CN111765649B - 一种带电压感应式漏电保护的电热水器及其报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带电压感应式漏电保护的电热水器及其报警方法，其中电热水器包括电源板和控制电源板供电通道的控制器，还包括用以感应电热水器管道和/或外壳上漏电电压电场强度的电压感应式报警装置，电压感应式报警装置电连接所述控制器从而向其输送漏电信号。本发明通过采用电压感应式检测，无需物理接触，即可进行电热水器的安全监测，进而在漏电发生时快速及时切断电源，解决一惯有防电墙但还是出现频频电击伤人事故，杜绝热水器电击伤人。

Description

一种带电压感应式漏电保护的电热水器及其报警方法

技术领域

本发明涉及电热水器的漏电保护，特别涉及一种带电压感应式漏电保护的电热水器及其报警方法。

背景技术

对于电热水器，若其出现用电不规范、地线不良、地线带电、外部设备如增压泵漏电传导到电热水器、内部线老化破损、安装不良、电热管或各种电器部件老化或损坏等情况，均可能导致电热水器漏电，危害用户安全。

但现有的电热水器，除开接地外，一般只通过防电墙或电流互感检测进行漏电保护。

对于防电墙方案，常规做法是在电热水器的进出水接口上增设防电墙，利用防电墙延长水路长度，基于水电阻衰减特性实现漏电保护，这种方案只能防备内胆或水体出现带电，对由地线不良、地线带电、内部线损坏、电器部件老化损坏或其他原因导致的电热水器外壳带电则无法保护。

而对于电流互感检测方案，其作法是采用电流互感器套设于进出水管道上，利用电磁感应原理检测管道上有无电流流过，流过则发出信号给到电热水器控制器，由控制器切断电源板电源实现保护，该方案的缺陷是，电流互感器需通过线圈实现一次侧到二次侧的电流感应转换，故结构限定为环形，需套在管道上才能使用，导致只能检测内胆或水体带电所导致的管道带电，对于外壳带电情况无法检测，此外，电流互感检测方案由于检测的是电流，需依托电感线圈实现，成本较高，对于成本控制亦无优势可言。

发明内容

本发明为解决或部分解决现有技术的不足之处，而提供一种带电压感应式漏电保护的电热水器及其报警方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

提供一种带电压感应式漏电保护的电热水器，包括电源板和控制电源板供电通道的控制器，还包括用以感应电热水器管道和/或外壳上漏电电压电场强度的电压感应式报警装置，电压感应式报警装置电连接所述控制器从而向其输送漏电信号。

进一步地，所述电压感应式报警装置设于电热水器的进水口、出水口或排污接口与外壳的交界处，从而得以同步感应进水口、外壳、内胆以及内部线的漏电信号，并能感应由水泵漏电、地线漏电等外界漏电引起的外壳带电情况，实现电热水器的360度漏电监测。

进一步地，所述交界处设有接口装饰盖，接口装饰盖包含底座、盖体，底座为中部凹陷的环形卡槽，环形卡槽的内环开口与其装配的接口适配，底座的外环卡接外壳，盖体装配在底座上并盖住底座的中部凹陷处从而形成密闭腔室，所述电压感应式报警装置内藏于密闭腔室中，并通过电线所述控制器相连。

进一步地，所述电压感应式报警装置向所述控制器输送的漏电信号包含用以表征漏电情况的高低电平，以使控制器得以接收到高电平后立即控制电源板切断电热水器的主电源，确保断电速度。

进一步地，所述电压感应式报警装置向所述控制器输送的漏电信号包含随漏电电压电场变化的感应电压，感应电压输送至控制器的AD通道，以使控制器得以区分交直流电及其电压，从而视情况发出不同级别的警示。

进一步地，所述电压感应式报警装置独立供电且自带有警示装置，目的在于摆脱电热水器的供电影响，避免线路异常时串电至电压感应式报警装置，影响其检测，实现在极端情况如电热水器线路老化或控制器因漏电工作失常的情况下，也可确保由电压感应式报警装置自身发出警示，提醒用户立即撤离危险区域。

