CN1304198A - 剩余电流断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种剩余电流断路器,其中检测流向负载电路的不平衡电流,并提供控制电路用于启动跳闸机械,从而切断负载电路的电源。提供稳压电路,使得在电源具有浪涌电压的情况下产生一个电压降,从而浪涌电压不会到达控制电路。因而保持控制电路的电压稳定,借以阻止控制电路的破坏和不需要的跳闸。

Description

剩余电流断路器
本发明涉及一种用于住宅电路装置的剩余电流断路器，用于提供保护，免遭非直接接触、直接接触和火灾。
剩余电流装置(RCD)的基本操作是通过零电流变换器(ZCT)检测供给负载电路的不平衡电流。如果由ZCT检测的不平衡电流的值大于一个预定的值，电子控制电路便启动一个为断开负载电路的电源而配备的跳闸机构。
由于电子控制电路的较低的成本，它们成为常规的电磁控制和启动电路的一种自然的替代物。电子RCD提供理想的保护，特别是在大电流装置中要求高的灵敏度(30mA)的情况下。
然而，在电子类型的控制装置中的一个普遍问题是抗噪声度和抗三相系统电压故障的问题，它们可能导致跳闸系统发生不需要的启动。
在常规的低成本的电子RCD中，通过借助于一个包括可控硅(SCR)的启动电路直接驱动跳闸机构的电磁线圈，以便切断负载电路的电源，从而使电路简化并减少了元件数量。这种设计导致了具有低的抗噪声度的缺点，特别是在低的源阻抗下发生浪涌电压的情况下。按照IEC 1543的要求，在差动方式下，2Ω的源阻抗时的浪涌电压是4kv 1.2/50μs。
抑制浪涌电压的一个典型的方法是利用压敏电阻。不过，和规定的浪涌设备的源阻抗相比，压敏电阻的阻抗是高的。结果，在压敏电阻处的电压是高的，接近1.000V，这个高电压将通过控制电路，因而导致破坏或不需要的跳闸。
此外，三相系统中的中性线或电源相线故障将导致供给控制电路的电压降低，可能使得RCD不能正确地工作。
因此，本发明的目的在于提供一种具有改进的抗噪声度和抗三相系统电压故障能力的剩余电流断路器。
这一目的通过一种剩余电流断路器实现了，所述剩余电流断路器包括：
用于使电源与负载电路断开的跳闸机构；
用于检测流向负载电路的不平衡电流的零电流变换器；
控制电路，用于响应零电流变换器的检测结果启动跳闸机构；以及
被设置在电源和控制电路之间的稳压电路，用于把由电源供给控制电路的电压维持在一个预定范围内。
因而，被设置在电源和控制电路之间的稳压电路用于在浪涌电压到达控制电路之前衰减浪涌电压。从而使得可以满足IEC标准1009-1的EMC部分，尤其是关于模拟雷电的浪涌试验部分。
最好是，稳压电路可以包括串联的电阻和压敏电阻，其中加于控制电路上的电压是压敏电阻两端的电压。当压敏电阻两端的浪涌电压升高时，一个增加的电流流过串联电阻，在电阻两端产生电压降，从而保持压敏电阻两端的电压为低电压，该电压被加到RCD的控制电路上。因而，可以阻止对控制电路的破坏和不需要的跳闸。
此外，在三相电源系统的情况下，稳压电路可以包括三相整流电路。通过在三相RCD中使用三相整流电路，可以提供足够的直流电压用于操作控制电路，即使在一相电压发生故障的情况下。此外，当电源电压由所有的三相提供时，中线的故障不会影响控制电路的性能。
在三相系统中，最好对三相电源的每一相提供所述串联连接，其中在压敏电阻两端产生的电压被提供给三相整流电路的相应输入端。
最好是，串联连接的电阻是线绕电阻。
此外，剩余电流断路器可以是一种民用电流装置，并且控制电路可以是对地漏电流检测器。跳闸机构可以是通过可控硅(SCR)由控制电路启动的电磁线圈。
图1是按照本发明的实施例的剩余电流断路器的基本方块图；
图2是在两相系统中本发明的一个实施例的示例性的电路图；以及
图3是在三相系统中本发明的一个实施例的示例性的电路图。
图1表示本发明的一个实施例的基本的方块图。按照图1，剩余电流断路器例如一种剩余电流装置(RCD)被设置在两相或三相电源1和负载电路3之间。负载电路3代表任何和两相或三相电源1相连的民用负载。
