CN1195311C - 接地故障断路器的反接线保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于接地断路器的反接线保护装置，包括脱扣器和控制脱扣器闭合和断开的控制电路，脱扣器具有带平台(307′)的拉杆(307)、呈L形的闸片(505)、与闸片(505)结合并随拉杆上下移动的平衡架(319)、带动闸片以便锁定和释放拉杆的脱扣线圈(502)、和使脱扣线圈通电和断电的接触开关(K)，使接地故障断路器具有新保护功能，即当使用者不小心而将电源线与负载线接反时接地故障断路器不能复位，而在正确安装时故障断路器才能正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及接地故障保护，特别涉及对接地的故障电流起作用的保护电路装置。
背景技术
目前，由于接地故障断路器能有效防止人身触电以及接地故障造成设备及火灾事故，因而受到广泛应用。
随着科学技术的发展，接地故障断路器向高性能、多功能方向发展，以往的接地故障断路器一般都不具备反接线保护功能，因而当使用者把输入电源端与负载端反接时会造成不良的后果，而本反接线保护装置是专门为了弥补这种缺陷的一种新发现，它使整个接地故障断路器的功能更加完善，提高了接地故障断路器的安全性能。
GFIC插座不仅可以通过顶盖面板的插孔来连接负载，又可以通过负载接线螺钉来连接负载，因而在安装和使用GFCI时往往会因为某些原因把GFCI的电源端(Line)和负载端(Load)反接，这样，GFCI起不了应有的保护作用，而且会引起更不利的现象发生。
发明内容
为叙述方便，以下接地故障断路器以英译名Ground Fault Circuit Interrupter字头GFCI代替。
本发明目的在于提供一种具有由特殊脱扣器和相应控制电路构成的具有反接线保护置的接地故障断路器。
为实现上述发明目的，本发明的用于接地故障断路器的反接线保护装置，包括：拉杆、闸片、平衡架、脱扣线圈、接触开关和控制电路，其中
所述拉杆一端具有平台、另一端具有复位按钮并具有第一轴线，所述拉杆上套有复位弹簧，所述平台具有上表面和相对的下表面，所述拉杆沿所述第一轴线在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述拉杆使所述接触开关接通，在所述第二位置，所述平台的所述上表面接触所述闸片，并使所述拉杆通过所述闸片而带动所述平衡架；
所述闸片具有成90°L形的第一部分和第二部分；
所述平衡架可以在所述闸片带动下沿所述第一轴线方向移动，从而带动所述接地断路器的动触片以便使所述接地断路器的动静触点接通和断开；所述脱扣线圈包括线圈、脱扣弹簧和可沿垂直于所述第一轴线的第二轴线移动的衔铁，所述衔铁的一端结合所述闸片的所述第一部分，从而带动所述闸片沿所述第二轴线在锁定位置和非锁定位置之间移动，在所述锁定位置，所述闸片的所述第二部分阻挡所述平台的所述上表面或所述下表面，在所述非锁定位置，所述衔铁带动所述闸片克服脱扣弹簧的弹力移动，从而释放所述平台；
所述接触开关接触时，直流电源通过电容的充电作用在电阻上产生一个20～40mS的可控硅触发信号，使可控硅导通，致使连接所述可控硅的所述脱扣线圈保持20～40mS的通电时间，从而保证接地故障断路器可靠复位。
使用本发明时，如果使用者误把电源线与负载线反接时，GFIC不通电。因此本技术使接地故障短路器性能有较大提高，对使用者更加安全、可靠。
参照附图和本发明实施例的详细说明可以更清楚地理解上述目的、结构特征及其优点。
附图说明
图1是本发明GFCI插座的外观立体图；
图2(a)是本发明GFCI插座的分解视图；
图2(b)是本发明GFCI插座的另一分解视图；
图3是表示反接线保护装置在插座处于脱扣状态时的装配位置关系视图；
图4a和4c分别为从不同角度看到的脱扣器立体图；
