CN1691453A

CN1691453A - 一种安全用电保护器

Info

Publication number: CN1691453A
Application number: CN 200410026963
Authority: CN
Inventors: 李树聪
Original assignee: Ai Yan International Electric (zhongshan) Co Ltd
Current assignee: Ai Yan International Electric (zhongshan) Co Ltd
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-02

Abstract

本发明公开了一种安全用电保护器。它的技术要点在于包括电源变换调整稳压电路、开关伺服控制执行电路、漏电监测控制输出电路、短路监测控制输出电路、过载监测控制输出电路、过压监测控制输出电路、欠压监测控制输出电路、错相监测控制输出电路、漏电/短路诊断控制输出电路、运放IC门基准电压电路、状态显示及警报电路；电源变换调整稳压电路供给各控制电路工作所需电压；运放IC门基准电压电路提供纯直流稳定电压供给运放IC基准门电压；开关伺服控制执行电路驱动主线路交流电源2K－AC开关的切换。本发明克服了现有技术的不足，提供了一种防护功能全面，具有故障自动识别、诊断防护、显示、警报等多种功能的安全用电保护器。

Description

一种安全用电保护器

【技术领域】

本发明涉及一种用电保护器，特别是涉及一种电力领域使用的安全用电保护器。

【背景技术】

在交流单相运行输电线路中，终端用电网络遍及千家万户。由于终端用户输电线路中还缺乏相关先进、高可靠、功能完善的防护装置，输电线路过载及短路引发火灾、漏电至人伤亡的事故，以及过压、欠压、感应雷电串入损坏用电设备的用电事故时常发生。这些潜在性、突发性防不胜防的隐患，已成为人类安全用电的一大危害。目前投入防护使用的防护装置如保险丝、漏电开关、断路开关，虽然起到了一定作用，但功能有限，防护不全面、可靠性欠佳，其主要表现为：保险丝功能单一，串接于用电线路回路中，在额定电流流过时会发热，在反复冷热过程中发生异变导致接线端接触电阻加大，之后同样额定电流流过时产生高热造成非故障而熔断，人们常采用加大规格来解决，由于规格把握度不当为安全用电同样带来隐患；漏电开关功能单一，当被控线路发生漏电时，零序电流互感器产生失衡电流，检出漏电信号触发可控硅电磁线圈产生磁力推动机械装置分断电源，分闸时产生强烈震动很容易导致内装置中的支点磨损，造成参数飘移或失灵，由于采用检测处理简单抗干扰性差，常会误差错动，分闸后没有故障状态指示，对安全用电同样潜在隐患：断路开关机械式控制结构被动防护模式，被控线路发生短路时其内部的金属装置产生热异变至偏心移位分断电源，输电运行网络中，众多终端网络电流强度达不到其所需条件，故障发生时无法起到保护作用，再之在达到其短路条件分断脱扣时，分闸后无状态显示，对负荷线路发生的故障不能识别，若重合闸将会产生重大用电事故，同样对安全用电也潜在隐患。

本发明为了克服以上的缺点，进行了有益的改进。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种安全可靠、防护功能全面的安全用电监控器。采用超前的主动防护模式，在输电线路中对于突发的过载及短路、漏电、过压及欠压、感应雷电串入构成破坏作用时能够自动识别，自动进入防护，同时还具有故障自动诊断，对输入的电源及负载用电线路安全状态先进行检测判别若输入的电源不安全时、负载线路有故障时，不论是手动复位或自动一律拒绝接通，并会作出故障状态显示及警报，只有排除故障后才可手动或自动接通电源，从而为安全用电提供更为方便、安全、可靠的有力保证。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下列技术方案：

一种安全用电保护器，其特征在于包括电源变换调整稳压电路、开关伺服控制执行电路、漏电监测控制输出电路、短路监测控制输出电路、过载监测控制输出电路、过压监测控制输出电路、欠压监测控制输出电路、错相监测控制输出电路、漏电/短路诊断控制输出电路、运放IC门基准电压电路、状态显示及警报电路：

电源变换调整稳压电路供给各控制电路工作所需电压；

运放IC门基准电压电路提供纯直流稳定电压供给运放IC基准门电压；

开关伺服控制执行电路驱动主线路交流电源2K-AC开关的切换：

漏电监测控制输出电路的输入端从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路；

短路监测控制输出电路从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路：

过载监测控制输出电路从短路监测控制输出电路输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路；

过压监测控制输出电路从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路：

欠压监测控制输出电路从过压监测控制输出电路输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路；

错相监测控制输出电路从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路；

漏电/短路诊断控制输出电路从输出的主线路交流电源采样，输入端连接欠压监测控制输出电路，输出端连接开关伺服控制执行电路的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路；