RCD2包括具有由可控硅装置例如SCR或任何其它合适的以电子方式启动的开关机构的跳闸机构21。跳闸机构21用于切断负载电路3的由电源1供给的电源电压。由电源1通过跳闸机构21提供的电负载电流流过零电流变换器(ZCT)22，以便检测供给负载电路3的不平衡电流。如果由ZCT检测的不平衡电流的值大于一个预定值，则ZCT对被设置用于启动跳闸机构21的电子控制电路24提供一个相应的信号，从而切断负载电路3的电源电压。
控制电路24可以是一种具有差动放大功能的半导体集成电路，用于为跳闸机构21产生控制信号。具体地说，控制电路24可以是一种对地漏电流检测器，其中包括差动放大器、锁存电路和电压调节器。控制电路24和ZCT 22的副边相连。由控制电路24的差动放大器放大的信号可以通过外部电容器被积分，并被连接到锁存电路的输入端，锁存电路具有适用于高速对地漏电断路器的特性的输出端。锁存电路保持其输出为低，直到其输入电压达到一个固定电平为止，并且当其相应于漏电流的输入电压超过所述固定电平时，锁存电路的输出变为高。控制电路24可以驱动和锁存电路的输出端相连的可控硅，以便启动跳闸机构21的电磁线圈。
按照图1所示的本发明的实施例，提供稳压电路23，以便使控制电路24的电源电压被保持在一个预定范围内。具体地说，设置稳压电路23用于产生基本上相应于电源中电压增加的电压降，使得浪涌电压不会到达控制电路24。稳压电路23可以包括任何稳压元件，例如齐纳二极管，压敏电阻或其它电路元件，这些元件产生一个增加的漏电流，从而导致一个为抑制稳压电路23的输入端的相应的浪涌电压所需的增加的内部电压降。
因而，控制电路24的电源电压被保持在由稳压电路23的特性确定的预定范围内，从而保护控制电路24，并阻止跳闸机构21发生不需要的跳闸。
下面结合图2和图3分别说明用于两相系统和三相系统的优选实施例的具体例子。
图2表示一种两相的RCD，其中在控制电路24中使用对地漏电流检测器(ELCD)。具体地说，由ZCT的副边在电阻R4上产生的检测电压被加到ELCD的输入端1和2。此外，输入端3和由包括二极管D1到D4的整流电路限定的地电位相连。ELCD的端子4相应于差动放大器部分的输出，端子5相应于锁存电路的输入。在端子4、5和地电位之间的外部电容C6被用于消除噪声。ELCD的内部锁存电路被用于检查放大器部分的输出电平，并通过输出端7向外部可控硅提供控制极电流。当由ZCT产生的输入电压超过一个预定值例如一般为1.1V时，锁存电路工作，通过输出端子7向可控硅的控制极提供控制极电流。端子6被用作噪声吸收端子，电容器7和其相连。最后，ELCD的电源电压通过整流电路D1到D4以及电阻R1到端子8而被提供。其它的电容C2-C5也用于过滤或消除各个输入或输出电压中的噪声成分。
在图2所示的两相电子RCD中，N(中线)和L(火线)之间的电源电压通过ZCT被提供给负载电路(未示出)。此外，电源电压通过浪涌抑制电阻R5、压敏电阻VAR1和跳闸机构的电磁线圈被分路给整流电路D1-D4。电阻R2和开关S1构成试验电路，用于通过产生一个不平衡电流试验ZCT的功能。浪涌抑制电阻R5和压敏电阻VAR1构成浪涌保护电路或稳压电路，用于稳定或保持被提供给整流电路的电压，从而保护ELCD。当来自L或N的浪涌电压到达时，串联的压敏电阻VAR1和最好是线绕电阻的电阻R5通过压敏电阻VAR1产生大的漏电流，因为压敏电阻VAR1的阻值随电压的增加而减少。当增加的电流通过电阻R5时，在电阻R5两端产生浪涌电压，因而不会经整流电路D1-D4到达ELCD的电源电压输入端(端子8)。端子R1用于降落被整流的高电压，从而为ELCD提供所需的电源电压。
这样，ELCD的电源电压便通过串联的浪涌抑制电阻R5和压敏电阻VAR1得以维持或稳定，借以阻止破坏或者不需要的跳闸。
在不跳闸状态下，通过电磁线圈的电流非常低，因为SCR未被触发。因而，电磁线圈不工作，其铁芯不运动，不会切断负载电路的电源。