图4b为组装后的脱扣器立体图；
图5为脱扣器脱扣状态横截面图；
图6为脱扣器从脱扣状态到闭合状态的横截面图；
图7为显示触点位置的部分横截面图；
图8为脱扣器闭合状态横截面图；
图9为本发明的GFCI电路图；
图10为本发明的GFCI面板插孔反接线时不带电电路图。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。
具体实施方式
GFCI有插座、插头插座等多种形式，反接线保护装置是专门用在GFCI插座上的一种保护装置。下面参照附图详细说明本发明的机构配合位置关系、工作原理。
图1为是本发明GFCI插座的外观立体图。其中401为复位键(RESET)，402为测试键(TEST)，101为电源插孔，102为圆形接地插孔，304为安装片(其中带有绿色接地螺钉，图1未显示)，103为负载(Load)接线螺钉(其中另一只在GFCI对称面，图1未显示)，104为电源(Line)接线螺钉(其中另一只在GFCI对称面，图1未显示)，301为GFCI底盖，302为GFCI基座，303为GFCI顶盖。
图2为本发明GFCI插座的分解立体图，为了便于清楚显示整个插座的安装位置关系，从两个不同角度观看，从而图2a和图2b两个图。由图中可以看到，整个GFCI由底盖301、基座302、顶盖303、脱扣器部件B-5、动基-集成电路部件B-6、静触片316、静触银点317、测试杆403、测试键402、复位件401、复位弹簧320、拉杆307、平衡架319、连接板304(附有接地螺钉、接地触片、铆钉)、负载接线螺钉103、压线板106、紧固螺钉105等部件组成。其中脱扣器部件B-5通过接线针506与动基-集成电路部件B-6焊接在一起，并由下往上嵌入基座302的相应位置上，其他部件先后依次装上，接触开关K与动基-集成电路部件B-6相连并通过底盖301上的圆柱孔使之定位；由于基座302上设有相应的脱扣器卡槽，因而当脱扣器部件B-5嵌入其中时就会受到相应的定位；此外，由于脱扣器部件B-5上的平衡架319的两个挂臂刚好嵌在基座302上的卡槽内，而底盖301上突起的圆柱顶端在插座处于脱扣状态时正好顶在平衡架319底端的定位圆槽内，这样就保证了拉杆307、平衡架319上的第一定位通孔319a、接触开关装配后始终固定在同一直线上；整个结构通过四个紧固螺钉连接在一起。其装配位置关系详见图3。
图3是表示反接线保护装置在插座处于脱扣状态时的装配位置关系视图，其中501为线圈骨架，502为脱扣线圈，503为脱扣弹簧、504为衔铁，505为闸片，N1为中性磁环，N2为检测磁环，319为平衡架、601为动基架、线圈骨架501由基座302上的卡槽横向定位，由动基-集成电路部件B-6纵向定位，使得位于脱扣线圈502中心孔内的衔铁504只能沿一个固定的水平面来回弹性移动。与衔铁504相连的闸片505上设有一个滑动槽505a，衔铁504的连接槽504a正好卡在这个滑动槽505a的两侧，使闸片505既可以由衔铁504带动来回移动，又可以由拉杆307带动做上下移动。
下面详细说明本发明GFCI中的反接线保护装置的结构及其操作。
反接线保护装置由特殊的脱扣器和相应的控制电路构成。
图4为脱扣器立体图，其中图4a和4c是从两个不同角度观看的脱扣器分解立体图，图4b是组装后的脱扣器立体图。如图所示，脱扣器由脱扣线圈502、脱扣弹簧503、衔铁504、复位按钮401、复位弹簧320、闸片505、接触开关K及拉杆307构成，将金属圆棒与复位按钮401热注在一起而组成拉杆307，拉杆307下端有一平台307′，其平台307’上表面以“L”表示，平台下表面以“R”表示。闸片锁孔505b具有右垂直面D和左圆弧面H。其中，平衡架319具有分别沿第一轴线P和第二轴线A方向的第一开口319a和第二开口319b，所述拉杆307包括延伸到所述的平衡架319第一开口319a内的部分，所述闸片505的第二部分505b延伸到所述的平衡架319第二开口319b内。当处于脱扣状态时，闸片505的圆弧面H在脱扣弹簧503的回复弹力作用下而紧靠在拉杆307下端的锥体上，由于拉杆307下端上具有平台307’，因此当复位按钮401在脱扣线圈502不通电时不能复位。这是本发明GFCI起反接线保护作用的关键所在，下面将说明其操作。