状态显示及警报电路的输入端连接到开关伺服控制执行电路的输出端，状态显示及警报电路的输入端也连接到输出的主线路交流电源。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于开关伺服控制执行电路由三级管2Q₁、2Q₂、2Q₃，电阻2R₁、2R₂，电容2C₁、2C₂、2C₃，二极管2D₁、2D₂、2D₃、2D₄、2D₅，继电器2JK₁、2JK₂，微动开关2K₁，电磁阀2ECS，双向开关2K-AC连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于状态显示及警报电路由发光二极管11E₁、11E₂、11E₃、11E₄、11E₅、11E₆，发光氖灯11E₇，电阻11R₁、11R₂、11R₃、11R₄、11R₅、11R₆，电容11C₁、11C₂，二极管11D₁，三极管11Q₁、11Q₂，蜂鸣器11SP，语音集成电路IC₇连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于漏电监测控制输出电路由零序电流互感器3B₁，二极管3D₁、3D₂、3D₃、3D₄，电容3C₁、3C₂、3C₃，电阻3R₁、3R₂、3R₃、3R₄、3R₅、3R₆，按键开关3T₁、3T₂，运放集成电路IC₁第3、4门连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的短路监测控制输出电路由电流互感器4B₁，整流器4DZ，电容4C₁、4C₂、4C₃、4C₄，电阻4R₁、4R₂、4R₃、4R₄、4R₅，二极管4D₁、4D₂、4D₃、4D₄、4D₅、4D₆，运放集成电路IC₁第1、2门连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的过载监测控制输出电路由二极管5D₁、5D₂、5D₃，电阻5R₁、5R₂、5R₃、5R₄、5R₅，电容5C₁、5C₂、5C₃，运放集成电路IC₂第1、2门连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的过压监测控制输出电路由电阻6R₁、6R₂、6R₃、6R₄、6R₅、6R₆、6R₇、6R₈，电容6C₁、6C₂、6C₃、6C₄，二极管6D₁、6D₂、6D₃、6D₄、6D₅，运放集成电路IC₃第1、2门，光电耦合器IC₅连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的欠压监测控制输出电路由电阻7R₁、7R₂、7R₃、7R₄、7R₅，电容7C₁、7C₂，二极管7D₁、7D₂、7D₃、7D₄、7D₅，运放集成电路IC₃第3、4门连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的错相监测控制输出电路由电阻8R₁、8R₂、8R₃，电容8C₁、8C₂，二极管8D₁、8D₂，四运放集成电路IC₂第3门、光电耦合器IC₆连接组成。

如上所述的一种安全用电保护器，其特征在于漏电及短路诊断控制输出电路由电阻9R₁、9R₂、9R₃、9R₄、9R₅、9R₆、9R₇、9R₈、9R₉、9R₁₀、9R₁₁、9R₁₂、9R₁₃、9R₁₄、9R₁₅、9R₁₆、9R₁₇，电容9C₁、9C₂、9C₃、9C₄、9C₅、9C₆、9C₇、9C₈，二极管9D₁、9D₂、9D₃、9D₄、9D₅、9D₆、9D₇、9D₈，继电器9JK₁，运放IC₄第1、2、3、4门，三极管9Q₁连接组成。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：1.防护功能全面，具有故障自动识别、诊断防护、显示、警报等多种功能；2.方便使用、安全性高可靠性强。

【附图说明】

图1是本发明的电路方框图；

图2是本发明的电路原理图(I)；

图3是本发明的电路原理图(II)。

图中：1为电源变换调整稳压电路，2为开关伺服控制执行电路，3为漏电监测控制输出电路，4为短路监测控制输出电路，5为过载监测控制输出电路，6为过压监测控制输出电路，7为欠压监测控制输出电路，8为错相监测控制输出电路，9为漏电/短路诊断控制输出电路，10为运放IC门基准电压电路，11为状态显示及警报电路。

【具体实施方式】

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图所示，本发明包括电源变换调整稳压电路1、开关伺服控制执行电路2、漏电监测控制输出电路3、短路监测控制输出电路4、过载监测控制输出电路5、过压监测控制输出电路6、欠压监测控制输出电路7、错相监测控制输出电路8、漏电/短路诊断控制输出电路9、运放IC门基准电压电路10、状态显示及警报电路11。

电源变换调整稳压电路1从输入的主线路交流电源中提取隔离低压电源，经整流、滤波、调整稳压后供给各控制电路工作所需电压；运放IC门基准电压电路10提供纯直流稳定电压供给漏电监测控制输出电路3、短路监测控制输出电路4、过载监测控制输出电路5、过压监测控制输出电路6、欠压监测控制输出电路7、错相监测控制输出电路8、漏电/短路诊断控制输出电路9的运放IC基准门电压。

开关伺服控制执行电路2驱动主线路交流电源2K-AC开关的切换；漏电监测控制输出电路3的输入端从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；短路监测控制输出电路4从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；过载监测控制输出电路5从短路监测控制输出电路4输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；过压监测控制输出电路6从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；欠压监测控制输出电路7从过压监测控制输出电路6输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；错相监测控制输出电路8从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11。

漏电/短路诊断控制输出电路9从输出的主线路交流电源采样，输入端连接欠压监测控制输出电路7，输出端连接开关伺服控制执行电路2的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路11；状态显示及警报电路11的输入端连接开关伺服控制执行电路2的输出端，状态显示及警报电路11的输入端也连接到输出的主线路交流电源。

十一个部分控制电路的具体组成与实施目的：

(A)电源变换调整稳压电路1 由压敏电阻1UR₁、1UR₂，保险管1FUS，变压器1B₁，整流器1DZ，三极管1Q₁，二极管1D₁、1D₂，电容1C₁、1C₂、1C₃、1C₄、1C₅，电阻1R₁、1R₂连接组成；变压器1B₁从输入的主线路交流电源中提取隔离低压电源，经整流、滤波、调整稳压后供给各控制电路工作所需电压，使其进入运行监控的目的。