进一步地，电热水器上设有电连接控制器的以下一者或多者：

语音系统，用于实现语音警示；

电力载波模块，用于向外部电力载波控制器传输用于警示的电力载波信号，实现与智能家居接轨；

网联通讯模块，用于向外部网联终端发送无线报警信号，实现远程报警。

进一步地，所述电压感应式报警装置包含探针、电压放大器和非门DA，探针用以感应漏电电压的电场强度，其一端经电压放大器连接至非门DA，非门DA的输入端和/或输出端电连接所述控制器，其结构简化，部件少，成本低。

进一步地，所述电压放大器包含非门Dl、非门D2、电阻器Rl、电阻器R2、电阻器R3、电容器Cl、电位器RP，探针的一端依次串联非门Dl、非门D2后连接至所述非门DA，该端还依次串联电阻器Rl、电容器Cl至地，非门Dl、非门D2之间的接点依次串联电阻器R3、电位器RP至地，电阻器Rl、R3之间跨接所述电阻器R2，非门Dl、D2和电阻器Rl-R3、电位器RP和电容器Cl组成一电压放大器，用以对探针感应所得的电压进行放大。

进一步地，所述电压感应式报警装置还包含二极管VD、非门D5、非门D6、蜂鸣器HA、电源开关S、电池片GB、电阻器R5、电阻器R6、电容器C2，所述非门DA的输出端连接至二极管VD的阴极，二极管VD的阳极依次串联非门D5、非门D6、蜂鸣器HA、电源开关S、电池片GB后连接至地，电阻器R5一端连接非门D5的输入端，电阻器R6一端连接非门D6的输入端，电容器C2一端连接非门D6的输出端，电阻器R5、电阻器R6、电容器C2的另一端共接至一起，非门D5、D6和电阻器R5、R6、电容器C2组成多谐振荡器，用以给出震荡信号，驱动蜂鸣器HA发出警示声。

还提供上述电热水器的报警方法，包括：

区分所述漏电电压的交直流属性；

根据所述漏电电压的交直流属性及其电压，分类实施不同级别的保障措施。

其中，所述分类实施不同级别的保障措施，进一步包括：

当检测到所述漏电电压是交流电压≤E，或直流电压≤A时，不作警示；

当检测到所述漏电电压是E≤交流电压＜F，或A≤直流电压＜B时，以低频实施警示但不切断与电压感应式报警装置所连接的外部设备的电源；

当检测到是F≤交流电压＜G，或B≤直流电压＜D时，以中频实施警示，切断所述电源；

当检测到是交流电压＞G，或直流电压＞D时，以高频实施警示，切断所述电源；

上述中，E＜F＜G，A＜B＜D。

本发明通过采用电压感应式检测，无需物理接触，即可进行电热水器的安全监测，进而在漏电发生时快速及时切断电源，解决一惯有防电墙但还是出现频频电击伤人事故，杜绝热水器电击伤人。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1示出了本发明电热水器的正视图；

图2示出了本发明电热水器的局部剖面图；

图3示出了本发明电热水器的仰视图；

图4示出了图2中A处的放大图；

图5示出了本发明电压感应式报警装置的电路图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

见图1至图3，电热水器的外壳1内设有储水箱8，发热管7横置于储水箱8，外壳1底部具有经管道分别连通至储水箱8的进水口3、出水口4、排污接口9，其中，排污接口9上可拆卸安装有排污接口堵头10，用以在无需排污时对排污接口9进行密封。

上述中，进水口3、出水口4、排污接口9与外壳交界处均设有接口装饰盖。见图4，进水口3处的装饰盖分为两部分，一部分为底座12，一部分为盖体13，底座12为中部凹陷的环形卡槽，环形卡槽的内环开口与进水口3适配，其外环卡接外壳1实现固定。盖体13通过螺丝装配在底座12上并盖住底座12的中部凹陷处，从而形成密闭腔室。

电热水器上设有基于电压感应式检测漏电信号的电压感应式报警装置5，电压感应式报警装置5内藏于密闭腔室中，并通过电线与图1中的控制器2相连。由于电压感应式报警装置5设于进水口3与外壳1交界处，其可同时感应进水口3、外壳1、内胆以及内部线的漏电信号，并能感应由水泵漏电、地线漏电等外界漏电引起的外壳1带电情况，实现电热水器的360度漏电监测。

使用时，当电压感应式报警装置5检测到有大于12V的漏电电压时，电压感应式报警装置5发出报警信号给到控制器2，触发控制器2控制电源板11切断电热水器的主电源，进行漏电保护。