图5为脱扣器脱扣状态的横截面图。图6为脱扣器由脱扣状态到闭合状态的横截面图。当对复位按钮施加向下的压力时，拉杆307沿箭头P所示的第一轴线方向P移动，当拉杆平台307’的面R与闸片505接触或即将接触时，拉杆307的锥体使微型开关K接通，致使脱扣线圈502中通过电流，此电流产生磁力带动衔铁504沿箭头A所示的第二轴线方向A移动，由于闸片505与衔铁504相连，闸片锁孔505a也沿箭头A所示方向移动，使原来紧靠拉杆307锥体的闸片H面离开锥体，当闸片505的H面移至一定位置时，此时由于P压力的存在，闸片505突变到拉杆平台307’的上表面L面。
图7为显示触点位置的部分横截面图。其中，由于控制电路作用，脱扣线圈502通电时间约为20-40mS。如上所述，当闸片505突变到拉杆平台307’的上表面L时，脱扣线圈502中已没有电流通过，磁力消失，这样在脱扣弹簧503的作用下，衔铁504沿箭头A的反方向移动，使闸片505的H边再次靠近拉杆307，除去压力P后拉杆307在复位弹簧320作用下，带动平衡架319上移，平衡架319再带动动触片321具有动触银点318的一端上移，使动触银点318与静触片316上的静触银点317接触，此时GFCI接通。动触片321另一端固定在动基-集成电路部件的动基架601上。图8为脱扣器闭合状态横截面图。其中由于静触片316的定位和复位弹簧320的回复弹力作用，使动触银点317和静触银点318始终保持良好接触。
下面说明本发明反接线保护装置的控制电路。
图9为典型的GFCI电路图。其中二极管D1～D4构成整流电路，其交流输入端与GFCI电流端(Line)相连，电阻R4为滤波电阻，电容C5为滤波电容。接触开关K与电阻R4、电容C5相连，接触开关K另一端与电阻R2、电容C6相连，电阻R2、电容C6另一端与可控硅VD5控制极和电阻R3相连，可控硅阴极、电阻R3与D2、D4相连，脱扣线圈J一端与GFCI电源端相连，另一端与可控硅阳极相连，其他电路与GFCI的反接线保持装置无关，将要下文中另作说明。另外，上述的接触开关K最好是微型开关。
控制电路的电源与GFCI的电源相连，当GFCI带电时，GFCI控制电路同时带电。如图4所示当在复位键加下压力时，拉杆307以箭头P所示方向移动，当拉杆平台307′的“R”面与闸片505接触或即将接触时，拉杆307锥体使接触开关K接通，如图9所示，可看到此时直流电源通过电容C6充电在电阻R3产生一个约有20～40mS的触发信号，此信号使可控硅VD5导通，脱扣线圈502通过电流，其通电时间约20～40mS，也就是说脱扣线圈502会产生一个时间约为20～40ms的电磁力作用于衔铁504。如上所述，充电电容C6与电阻R3构成充电电路，该电路与接触开关K串接，可控硅VD5与脱扣线圈502串接，并且电阻R3与可控硅VD5的触发端连接，这种电路安排实际上就构成了一个在接触开关接通时，维持所述脱扣线圈502持续通电一定时间的通电保持电路。
当反接线时，电源与负载线(load)端相连，这样在复位件403没有闭合之前，控制电路不带电，因此即使接通接触开关，也不能使脱扣线圈502通电。在此情况下，脱扣线圈502不能产生一个相应的电磁力来作用于衔铁504，因此衔铁504不能带动闸片505沿箭头A所示方向移动，致使拉杆平台307’无法通过闸片锁孔505b，因而GFCI不会接通，从而达到反接线保护功能。
