CN109342873A - 一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用电保护技术，尤其是一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置,包括金属壳、隔离采样单元、控制单元和警示单元，其中，所述每一条相线和零线与金属壳之间均设有一隔离采样单元，且所有相线通过接于相线上的隔离采样单元、金属壳、接于零线上的隔离采样单元及零线构成高阻回路，所述警示单元包括检测装置正常警示单元和漏电警示单元。由于具有自检失效判别功能，因而大大提高了用电的安全性，不仅能鉴别电器为不漏电、或真正漏电，并能鉴别装置状态，并对上述各种状态发出不同提示警报。
Description
技术领域
本发明涉及用电保护技术，尤其是涉及一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置。
背景技术
现时电器产品对人身的漏电保护主要依靠漏电保护开关，当供电线与外壳因故绝缘电阻下降或短路时，电源通过接在用电器的金属外壳上的接地线产生漏电短路电流，触发漏电保护开关动作，达到切断电源避免发生更大事故。
但若电器产品之外壳接地不良，地线断开或虚接，则外壳便会带有危险电压，极易造成人身触电事故。
专利号为201310178530.0的发明专利公开了一种地线带电检测装置，包括光电耦合器，其第一输入端通过第一电阻连接至地线、第二输入端通过第二电阻连接至零线、第一输出端通过第三电阻连接至第一直流电源、第二输出端通过第四电阻接地；控制器，其电压信号采集端口与光电耦合器的第二输出端连接，在光电耦合器的第二输出端的电压大于阈值电压时，控制器的报警信号输出端口输出报警信号；与控制器的报警信号输出端口连接的报警装置，响应控制器输出的报警信号输出提示。该发明公开的地线带电检测装置，在电器设备发生漏电但地线未有电流流过时即发出提示，提高了电器设备的安全性，降低了用户发生触电事故的概率。
该发明还存在以下不足：
1、如果发生相线与外壳短路，同时检测装置也出现故障，更容易造成使用者的触电事故。
2、所适用的电器外壳必须接地，所检测的为地线，当相线短路至电器外壳(地线)，该装置能够检测；而对应零线短路至电器壳体时，则不能检测；
3、如果接地线接地不良，则也无法检测；
由此可见，上述现有的带电检测装置在使用上，显然仍存在有缺陷，有待进一步改进。
为保障电器产品的使用安全，极需提供一种能实时自检检测装置是否工作正常的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，不仅适用于金属壳体接地的电器产品实现漏电防护，也适用于不能接地或不便接地的电器产品。
本发明人基于从事电器厂品设计工作多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，终于创设出本发明的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有漏电保护装置技术的上述不足，提供一种不仅能对电器产品的金属外壳与供电线路短路而带电而提供漏电保护，而且在使用过程中能对自身工作是否正常进行警示，从而避免因漏电保护装置故障而造成人身或设备的触电事故。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，包括金属壳、隔离采样单元、控制单元和警示单元，所述隔离采样单元的二输入端分别连接金属外壳和供电电源线，所述隔离采样单元的输出连接所述控制单元，所述控制单元的输出接所述警示单元，其中所述每一条相线和零线与金属壳之间均设有一隔离采样单元，且所有相线通过接于相线上的隔离采样单元、金属壳、接于零线上的隔离采样单元及零线构成高阻回路，所述警示单元包括检测装置正常警示单元和漏电警示单元。
当装有本发明的电器产品接通电源后，在所有的隔离采样单元的输入回路上均产生微小电流，其输出端均产生一低电压，该电压经控制单元识别后由控制单元控制所述检测装置正常警示单元工作，告知使用者设备及检测装置正常无故障；
一旦产生相线短路故障，则该相线直接通过金属壳、接于金属壳与零线之间的隔离采样单元、零线构成回路，回路阻抗与前述高阻回路相比大大减小；若供电线路中的零线与金属壳短路，则零线通过金属壳、接于金属壳与相线之间的隔离采样单元、相线构成回路，回路阻抗与前述高阻回路相比同样大大减小。相应的隔离采样单元输出一高电压，该电压经控制单元识别后由控制单元控制所述漏电警示单元工作，告知使用者设备发生漏电短路故障，不能使用，必须检修。
