CN1057645C - 对地漏电电流保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对地漏电断路器，目的是消除由于布线产生的杂散电容引起的线路噪声而造成线路误切断，其频率是高于工业频率同时也防止人身触电。

本发明的对地漏电断路器具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测的漏电流达到一个规定值的时候就发出一个跳闸信号，漏电断路器有电流检测频率特性，被调到低于一个特定频率区的一个规定门限值，而超过这个特定频率区的值就是一个对检测漏电流而言的死区。

Description

对地漏电电流保护装置

本发明涉及一个对地漏电断路器，它的作用是保护人在高于工业用电频率的对地漏电流作用下不遭受电击，该断路器具有一个电流检测特性，防止在高频区内由杂散电容引起的对地漏电流造成误操作。本发明不仅适用于具有接通断开触点以切断电源对地漏电断路器，而且也涉及无接通断开触点的装置，如检测对地漏电流的对地泄漏继电器，它产生一个跳闸信号，送到其它开关装置。

欧洲专利EPO464516A₂中叙述了一种传统技术，公开了一种防止人身被电击，防止该操作的对地漏电断路器。

这个现有技术是由一个高灵敏度，快速型对地泄漏断路器(下称高灵敏ELB)和一个中灵敏度，延迟动作型对地漏电断路器(下称中灵敏性ELB)组成。这个对地漏电流保护装置的ELB具有一个电流检测频率特性它调得比一个门限电压低(例如，是由国际电工协会规定的一个门限值)，以便防止超过市电频率的对地漏电流对人的危害。中等灵敏度ELB的电流检测频率特性在超过市电频率的范围附近急剧上升。

在这个传统的漏电保护装置中，中灵敏度ELB与上级高灵敏ELB串联，当高于市电频率对地漏电流流过电路，并且它的幅值超过高灵敏性ELB的门限值的时候，高灵敏ELB检测对地漏电流并切断电路。当在上级中的中灵敏ELB的电流检测频率特性被确定，在超过市电频率处突升的时候，中灵敏性ELB在高于市电频率的频率范围内不工作。因此，超过门限值和对人身有害的电位的对地漏电流在下一级中被高灵敏ELB遮断，从而防止在上一级中的中灵敏性的ELB误动作。另一方而，中灵敏度ELB在出现电短路的情况下切断电路，以防止再上一级的电路被误切路。

下面参考图7、8、9叙述现有技术的对地泄漏电流保护的缺点。

图7表示在电路和地之间由于杂散电容而引起的泄漏电流。图8是使用高灵敏ELB的相关技术的对地漏电流保护装置。图9表示图IEC479-2中描述的心室纤维性颤动与电流的频率的比值的频率因数，该图表示引起心室纤维性颤动的电流门限值对于相应频率的系数。例如，与市电频率比较，该门限值在300Hz时为5倍，并且连续增加到1KHz时近似4倍。

图7是一个包括逆变器负载的电路的例子，因为高频电流在逆变以负载中流动，对地泄漏电流大部分5是从流过分布电容的电流获得的，杂数电容受设备布线影响很大，当电路中的杂散电容大的时候，大的泄漏电流就会流过该电容。

图8是一个具有逆变器负载的电路中保护协调的例子。在这个例子中，高灵敏度，快速型对地泄漏断路器ELB3是直接安装在逆变器1NV的电源侧的，它驱动电动机IM₂。中灵敏度，延迟动作型对地泄漏断路器ELB₂被安排在高灵敏度断路器ELB₃的电源侧(即上级)。另一个中灵敏度，延迟动作型接地漏电断路的ELB1被安装在中灵敏度断路器ELB₂的电源侧(即上级)。因此，高灵敏度断路器ELB₃是被安装在其下级上的负载和中上级的中间灵敏度断路器ELB₂之间，通过分别提高灵敏度断路器ELB₃的特性调成为高灵敏度，快速型/把中灵敏度断路器ELB₂特性调整成为中灵敏度，延迟动作，当在包括逆变器负载的电路中检测出一个漏电流的时候，高灵敏度断路的ELB₃首先启动，且仅切断出现漏电的电路。因此，高灵敏断路的ELB₃的作用是防止其它电路误切断，并使电路保护和它上级的中灵敏度路器ELB₂相协调。