图10是GFCI面板插孔反接线时不带电电路图。由于增加了两个触点，使与负载端相连的触点与静触片断开，这样当反接线时，不仅整个GFCI的控制电路不通电，同时也保证了面板插孔也不带电，其他都与图9所示的GFCI电路相同，这里不另作说明。
下面对整个GFCI的电路原理进行详细说明。
接地故障保护电路由传感器、电子线路、脱扣检测电路、测试机构和复位机构组成。传感器由检测线圈、中性误接地保护线圈组成。检测线圈由高初导磁率的国内牌号为1J85、厚度为0.35mm的玻莫合金冲片叠层组成，每片间由硅脂粘结，外有塑料保护盒，用Φ＝0.085mm的漆包线绕制而成，其中绕制匝数约为850匝左右。中性误接地保护线圈由宽温度系数、高μ值锰锌铁氧体外涂塑料保护层，绕180匝漆包线构成。
电子线路由直流电源、集成IC放大电路、中性误接地保护电路、脱扣器控制电路和反接线控制电路组成。其中直流电流由二极管D1～D4组成，D1和D2的连接点、D3和D4的连接点构成交流输入端与GFCI的电源(Line)端连接，D2、D4连接处为直流电源负载端，此处在以后叙述称“地”。D1、D3连接处为直流电源正端，与滤波电阻电阻R4连接，电阻R4另一端与滤波电容C5一端连接，电容C5另一端与地连接，电容C5两端26V左右的直流电压为电子线路的直流电源。集成电路IC放大电路为美国仙童半导体公司(FIRCHILD SEMICOKDVCTOR)生产的GFCI专用集成电路RV4145A。
检测线圈的一个输出端串联电容C1，电容C1另一端与IC的一个输入端脚连接，检测线圈的另一端与IC的一个输入端3脚连接构成变压器耦合差动输入电路。电阻R1为反馈电阻一端与IC脚1连接，另一端与IC输出端脚7连接，电阻R1阻值大小决定IC放大倍数，即决定GFCI脱扣动作故障电流。
中性误接地保护电路：中性线圈N1两端与电容C2并联，其一端与电容C3连接，另一端接地，电容C3另一端与IC输出端7脚连接。
脱扣控制电路：脱扣线圈J的一端与GFCI的电源(Line)端连接，另一端与可控硅VD5的正极连接，可控硅VD5的触发极与IC触发信号输出端5脚连接，可控硅负极接地，在可控硅触发极与地之间并联抗干扰电容C4。
反接线保护控制电路：接触开关K一端与正电源连接，另一端与电容C6和电阻R2连接处连接，电容C6与电阻R2另一连接处与可控硅触发极、电阻R3一端连接，电阻R3另一端接地。
另外测试电路的测试电阻R0与电源端连接，电阻R0另一端与测试键(TEST)连接，测试键另一端与负载(Load)的另一端连接。测试电路是给GFCI提供8mA的故障电流，定期检查GFCI工作状态。
电源端并联压敏电阻Mov，当电源中突然有高电压是可瞬间吸收高电压，起到保护作用。
同时可设置GFCI接通指示电路：其电路中发光二极管VD6一端与负载(Load)一端连接，VD6另一端与限电电阻R6一端连接，电阻R6另一端与负载(Load)另一端连接，当GFCI接通时，发光二极管发亮。
下面说明GFCI的故障电流检测、中性误接地保护的工作原理。
故障电流检测：二根电源线同时穿过检测线圈N2，检测线圈检测两根电源线通过电流的矢量和，平时无故障电流时此矢量和为零，当有故障电流时，此矢量和不为零，当故障电流增大到5mA时，检测线圈二次会感应出约10mV左右的电压信号，此信号经IC放大，当此信号达到设定阈值时，此阈值由电阻R1确定，IC的5脚输出触发信号，使可控硅VD5导通，脱扣线圈带电，使脱扣器在规定时间内脱扣，GFCI断开。
中性误接地保护：中性误接地保护N1、N2构成变压器耦合振荡频率约为5KHz的正弦波振荡器，当有中性误接地现象发生时，此振荡器起振，当振幅达到IC阈值时，IC的5脚输出触发信号，脱扣器动作，GFCI断开。
Claims (8)
1、一种用于接地故障断路器的反接线保护装置，包括：拉杆(307)、闸片(505)、平衡架(319)、脱扣线圈(502)、接触开关(K)和充电电路，其中