当电流互感器ZCT检测到通过N和L供给负载的不平衡电流时，加于负载电阻R4两端的ZCT的二次线圈的输出电压被在ELCD的输入端子1和2之间输入。此时，由于通过ELCD检测到的不平衡电流而使跳闸机构被启动，并通过ELCD的输出端子7向SCR提供控制极触发电压，借以把SCR设置在导通状态。结果，SCR的阴极和阳极之间的阻抗变低，使大的电流通过SCR和电磁线圈(例如1-1.5A)。此时，电磁线圈中的铁芯运动，从而切断负载电路的电源。
下面给出图2所示的两相的RCD的电子元件表：
元件标号             说明
R1                   合成电阻130kΩ
R2                   合成电阻5.6kΩ
R3                   电阻100kΩ/0.5W
R4                   电阻270kΩ/0.5W
R5                   线绕电阻20Ω/5W
VAR1                 压敏电阻G15 470V
C2                   钽电容器1μF 50V
C3,C4,C6             电容器0.047μF 50VDC
C5                   陶瓷电容器0.022μF
C7                   金属模电容器0.047μF 50V±5％
D1,D2,D3,D4          二极管IN4007
SCR                  可控硅CR03AM-12
ELCD                 对地漏电流检测器M54123L
SOLENOID             电磁线圈
ZCT                  零电流变换器
图3是根据三相系统的本发明的实施例的另一个例子的电路图。
ELCD相应于图2所示的ELCD，因而，控制电路及其外部元件的说明不再重复。在这种情况下，ELCD的电源电压通过三相整流电路D1-D6供给，其中电磁线圈被设置和在整流电路后面的SCR串联。此外，提供附加的电阻R5，用于降低较高的被整流的相间电压，为ELCD提供合适的电源电压。此外，附加的齐纳二极管Z1和ELCD的电源电压并联，用于使由三相整流电路D1-D6产生的直流电压更加稳定。
被提供给整流电路D1-D6的电压从相线L1-L3提供，其中通过浪涌抑制电阻R6-R8和与相应电阻R6-R8串联的压敏电阻VAR1-VAR3，电阻R6-R8最好是线绕电阻。这样，在相线L1-L3的一个上产生的浪涌电压将通过各自的压敏电阻VAR1-VAR3使电流增加。电流的增加使得各个电阻R6-R8两端的电压降增加，因而高的浪涌电压不会通过二极管D1-D6到达控制电路ELCD。因而，可以保护ELCD免遭破坏并防止不需要的跳闸。
此外，使用三相整流电路D1-D6的优点在于，具有足够的直流电压供给ELCD，即使在一个相电压故障的情况下。此外，中线的故障对控制电路的性能没有影响，因为ELCD的电源电压只是根据三相线电压L1-L3产生的。因而，三相整流电路D1-D6构成一个在预定范围内用于维持或稳定ELCD的电源电压的附加装置。
在图2所示的两相RCD的情况下，在不跳闸状态下通过电磁线圈的电流是低的，此时可控SCR硅具有高阻抗。因而，电磁线圈不工作，其铁芯不运动，不能切断负载电路的电源。当ZCT的二次线圈上的输出电压超过由ELCD限定的一个预定值时，由ELCD在端子7产生输出信号，从而触发可控硅SCR成为低阻状态。此时，大的电流通过可控硅SCR和电磁线圈，切断负载电路(未示出)的电源。
这样，ELCD受到为3个相线的每个提供的用于在浪涌电压的情况下在浪涌抑制电阻R6-R8上产生电压降的串联的浪涌抑制电阻R6-R8和压敏电阻VAR1-VAR3的保护。此外，三相整流二极管D1-D6用于维持ELCD的电源电压，即使在相线L1-L3的一个上的电压发生故障的情况下。
