CN112769092A - 自动感知和漏电检测保护电路及应用 - Google Patents

Abstract

自动感知和漏电检测保护电路及应用，其原理是采用感应线圈检测火线四周的电磁场产生的感应电压，并把此感应电压传入到电器火线中，如果在电器的零线端能够检测到此感应电压，说明电器开关处于接通状态，控制器（MCU）就会发出接通电路的信号，驱动继电器给电器供电，反之控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源；通过采用感应线圈检测地线周围的磁场强度，判断出地线断开、地线带电（或电器壳体）、水体带电的情况，控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源，并发出报警信息。

Description

自动感知和漏电检测保护电路及应用

技术领域

本发明涉及安全保护领域，特别是一种感知供电和漏电检测保护电路。

背景技术

电力是现代文明的基础，全世界每年生产的电器数以亿计算，而用电安全是最基本的要求，正确的连接电源线，对于电器和人的安全至关重要。但是，由于错误的接线、电器老化、潮湿、沾水等原因，可能导致本来不应该带电的物体外表带电，极易导致人们触电。虽然，现在很多建筑都装有漏电保护器，但是，每年还是有很多人因为触电身亡，根本原因在于以下几种。

1.火线-零线反接，电器停止工作后，内部仍然带电，仍然可能导致漏电或触电事故。

2.线路老化、元件击穿、电路沾水导致地线、零线的意外带电，极易导致触电事故。

3.目前使用的漏电保护器跳闸电流一般为20-30Ma，大于人体安全电流(10mA)。

4.漏电保护器都依赖于正确的接线，一旦接线有问题，漏电保护将可能失效。

5.漏电保护器需要每月按一次，事实上很少能有人每月按一次，即使失效也不知道。

6.漏电保护器属于事后干预型，也就是形成漏电电流后或有人触电了才会跳闸。

7.漏电保护器是按照干燥环境下触电设计的，但是当人体处于潮湿或水中的情况下，人体安全电压会降低到12V，安全电流也会降低，极易发生触电事故。

因此，发明一种电器停止工作时就自动切断电源，并可以实时检测零线、地线、电器壳体、水体是否带电的电路，可以做到触电事故的发生前消除隐患，将会比现有的漏电保护器更加方便和安全。

目前虽然有一些漏电保护电路发明存在，但是都存在以下三个严重缺陷。

1、普遍以电源的地线作为零电压基准点，当没有地线或地线意外断开时保护功能就会失效。比如申请号为201310731745.0的发明专利，就是以地线为参考点，一旦地线未接或断开，整个电路将完全失效。再比如申请号为201310192009.2的发明，将压敏电阻RV1或RV2连接在火线和地线之间，当压敏电阻击穿后，极易导致地线异常带电，而事实上压敏电阻还存在漏电流，虽然单个的压敏电阻漏电流小于20毫安，但是如果整栋大楼有许多这样的设备时，从火线上流入地线的漏电流就会很大，就会导致大楼配电柜总漏电保护器不停跳闸，引起严重的停电事故，此类型专利根本就不具有实用价值。

2、以电源地线作为零电压基准点，在检测对象是火线时，如果连接在火线和地线间的元件被击穿，就会导致地线带电，从而使电器外壳带电，会极大的威胁人身的安全。比如华为公司授权号为 CN 107703414 B的发明专利，格力公司授权号为CN 109256763 B的发明专利，海尔公司公布号为CN 109581141 A发明专利等一大批相关专利，都存在同样的安全隐患。

3、有的发明以电源零线为零电压基准点，但是如果存在火线-零线接反，零线-地线接反，或者三相负载不均衡导致的零线电压升高，漏电检测电路就会失效或不准确，还可能对使用人员会危害更大。

本发明针对当前漏电检测技术的严重缺陷，提出了更加安全的漏电检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能自动感知电器用电状态，随着用电设备的关机-启动自动供断电，同时又能检测火线-零线反接、地线断开、地线带电、水体带电的电路及应用方法。