具体而言，电压感应式报警装置5由图5所示电路组成，其中，探针用以感应电场信号，连接时，将探针的一端依次串联非门Dl、D2，同时，探针的该端依次串联电阻器Rl、电容器Cl至地，非门Dl、D2之间的接点依次串联电阻器R3、电位器RP至地，电阻器Rl、R3之间跨接一电阻器R2，则非门Dl、D2和电阻器Rl-R3、电位器RP和电容器Cl组成一电压放大器，用以对探针感应所得的电压进行放大。

电压放大后，分两路分别送入非门D3、D4，非门D3、D4在电路中起信号控制作用。

接着，将非门D3的输出端连接至二极管VD的阴极，二极管VD的阳极依次串联非门D5、D6、蜂鸣器HA、电源开关S、电池片GB后连接至地，电阻器R5一端连接非门D5的输入端，电阻器R6一端连接非门D6的输入端，电容器C2一端连接非门D6的输出端，电阻器R5、电阻器R6、电容器C2的另一端共接至一起，则非门D5、D6和电阻器R5、R6、电容器C2组成多谐振荡器，用以给出震荡信号，驱动蜂鸣器HA发出警示声。

此外，还将非门D4的输出端连接至晶体管V的基极，晶体管V的集电极连接发光二极管VLl阴极，发光二极管VLl阳极经电阻器R4连接至蜂鸣器HA与电源开关S之间的接点，该接点还经电阻器R7、发光二极管VL2连接至地，则晶体管V、电阻器R4、R7和发光二极管VLl、VL2组成LED指示电路，用以实现灯光警示。

用上述电路通过实验设定电压放大器的放大倍数，使其在外部漏电达到12V时，探针的感应电压恰好驱动D3和D4的输出端出现电平跳变，则：

接通电源开关S后，电源指示发光二极管VL2点亮，D3和D4均输出低电平，HA不发声，VLl不发光。

在接地不良、地线带电、外界漏电、内部线老化损坏或安装不当造成漏电≥12V时，探针会感应到微弱的电场信号，此信号经电压放大器进行合适放大整形后，恰好使D3和D4的输出端变为高电平，进而，D3输出的高电平使二极管VD截止，多谐振荡器振荡工作，蜂鸣器HA发出警示声，D4输出的高电平使V导通，VLl发光，指示漏电。

对上述电路，通过调节RP的阻值，可改变声光警示的灵敏度。

此外，改变R6的阻值或改变C2的容量，可改变多谐振荡器的振荡频率，从而改变HA发声的音调。

此处需说明的是：

(1)电压感应式报警装置5采用独立供电，目的在于摆脱电热水器的供电影响，避免线路异常时串电至电压感应式报警装置5，影响其检测，确保电压感应式报警装置5作为独立系统进行使用；

(2)电压感应式报警装置5采用数电模电设计，结构简单、部件少，较之电流互感检测方案可极大降低成本，且可避免引入控制器实施逻辑运算，可确保检测时效性，避免因逻辑运算带来的计算时延，以及控制器供电不稳定导致的检测失常；

(3)通过在电压感应式报警装置5中以数电模电形式实现声光报警，在极端情况如电热水器线路老化或控制器2因漏电工作失常的情况下，也可确保由电压感应式报警装置5自身发出警示，提醒用户立即撤离危险区域。

见图5，用电线将非门D4(也可以是D3)的输出端连接至控制器2，从而给予控制器2高低电平，控制器2接收到高电平立即控制电源板11切断电热水器的主电源，此方案中不采用编码方式传输信息，以免控制器还需逻辑运算产生时延，而是通过高低电平，确保断电速度。

进一步地，为细分漏电的具体电压大小，用电线将电压放大器放大后的信号引入至控制器2的AD通道，则可通过控制器2细分电压，此外，基于交流电工频50、60或80hz，直流电稳定不变的特点，还可用控制器2区分是交流漏电还是直流漏电，从而视情况发出不同级别的警示。