下面给出图3所示的4极RCD的电子元件表：
元件标号                  说明
R1,R5                     合成电阻150kΩ,2w
R2                        合成电阻8.2kΩ
R3                        电阻100kΩ/0.5W
R4                        电阻270kΩ/0.5W
R6,R7,R8                  线绕电阻150Ω/5W
VAR1-VAR3                 压敏电阻G12  820V
C2                        钽电容器1μF
C3,C4,C6                  陶瓷 电容器0.047μF 50VDC
C5                        陶瓷 电容器0.022μF
C7                        金属模电容器0.047μF 50V±5％
D1-D6                     二极管IN4007
Z1                        齐纳二极管 20V 0.5W
SCR                       可控硅CR03AM-12
ELCD                      对地漏电流检测器M54123L
SOLENOID                  电磁线圈
ZCT                  零电流变换器
综上所述，本发明涉及一种剩余电流断路器，其中提供给负载电路的不平衡电流被检测，并提供控制电路启动跳闸机构切断负载电路的电源。提供稳压电路用于在电源的浪涌电压的情况下产生电压降，使得浪涌电压不能到达控制电路。因而，控制电路的电源电压得到稳定，借以阻止控制电路被破坏和发生不需要的跳闸。
应当注意，本发明不限于图2和图3所示的电路。正如已经说明的，图1所示的稳压电路23可以是任何的稳压电路或适用于产生电压降的元件，用于阻止控制电路24出现浪涌电压。因而在所附的权利要求的范围内，本发明的实施例可以改变。

Claims (8)

1．一种剩余电流断路器，包括：
a)用于使电源(1)与负载电路(3)断开的跳闸机构(21)；
b)用于检测流向所述负载电路(3)的不平衡电流的零电流变换器(22)；
c)控制电路(24)，用于响应所述零电流变换器(22)的检测结果启动所述跳闸机构(21)；
d)被设置在所述电源(1)和所述控制电路(24)之间的稳压电路(23)，用于把由所述电源(1)供给所述控制电路(24)的电压维持在一个预定范围内。
2．如权利要求1所述的剩余电流断路器，其中所述稳压电路(23)包括串联的电阻(R5,R6,R7,R8)和压敏电阻(VAR1；VAR1,VAR2,VAR3)，其中所述加于所述控制电路(24)上的电压是所述压敏电阻两端的电压。
3．如权利要求2所述的剩余电流断路器，其中所述电源(1)是三相电源，所述稳压电路包括三相整流电路(D1-D6)。
4．如权利要求3所述的剩余电流断路器，其中对所述三相电源(1)的每一相提供所述串联连接，并且其中在所述压敏电阻(VAR1,VAR2,VAR3)两端产生的所述电压被提供给所述三相整流电路(D1-D6)的各自输入端。
5．如前面任何一个权利要求所述的剩余电流断路器，其中所述串联连接的所述电阻(R5；R6,R7,R8)是线绕电阻。
6．如前面任何一个权利要求所述的剩余电流断路器，其中剩余电流断路器是一种民用电流装置。
7．如前面任何一个权利要求所述的剩余电流断路器，其中所述控制电路是对地漏电流检测器(ELCD)。
8．如前面任何一个权利要求这的剩余电流断路器，其中所述跳闸机构是通过可控硅(SCR)由所述控制电路(24)启动的电磁线圈。
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