自动感知和漏电检测保护电路及应用，其原理是采用感应线圈检测火线四周的电磁场产生的感应电压，并把此感应电压传入到电器火线中，如果在电器的零线端能够检测到此感应电压，说明电器开关处于接通状态，控制器（MCU）就会发出接通电路的信号，驱动继电器给电器供电，反之控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源；通过采用感应线圈检测地线周围的磁场强度，判断出地线断开、地线带电（或电器壳体）、水体带电的情况，控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源，并发出报警信息。

根据上述发明的原理，自动感知和漏电检测保护电路及应用其特征是，由控制电路、检测电路、放大电路、低压直流电源、报警电路构成；其中控制电路中继电器的一对双联常开触点串联在电源和用电器之间的火线和零线中，继电器线圈和三极管的发射极、集电极串联后接在电源电路的正负极，三极管的基极串联基极电阻后接入控制电路中MCU的输出通道（DO）；检测电路包括火线检测线圈、零线检测线圈和地线检测线圈；火线检测线圈绕在火线与继电器触点的常带电端（输入端），线圈的一端悬空，另一端接在继电器火线输出触点上；零线检测线圈绕在继电器触点的零线输出线上，一端悬空，另一端串联电阻后接入放大电路的输入端；地线检测线圈绕在电器（或插座）的接电线端，一端串联电阻后接入放大电路的输入端，另一端悬空或接在水体中的检测电极上；放大电路为小信号放大器，其输出端接在控制电路的MCU的输入端口。

优选的，所述低压直流电源为隔离型低压直流电源、干电池、蓄电池中的一种。

优选的，所述报警电路具有灯光、声音报警功能，且接通和断开继电器时都会有声音提醒，并延时2-10秒后才发出切断或接通继电器的指令。

优选的，所述放置在水体中的检测电极为环形或桶型，环绕在可能的漏电点的电线周围。

附图说明

图1是本发明电路原理图。

图2是本发明应用在插座上的示意图。

具体实施方式

根据本发明的原理，自动感知和漏电检测保护电路及应用实例如下。

实例1。

自动感知和漏电检测保护电路及应用，如图1所示，低压直流电源由隔离变压器T1、电容C1、稳压管Z1构成，用于给控制电路、检测电路、放大电路、报警电路等构成。控制电路由三极管Q1、继电器KM1、电阻RQ构、控制芯片U1、耦合电容C2组成，其中继电器KM1的一对常开触点串联在火线和零线中，继电器KM1线圈与三极管Q1的发神极、集电极串联后接在电源的正负端，电阻RQ接在三极管Q1的基极和控制芯片U1的输出端（DO）之间。 工作指示灯LED、语言芯片U2、扬声器SPK构成报警电路，分别接在控制电路芯片U1的输出端口上。火线检测线圈L1绕在火线L的输入端，线圈L1的一端接在继电器KA1的一个常开触点火线输出端上A点上，线圈L1的另一端悬空，线圈L1与火线L之间绝缘。地线检测线圈L3绕在电源地线上，线圈L3的一端接在电阻RE上，电阻RE的另一端接在放大电路AE的输入端，放大电路AE的输出端接在控制电路的芯片U1（MCU）的输入端，线圈L3的另一端悬空（或者接在水体总的检测电极上，检测水体带电）。零线检测线圈L2绕在继电器KA1常开触点零线输出端B点侧，线圈L2的一端接在电阻RN上，电阻RN的另一端接在信号放大电路AN的输入端，放大器AN的输出端接在控制电路的芯片U1(MCU)的输入端。放大电路AE、AN都时由小信号放大器组成的放大电路，如AE虚线框内电路所示。

