CN1215516C - 接地故障断路器的反接线保护装置 - Google Patents

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CN1215516C CN 03121507 CN03121507A CN1215516C CN 1215516 C CN1215516 C CN 1215516C CN 03121507 CN03121507 CN 03121507 CN 03121507 A CN03121507 A CN 03121507A CN 1215516 C CN1215516 C CN 1215516C
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陈益平
吴志新
张奎栋
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Abstract

一种为接地故障断路器提供反接线保护的反接线保护装置，包括机座、通电导通负载的连接装置、电磁脱扣机构和控制电路，所述通电导通负载的连接装置包括：与电源通电连接的第一接线装置、通过与第一接线装置电导通而使一个负载通电的第二接线装置以及通过与第一接线装置电导通而至少与一个用户易接近负载通电连接的第三接线装置，通过控制电路使电磁式脱扣机构工作而接通或断开第一接线装置与第二和第三接线装置之间的通电回路，使得使用者不慎将电源线与负载线接反时，接地故障断路器不能复位，因而不管是断路器插座的接线端还是面板上的插孔处都不带电，只有正确安装时接地故障断路器才能正常工作。

Description

接地故障断路器的反接线保护装置
技术领域
本发明涉及一种用于接地故障保护的反接线保护装置，尤其涉及一种接地故障断路器(GFCI)的反接线保护装置。
背景技术
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，GFCI插座不仅可以通过上盖面板的插孔来连接负载，由于插孔与负载接线端直接导通，又可以通过负载接线螺钉来连接负载，因而在安装和使用中如果因疏忽把输入电源(Line)误接入负载端(Load)形成反接，造成面板插孔始终带电，失去漏电保护的功能，这样，往往会造成不良的后果，因此需要一种功能更加完善的、提高安全性能的接地故障断路器。
本发明反接线保护装置是基于2002年10月9日向中国专利局申请的、申请号为02131108.0的悬而未决的在先发明专利申请，它们的说明书内容可以相互参考。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种采用电磁式脱扣机构为接地故障断路器GFCI提供反接线保护功能的反接线保护装置，通过采用电磁式脱扣机构和利用连接负载接线端的静触和用于连接负载面板插孔处的静触绝缘分开，使接地故障断路器反接线时不能复位并且面板孔也不通电。
为了实现本发明上述目的，本发明提供了一种接地故障断路器的反接线保护装置一种接地故障断路器的反接线保护装置，包括：机座和安装在所述机座中的通电导通负载的连接装置、电磁脱扣机构和控制电路，其中通电导通负载的连接装置包括：第一接线装置，所述第一接线装置通过导线连接电源输入端；第二接线装置，所述第二接线装置通过导线连接一个负载端；第三接线装置，所述第三接线装置通过导线连接一个用户可接入负载端，所述电磁式脱扣机构是控制所述第一接线装置与所述第二接线装置和所述第三接线装置同时接通/断开的执行机构，包括：可在实现所述接通的第一位置和实现所述断开的第二位置之间移动的架体，所述第一接线装置安装在所述架体上，所述控制电路包括一个复位控制电路，所述复位控制电路是一个通过复位开关控制所述电磁脱扣机构执行吸合的控制电路，其工作电源通过所述电源输入端供应。
第一接线装置分别与所述第二接线装置和所述第三接线装置之间以弹性方式连接而实现所述接通。
第一接线装置包括至少两对动触片，所述第二接线装置和所述第三接线装置分别包括至少一对静触片。
所述动触片和所述静触片上各自带有银触点，所述第一接线装置分别与所述第二接线装置和所述第三接线装置之间通过所述银触点接触而实现所述连接。
所述动触片分别通过弹簧安装在所述架体上，并可在弹簧弹力作用下相对于所述架体滑动，从而实现所述弹性方式连接。
所述弹簧设置在所述架体内的槽中，并使其一端连接所述动触片，另一端靠在所述槽底部上。