(B)开关伺服控制执行电路2 由三级管2Q₁、2Q₂、2Q₃，电阻2R₁、2R₂，电容2C₁、2C₂、2C₃，二极管2D₁、2D₂、2D₃、2D₄、2D₅，继电器2JK₁、2JK₂，微动开关2K₁，电磁阀2ECS，双向开关2K-AC连接组成；通过开关二极管2D₃、2D₄相连的负极形成控制输入端(P)，再连接到二极管3D₃、4D₄、5D₃、6D₅、7D₃、8D₂正极，再由负极分别连接到各控制输出端，在相应控制输出端的指令下，使(P)端的电平作高低转换，致使伺服开关电路中的开关三极管作导通/截止变换，驱动电磁阀2ECS执行主线路2K-AC开关切换，实施安全时接通、故障时关断并锁定的目的。

(C)漏电监测控制输出电路3 由零序电流互感器3B₁，二极管3D₁、3D₂、3D₃、3D₄，电容3C₁、3C₂、3C₃，电阻3R₁、3R₂、3R₃、3R₄、3R₅、3R₆，按键开关3T₁、3T₂，运放集成电路IC₁第3、4门连接组成；由零序电流互感器作漏电采样，被控线路交流电源正常时，付边不产生电压，漏电时付边检出漏电动作值幅度电压，经抗干扰吸收、缓冲电路整形设定后，将检出的信号电压加到IC₁漏电比较门电路识别，内部控制电路翻转，输出漏电控制指令，使开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平，开关控制三极管导通，触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开，切断电力输出，实施漏电故障保护的目的。按下接通3T₁漏电试验开关，可验出漏电监测控制输出电路是否处于正常监控状态；按下接通3T₂复位开关，电源输出自动接通，故障未排除自动拒绝。

(D)短路监测控制输出电路4 由电流互感器4B₁，整流器4DZ，电容4C₁、4C₂、4C₃、4C₄，电阻4R₁、4R₂、4R₃、4R₄、4R₅，二极管4D₁、4D₂、4D₃、4D₄、4D₅、4D₆，运放集成电路IC₁第1、2门连接组成。由电流互感器4B₁作电压采样，被控线路在设定负荷电流通过时检出低电平；短路时检出高电平，经设定的缓冲电路输出电压加到IC₁短路比较门电路识别，运放内部控制电路翻转，输出短路控制指令，使开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平，开关控制三极管导通触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开、切断电力输出，实施短路故障保护的目的。当故障排除后按下接通3T₂复位开关，电源输出自动接通，故障未排除自动拒绝。

(E)过载监测控制输出电路5 由二极管5D₁、5D₂、5D₃，电阻5R₁、5R₂、5R₃、5R₄、5R₅，电容5C₁、5C₂、5C₃，运放集成电路IC₂第1、2门连接组成；由电流互感器4B₁作电压采样，被控线路中在额定负荷时，检出的电压为低电平，过载时检出的电平随过载严重而升高，经整形缓冲、延时设定电路后输出电压加到IC₂过载比较门电路识别，运放内部控制电路发生翻转输出过载控制指令，使伺服控制电路(P)端变为低电平，这时开关控制三极管导通，触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开、切断电力输出，实施过载保护的目的。过载切断电力输出后，经延时一定时间自动恢复输出；若过载严重，超额定电流3倍时自动进入短路保护状态，无限期封锁电力输出。

(F)过压监测控制输出电路6 由电阻6R₁、6R₂、6R₃、6R₄、6R₅、6R₆、6R₇、6R₈，电容6C₁、6C₂、6C₃、6C₄，二极管6D₁、6D₂、6D₃、6D₄、6D₅，运放集成电路IC₃第1、2门，光电耦合器IC₅连接组成；由电阻6R₁在输入主线路中提取采样电压，整流滤波分压后加到光电耦合器IC₅。输入主线路电源正常时，光电耦合器处于微导通，隔离输出端③脚输出低电平；过压时，光电耦合器深度导通，③脚输出高电平，经设定缓冲电路后输出信号电压，加到过压控制运放IC₃比较门电路识别，运放内部控制电路发生翻转，输出过压控制指令，使开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平，开关控制三极管导通触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开、切断电力输出，实施过压保护的目的。过压排除后，自动恢复电力输出。

(G)欠压监测控制输出电路7 由电阻7R₁、7R₂、7R₃、7R₄、7R₅，电容7C₁、7C₂，二极管7D₁、7D₂、7D₃、7D₄、7D₅，运放集成电路IC₃第3、4门连接组成；从过压电路IC₅③脚输出电平中提取采样电压，这个电压远高于运放IC₃门基准电压，经分压设定电路后加到欠压控制运放IC₃门电路中，使运放控制输出端在输入交流电源正常或过压时维持高压电平。当输入交流电源发生欠压时，光电耦合器IC₅导通减弱、隔离输出端③电压下降、加到IC₃作门基准电压下降，低于设定值运放控制电路发生翻转，输出欠压控制指令，使开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平、开关控制三极管导通触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开、切断电力输出，实施欠压保护的目的。欠压排除后电力输出自动接通，而且还要在交流电源任一时刻停、供电时，欠压电路先作故障启动输出指令、致使主线路中的2K-AC切至检测线路后再退出。