若接通电源后，检测装置正常警示单元和漏电警示单元均不工作，则表明检测装置发生故障，必须检修。
除上述必要技术特征外，在具体实施过程中还可进一步补充如下技术特征。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述隔离采样单元是电流电压变换器，所述电流电压变换器的电流输入端通过一限流电阻连接所述供电电源线，所述电流电压变换器的电压输出端连接所述控制单元。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述控制单元是CPU,所述CPU的第一输出端连接所述检测装置正常警示单元，所述CPU的第二输出端连接所述漏电警示单元，所述CPU根据输入端输入电压值的大小分别由二输出端口输出控制信号，分别控制所述检测装置正常警示单元或漏电警示单元。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述检测装置正常警示单元和漏电警示单元为不同颜色的发光二极管警示装置、或语音报警装置、或远程网络报警装置,或其组合。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述供电电源线对于单相供电的电器产品为两根，即相线和零线，此时所述隔离采样单元为两组分别连接相线和金属外壳及零线和金属外壳，所述两组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端；；对于三相四线供电系统，且三相不平衡的电器产品，所述隔离采样单元为四组，所述四组隔离采样单元中的任一组的一输入端通过限流电阻分别连接三条相线和一条零线，所述四组隔离采样单元的另一输入端则连接所述金属外壳，四组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端；对于三相平衡供电系统的电器产品，所述隔离采样单元为三组，所述三组隔离采样单元中的任一组的一输入端通过限流电阻分别连接三条相线，所述三组隔离采样单元的另一输入端则连接所述金属外壳，三组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述隔离采样单元是由整流器和霍尔元件构成，所述整流元件的二交流输入端分别连接所述金属外壳和通过限流电阻连接所述供电电源线，所述整流器的二直流输出端连接所述霍尔元件的输入端，所述霍尔原件的输出接所述控制单元的输入端。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述隔离采样单元是光电耦合器，所述光电耦合器的二输入端通过限流电阻分别连接所述金属外壳和供电电源线，所述光电耦合器的输出接所述控制单元的输入端。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述发光二极管警示装置包括发光二极管和控制开关，所述控制单元的输出接控制开关，所述控制开关与所述发光二极管串联后接电源。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述控制单元是CPU、或模拟电路的电压控制器。
前述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其中所述控制开关为电子开关，或机械式电磁开关。
本发明采用的一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，具有以下有益效果：
1、本发明的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置具有失效判别功能，因而大大提高了用电的安全性，不仅能鉴别电器为不漏电、安全阈值内漏电、或真正漏电(危险漏电)，并能鉴别装置状态，并对上述各种状态发出不同提示警报。
若检测装置出现故障,使用者可从没有声光提示,判断出检测装置失效，立即检修，作为第一安全防护。
若检测装置正常警示单元发出声光提示,而漏电警示单元未发出提示，表示电器设备处于安全正常状态。
若检测装置正常警示单元未发出声光提示,而漏电警示单元发出提示，表示电器设备处于严重漏电状态，必需立即检修。
2、本发明的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置对金属壳体接地或不接地的电器产品均适用。
3、如漏电开关正常,万一有漏电事故,安全断电由漏电开关处理,本发明可作为第二防护,但若漏电开关因故失效,本发明检测出危险情况,即发出警示,通知使用者远离危险及截断电源。比以往单靠漏电开关,安全系数倍升,特别适合在没有地线之IT 系统使用。
