CN202042878U - 一种断路器器件 - Google Patents

Abstract

一种断路器器件，包括：输入火线端子和输入零线端子，对该器件供电；负载火线端子和负载零线端子，从该器件对负载供电；开关触点，使输入火线端子和输入零线端子分别与负载火线端子和负载零线端子可控连接和断开；第一差动变压器，感测接地故障状态；第二差动变压器，感测地线-零线故障状态；集成电路，监测第一和第二差动变压器上产生的差动电流信号并将它们与相应预定阈值进行比较；脱扣电路，包括脱扣螺线线圈和可控硅整流器，可控硅整流器作为对从该集成电路收到脱扣信号的响应导通电流，该电流能够使该脱扣螺线线圈通电；压敏电阻器，作为对施加在该输入火线端子与输入零线端子之间的瞬态浪涌电压的响应，提供将电流分流到地线的低阻通路。

Description

一种断路器器件

技术领域

本实用新型涉及断路器器件技术领域，并且尤其涉及具有瞬态抑制保护的断路器器件。 

背景技术

断路器器件在检测到诸如漏电流的故障状态时，能够迅速将电路断开，从而降低产生损害的风险。特别是，这种漏电流可能偶然间使部分电路带电，如果站在地上的人接触该部分电路，就导致电击。 

某些断路器器件可能附带诸如压敏电阻器(varistor)的瞬态浪涌抑制器，用于防止断路器器件部件受到雷击和输入电力线上承载的其它高频瞬态事件的影响。不幸的是，断路器器件中采用的这种瞬态浪涌抑制器的一个局限性在于，它们为了对断路器器件部件提供适当保护，必须具有一定的实体尺寸和运行容量。为了提高设计柔性并降低制造成本，希望能够降低瞬态抑制器的实体尺寸和容量。 

这种瞬态浪涌抑制器的另一个局限性在于，它们因为承受高瞬态浪涌而随着时间的推移发生退化。因此，还希望延长这些部件的寿命。 

具有瞬态浪涌抑制器的某些断路器器件的又一个缺点是，瞬态浪涌抑制器通常以这样的方式布置在断路器器件内，以致如果瞬态浪涌抑制器的部件发生故障，则即使在它脱扣时，也易引发火灾，并且/或者人也可能处于由于接触该电路而承受电击的危险。 

实用新型内容

本实用新型提供一种断路器器件，以提高设计柔性并降低制造成本，延 长这些部件的寿命，避免断路器器件引发火灾，消除由于接触该电路而承受电击的危险。 

本实用新型试图减轻上面讨论的至少一个问题。 

在第一概括形式中，本实用新型提供了一种断路器器件，包括： 

输入火线端子和输入零线端子，通过输入火线端子和输入零线端子，可以对该器件供电，所述输入零线端子被接地； 

通过负载火线端子和负载零线端子，可以从该器件对负载供电，所述输入火线端子和输入零线端子适于分别通过第一和第二导电布线，与负载火线端子和负载零线端子电连接； 

开关触点，沿该第一和第二导电布线布置，适于使该输入火线端子和输入零线端子分别与该负载火线端子和负载零线端子可控连接和断开； 

第一差动变压器，用于感测接地故障状态；以及第二差动变压器，用于感测地线-零线故障状态，所述第一和第二差动变压器以该第一和第二导电布线穿过其的方式布置； 

集成电路，用于监测所述第一和第二差动变压器上产生的差动电流信号并将它们与相应预定阈值进行比较，其中所述集成电路被配置，以作为对超过任一所述预定阈值的响应，输出脱扣信号； 

脱扣电路，与该集成电路相连，所述脱扣电路包括从输入火线端子到输入零线端子串联的脱扣螺线线圈和可控硅整流器，该可控硅整流器适于作为对从该集成电路收到脱扣信号的响应导通电流，并且所述电流能够使该脱扣螺线线圈通电，从而使该开关触点断开；以及 

压敏电阻器，与所述可控硅整流器并联并与所述脱扣螺线线圈串联布置，其中所述压敏电阻器位于从输入火线端子到输入零线端子、绕过该第一和第二差动变压器的电路通路上，并且所述压敏电阻器适于作为对施加在该输入火线端子与输入零线端子之间的瞬态浪涌电压的响应，提供将电流分流到地线的低阻通路。 

优选地，该脱扣电路进一步包括串联在可控硅整流器与脱扣螺线线圈之间的并联电路，所述并联电路具有包括辅助开关的第一支路和包括与至少一个电阻器串联的灯光指示器的第二支路，所述辅助开关适于作为对使该脱扣螺线线圈通电的响应而断开，其中电流可以被转移到通过该灯光指示器，以启动所述灯光指示器。 