所述拉杆(307)一端具有平台(307’)、另一端具有复位按钮(401)并具有第一轴线，所述拉杆(307)上套有复位弹簧(320)，所述平台(307’)具有上表面(L)和相对的下表面(R)，所述拉杆(307)沿所述第一轴线在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中，所述拉杆(307)使所述接触开关(K)接通，在所述第二位置，所述平台(307’)的所述上表面(L)接触所述闸片(505)，并使所述拉杆(307)通过所述闸片(505)而带动所述平衡架(319)；
所述闸片(505)具有成90°L形的第一部分和第二部分；
所述平衡架(319)可以在所述闸片(505)带动下沿所述第一轴线方向移动，从而带动所述接地断路器的动触片(321)以便使所述接地断路器的动静触点(318、317)接通和断开；所述脱扣线圈(502)包括线圈(502)、脱扣弹簧(503)和可沿垂直于所述第一轴线的第二轴线移动的衔铁(504)，所述衔铁(504)的一端结合所述闸片(505)的所述第一部分，从而带动所述闸片(505)沿所述第二轴线在锁定位置和非锁定位置之间移动，在所述锁定位置，所述闸片(505)的所述第二部分阻挡所述平台(307’)的所述上表面(L)或所述下表面(R)，在所述非锁定位置，所述衔铁带动所述闸片(505)克服脱扣弹簧(503)的弹力移动，从而释放所述平台(307’)；
充电电路由串联连接的电容器(C6)与电阻器(R3)构成，当与所述的充电电路串接的所述的接触开关(K)接触时，直流电源通过电容(C6)充电在电阻(R3)上产生一个20～40mS的可控硅(VD5)触发信号，使可控硅(VD5)导通，致使连接所述可控硅(VD5)的所述脱扣线圈(502)保持20～40mS的通电时间，从而保证接地故障断路器可靠复位。
2、根据权利要求1所述的反接线保护装置，其特征在于：所述平衡架(319)具有分别沿第一轴线(P)和第二轴线(A)方向的第一开口(319a)和第二开口(319b)，所述拉杆(307)包括延伸到所述的平衡架(319)第一开口(319a)内的部分，所述闸片(505)的第二部分在所述的平衡架(319)第二开口(319b)内延伸。
3、根据权利要求1或2所述的反接线保护装置，其特征在于：所述拉杆(307)具有平台(307’)的一端带有与所述接触开关(K)接触的锥形末端，所述闸片(505)的所述第一部分具有滑动槽(505a)，其所述第二部分具有一端为圆弧形(H)、相对端为直线形(D)的闸片锁孔(505b)。
4、根据权利要求3所述的反接线保护装置，其特征在于：所述衔铁(504)的所述端部具有连接槽(504a)，所述闸片(505)的滑动槽(505a)两侧卡入所述连接槽槽(504a)内而使所述端部与所述闸片(505)结合，以便将所述衔铁(504)沿所述第二轴线方向的运动传递给所述闸片(505)，并且使所述闸片(505)随所述拉杆(307)沿所述第一轴线方向移动。
5、根据权利要求1-4任一项所述的反接线保护装置，其特征在于：当所述台面(307’)的所述下表面(R)接触或即将接触闸片(505)时，所述接触开关(K)接通，当所述台面(307’)所述上表面(L)接触闸片(505)时，所述接触开关(K)断开。
6、根据权利要求1所述的反接线保护装置，其特征在于：所述充电电路在电阻器与电容器的结点之间连接可控硅的触发端，可控硅与所述脱扣线圈(502)串接。
7、根据权利要求6所述的反接线保护装置，其特征在于：所述的充电电路的持续通电时间为20～40mS。
8、根据权利要求1-4任一项所述的反接线保护装置，其特征在于：所述的接触开关K是一个微型开关。
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