图6是漏电保护装置的电流检测频率特性。

图6中，A是一个特性曲线，表示中灵敏度断路的ELB₂的电流检测频率特性。中灵敏度断路器ELB1的电流检测频率特性有和中灵敏度断路器ELB₂类似的曲线，它被安排在中灵敏度断路的ELB₂的左上方。不过中灵敏度断路器ELB₁的特性曲线在图中未示出，以便简化描述。传统高灵敏度断路器ELB₃的电流检测频率特性是通过曲线B表示的。

中灵敏度断路器ELB₂的电流检测频率特性曲线A保持一个小的斜度最多为90Hz，然后随着急剧上升而斜度增加。高灵敏度断路器ELB₃的电流检测频率特性曲线B保持一个渐斜度，最多为1KHz，然后由于类似于在IEC479-2中心室纤维性颤动的阀值，在1KHz和10KHz之间增加。因为高灵敏断路器ELB₃的提供，是为了防止人遭受电击，所以它具有比中灵敏度断路器ELB₂要高的对地漏电流高灵敏度。

通常，精确测量电路和地之间的杂散电容量极其困难的。这就使得在安装对地漏电保护装置的时候，根据杂散电容选择设备也非常难。还有，当频率被包括在高频区，即频率区高于工业频率的时候，大多数电流将起噪声电流的作用。这些噪声电流具有一种流入杂散电容的电路通道的趋向。因此，当在EPO464516A2中所述的高频区内使用快速高灵敏度漏电断路器的电流检测频率特性的时候，就出现大的缺点，即当噪声电流由于高灵敏度而被检测出来的时候，所不希望的该动作就发生了。

本发明的目的是提供一种对地漏电保护装置，它实现了防止人因高频漏电流而遭电击，并防止在类似于逆变器负载的装置中出现不希望的误跳闸。

为了达到上述目的，本发明的对地漏电保护装置具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测的漏电流达到一个规定的值，在电路中就发送一个跳闸信号，其中，跳闸信号产生装置具有一个电流检测频率特性，它按照频率范围而改变。这个电流检测频率特性被调到第一频率范围中规定门限值以下，电流检测频率特性被调到在第二频率范围内产生一个剧增，第二频率范围超过了第一频率范围，并且电流检测频率特性在这个频率范围内的全频率上被调到无限大，该范围超过了第二频率范围。

还有，本发明的对地漏电装置具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号发送装置，以便当被检测的漏电流达到一个规定值的时候，在电路中发送出一个跳闸信号。

跳闸信号发生装置具有一个电流检测频率特性，这个频率特性按照频率范围发生变化。这个电流检测频率特性被调到第一频率范围内的一个规定门限值以下以便保护人身安全。在大于第一频率范围的第二频率范围内，电流检测频率特性被调到产生一个锐增，在这个频率范围内的所有频率上电流检测频率特性被调到无限大，这个频率范围超过了第二频率范围。

本发明的对地漏电保护装置具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测电流达到规定值的时候，该装置就在电路中发送一个跳闸信号；

跳闸信号产生装置具有一个电流检测频率特性，它随频率范围而改变。这个电流检测频率特性被调到从工业频率到1Khz的一个规定门限值以下，以保护人身防止电击。在第二频率范围内，电流检测频率特性被调到锐增，第二频率范围超过1KHz，直到2KHz。电流检测频率特性在这个频率范围内在全频率上被调到完全无限，这个频率范围超过了第二个频率范围。

再者，本发明的对地漏电保护装置具有一个泄漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测的漏电流达到规定值的时候，它就发出一个跳闸信号。

该跳闸信号发生装置具有一个低通滤波器。低通滤波器的频率特性在市电频率到1KHz的范围内被调到一个规定门限值，以便保护人身防止电击，电流检测频率特性在第二频率范围内被调到产生一个剧增，第二频率范围超过1KHz直到2KHz为止。