4、本发明提供了安全及危险的状态警告,比现有系统地线失效时,只有当使用者受过电时才触发漏电开关,安性高得多。且可判别检测系统是否失效,更是前所未有。
5、本发明解决了因检测装置失效带来的触电危险，能通过光、声判别电器设备的的安全情况，并能实施远程监控。
附图说明
图1为本发明带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置的电路方框图；
图2为本发明用于单相电器产品时的一种电路装置示意图；
图3为本发明用于单相电器产品时另一种实施方式的电路装置示意图；
图4为本发明用于单相电器产品时又一种实施方式的电路装置示意图；
图5为本发明用于三相四线制供电电器时的电路装置示意示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，电器的金属壳体1可以不接地。
如图1所示，本发明带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，包括金属壳1、隔离采样单元2、控制单元3和警示单元4，所述隔离采样单元2的二输入端分别连接金属外壳1和经一隔离电阻6接供电电源线5，所述隔离采样单元2的输出连接所述控制单元3，所述控制单元3的输出接所述警示单元4，其中所述供电电源线5的每一条相线L和零线N与金属壳1之间均设有一隔离采样单元2，且所有相线L通过接于相线上的隔离采样单元2、金属壳1、接于零线N上的隔离采样单元2、隔离电阻6及零线N构成高阻回路，所述警示单元4包括检测装置正常警示单元41和漏电警示单元42。
当装有本发明的电器产品接通电源后，在所有的隔离采样单元2的输入回路上均产生微小电流，其输出端均产生一低电压，该电压经控制单元3识别后由控制单元控制所述检测装置正常警示单元41工作，告知使用者设备及检测装置正常无故障；
一旦产生相线短路故障，则该相线直接通过金属壳、接于金属壳与零线之间的隔离采样单元、零线构成回路，回路阻抗与前述高阻回路相比大大减小；若供电线路中的零线与金属壳短路，则零线通过金属壳、接于金属壳与相线之间的隔离采样单元、相线构成回路，回路阻抗与前述高阻回路相比同样大大减小。相应的隔离采样单元输出一高电压，该电压经控制单元识别后由控制单元控制所述漏电警示单元42工作，告知使用者设备发生漏电短路故障，不能使用，必须检修。
若接通电源后，检测装置正常警示单元和漏电警示单元均不工作，则表明检测装置故障，必须检修。
所述检测装置正常警示单元41和漏电警示单元42为发光二极管警示装置，所述发光二极管警示装置包括发光二极管和控制开关，所述控制单元的输出接控制开关，所述控制开关与所述发光二极管串联后接电源。
其中所述控制单元是CPU、或模拟电路的电压控制器。
其中所述控制开关为电子开关，如三极管开关，或机械式电磁开关。
实施例一
图2是本发明带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置的一种具体实施方式。
在本实施例中，所述隔离采样单元2是电流电压变换器21，所述电流电压变换器21的电流输入端211通过一限流电阻6连接所述供电电源线5，另一电流输入端212接所述金属壳1，所述电流电压变换器21的二电压输出端213、214连接所述控制单元3的输入端31、32。
在本实施例中，所述控制单元3是CPU,所述CPU的第一输出端33连接所述检测装置正常警示单元41，所述CPU的第二输出端34连接所述漏电警示单元42，所述CPU根据输入端输入电压值的大小分别由二输出端口输出控制信号，分别控制所述检测装置正常警示单元41或漏电警示单元42。其中，检测装置正常警示单元41用于指示本发明的漏电保护装置的状态，漏电警示单元42用于指示电气设备是否漏电。对电器进行实时监控，杜绝触电隐患。
在本实施例中，所述检测装置正常警示单元和示单元为不同颜色的发光二极管警示装置，包括第一指示灯D1及第二指示灯D2，第一指示灯D1经过第一三极管Q1连接CPU及电源VCC，第二指示灯D2经过第二三极管Q2连接CPU及电源VCC。具体为第一三极管Q1及第二三极管Q2的基极连接CPU；第一三极管Q1及第二三极管Q2为NPN三极管，集电极接电源VCC，发射极接指示灯，指示灯的另一端连接GND。第一指示灯D1及第二指示灯D2为不同光色的发光二极管。根据第一指示灯的亮与不亮可鉴别本新型漏电保护装置失效与正常状态。根据第二指示灯的亮与不亮可判别是否发生漏电。