(H)错相监测控制输出电路8 由电阻8R₁、8R₂、8R₂，电容8C₁、8C₂，二极管8D₁、8D₂，四运放集成电路IC₂第3门、光电耦合器IC₆连接组成；由电阻8R₁接到主线路交流电源中性线，经光电耦合器IC₆、二极管8D₁接到隔离电源地与大地构成检测回路。输入交流电源接入错相时，光电耦合器导通、③脚输出高电平，经缓冲电路输出信号电压加到错相控制运放IC₂比较门电路识别，运放内部控制电路发生翻转输出错相控制指令，使开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平、开关控制三极管导通触发电磁阀执行主线路中的2K-AC开关断开、切断电力输出，实施错相保护锁定的目的。

(I)漏电及短路诊断控制输出电路9 由电阻9R₁、9R₂、9R₃、9R₄、9R₅、9R₆、9R₇、9R₈、9R₉、9R₁₀、9R₁₁、9R₁₂、9R₁₃、9R₁₄、9R₁₅、9R₁₆、9R₁₇，电容9C₁、9C₂、9C₃、9C₄、9C₅、9C₆、9C₇、9C₈，二极管9D₁、9D₂、9D₃、9D₄、9D₅、9D₆、9D₇、9D₈，继电器9JK₁，运放IC₄第1、2、3、4门，三极管9Q₁连接组成；输入交流电源之前，主线路开关2K-AC中的1K、2K总是置于a、a`接通位置。各控制电路进入工作运行后，首先是欠压电路先作非故障启动输出指令、促使放运IC₄⑤脚电位低于④脚、使1门控制输出端为低电平，驱动继电器9JK₁吸合，接通负载线路，切入漏电/短路检测电压。根据输入该线路中的电压产生压降、反馈到IC₄漏电/短路比较门电路诊断，相应诊断识别控制电路输出信号电压加到漏电/短路比较门电路诊断，相应诊断识别控制电路输出指令，由开关伺服控制电路将输入的交流电源封锁拒绝接通负载线路；通过显示及警报电路作出故障状态显示，并发出警报提醒；负荷线路故障并未排除，按下接通9T₁复位开关也将拒绝接通，从而实施漏电/短路诊断保护的目的。

(J)运放IC门基准电压电路10 由电阻10R1，电容10C₁、10C₂，二极管10D₁、10D₂组成；在电源变换调整稳压输出电路中提取电源，再进一步降压滤波，建立一个宽电源高稳定运放门基准电压，克服因各控制电路在进入切换工作状态时导致电压波动造成门基准电压跟着变化、引起设定参数漂移，实现运放基准门电压高稳定的目的。

(K)状态显示及警报电路11 由发光二极管11E₁、11E₂、11E₃、11E₄、11E₅、11E₆，发光氖灯11E₇，电阻11R₁、11R₂、11R₃、11R₄、11R₅、11R₆，电容11C₁、11C₂，二极管11D₁，三极管11Q₁、11Q₂，蜂鸣器11SP，语音集成电路IC₇连接组成；各故障状态发光二极管的负极分别接于各监测控制输出端，主线路电源正常时、接通负荷线路发光氖灯亮，各控制输出端均为高电平，经电阻11R₂限流后加到各发光二极管正极的电压与负极相等，发光二极管不导通，当被控主线路电源发生某种故障，相应监控输出电路的运放输出端变为低电平，连接到此的发光二极管导通，显示故障状态。IC₇语音集成电路，⑧脚高电平时脚不输出音频电压，被控电力运行电源线路发生故障时，开关伺服控制执行电路(P)端变为低电平，11D₁导通IC₇⑧脚转为低电平，脚输出音频电压，经三极管11Q₂放大推动蜂鸣器发出警报声，从而实施状态显示及警报提醒的目的。

IC₁、IC₂、IC₃、IC₄的型号为LM339；IC₅、IC₆的型号为TLP521；IC₇的型号为SC2304。

实施例工作原理参见图2、图3

(A)电源变换调整稳压输出电路1 输入主线路L、N相线之间的交流电源加到压敏电阻1UR₁两端削波，经保险管1FUS进入变压器1B₁初级线圈、次级线圈感应并输出低压交流电源，由整流器1DZ整流、电容1C1滤波；再由三级管1Q₁，电阻1R₁、1R₂、电容1C₂、1C₃、1C₄进行电子滤波及调整稳压后，输出直流电源供给整体控制电路工作所需电压。

(B)开关伺服控制电路2 最主要的目的是驱动主线路交流电源2K-AC开关的切换，完成整体最终控制的目的。

驱动应力主件由电磁阀2ECS执行。若电磁阀线圈②端为高电位，电流瞬时流过①端时产生吸合磁场，之后再由内藏永久磁场维持，主线路电源2K-AC开关接通主线路；若①端为高电位，电流瞬时流过②端时产生排斥磁场，电磁阀释放，之后再由内藏永久磁场维持，2K-AC关断主线路，电源换向检测电路。电磁阀线圈电位正、反向的取得由继电器2JK1切换。