再者，本发明的对地漏电保护装置具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测的漏电流达到一个规定值的时候，它就在电路中发出一个跳闸信号；

跳闸信号产生装置具有一个低通滤波器。低通滤波器的频率特性在市电频率到1KHz的范围内被调到一个规定值以下，以便通过使阻抗随频率增加而增加而防止人身遭受电击。在超过1KHz直到2KHz的第二频率范围内，阻抗被调到随频率增加而剧增。在超过2KHz的频率范围内，在这个频率范围内，阻抗被调到对所有频率都是无限大的。

本发明的对地漏电保护装置可以防止高频漏电流引起人身被电击。并防止在类似于逆变器负载的装置中出现不希望的跳闸。

图1是一个方框图，表示本发明一个实施例中的对地漏电保护装置的结构。

图2是定时曲线图表示本发明的一个实施例中对地漏电保护装置的采样操作。

图3是一个定时曲线图表示本发明的一个实施例中的对地泄漏保护装置的另一个采样操作。

图4是一个方块图，表示本发明的一个实施例中低通滤波器的结构。

图5是一个曲线图，表示本发明的一个实施例中的对地泄漏保护装置中电流检测频率特性。

图6是一个曲线图，把本发明的对地泄漏保护装置的一个实施例中的电流检测频率特性与相关技术中的电流检测频率特性比较。

图7是一个说明性的图，表示由于在电路和地之间的杂散电容而产生漏电流的情况。

图8是一个方块图，表示在使用相关技术的高速高灵敏漏电断路器的漏电保护系统中的连接。

图9是一个曲线图，表示按照心室纤维性颤动引起的电流与IEC479-2中的频率之比的大小变化的因数。

现在参照图1-6描述本发明的一个实施例。

本发明的实施例适用于电子型对地漏电保护装置，它把一个零序电流互感器(ZCT)的二次输出放大去触发一个跳闸装置。本例不仅适用于具有接通-断开触点的对地泄漏断路器，而且也适用于无接通或断开触点的设备，例如漏电断电器，检测一个对地漏电流并产生一个跳闸信号送给其它开关装置。

图1和图2是本实施例的对地漏电保护装置的方框图。图2是一个定时图表，表示本发明的实施例中时地泄漏保护的采样操作。图3是另一个定时曲线图，表示本发明中的另一个操作的例。图4是一个低通滤波器的结构，图5是一个曲线图表示图2和3中电路操作中的电流检测频率特性。图6是一个曲线图，它把本发明的对地漏电保护装置的一个实施例中的电流检测频率特性和相关技术的装置中的电流检测频率特性进行比较。

本实施例的对地漏电保护装置具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号产生装置，当被检测对地漏电流达到一个规定值的时候，在电路中就发出一个信号。

跳闸信号产生装置具有一个电流检测频率特性，它接照频率范围改变。这些频率范围被分类为第一，第二和第三频率范围。包括在第二区内的频率超过包括在第一区内的频率，包括在第三区内的频率超过包括在第二区内的频率电流检测频率特性在第一频率范围内被调到规定门限值以下。电流检测频率特性在第二频率范围内被调到接通一个突升或突增变化。在第三频率范围内，电流检测频率特性被调到对所有频率都是无限大。

尤其是，ZCT7，作为一个对地漏电流检测装置，检测在安装在电源和负载之间的电流通路中的对地漏电断路的中流过的电流中不平衡。当出现对地漏电流的时候，各电流不平衡，通过这些不平衡电流，在ZCT中感应出输出电流。这个来自ZCT7的输出电流在信号转换器1中被转换成一个电压信号。这个电压信号通过初级低通滤波器(LPF)2加到一个漏电检测器3上。漏电检测器3产生一个跳闸信号当漏电流达到一个规定值的时候就产生一个跳闸信号至SCR驱动装置4。然后这个SCR驱动装置4提供一个信号给SCR5的门。这个信号接通了SCR5，并且跳闸机构6被启动了。跳闸装置通过合成机械动作打开接通或断开触点，切断电路。即LPF2和漏电检测的3的作用相当一个跳闸信号产生装置。电源8提供给信号转换器1，LPF2，漏电检测器3，SCR驱区动装置4和跳闸装置6的电源。