图1中电阻RL和开关SL所在的虚线框代表用电设备，P1代表插座（也可以不接插座），当用电设备开关SL闭合后，火线检测线圈L1感应的交变电压会通过RL传递到B点，从而在零线检测线圈L2上产生电压，经过放大电路AN放大后，进入到控制电路的U1(MCU)中，由内部的程序处理后，在三极管Q1的基极输出高电压，让继电器KA1线圈带电，继电器KA1串联在主电路中的常闭触点KA1闭合，用电设备RL开始正常工作。当用电设备RL的开关SL断开时，零线检测线圈L2上感应电压会消失，控制电路中的芯片U1检测到线圈L2上感应电压的消失会向三极管Q1的基极发送低电压，让继电器KA1断开，从而切断用电设备电源。当电源地线E的接地断开时，在由于火线与地线是靠近并行的，会在地线上感应出电压，从而在地线检测线圈L3上产生电压，然后通过电阻RE和放大电路AE输入到控制电路的芯片U1中，通过内置的程序判断后切断电源或马上在报警电路语言芯片U2和扬声器SPK输出报警信息。

如果电源输入线的火线-零线存在反接的情况，如图1中最右侧火线L和零线N括号内所标的情况下，火线检测线圈L1就没有感应电压，即使开关SL闭合，在线圈L2中也没有感应电压，继电器KA1就不会闭合，主电路中的用电设备RL也不会带电，也就在零线-火线存在接反的情况下，电路不对外供电。

如图2所示，电路放置在插座内部，检测电极环2与地线检测线圈的C点用导线连接，当插座面板中的检测电极环2带电时，电压会通过电阻RE和放大电路AE进入到控制电路芯片U1中，在芯片U1内部程序控制下切断主电源或给出报警信息。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明原理的一种应用情况，在不脱离本发明原理的前提下，仅仅改变元器件结构、型号、数量、外形、材质、安装方式、尺寸，安装方式等参数，这些变化和改进都属于本发明的范围。

Claims (6)

1.自动感知和漏电检测保护电路及应用，其原理是采用感应线圈检测火线四周的电磁场产生的感应电压，并把此感应电压传入到电器火线中，如果在电器的零线端能够检测到此感应电压，说明电器开关处于接通状态，控制器（MCU）就会发出接通电路的信号，驱动继电器给电器供电，反之控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源；通过采用感应线圈检测地线周围的磁场强度，判断出地线断开、地线带电（或电器壳体）、水体带电的情况，控制器（MCU）就会发出断开继电器电路的信号，切断电器电源，并发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的自动感知和漏电检测保护电路及应用，其特征是由控制电路、检测电路、放大电路、低压直流电源、报警电路构成；其中控制电路中继电器的一对双联常开触点串联在电源和用电器之间的火线和零线中，继电器线圈和三极管的发射极、集电极串联后接在电源电路的正负极，三极管的基极串联基极电阻后接入控制电路中MCU的输出通道（DO）；检测电路包括火线检测线圈、零线检测线圈和地线检测线圈；火线检测线圈绕在火线与继电器触点的常带电端（输入端），线圈的一端悬空，另一端接在继电器火线输出触点上；零线检测线圈绕在继电器触点的零线输出线上，一端悬空，另一端串联电阻后接入放大电路的输入端；地线检测线圈绕在电器（或插座）的接电线端，一端串联电阻后接入放大电路的输入端，另一端悬空或接在水体中的检测电极上；放大电路为小信号放大器，其输出端接在控制电路的MCU的输入口。

3.根据权利要求1、2所述的自动感知和漏电检测保护电路及应用，其特征是低压直流电源为隔离型低压直流电源、干电池、蓄电池中的一种。

4.根据权利要求1、2所述的自动感知和漏电检测保护电路及应用，其特征是报警电路具有灯光、声音报警功能，且接通和断开继电器时都会有声音提醒，并延时2-10秒后才发出切断或接通继电器的指令。

5.根据权利要求1、2所述的自动感知和漏电检测保护电路及应用，其特征是放置在水体中的检测电极为环形或桶型，环绕在可能的漏电点的电线周围。

6.上述权利项1-5单独或组合应用在各种电器中的权利。

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