进一步本发明的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置中的警示单元除上述灯光警示外，还可设有语音报警装置8、或远程网络报警装置9,或其组合,所述第二指示灯D2与所述语音报警装置及远程网络报警装置并联。
所述远程网络报警为无线发射器，所述无线发射器与CPU连接。CPU通过无线发射器连接用户终端，用户终端可以为移动设备、远程电脑。判别其工作正常与否。
所述CPU还连接有断电继电器，用于切断设备的供电，防止二次触电事故等发生。断电继电器的线圈连接CPU，断电继电器的常开触点连接交流接触器的线圈。
对于小体积电器，位置无法安装断电继电器；在无地线或地线不良的情况下，如有漏电事故，可向用电装备周边人群及远程监控台发出报警信号，防止一次事故带来的线对地触电危险、二次事故带来的线对线触电危险，特别在使用IT供电系统时。
当第一指示灯D1及第二指示灯D2均不启亮，说明：漏电电流(IR)非常小，漏电保护装置损坏；当第一指示灯D1启亮、而第二指示灯D2不启亮，说明漏电电流(IR)在安全范围内，电器系统正常；当第二指示灯D2启亮，此时同时有：报警器被触发和/或用户终端有报警信息，说明；电器系统发生漏电，需要防护及断电，通过声光报警或无线传输系统，通知有关人员及部门处理有关事故，防止触电意外发生。
通过对电流电压转换单元U1及限流电阻R1的阻抗选择，令IR小于1mA时，漏电保护装置为失效状态，第一指示灯D1及第二指示灯D2均不启亮；IR大于1mA、且小于29mA时，电器漏电电压在安全可控阈值区间，第一指示灯D1启亮，而第二指示灯D2不启亮；IR大于30mA时，第二指示灯D2启亮，表示电器系统漏电，声光报警，电器断开电源。
实施例二
图3所示是本发明的另一种实施例，在本实施例中，所述隔离采样单元2是由电流电压变换器21和整流器22所构成，所述电流电压变换器21的电流输入端211通过一限流电阻6连接所述供电电源线5，另一电流输入端212接所述金属壳1，所述电流电压变换器21的二电压输出端213、214连接所述整流器22的输入端221、222，所述整流器的输出端223、224连接控制单元3的输入端31、32。其目的是将电流电压变换器的交流输出通过整流器转变为直流。
实施例三
图4所示是本发明的又一种实施例，在本实施例中，所述隔离采样单元2包括整流器23和霍尔传感器24；所述整流器23的输入端231通过一限流电阻6连接所述供电电源线5，另一输入端232接所述金属壳1，所述整流器23的二输出端233、234连接所述霍尔传感器24的输入端241、242，所述霍尔传感器的输出端243、244连接控制单元3的输入端31、32。其目的是将交流电通过整流器转变为直流再经霍尔传感器隔离并转变为直流电压送控制单元。
实施例四
上述三种实施例均为单相供电的电器产品，供电线为两根，即一根相线L和一根零线N。图5所示为三相四线不平衡供电的电器产品，在本实施例中，所述隔离采样单元2为四组，所述四组隔离采样单元2的任一组的输入端21通过限流电阻6分别连接三条相线L1、L2、L3和一条零线N，所述四组隔离采样单元的另一输入端22则连接所述金属外壳1，四组隔离采样单元的输出端23、24并联后接控制单元3的输入端。
在正常无故障情况下，三条相线与通过所述隔离采样单元接于金属壳构成Y形连接，各条相线相对于金属壳之间的电压为相电压，在各相支路阻抗足够大的条件下，各相通过隔离采样单元输入端的电流可以足够小，其电流值为线电压除以两个隔离采样单元阻抗与两个限流电阻之和；接于零线与金属壳之间的隔离采样单元输入端上的电流为相电压除以两个隔离采样单元的阻抗与两个限流电阻之和，其电流值应小于线电压除以两个隔离采样单元阻抗与两个限流电阻之和；此时控制单元控制所述检测装置正常警示单元41工作。一旦发生某一相线与金属壳短路，则另外两相与金属壳之间的电压为线电压，此时通过隔离采样单元输入端的电流为正常情况下的1.73倍；而接于零线上的隔离采样单元输入端上的电流为正常值的两倍。此时，控制单元3控制漏电警示单元42工作；若零线与金属壳短路，则流经接于相线上的隔离采样单元输入端的电流为相电压除以一个隔离采样单元的阻抗与一个限流电阻之和，也是正常情况下的二倍。
对于三相三线平衡供电的电器（如三相电机），所述隔离采样单元2为三组，所述三组隔离采样单元2的任一组的输入端21通过限流电阻6分别连接三条相线L1、L2、L3，所述三组隔离采样单元的另一输入端22则连接所述金属外壳1，形成Y形连接，三组隔离采样单元的输出端23、24并联后接控制单元3的输入端。