在本实施例中，各频率范围是一第频率范围，它是从市电频率(50/60Hz)到1KHz，第二频率范围，1KHz-2KHz，和第3频率范围，超过2KHz。这些频率范围是通过LPF2设定的。

LPF2的频率特性，通过使阻抗随频率增加而增加，而在市电频率一1KHz的范围内，被调到规定门限值以下。在第二个频率范围内，超过1KHz直到2KHz，阻抗设置成随频率增加而产生一个剧增，换言之，对超过2KHz的所有频率，阻抗被设置成无限大。

本装置把一个在跳闸信号产生装置中的差电流检测频率特性的分配给各频率范围。在第一频率范围内对地漏电断路器的电流检测频率特性被调到一个规定值以下，以便防止人身触电。在第二频率范围内，电流检测频率特性被调到产生一个突增变化，在第三频率范围内，电流检测频率特性对所有频率被设置到阻抗无限大。

各频率范围按照上述分配的理由如下。市售逆变器的频率被予先设定在1KHz-16KHz的范围内，从而一个电流检测频率特性被分配在1KHz以下以响应心室纤维性颤动门限值以下的漏电流，如IEC479-2中所示，它是具有锐升频带在1KHz-2KHz之间的电流检测频率特性，包括在大于2KHz的范围之内的对所有频率都是阻抗无限大的电流检测频率特性。因此，这个实施例的接地漏电断路器中的电流检测特性对于大于2KHz的频率被调到阻抗无限大。即，这个频率范围变成死区，它防止通过杂散到电路中的杂散电容的噪声电流引起的误操作。

在这个实施例中，部分滤波器LPF₂是一个具有，和在1EC479-2中描述的心室纤维性颤动的门限值的频率特性相类似的增盖特性的滤波器。

在图4中所示的原始CR滤波器中可以使用作为LPF2初级滤波器LPF2。在市电频率到1KHz的范围内，初级LPF2的频率特性被调到一个规定的门限值以下，以使防止人遭受电击。通过LPF2的信号被输入到漏电检测器3中。普通工业可获得的ICS可以作为漏电检测器3缓冲器和一个第二LPF12可以被安排在部？LPF2和漏电检测器3之间以使改进噪声容限。LPF1这时被调到高于3Khz的一个遮断频率。

如图2中所示，漏电检测器3比较具有门限值的半波长T1的输入信号波形的上限和下限值。1号比较的定时器(未示出)安排在漏电检测器3里面，它包括一个低门限值，仅当通过达到这个低门限值的输入信号波形检测出漏电流的时候，比较器定时的才输出一个正脉冲。这时，脉冲从零电平值到门限值的上升时间被规定为TW1。

同样，2号比较器定时器(未示出)被安排在漏电检测器3之中，它包括一个上限电平，仅当通过达到这个上门限值的输出信号波形检测出漏电流的时候，它才输出一个正脉冲。脉冲从0值上升到门限值的时间在这种情况下被规定为TW2。

当一个输入脉冲波形被再次输入到比较器定时器器时候，一个正脉冲被输出。

脉冲上升时间TW1和TW2可以通过改变电路时间常数设定，时间常数是通过安排在漏电检测器3中的1号比较器定时器和2号比较器定时器的滤波电容和电阻值形成。在数字型装置中可以通过改变计算值而改变所希望的设定值。在本实施例中，当固定的门限值已经被设定的时候，通过改变包含在定时电路中的滤波电容而可调整定时器。当工业可得到的IC用作为漏电检测器3的时候，1号比较器定时器和2号比较器的定时器的上升斜率通常是通过改变安装在滤波器内的电容值而改变的，以便调整达到定时器门限值所需要的时间。