初始输入电源时，二极管2D₁正向导通，输入电容2C₁储能，通过继电器2JK₁的b到o加到电磁阀线圈②端，②端为高电位；①端通过继电器2JK₁的o`到b`再连到继电器2JK₂的a脚。三极管2Q₃、电阻2R₂、电容2C₂构成延时导通电路，二极管2D₅、2D₄负极此时电位高于正极，均不导通(若2D₄负极为低电位导通时，使延时电路不能导通，电磁阀线圈将不会产生磁力驱动)。随电容2C₂充电逐渐饱和，三极管2Q₃基极电位也随之升高而导通，发射极输出电压跟着升高，达到继电器2JK₂的线圈吸合电压时，2JK₂的a脚与b脚连通，内部开关将加在a脚电源接通地；①端连到继电器2JK₂a脚，因而电磁阀线圈瞬时有电流通过，线圈产生电磁应力，电磁阀吸合后由内藏永久磁场保持，同时将主线路2K-AC电源开关接通，微动开关2K₁接通。2K₁接通使继电器2JK₁吸合内部开关作换向，改变电磁阀线圈的原入电方向，使伺服电路进入等待故障切换守候状态(2K₁接通，使电容2C₂的电量被释放掉，继电器2JK₂的线圈上无电流，2JK₂的a脚与b脚打开)。

守候状态时，加到电磁阀线圈的电源从继电器2JK₁的a`到o`加到线圈①端，通过线圈②端到继电器2JK₁的o到a再加到三极管2Q₂发射极(二极管2D₂为防止电磁阀线圈在电流瞬通时产生反峰脉冲，击穿开关三极管2Q₂)。电阻2R₁向三极管2Q₁基极提供截止电压，2Q₁、2Q₂组成复合开关管，此时处于截止状态，二极管2D₃与2D₄连接组成开关控制输入端(P)并输出高电平。当有故障指令输入时，控制输入端(P)变为低电平，三极管2Q₁、2Q₂截止电压通过2D₃随之被放掉，瞬时产生导通，电磁阀线圈有电流通过，产生排斥磁场应力，驱动主线路2K-AC电源开关断开，切至检测线路，微动开关2K₁同时断开继电器2JK₁线圈电源回路，继电器内部开关换向，恢复到初始输入电源状态。待故障排除，输入控制端(P)建立高电平后，才转入延时接通2K-AC主线路电源开关。

(C)漏电监测控制输出电路3 监控线路漏电，流过零序电流互感器3B₁原边的电流失衡，付边感应出电压，经二极管3D₁、电容3C1、电阻3R₁构成抗干扰削波吸收电路，电阻3R₂缓冲，电容3C₂、电阻3R₃分压钳位，再经过电阻3R₄、电容3C₃缓冲，输出漏电信号电压加到运放IC₁第3、4门比较电路识别，首先是第4门内部控制电路翻转，漏电控制输出端脚从高电平变低；再有，电源经电阻3R₅限流、二极管3D₂导通叠加到第3门比较电路中，⑧脚电压迅高于⑨脚基准电压，运放内部控制电路翻转，控制输出端脚输出漏电指令，脚从高电平变低。与端连接的发光二极管11E₁导通发光，二极管3D₃导通，控制输入端(P)电平变为低，开关伺服控制电路进入相应状态。(P)端电平变为低，同时9D₁导通，警报电路被触发，从而使漏电监测控制输出电路进入漏电保护、显示、警报：按下接通3T₁试验开关，负荷线路L相电流经电阻3R₆回到输入主线路N相，零序电流互感器3B₁原边的电流失衡，付边感应出漏电控制电压，从而验出该电路是否正常。

(D)短路监测控制输出电路4 主线路电源短路，电流互感器4B₁次级产生电压快速上升，整流器4DZ整流、电容4C₁滤波后形成直流(电阻4R₁、4R₂形成分压设置，二极管4D₁正向导通输入电压，避免短路时检出的电压4C₁吸收时间过长)，电压很快达到稳压二极管4D₂、4D₃、4D₄击穿电压，由电阻4R₃、电容4C₂、4C₃钳位及滤除瞬时导通产生的高频干扰，通过电阻4R₄(电容4C₄缓冲)，输出短路信号电压加到运放IC₁第1、2门比较电路识别，首选是第1门电路内部翻转，控制输出端②脚从低变高电平；再有，电源经电阻4R₅限流，二极管4D₃导通叠加到第2门比较电路、⑥脚门比较电压迅速高于⑦脚门基准电压，第2门运放内部控制翻转、控制输出端①脚输出短路指令，①脚从高电平变低，与此端连接的发光二极管11E₂导通发光、二极管4D₆导通，控制输入(P)端电平变低，开关伺服控制电路进入相应状态，(P)端电平变低，9D₁导通，警报电路被触发，从而使短路监测控制输出电路进入短路保护、显示、警报；

(E)过载监测控制输出电路5 过载时经电流互感器检出的电压整流滤波后为直流，随过载严重电压随着升高，达到一定值、稳压二极管5D₁产生击穿电压，经电阻5R₁、5R₂、电容5C₁延时，电阻5R₃钳位，电容5C₂再次延时后输出过载信号，电压加到运放IC₂第1门比较电路⑤脚。当⑤脚电位高于④脚基准电压时，第1门运放内部控制电路翻转，控制输出端②脚从低电平变高；再有，电源经5R₄、二极管5D₂导通，加到第2门比较电路⑥脚，⑥脚门比较电压迅速高于⑦脚门基准电压；第2门运放内部控制电路翻转、控制输出端①脚输出过载指令，①脚从高电平变低，与此端连接的发光二极管11E₃导通发光、二极管5D₃导通，控制输入(P)端电平变低，开关伺服控制电路进入相应状态。(P)端电平变低，同时9D₁导通，警报电路被触发，从而使短路监测控制输出电路进入过载保护、显示、警报；