在正常无故障情况下，三条相线与通过所述隔离采样单元接于金属壳构成Y形连接，各条相线相对于金属壳之间的电压为相电压，在各相支路阻抗足够大的条件下，各相通过隔离采样单元输入端的电流可以足够小，其电流值为相电压除以一个隔离采样单元阻抗与一个限流电阻之和，此时控制单元3控制所述检测装置正常警示单元41工作，表示检测装置正常，放心使用；一旦发生某一相线与金属壳短路，则另外两相与金属壳之间的电压为线电压，此时通过隔离采样单元输入端的电流为正常情况下的1.73倍。此时，控制单元3控制漏电警示单元42工作，警示严重漏电，停止使用，必须检修。
本发明的其它实施例中，所述隔离采样单元可采用是光电耦合器，所述光电耦合器的二输入端通过限流电阻分别连接所述金属外壳和供电电源线，所述光电耦合器的输出接所述控制单元的输入端。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，包括金属壳、隔离采样单元、控制单元和警示单元，所述隔离采样单元的二输入端分别连接金属外壳和供电电源线，所述隔离采样单元的输出连接所述控制单元，所述控制单元的输出接所述警示单元，其特征在于所述每一条相线和零线与金属壳之间均设有一隔离采样单元，且所有相线通过接于相线上的隔离采样单元、金属壳、接于零线上的隔离采样单元及零线构成高阻回路，所述警示单元包括检测装置正常警示单元和漏电警示单元。
2.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述隔离采样单元是电流电压变换器，所述电流电压变换器的电流输入端通过一限流电阻连接所述供电电源线，所述电流电压变换器的电压输出端连接所述控制单元。
3.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述控制单元是CPU,所述CPU的第一输出端连接所述检测装置正常警示单元，所述CPU的第二输出端连接所述漏电警示单元，所述CPU根据输入端输入电压值的大小分别由二输出端口输出控制信号，分别控制所述检测装置正常警示单元或漏电警示单元。
4.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述检测装置正常警示单元和漏电警示单元为不同颜色的发光二极管警示装置、或语音报警装置、或远程网络报警装置,或其组合。
5.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述供电电源线对于单相供电的电器产品为两根，即相线和零线，此时所述隔离采样单元为两组分别连接相线和金属外壳及零线和金属外壳，所述两组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端；对于三相四线供电系统，且三相不平衡的电器产品，所述隔离采样单元为四组，所述四组隔离采样单元中的任一组的一输入端通过限流电阻分别连接三条相线和一条零线，所述四组隔离采样单元的另一输入端则连接所述金属外壳，四组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端；对于三相平衡供电系统的电器产品，所述隔离采样单元为三组，所述三组隔离采样单元中的任一组的一输入端通过限流电阻分别连接三条相线，所述三组隔离采样单元的另一输入端则连接所述金属外壳，三组隔离采样单元的输出端并联后接控制单元的输入端。
6.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述隔离采样单元是由整流器和霍尔元件构成，所述整流元件的二交流输入端分别连接所述金属外壳和通过限流电阻连接所述供电电源线，所述整流器的二直流输出端连接所述霍尔元件的输入端，所述霍尔原件的输出接所述控制单元的输入端。
7.根据权利要求1所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述隔离采样单元是光电耦合器，所述光电耦合器的二输入端通过限流电阻分别连接所述金属外壳和供电电源线，所述光电耦合器的输出接所述控制单元的输入端。
8.根据权利要求4所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述发光二极管警示装置包括发光二极管和控制开关，所述控制单元的输出接控制开关，所述控制开关与所述发光二极管串联后接电源。
9.根据权利要求2所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述控制单元是CPU、或模拟电路的电压控制器。
10.根据权利要求4所述的带自检功能的金属壳电器产品漏电报警装置，其特征在于所述控制开关为电子开关，或机械式电磁开关。
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