零、地线中的剩余电流，例如当相、零、地线中都同时存在剩余电流时，对相、零线中剩余电流的检测与对地线中剩余电流的检测会互相干扰，存在安全隐患。

第二类方式虽然采用了分别的电流互感器，但是由于两个分别的电流互感器的信号反馈和/或控制回路具有共用的功能模块，因此两个电流互感器实际上不能完全独立地工作，比如在共用的功能模块诸如放大电路故障时会导致两个电流互感器均不能起到检测剩余电流的作用，而如果为每个电流互感器均配置一套功能模块诸如放大电路则不仅增加了装置的复杂性，也增加了成本。

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，提供一种更加可靠地检测相、零、地线中剩余电流的电接线保护装置。

在本发明的一个实施例中，提出了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、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；

第一剩余电流检测电路，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

第二剩余电流检测电路，配置为检测所述地线导体的剩余电流；

信号处理电路，耦合到所述第一剩余电流检测电路，配置为响应于第一剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第一驱动信号；

信号驱动电路，耦合到所述第二剩余电流检测电路，配置为响应于第二剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第二驱动信号，其中，所述相线导体与所述零线导体为所述信号驱动电路提供电压偏置信号；

整流桥，用于为所述信号处理电路提供电源；

激励装置，耦合到所述信号处理电路以及所述信号驱动电路，配置为响应于所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号之一而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

在本发明的一个实施例中，所述第二剩余电流检测电路中包括限流元件，例如限流电阻。

在本发明的一个实施例中，所述第一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所述电流互感器的初级，所述电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路。

在本发明的一个实施例中，所述第二剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述地线导体作为所述电流互感器的初级，所述电流互感器的次级耦合到所述信号驱动电路。

在本发明的一个实施例中，所述信号处理电路包括控制芯片和第一可控硅元件。

在本发明的一个实施例中，所述信号驱动电路包括第二可控硅元件。

本发明所提供的电接线保护装置具有以下优点：在不增加电路的复杂性和成本的基础上，改善了对剩余电流的检测功能，使得对相、零线中剩余电流的检测与对地线中剩余电流的检测能够独立地进行而不会相互干扰，从而增加了检测的可靠性和装置的安全性。

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。

具体实施方式

尽管下面的文本阐述了本发明的各种不同实施方式的详细描述，但是应当理解到，本发明的法律范围由本专利所附的权利要求的文字来界定。详细描述应当被解释为仅是示范性的，并非描述本发明的每种可能的实施方式，因为描述每种可能的实施方式，即使有可能，也是不切实际的。利用当前技术或在本专利申请日之后研发的技术，能够实现各种可替换的实施方式，这仍将落入界定本发明的权利要求的范围内。

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、第一剩余电流检测电路150、第二剩余电流检测电路160、信号处理电路170、信号驱动电路180、整流桥BD以及激励装置190。

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。

整流桥BD用于为所述信号处理电路170提供电源。具体地，如图所示，该整流桥BD的两个输入端分别连接相线导体和零线导体，并且该整流桥BD的输出负端接地，而输出正端连接至信号处理电路170。整流桥BD的输出正端一方面经由电阻R2连接至芯片IC1的供电端以便为芯片供电，另一方面连接至可控硅元件Q1的阳极为可控硅元件Q1的阳极与阴极之间提供正向偏置电压。

第一剩余电流检测电路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包括一个电流互感器151，相线导体110和零线导体120形成电流互感器151的初级，由电流互感器151的次级感应生成第一剩余电流检测信号，并将该信号耦合到信号处理电路170。

信号处理电路170耦合到第一剩余电流检测电路150，配置为响应于第一剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第一驱动信号。具体地，信号处理电路170包括控制芯片IC1和第一可控硅元件Q1等。第一剩余电流检测信号的预定错误条件是超过一个预定值，该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。电流互感器151的次级耦合到控制芯片IC1。当第一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第一可控硅元件Q1的控制极，由于第一可控硅元件Q1的阳极与阴极之间加载的是由整流桥BD提供的正向偏置电压，因此第一可控硅元件Q1就会被触发导通。

当信号处理电路170中的第一可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起整流桥BD和激励装置190中的螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为第一驱动信号。

第二剩余电流检测电路160配置为检测地线导体130的剩余电流。具体地，第二剩余电流检测电路160包括一个电流互感器161，地线导体130形成电流互感器161的初级，由电流互感器161的次级感应生成第二剩余电流检测信号，并将该信号耦合到信号驱动电路180。

信号驱动电路180耦合到所述第二剩余电流检测电路160，配置为响应于第二剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第二驱动信号。具体地，信号驱动电路180包括第二可控硅元件Q2，其中第二可控硅元件Q2的阳极经由激励装置190中的螺线管SOL连接至相线导体110，第二可控硅元件Q2的阴极连接至零线导体120，从而由相线导体110与零线导体120提供信号驱动电路180的第二可控硅元件Q2的电压偏置信号(即第二可控硅元件Q2的阴阳极之间的正向偏置电压)。在相线和零线之间的交流电压的正半周，第二可控硅元件Q2的阳极与阴极之间就会加载有正向偏置电压。