具体地，当漏电为交流电时，探针感应到的电场信号也会交替变化，控制器2读取交替变化的频率，若频率为50、60或80hz，则认定为交流漏电，若频率长时间稳定不变，则认定为直流漏电，并且，通过将探针电热水器上的位置固定且控制其到外壳1、进水口3的最短距离相同，然后测算外壳1或进水口3在出现不同漏电电压时，电压放大器输出的电压大小，根据两者关系建立映射表存储于控制器2内，控制器2即可根据电压放大器放大后电压换算漏电实际电压，在此基础上，通过在电热水器上设置独立于电压感应式报警装置5的智能语音系统(如声光报警模块)，智能语音系统与控制器2电连接，则控制器2可实施如下控制：

(1)当检测到是交流电压≤E，或直流电压≤A时，不作警示；

由于交流下，零线漏电和火线漏电危害程度不同，零线漏电电压较小，一般低于电压E，零线漏电虽有发生漏电情况，但程度并不危害用户安全，因此当检测到是交流漏电且电压≤E时，认定为零线漏电，此时不作警示；

对于直流漏电，由于因电热水器老化或其他因素可能导致直流电压浮动，故设置一漏电预警电压A，检测到是直流漏电且电压≤A时，意味着虽有漏电情况但程度轻微，隐患较低，故同样不作警示。

(2)当检测到是E≤交流电压＜F，或A≤直流电压＜B时，控制器2自动记录出现的不良状态，然后控制智能语音系统的警示灯低频闪烁、蜂鸣器低频蜂鸣、语音模块语音警示，提醒用户注意安全，但不切断电源；

上述中，F为交流情况下的的人体安全电压门限，F＞E，当属于交流漏电且E≤交流电压＜F时，意味着是火线漏电，火线漏电隐患较大，但电压还未超过交流下的人体安全电压门限F，故并不危害用户安全，因此以低频形式提醒用户注意，同样不切断电源；

对于直流漏电，同样设置直流情况下的人体安全电压门限B,在直流情况下，低于B时并不危害用户安全，因此检测到是直流漏电且或A≤直流电压＜B时，说明隐患加深，则以低频形式提醒用户注意，同样不切断电源。

(3)当检测到是F≤交流电压＜G，或B≤直流电压＜D时，控制器2自动记录出现的不良状态，然后控制警示灯中频闪烁、蜂鸣器中频蜂鸣、语音模块语音警示，同时切断电源，提醒并保障用户注意安全；

G与D分别为交直流中的危险电压，当检测到电压处于F≤交流电压＜G或B≤直流电压＜D的范围区间内，说明电压足以对人体造成伤害，则中频形式较为频繁尖锐地提醒用户注意，并主动切断电源保障用户安全。

(4)当检测到是交流电压＞G，或直流电压＞D时，控制器2自动记录出现的不良状态，控制警示灯高频闪烁、蜂鸣器高频蜂鸣或语音警示、语音模块语音警示，并切断电源，提醒用户注意安全。

本实施例基于频率分析，可实现对交直流电进行区分，为电热水器不同情况漏电的分类提醒给出前提，在此基础上，基于零线漏电、火线漏电及电压漏电严重程度，分级别实施保障措施，便于用户、维修人员定位问题，实施相应处理。

此外，本实施例通过采用电压感应式检测，无需物理接触，即可进行电热水器进出水口、外壳、内胆、电热管、挂脚、热水输出端、冷水输入端等360度的安全监测，不管是因接地不良、地线带电、外界漏电、内部线老化损坏或安装不当造成的漏电，均能做到快速及时切断电源，解决一惯有防电墙但还是出现频频电击伤人事故，彻底解决漏电问题，杜绝热水器电击伤人。

进一步地，本实施例的电压感应式报警装置5可与防电墙设于一体，形成感应式防电墙保护警示器。

实施例2

实施例2在实施例1的基础上，在电热水器上增设电力载波模块，电力载波模块与控制器2通讯，当检测到有大于12V的漏电信号时，电压感应式报警装置5发出报警信号给到控制器2，触发控制器2控制电源板11切断电热水器的主电源，语音提示，同时控制器2通过电力载波模块经相电线向外部电力载波控制器传输电力载波信号，外部电力载波控制器可与智能家居类其他设备互连，在接收到电力载波信号后，发出警示。