(F)过压监测控制输出电路6 从输入的交流电源L相由电阻6R₁采样、二极管6D₁整流、电容6C₁滤波、电阻6R₂限压加到光电藕合器IC₅①脚，正向电流流向②脚，经稳压二极管6D₂击穿电压回到交流电源N相。藕合器IC₅①、②脚有电流通过、隔离端产生导通，加在④脚的电压流向③脚，经电阻6R₃、电容6C₃滤波使电压平稳上升，超过设定值时稳压二极管6D₃产生击穿，电压加到电阻6R₄、6R₅钳位、电容6C₂缓冲，输出过压信号电压加到运放IC₃第1门比较电路⑤脚，⑤脚电位高于④脚基准电压时，运放IC₃第1门内部控制电路翻转，控制输出端②脚从低电平变高；再有，电源经6R₆、二极管6D₄导通加到第2门比较电路⑥脚、⑥脚门比较电压迅速高于⑦脚门基准电压，并由电阻6R₈向过压输入端⑤脚叠加一定电压(为消除过压波动临界效应，电阻6R₇、电容6C₄消除二极管瞬间导通产生的脉冲干扰)；⑥脚门比较电压高于⑦脚时，第2门运放内部控制电路翻转，控制输出端①脚输出过压指令，①脚从高电平变低，与此端连接的发光二极管11E₄导通发光、二极管6D₅导通，控制输入(P)端电平变为低，开关伺服控制电路进入相应状态。(P)端电平变为低，9D₁导通，警报电路被触发，从而使过压监测控制输出电路进入过压保护、显示、警报；输入主线路电源恢复正常后、输出信过压号电压入随之降低，控制电路翻转复位，自动恢复电力输出。

(G)欠压监测控制输出电路7 从光电藕合器IC₅③脚提取采样电压，主线路交流电源在运行时，不论是在正常或过压中，IC₅都处于微导通，③脚均输出一定电压，而这个电压值远高于欠压门电路中的基准电压，经电阻7R₁、7R₂分压设定，输出欠压信号电压加到运放IC₃第4门电路⑩脚中；随主线路交流电源欠压，输入的欠压信号电压随之下降，当⑩脚电位低于脚基准门电位时，运放IC₃第4门内部控制电路翻转、控制输出端脚从低电平变高电平；再有，电源经电阻7R₃、二极管7D₁导通加到第3门比较电路⑧脚(电阻7R₄、电容7C₂消除二极管瞬间导通产生的脉冲干扰)，⑧脚门比较电压迅速高于⑨脚门基准电压，此时运放IC₃第3门内部控制电路翻转、控制输出端脚从高电平变低：a.此时与欠压输入端⑩脚连接的限压电阻7R₅，二极管7D₂导通，使输入的欠压信号电压造成压降，避开欠压波动产生临界效应；b.与漏电/短路诊断电路中连接的二极管7D₄、7D₅导通，促使IC₄⑤脚门电位低于④脚，使运放此门内部控制电路翻转，控制输出端②脚变低电平、促使继电器9JK₁吸合、接通因欠压分断电源后的负载线路；C.与此端连接的发光二极管11E₅导通发光；d.与此端连接的二极管7D₃导通，控制输入(P)端电平变低，开关伺服控制电路进入相应状态，(P)端电平变为低，9D₁导通，警报电路被触发，从而使欠压监测控制输出电路进入欠压保护、显示、警报；并要在任一时刻输入停、供电时，由7C₁将检出的欠压信号电压作一定延时，使欠压在每次停、供电时，使欠压先启动。

(H)错相监测控制输出电路8 由电阻8R₁作限流并提取采样电压，输入光电藕合器IC₆②脚、①脚经二极管8D₁负极接到隔离电源负极与大地连接，构成检测回路。输入主线路的交流电源错相，检测电路电流流过光电藕合器，隔离④脚电源输出到③脚，经电阻8R₂、8R₃、电容8C₁作抗干扰缓冲后输出错相信号电压加到运放IC₂第3门比较电路，⑧脚门比较电位高于⑨脚门基准电位，IC₂运放第3门内部控制电路翻转，控制输出端脚从高电平变低，与此端连接的发光二极管11E₆导通发光，二极管8D₂导通，控制输入(P)端电平变为低，开关伺服控制电路进入相应状态，(P)端电平变为低，9D₁导通，警报电路被触发，从而使错相监测控制输出电路进入错相保护并锁定、显示、警报。

(I)漏电及短路诊断控制输出电路9 静止状态时，主线路2K-AC开关1k置于a、2k置于a′接通检测输入线路。主线路输入交流电源时，整体控制电路进入工作运行，欠压电路先作非故障启动输出控制指令，运放IC₃脚维持低电平一定时间后再退出。诊断电路中的二极管7D₄、7D₅在脚低电平时产生导通，并连至运放IC₄第1门⑤脚；⑤脚基准电位低于④脚比较门电位，此时运放第1门内部控制电路翻转，控制输出端②脚变为低电平，促使继电器9JK₁吸合，接通检测负载线路。