电磁式脱扣机构还包括脱扣线圈、吸合线圈、安装在所述脱扣线圈和吸合线圈中并与所述架体相连的衔铁、可与所述衔铁吸合的永磁体和脱扣弹簧，当所述吸合线圈通电时，所述衔铁在电磁力作用下克服所述脱扣弹簧弹力的作用进行移动而与永磁体吸合，所述架体处于所述第一位置，当脱扣线圈通电时，所述衔铁在电磁力和所述脱扣弹簧的回复力的同时作用下与所述永磁体脱开，所述架体移动到所述第二位置。
此外，包括复位机构，具有安装在所述机座上的复位键和与所述复位控制电路相连的复位接线针，所述复位键与所述复位接线针之间处于常断开状态。
此外，包括测试装置，所述控制电路还包括测试电路，所述测试装置具有测试键(50)，所述测试键使测试电路工作而检测所述反接线保护装置的工作性能。
本发明反接线保护装置采用了电磁式脱扣机构、通电导通负载的连接装置和相应的控制电路。其中脱扣机构是一种电磁式脱扣机构，通过脱扣机构的脱扣线圈、吸合线圈产生相应的电磁力与永磁体的作用来实现脱扣机构的脱扣和吸合动作，并利用永磁体的磁力作为脱扣机构的吸合保持力，因此，而当反接线时，控制电路失去电源，所述的脱扣机构就不能动作，这样使用本发明技术的接地故障断路器GFCI插座就不能复位。根据本发明，通电导通负载的连接装置采用了以绝缘分开方式设置的第二接线装置和第三接线装置，第二接线装置作为用于接线端连接负载的静触，第三接线装置作为用于GFCI插座面板插孔连接负载的静触，当脱扣机构吸合时，通过绝缘分开的第二接线装置和第三接线装置分别与作为动触并且一端连接在一起而另一端相对分开的第一接线装置同时接触来达到GFCI复位的目的，而当脱扣时，动触与静触同时分断来实现GFCI切断电源的目的。因而当采用本发明技术的接地故障断路器反接线时，GFCI面板插孔以及整个GFCI插座控制电路都不通电，从而达到了真正意义上反接线保护功能。
更详细地说，当按下复位键而让吸合线圈通电时，利用吸合线圈提供一个与永磁体相吸的电磁力作用于衔铁来克服脱扣弹簧的弹力和一些相关的摩擦力，达到脱扣机构闭合的目的，并通过永磁体的磁力提供一个保持力，保持所述的脱扣机构处于闭合状态。因为衔铁是和可滑动支架热注塑在一起的，因而衔铁的移动直接带动滑动支架沿衔铁移动方向滑动，滑动支架带动平衡架移动，平衡架又带动所述的通电导通负载的连接装置中的动触移动，使动触与相应的静触接触或断开，从而达到GFCI复位和脱扣的目的。与电源相线或中线连接的动触都制成一端连接在一起另一端相对分开，并且与之相对应的静触都制成用于连接负载的接线端的静触和用于连接负载的面板插孔处的静触，静触与静触之间都相对绝缘分开。因而，当GFCI反接线时，不仅整个GFCI控制电路不通电，而且面板插孔处的静触也不带电，起到了反接线保护的功能。当GFCI通电时，如果所带的负载端出现漏电故障或人为地加一个故障电流测试，控制电路就会触发可控硅，使之导通，这样就会使一端与可控硅相连的脱扣线圈通电，利用脱扣线圈所产生一个与永磁体相斥的电磁力和脱扣弹簧的回复力来作用于衔铁，从而可达到迅速脱扣断开电路的目的。
本发明还提供特殊的控制电路。此控制电路包括：接地故障电流放大电路、脱扣控制电路和复位控制电路。根据接地故障电流增大，导通可控硅并使脱扣线圈通电，从而迅速切断插孔和负载端子的电源；复位控制电路中通过闭合复位开关，导通相连的可控硅，使吸合线圈通电，达到GFCI复位的目的。同时，在复位开关的一端串联了一个电容，使吸合线圈始终保持瞬间通电，这样，就避免了吸合线圈因电流大，通电时间过长，而被烧坏。
控制电路的电源与GFCI的电源端相联，当GFCI带电时，控制电路同时带电。而当把电源输入线与负载线相联形成反接时，控制电路就不带电，GFCI就不能复位。
下面参照附图，通过发明优选实施例来理解本发明的结构、特征和优点。
附图说明
图1是使用本发明反接线保护装置的GFCI立体外观图；
图2是表示使用本发明反接线保护装置的GFCI处于脱扣状态时的装配位置关系图；
图3是使用本发明反接线保护装置的GFCI去盖立体结构图；
图4是本发明反接线保护装置的脱扣机构分解图；
图5是使用本发明反接线保护装置的GFCI分解图；
图6是本发明反接线保护装置的脱扣机构装配位置图；
图7是本发明反接线保护装置脱扣状态的局部横截面图；
图8是本发明反接线保护装置闭合状态的局部横截面图；
图9是使用本发明反接线装置的GFCI电路图；
具体实施方式
图1是使用本发明反接线保护装置的GFCI立体外观图。该GFCI包括安装片40、负载电源插孔31、圆形接地插孔32、复位键60、测试键50、上盖30、接地螺钉113(绿色)、电源接线螺钉110、机座10、负载接线螺钉111、指示灯(发光二极管LED)114。