因此，当三个波形在漏电检测器3中被检测出来的时候，或者仅当输入信号达到最小规定值(门限值)或输入信号有连续的规定时间(TW1或TW2)的时候，这个电路就由于漏电流被检测出来而产生一个SCR驱动信号。

另一方面在图3中，当半波T₂(T₂＜T₂)的高频信号输入到漏电检测的时候，在予定脉冲上升时间TW1和TW2内无论1号比较器定时器或2号比较器定时器的输出都不能达到门限值，不会使1号比较器定时器和2号比较器定时器检出信号。换言之，如果输入信号小于门限值，输入信号就不能在规定时间(TW1，TW2)内连续，这个输入信号就不会作为漏电流而被识别出，没有SCR的驱动信号从漏电检测器3输出。

因为这种SCR驱动信号不存在于某个频率范围之中，我们获得图4中的电路具有图1电路的电流检测频率特性和图2，图3中的操作特性。

通常，滤波电路的截止频率和具有突升特性的频率fc是通过下式表述的：

            fc＝1/2πCR.........(1)

这里，2πCR是时间常数CR设定的时间值，规定时间TW是根据是根据内部电容器的电容IC确定的，从而用TW代替πCR，关于具有突升变化的频率的公式就可以获得如大。

            fc＝1(2×TW).........(2)

这里，TW是TW1和TW2中的较大者。

通过设置1号和2号比较器定时器一个规定时间，电流检测频率特性，即大大尺平直到某一个频率为止，在该频率上有一个频率突升，如图5所示。

这个实施例因此获得3如图6中的曲线，它是把初级LPE2的电流检测频率特性和漏电检测器3的电流检测频率特性结合起来了。换言之，本发明的对地漏电保护装置插入一个从市电频率到1Khz的电流频率检测特性，在IEC479-2中所述，通过电流造成的心室纤维性颤动的门限值曲线C之下以便防止人身遭受电击。在从1KHz到2KHz的频率范围以内，心室纤维性颤动电流是被允许的，和市电频率相比较，它是大的。所以，电流频率检测特性在这个范围内有一个突升，因此完成了两个任务，一是防止人身遭受电击，另一个是防止由于故障而使设备产生不希望有的误动作。

Claims (6)

1、一种对地漏电保护装置，它具有一个漏电流检测装置和一个跳闸信号发生装置，当检测的漏电流达到一个规定值时就在电路中发出一个跳闸信号，其中，

上述跳闸信号产生装置具有一个电流检测频率特性，它按照频率范围而变化，上述电流检测频率特性在第一频率范围内被设置在一个规定门限值以下，上述电流检测频率特性在第二频率范围内被设置有一个突增，第二频率范围大于第一频率范围，上述电流检测频率特性在第三频率范围内被调到对所有频率实质上都是无限大，第三频率范围超过第二频率范围。

2、根据权利要求1的对地漏电保护装置，其特征在于，上述电流检测频率特性在第一频率范围内被设置在规定门限值以下以便防止人身遭受电击。

3、根据权利要求2的对地漏电保护装置，其特征在于，

上述第一频率范围从市电频率到1KHz，

上述第二频率范围从1KHz到2KHz。

4、根据权利要求3的对地漏电保护装置，其特征在于，所述跳闸信号发生装置内包括一个低通滤波器，上述低通滤波器的频率特性，在市电频率到1KHz的范围内被设置在一个规定门限值以下。

5、权利要求4的对地漏出保护装置，其特征在于，上述低通滤波器的电流检测频率特性在超过2Khz的频率范围内被设置为对所有频率实质上是无限大。

6、根据权利要求4的对地漏电保护装置，其特征在于，

上述低通滤波器的频率特性，在从市电频率到1KHz的第一频范围内的一个规定门限值以下，其阻抗随频率增加而增加，而在超过1KHz而延伸到2KHz的第二频率范围内，其阻抗设置成随频率增加而产生一个剧增，在超过2KHz的第三频率范围内，阻抗被设置成对所有频率实质上都是无限大。

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