第二剩余电流检测信号的预定错误条件是超过另一预定值，该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。电流互感器161的次级耦合到信号驱动电路180中的第二可控硅元件Q2。具体地，电流互感器161的次级的输出端一端连接信号驱动电路180中的第二可控硅元件Q2的阴极并共同连接至零线导体120，而电流互感器161的次级的输出端的另一端首先串接限流元件，在这一实施例中为电阻R6，随后一方面连接至信号驱动电路180中的第二可控硅元件Q2的控制极，而另一方面连接至电阻R7和电容C8的一端，而电阻R7和电容C8的另一端共同连接至第二可控硅元件Q2的阴极并因此连接至零线导体120，如图1所示。其中，电容C1的作用是提高系统的抗干扰能力，以有效保障该保护装置的稳定性；电阻R7用于调节电流。

当第二剩余电流检测信号达到其预定错误条件时，具体地，即当地线导体中所产生的交流电流在电流互感器中所感应出的交流电流的幅值超过了某一数值，进而耦接至信号驱动电路180的第二剩余电流检测电路160所产生的交流电压幅值也超过了某一数值，并且与此同时第二可控硅元件Q2的阳极与阴极之间加载的是正向偏置电压(即在该交变电压的正半周)，第二可控硅元件Q2就会被触发导通。

当信号驱动电路180中的第二可控硅元件Q2导通时，将流过大电流，从而引起激励装置190中的螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为第二驱动信号。

激励装置190耦合到所述信号处理电路170以及所述信号驱动电路180，配置为响应于所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号之一而驱使所述开关装置140处于所述第二位置。具体地，由于在相线和零线中检测到漏电电流而产生第一驱动信号以及由于在地线中检测到漏电电流而产生第二驱动信号都可以分别地或者共同地驱使所述开关装置140处于所述第二位置。即相线和零线中漏电电流的检测以及相应地对所述开关装置140的控制以及地线中漏电电流的检测以及相应地对所述开关装置140的控制是独立地进行的并且不会相互影响，这样就增加了检测的可靠性和装置的安全性。

具体地，激励装置190包括螺线圈SOL。螺线圈SOL一端连接到相线导体110，而另一端连接整流桥BD的一个输入端以及第二可控硅元件Q2的阳极。

激励装置190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。当因为电路异常而产生第一驱动信号和/或第二驱动信号时，就会在螺线圈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LED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190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。

综上所述，无论是当第一可控硅元件Q1导通时，产生了第一驱动信号，还是当第二可控硅元件Q2导通时，产生了第二驱动信号，或者第一驱动信号和第二驱动信号同时产生，激励装置190都响应于驱动信号而驱使开关装置140处于第二位置，亦即开关141、142、143均断开的位置，从而切断接线保护装置100输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所上述实施方式。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (6)

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(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；

第一剩余电流检测电路(150)，配置为检测所述相线导体(110)和零线导体(120)的剩余电流；

第二剩余电流检测电路(160)，配置为检测所述地线导体(130)的剩余电流；

信号处理电路(170)，耦合到所述第一剩余电流检测电路(150)，配置为响应于第一剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第一驱动信号；

信号驱动电路(180)，耦合到所述第二剩余电流检测电路(160)，配置为响应于第二剩余电流检测信号的预定错误条件而产生第二驱动信号，其中，所述相线导体(110)与所述零线导体(120)为所述信号驱动电路(180)提供电压偏置信号；

整流桥(BD)，用于为所述信号处理电路(170)提供电源；

激励装置(190)耦合到所述信号处理电路(170)以及所述信号驱动电路(180)，配置为响应于所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号之一而驱使所述开关装置(140)处于所述第二位置；

其中，所述第一驱动信号为流经所述激励装置(190)和所述整流桥(BD)的电流信号，所述第二驱动信号为流经所述激励装置(190)的电流信号。

2.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述第二剩余电流检测电路(160)中包括限流元件。

3.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述第一剩余电流检测电路(150)包括一个电流互感器(151)，所述相线导体(110)和零线导体(120)作为所述电流互感器(151)的初级，所述电流互感器(151)的次级耦合到所述信号处理电路(170)。

4.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述第二剩余电流检测电路(160)包括一个电流互感器(161)，所述地线导体(130)作为所述电流互感器(161)的初级，所述电流互感器(161)的次级耦合到所述信号驱动电路(180)。

5.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述信号处理电路(170)包括控制芯片(IC1)和第一可控硅元件(Q1)。

6.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述信号驱动电路(180)包括第二可控硅元件(Q2)。