此外观图是电流20A的GFCI外观图，本发明反接线保护装置也可使用在其他类型的GFCI上，并且这些类型的GFCI都有带指示灯和不带指示灯的两种结构，其工作原理都是一样的，为了简明起见，这里仅说明使用本发明反接线保护装置且电流20A带指示灯的GFCI，其他的就不另作说明。
图2示出了本发明反接线保护装置的整个GFCI在脱扣状态的各零部件位置关系。各零部件主要是由机座10、中间隔板20、上盖30来定位。
本发明反接线保护装置具有电磁式脱扣机构，其中永磁体71被嵌在线圈骨架70的一端，外面套有屏蔽罩72，屏蔽罩72的一端紧靠在机座10一端的侧壁上，线圈骨架70是通过四个接线针定位在电路板90上；磁环骨架80也是通过其底端的四个接线针定位在电路板90上，装在其上的检测线圈81和中性误接地保护线圈83中间隔有绝缘层82。检测线圈81是由高初导磁率软磁冲片叠层组成，相邻软磁冲片之间由硅脂粘结，外有塑料保护盒，用漆包线绕制而成。中性误接地保护线圈由宽温度系数、高μ值、外涂塑料保护层的铁氧体，绕漆包线构成；可滑动支架79与衔铁75热注塑在一起，利用脱扣弹簧76的弹力保持它在脱扣状态时紧靠在磁环骨架80上；此滑动支架79的上端制成方形用来定位并支撑平衡架77，这样，通过吸合线圈73或脱扣线圈74通电时的电磁力与永磁体的磁场力的作用，由衔铁75带动可滑动支架79，可滑动支架79带动平衡架77来回移动；利用复位弹簧的回复力顶起和接触片61热注塑在一起的复位键60，复位弹簧的一端紧压在安装片40的绝缘垫42上；利用测试片51的弹力顶起测试键50，使其刚好与上盖的上表面相平。
如图3所示，一对带有接触银点且通过面板插孔连接负载的静触片100A-1、100B-1被固定在中间隔板20上，一对带有接触银点且通过负载接线螺钉100连接负载的静触片100A-2、100B-2被固定在机座10上的相应卡槽里；带有接地座41和接线螺钉113的安装片40被卡在中间隔板20上，利用上盖30来压紧它；测试片51的一端插在中间隔板20相应的卡槽里，并且其外侧紧靠在静触片100B-1的内侧，另一端能弹性地与安装在对应位置上的测试电阻52相接触；
图4是电磁式脱扣机构的分解图。如图所示，电磁式脱扣机构包括：线圈骨架70、永磁体71、屏蔽罩72、吸合线圈73、脱扣线圈74、衔铁75、脱扣弹簧76、平衡架77、用来提供一定接触应力的小弹簧78、可滑动支架79、接线柱701、一对带有接触银点103A-1、103B-1的动触片102A-1、102B-1和一对带有接触银点103A-2、103B-2的动触片102A-2、102B-2。所有动触片102A-1、102B-1、102A-2和102B-2上都冲制了相应的凸台来防止被装在平衡架77后由于小弹簧78弹力的影响而脱落。由于可滑动支架79和衔铁75是热注塑在一起的，因而当衔铁75受力移动时，会带动平衡架77来回移动，从而实现GFCI闭合和脱扣的动作。
图5是使用本发明反接线保护装置的整个GFCI的分解图。如图所示，整个GFCI主要是由机座10、中间隔板20、上盖30、带有接地座41和接地螺钉113的安装片40、一对带有接触银点101A-1、101B-1的静触片100A-1、100B-1、一对带有接触银点101A-2、101B-2的静触片100A-2、100B-2、脱扣机构、复位机构、测试机构和控制电路组成。
其中复位机构主要包括：复位键60、与复位键60热注塑在一起的接触片61、复位弹簧62、复位接线针63，与复位键60热注塑在一起的接触片61利用复位弹簧62的回复力能弹性地与复位接线针63相接触，通过它来电控脱扣机构的复位动作；测试机构主要包括；测试键50、测试片51、测试电阻52、磁环骨架80、检测线圈81、绝缘层82、中性误接地保护线圈83；另外，还包括固定在安装片40上的绝缘垫42、电源端子104、压线板105、电源接线螺钉110、负载接线螺钉111、电路板90，两对动触片分别通过软导线122与电源接触片121连接在一起，电源接触片121一端穿过磁环骨架80，在电路板90的下表面将其焊固。所有的零部件按图示方式和位置组装后，利用四个紧固螺钉115来紧固。
电磁式脱扣机构组装后的配合位置关系如图6所示。脱扣机构上两边动触片102A-1、102A-2或102B-1、102B-2的一端分别与相应的软导线122点焊在一起，软导线122的另一端与电源接触片121点焊在一起，电源接触片121的另一端穿过磁环骨架80焊接在电路板90上。