这时若输入漏电、短路测试电压：

a.漏电测试电压由电阻9R₁₆、9R₁₇分压、电容9C₇、9C₈滤波后输出，通过9D₇正向导通，漏电测试电压加到运放IC₄比较门电路⑧脚；⑧脚通过二极管9D₇、继电器9JK₁的k₂、电阻9R₁₇、主线路2K-AC开关中的2k加到输入主线路N相中，输入线N相与负载线L′相断开状态时若存在小于18KΩ的漏电电阻，输入测试测电源将会通过该电阻，经负载L′相线路、继电器9JK1的k2、漏电电阻入地造成压降；压降由运放IC₄⑧脚作诊断，当⑧脚门比较电位低于⑨脚门基准电位，运放3门内部控制电路翻转，控制输出端脚变高电平；再有，电源经电阻9R₄，二极管9D₄导通加到运放IC₁漏电输入门比较电路⑧、脚中，运放被触发，内部控制电路翻转输出控制指令，指令输出端脚变低电平，与此端连接的二极管9D₁导通，经电阻9R₅、截止电阻9R₆输送至运放IC₄第1门⑤脚的电源，电源由电阻9R₇钳低(此时二极管9D₃反向不导通)[电容9C₃在无故障时为高电平滤波用]，这使②脚处于低电平、继电器9JK₁维持吸合，保证输送检测不中断，直到故障排除。此时若按下接通3T₂开关，IC₁脚电位可降低，但经诊断控制电路输出的控制电压加在门比较电路⑧脚的电位仍高于⑨脚门基准电位，3门内部控制电路不翻转，漏电控制输出端脚仍维持输出漏电指令控制中，只有故障排除复位才可使控制退出状态；

b.短路测试电压由电阻9R₈、9R₉、9R₁₀，三极管9Q₁，电容9C₂、9C₄组成射极跟随器，三极管9Q₁发射极输出短路测试电压，运放IC₄⑥脚作诊断。⑥脚电压经继电器9JK1的k1、主线路2K-AC开关中的1k进入负载L相线路；若在负载线路L′相与N′相之间短路(电阻小于设定值时)，电源从L相经该电阻到N′相、通过主线路2K-AC开关中的2k入地造成压降，由运放IC4第2门⑥脚与⑦脚比较诊断(电阻9R₁₄、9R₁₅构成固定偏置向⑦脚提供电源)。当负载线路短路，线路电压反馈到⑥脚，⑥脚门比较电压下降低于⑦脚时，运放IC₄第2门内部控制电路输出端①脚电位上升，三极管9Q₁进入导通，集电极负荷电阻9R₉供电电压下降，⑩脚门比较门电位低于脚门基准电位(由电阻9R₁、9R₂设置构成⑨、脚门基准电源，电容9C₁滤波)；此时运放第4门内部控制电路翻转输出控制指令，指令输出端脚变高电平，电源经电阻9R₃、二极管9D₅加到运放IC₁短路输入门比较电路⑤脚，⑥脚门电位变高电平，IC₁第1、2门内部控制电路同时翻转，短路控制指令输出端脚变低电平，与此端连接的二极管9D₂导通，经电阻9R₅、截止电阻9R₆输送至运放IC₄第1门⑤脚的电源，电源由电阻9R₇钳低(此时二极管9D₃反向不导通)，⑤脚电位低于④脚，第1门输出控制端②脚处于低电平，继电器9JK₁维持吸合，保证输送检测电源不中断，直到故障排除。此时若按下接通3T₂开关，IC₁②脚电位可降低，但经诊断控制电路输出的控制电压加在门比较电路⑤脚的电位仍高于⑦脚门基准电位，第2门内部控制电路不翻转、短路控制输出端①脚仍维持输出短路指令控制中，只有故障排除复位才可使控制退出状态。

(J)运放IC门基准电压电路10 电源经10R₁限流与10D₁、10D₂串接后入地，利用10D₁、10D₂导通形成压降，在10R₁与10D₁正极相连端取得设定电压，设定电压由10C₁、10C₂作抗干扰及滤波后形成纯直流稳定电压供给相应的运放IC基准门电压。

(K)状态显示及警报电路11 主线路输入交流电源，经开关2K-AC接通负载线路后，经压敏电阻1UR₂削波，发光氖灯11E₇经电阻11R₁通入工作电源指示电力输出；故障状态发光二极管电源经11R₂加到11E₁、11E₂、11E₃、11E₄、11E₅、11E₆的正极，负极分别接到IC₁、IC₂、IC₃各控制输出端的①、脚。电力运行线路无故障时各控制输出端均维持高电平，发光二极管不导通；被监控线路有故障：a.漏电时，监测控制电路输出漏电控制指令，IC₁脚变低电平，发光二极管11E₁导通发光显示漏电；b.短路时，监测控制电路输出短路控制指令，IC₁①脚变为低电平，发光二极管11E₂导通发光显示短路；c.过载时，监测控制电路输出过载控制指令，IC₂①脚变为低电平，发光二极管11E₃导通发光显示过载；d.过压时，监测控制电路输出过压控制指令IC₃①脚变为低电平，发光二极管11E₄导通发光显示过压；e.欠压时，监测控制电路输出欠压控制指令1C₃脚变为低电平，发光二极管11E₅导通发光显示欠压；f.错相时，监测控制电路输出错相控制指令，IC₂脚变为低电平，发光二极管11E₆导通发光显示错相。由11Q₁、11R₃、11R₄、11C₁、11C₂构成降压调整电路输出相对应的IC₇所需工作电压，IC₇⑧脚高电平时脚不输出音频电压11Q₂截止，11SP不发出声音。当被监控的电力运行线路发生故障时，在监测识别控制电路作用下，开关伺服控制输出(P)端变低电平时，11D₁导通，IC₇⑧脚转为低电平，脚输出音频电压，11Q₂随音频电压触发导通，输出音频放大电压推动蜂鸣器11SP发出警报声，其声音频率高低可通过调整电阻11R₅阻值来改变。从而实现故障状态显示及警报提醒的目的。