用户根据提示的信号立即撤离危险区域，请专业人士进行维修，减少事故发生。

实施例3

实施例3在实施例1或2的基础上，在电热水器上增设电连接控制器2的网联通讯模块，如蓝牙模块、WIFI模块等，网联通讯模块与路由器或手机、平板电脑进行联网通讯，当检测到有大于12V漏电信号时,电压感应式报警装置5发出报警信号给到控制器2，触发控制器2控制电源板11切断电热水器的主电源，语音提示，同时控制器2通过网联通讯模块向互联网平台、厂商平台、电力局发出无线报警信号，互联网平台、厂商平台、电力局收到信号后，通知用户撤离危险区域。

实施例4

实施例2在实施例1的基础上，将电压感应式报警装置5中的非门D3、D4改为用单片机实施，具体地，非门D2的输出端连接至单片机的AD通道，单片机的IO脚连接至二极管VD的阴极和晶体管V的基极，工作时，单片机经其AD感知到漏电≥12V则控制相应IO脚拉低。

进一步地，可在上述单片机的基础上，省去由非门D5、D6和电阻器R5、R6、电容器C2组成多谐振荡器，改为由单片机直接输出震荡信号至蜂鸣器HA。

需说明的是：

上述实施例中，电压放大器可为采用其他实现方式，如运算放大器；

电压感应式报警装置5也可设于出水口4处；

可用上述实施例中的电压感应式报警装置5，为其他设备、供水系统、各种冷热水龙头等实施漏电监测，如用在用户供水端作为供水的安全性带电输入漏电检测、装在地线端作为地线带电检测、用在用电设备上作为用电设备漏电检测、用在非用电设备作为使用安全检测防其它设备漏电带电输入。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种带电压感应式漏电保护的电热水器，包括电源板和控制电源板供电通道的控制器，其特征在于：还包括用以感应电热水器管道和/或外壳上漏电电压电场强度的电压感应式报警装置，所述电压感应式报警装置设于电热水器的进水口、出水口或排污接口与外壳的交界处，所述交界处设有接口装饰盖，接口装饰盖包含底座、盖体，底座为中部凹陷的环形卡槽，环形卡槽的内环开口与其装配的接口适配，底座的外环卡接外壳，盖体装配在底座上并盖住底座的中部凹陷处从而形成密闭腔室，所述电压感应式报警装置内藏于密闭腔室中，并通过电线所述控制器相连，从而向电压感应式报警装置输送漏电信号，控制器区分漏电信号是交流漏电还是直流漏电，从而发出不同级别的警示。

2.如权利要求1所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器，其特征在于：所述电压感应式报警装置向所述控制器输送的漏电信号包含用以表征漏电情况的高低电平。

3.如权利要求1或2所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器，其特征在于：所述电压感应式报警装置向所述控制器输送的漏电信号包含随漏电电压电场变化的感应电压，感应电压输送至控制器的AD通道。

4.如权利要求1所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器，其特征在于：所述电压感应式报警装置独立供电且自带有警示装置。

5.如权利要求1或4所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器，其特征在于：电热水器上设有电连接控制器的以下一者或多者：

语音系统，用于实现语音警示；

电力载波模块，用于向外部电力载波控制器传输用于警示的电力载波信号；

网联通讯模块，用于向外部网联终端发送无线报警信号。

6.如权利要求1所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器，其特征在于：所述电压感应式报警装置包含探针、电压放大器和控制单元，探针用以感应漏电电压的电场强度，其一端经电压放大器连接至控制单元，控制单元的输入端和/或输出端电连接所述控制器。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器的报警方法，其特征在于，包括：

区分所述漏电电压的交直流属性；

根据所述漏电电压的交直流属性及其电压，分类实施不同级别的保障措施。

8.如权利要求7所述的一种带电压感应式漏电保护的电热水器的报警方法，其特征在于，所述分类实施不同级别的保障措施，进一步包括：

当检测到所述漏电电压是交流电压≤E，或直流电压≤A时，不作警示；

当检测到所述漏电电压是E≤交流电压＜F，或A≤直流电压＜B时，以低频实施警示但不切断与电压感应式报警装置所连接的外部设备的电源；

当检测到是F≤交流电压＜G，或B≤直流电压＜D时，以中频实施警示，切断所述电源；

当检测到是交流电压＞G，或直流电压＞D时，以高频实施警示，切断所述电源；

上述中，E＜F＜G，A＜B＜D。

Images