图7、8所表示的是使用本发明反接线保护装置的GFCI处于脱扣和闭合状态时的局部横截面图。其中，衔铁75在脱扣线圈和吸合线圈通电时产生电磁力和永磁体71的磁场力作用下，弹性地带动平衡架77来回移动。动触片上的一端铆接银点，另一端与软导线122点焊在一起，理论上，每对静触片和每对动触片都应保持在同一个水平面和垂直面上来保证动触银点与相应的静触银点同时接触或同时断开。由于加工或装配时难免会存在一定的偏差，因此通过所提供的小弹簧78来伺服，并利用弹簧的弹性来为接触银点提供一定的点压力，这样就可满足闭合时导电性能的需要。
图9是使用本发明反接线保护装置典型的GFCI电路图。二极管D1-D4构成整流电路。D1、D2连接处和D3、D4连接处分别构成交流输入端与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R4连接，R4另一端与滤波电容C5一端连接，C5另一端与地连接，电容器C5两端26V左右的直流电压为电子线路的直流电源。
复位开关RESET、电阻R2、电容C6、电阻R3、电容C7、可控硅VD7、吸合线圈J2、断路开关K等构成一个复位控制电路；其中复位开关RESET与R4、C5相连，复位开关RESET另一端与R2、C6相连，R2、C6另一端与可控硅VD7控制极、R3和C7相连，在可控硅VD7控制极串接一个与R3并联的电容C7，此电容起抗干扰作用；可控硅VD7阴极、R3、C7与D2、D4相连，吸合线圈J2一端与GFCI电源端相连，另一端与可控硅VD7阳极相连。断路开关K一端与电源端Line连接，另一端与负载端Load连接，此断路开关与电源端相连接的触点即为GFCI动触接触银点103A-1、103A-2、103B-1、103B-2，与负载端相连接的触点即为GFCI静触接触银点101A-1、101A-2、101B-1、101B-2；控制电路的电源与GFCI的电源端相连，当GFCI带电时，GFCI控制电路同时带电。当复位开关被接通时，直流电源通过电容C6充电在R3产生一个约有20～40mS的触发信号，此信号使可控硅VD7导通，吸合线圈J2通过电流，其通电时间约为20～40mS，也就是说吸合线圈J2会产生一个时间约为20～40mS的电磁力作用于衔铁75。致使断路开关K闭合，即GFCI处于复位状态。
同时穿过两根电源线的检测线圈N1的输出端并联电容C0，一端串联电容C1，C1另一端与电阻R5串接，R5的另一端与IC的一个输入端1脚连接，检测线圈N1的另一端与IC的另一个输入端3脚连接构成变压器耦合差动输入电路。其中，R1为反馈电阻，其一端与IC脚1连接，另一端与IC输出端7脚连接，R1阻值大小决定IC放大倍数，即决定GFCI脱扣动作故障电流值的大小。
同时穿过两根电源线的中性误接地保护线圈N2、电容C2、电容C3构成一个中性误接地保护电路；中性线圈N2两端与电容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。中性误接地保护由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，脱扣机构动作，GFCI断开。
脱扣线圈J1、可控硅VD5、电容C4等构成一个脱扣控制电路。其中，脱扣线圈J1的一端与GFCI的电源(Line)端连接，另一端与可控硅VD5的阳极连接，可控硅VD5的触发极与IC触发信号输出端5脚连接，可控硅VD5阴极接地，在可控硅VD5触发极与地之间并联抗干扰电容C4。检测线圈N1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左右时，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，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J1带电，使脱扣机构在规定时间内脱扣，GFCI断开。
测试键(TEST)、测试电阻R0构成一个测试电路；其中，测试电阻R0与电源端连接，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工作性能，保持良好状态。
电源端并联压敏电阻Mov，对电源中产生的瞬间高电压具有吸收保护作用。
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另一端与限流电阻R6一端连接，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。
当反接线时，电源与负载线(Load)端相连，这样在断路开关K没有闭合之前，控制电路是不带电的，又因为此GFCI是采用电控式复位的，而控制电路不带电时，就不能使吸合线圈J2通电。也就是说在这种情况下，吸合线圈不能产生一个相应的电磁力来作用于衔铁75，因此GFCI的电源端(Line)与插孔均不会通电，如设有指示电路，发光二极管也不亮，从而达到了反接线保护功能。