本发明可广泛应用于单相交流运行电力网络端用户的安全用电监控，为确保用电安全提供有力的保证。

Claims

1、一种安全用电保护器，其特征在于包括电源变换调整稳压电路(1)、开关伺服控制执行电路(2)、漏电监测控制输出电路(3)、短路监测控制输出电路(4)、过载监测控制输出电路(5)、过压监测控制输出电路(6)、欠压监测控制输出电路(7)、错相监测控制输出电路(8)、漏电/短路诊断控制输出电路(9)、运放IC门基准电压电路(10)、状态显示及警报电路(11)；

电源变换调整稳压电路(1)供给各控制电路工作所需电压；

运放IC门基准电压电路(10)提供纯直流稳定电压供给运放IC基准门电压；

开关伺服控制执行电路(2)驱动主线路交流电源2K-AC开关的切换；

漏电监测控制输出电路(3)的输入端从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

短路监测控制输出电路(4)从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

过载监测控制输出电路(5)从短路监测控制输出电路(4)输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

过压监测控制输出电路(6)从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

欠压监测控制输出电路(7)从过压监测控制输出电路(6)输出端采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

错相监测控制输出电路(8)从输入的主线路交流电源采样，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

漏电/短路诊断控制输出电路(9)从输出的主线路交流电源采样，输入端连接欠压监测控制输出电路(7)，输出端连接开关伺服控制执行电路(2)的输入端，输出端同时连接到状态显示及警报电路(11)；

状态显示及警报电路(11)的输入端连接到开关伺服控制执行电路(2)的输出端，状态显示及警报电路(11)的输入端也连接到输出的主线路交流电源。

2、根据权利要求1所述的一种安全用电保护器，其特征在于开关伺服控制执行电路(2)由三级管2Q₁、2Q₂、2Q₃，电阻2R₁、2R₂，电容2C₁、2C₂、2C₃，二极管2D₁、2D₂、2D₃、2D₄、2D₅，继电器2JK₁、2JK₂，微动开关2K₁，电磁阀2ECS，双向开关2K-AC连接组成。

3、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于状态显示及警报电路(11)由发光二极管11E₁、11E₂、11E₃、11E₄、11E₅、11E₆，发光氖灯11E₇，电阻11R₁、11R₂、11R₃、11R₄、11R₅、11R₆，电容11C₁、11C₂，二极管11D₁，三极管11Q₁、11Q₂，蜂鸣器11SP，语音集成电路IC₇连接组成。

4、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于漏电监测控制输出电路(3)由零序电流互感器3B₁，二极管3D₁、3D₂、3D₃、3D₄，电容3C₁、3C₂、3C₃，电阻3R₁、3R₂、3R₃、3R₄、3R₅、3R₆，按键开关3T₁、3T₂，运放集成电路IC₁第3、4门连接组成。

5、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的短路监测控制输出电路(4)由电流互感器4B₁，整流器4DZ，电容4C₁、4C₂、4C₃、4C₄，电阻4R₁、4R₂、4R₃、4R₄、4R₅，二极管4D₁、4D₂、4D₃、4D₄、4D₅、4D₆，运放集成电路IC₁第1、2门连接组成。

6、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的过载监测控制输出电路(5)由二极管5D₁、5D₂、5D₃，电阻5R₁、5R₂、5R₃、5R₄、5R₅，电容5C₁、5C₂、5C₃，运放集成电路IC₂第1、2门连接组成。

7、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的过压监测控制输出电路(6)由电阻6R₁、6R₂、6R₃、6R₄、6R₅、6R₆、6R₇、6R₈，电容6C₁、6C₂、6C₃、6C₄，二极管6D₁、6D₂、6D₃、6D₄、6D₅，运放集成电路IC₃第1、2门，光电耦合器IC₅连接组成。

8、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的欠压监测控制输出电路(7)由电阻7R₁、7R₂、7R₃、7R₄、7R₅，电容7C₁、7C₂，二极管7D₁、7D₂、7D₃、7D₄、7D₅，运放集成电路IC₃第3、4门连接组成。

9、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于所述的错相监测控制输出电路(8)由电阻8R₁、8R₂、8R₃，电容8C₁、8C₂，二极管8D₁、8D₂，四运放集成电路IC₂第3门、光电耦合器IC₆连接组成。

10、根据权利要求1或2所述的一种安全用电保护器，其特征在于漏电及短路诊断控制输出电路(9)由电阻9R₁、9R₂、9R₃、9R₄、9R₅、9R₆、9R₇、9R₈、9R₉、9R₁₀、9R₁₁、9R₁₂、9R₁₃、9R₁₄、9R₁₅、9R₁₆、9R₁₇，电容9C₁、9C₂、9C₃、9C₄、9C₅、9C₆、9C₇、9C₈，二极管9D₁、9D₂、9D₃、9D₄、9D₅、9D₆、9D₇、9D₈，继电器9JK₁，运放IC₄第1、2、3、4门，三极管9Q₁连接组成。