本发明所提供的反接线保护装置采用电磁式脱扣机构和电控方式控制复位具有脱扣迅速、操作方便、结构合理等优点，并通过将用于通过面板插孔连接负载的静触片和用于通过负载接线螺钉连接负载的静触片绝缘分开方式，保证了反接线时通过接线螺钉连接的负载不带电且通过面板插孔连接的负载同时也不带电。
以上所提供和描述的仅仅是本发明反接线保护装置的基本特征，同样适用于在同一领域里技术人员没有脱离本发明的设计灵魂所作的设计。

Claims (9)

1.一种接地故障断路器的反接线保护装置，包括：机座(10)和安装在所述机座中的通电导通负载的连接装置、电磁脱扣机构和控制电路，其中
所述通电导通负载的连接装置包括：
第一接线装置(102A-1、102B-1、102A-2、102B-2)，所述第一接线装置通过导线连接电源输入端；
第二接线装置(100A-2、100B-2)，所述第二接线装置通过导线连接一个负载端；
第三接线装置(100A-1、100B-1)，所述第三接线装置通过导线连接一个用户可接入负载端；
所述电磁式脱扣机构是控制所述第一接线装置与所述第二接线装置和所述第三接线装置同时接通或断开的执行机构，包括：
可在实现所述接通的第一位置和实现所述断开的第二位置之间移动的架体(77、79)，所述第一接线装置安装在所述架体上，
所述控制电路包括一个复位控制电路，所述复位控制电路是一个通过复位开关控制所述电磁脱扣机构执行吸合的控制电路，其工作电源通过所述电源输入端供应
其中，所述第一接线装置的动触片分别通过弹簧安装在所述架体上，并在弹簧弹力作用下相对于所述架体滑动，而实现弹性方式连接。
2.如权利要求1所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：所述第一接线装置包括至少两对动触片，所述第二接线装置和所述第三接线装置分别包括至少一对静触片。
3.如权利要求2所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：所述动触片和所述静触片上各自带有银触点，所述第一接线装置分别与所述第二接线装置和所述第三接线装置之间通过所述银触点接触而实现所述连接。
4.如权利要求3所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：所述弹簧设置在所述架体内的槽中，并使其一端连接所述动触片，另一端靠在所述槽底部上。
5.如权利要求1至4任一所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：电磁式脱扣机构还包括脱扣线圈(74)、吸合线圈(73)、安装在所述脱扣线圈和吸合线圈中并与所述架体相连的衔铁、可与所述衔铁吸合的永磁体(71)和脱扣弹簧(76)，当所述吸合线圈通电时，所述衔铁在电磁力作用下克服所述脱扣弹簧弹力的作用进行移动而与永磁体吸合，所述架体处于所述第一位置，当脱扣线圈通电时，所述衔铁在电磁力和所述脱扣弹簧的回复力的同时作用下与所述永磁体脱开，所述架体移动到所述第二位置。
6.如权利要求5所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于还包括复位机构，具有安装在所述机座上的复位键(60)和与所述复位控制电路相连的复位接线针(63)，所述复位键与所述复位接线针之间处于常断开状态。
7.如权利要求6所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于还包括测试装置，所述控制电路还包括测试电路，所述测试装置具有测试键(50)，所述测试键使测试电路工作而检测所述反接线保护装置的工作性能。
8.如权利要求7所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：所述的控制电路的电源由所述接地故障断路器的电源端输入，当所述接地故障断路器的电源输入线与负载输出线接反时，所述的控制电路不通电，所述的电磁式脱扣器上的复位线圈也不能通电，从而所述的接地故障断路器不能复位。
9.如权利要求8所述的接地故障断路器的反接线保护装置，其特征在于：当所述的接地故障断路器的电源线与负载线反接时，所述的第三接线装置也不通电。
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