通常，本实用新型可以包括连接在该输入火线端子与输入零线端子之间的另一个压敏电阻器，其中所述另一个压敏电阻器适于作为对施加在该输入火线端子与输入零线端子之间的瞬态浪涌电压的响应，提供将电流分流到地线的低阻通路。 

通常，本实用新型包括布置在该输入火线端子与输入零线端子之间的火花隙机构，所述火花隙机构适于吸收至少一些由施加在该输入火线端子与输入零线端子之间的较强瞬态浪涌产生的能量。 

优选地，该断路器器件包括用于容纳该断路器器件的插座。更优选地，插座可以是可壁装的，并且包括负载可以插入其内以从断路器器件获取电能的插口。 

有利的是，由于该螺线线圈与该压敏电阻器串联布置，所以该螺线线圈提供较高阻抗，以吸收瞬态浪涌中的高频分量，这有助于降低压敏电阻器两端的箝位电压。有利的还有，因为本实用新型不包括从任何一个线路端子连接到任何一个负载端子的压敏电阻器，所以即使压敏电阻器不能降低过热或者对用户电击的风险，当该开关触点脱扣时，该负载火线端子和负载零线端子也可以与该输入火线端子和输入零线端子保持电隔离。有利的还有，因为该压敏电阻器布置在从输入火线端子到输入零线端子、绕过该第一和第二差动变压器的电路通路上，所以即使压敏电阻器发生故障，这也不可能偶然导致该电路脱扣。 

附图说明

根据下面结合附图，对本实用新型的非限制性的优选实施例所作的详细描述，可以更全面理解本实用新型，其中： 

图1示出本实用新型实施例的电路图；以及 

图2示出用于容纳图1所示电路的插座的俯视图。 

具体实施方式

在此，描述本实用新型的优选实施例，它包括具有高频瞬态浪涌抑制电路的接地故障和地线-零线故障感测断路器器件。 

该断路器器件1容纳在如图2的俯视图所示的可壁装插座内。 

参考图1所示的电路图，该断路器器件1包括输入火线端子2a和输入零线端子2b，在使用时，通过它们，可以将交流供电送到断路器器件1。在该实施例中，输入零线端子2b接地。 

断路器器件1还包括插座火线端子3a和插座零线端子3b，在使用时，通过它们，可以将电能馈送到插头插入插座5的插口5a内的器件。插座火线端子3a和插座零线端子3b适于通过开关触点6a，6b，分别与输入火线端子2a和输入零线端子2b电连接。在该实施例中，还设置了负载火线端子4a和负载零线端子4b，如果需要，还可以通过它们，将电能馈送到附加断路器器件，该负载火线端子4a和负载零线端子4b还适于，通过开关触点7a，7b，分别与输入火线端子2a和输入零线端子2b电连接。 

在断开位置与闭合位置之间操作时，可以使开关触点6a，6b，7a，7b可控移动，以便或者在非故障状态下，在线路端子2a，2b与负载/插座端子3a，3b，4a，4b之间实现电连接，或者当断路器器件1脱扣时，在检测到故障状态时，断开线路端子2a，2b与负载/插座端子3a，3b，4a，4b之间的电连接。图1示出处于脱扣位置的断路器器件，在脱扣位置，开关触点6a，6b，7a，7b断开。下面将进一步详细描述开关触点6a，6b，7a，7b的操作。 

接地故障和地线-零线故障电路 

断路器器件1包括：第一差动变压器8a，用于感测接地故障状态；以及第二差动变压器8b，用于感测地线-零线故障状态。本技术领域内的技术人员明白，在该实施例中，适于将线路端子2a，2b连接到负载/插座端子3a，3b，4a，4b的第一和第二导线9a，9b被布置通过两个差动变压器8a，8b，以使接地故障或者地线-零线故障产生的漏电流，能够以电流不平衡形式被差动变压器8a，8b感测到。 

通过手动按下布置在断路器器件1的插座外壳5上的机械复位按钮5d，断路器器件1最初被配置为复位状态。致动复位按钮5d使辅助开关10和开关触点6a，6b，7a，7b处于闭合位置，从而将电能送到负载/插座端子3a，3b，4a，4b。当复位按钮5d被释放时，锁扣机构适于，在非故障状态下，使辅助开关10和开关触点6a，6b，7a，7b保持在闭合位置。 

在辅助开关10处于闭合的情况下，通过串联布置的脱扣螺线线圈11、辅助开关10和压敏电阻器MOV1，在输入火线端子2a与地线之间形成电流通路。在正常工作情况下，压敏电阻器MOV1的电阻较高，以致沿该电流通路流过的电流量非常小或者可以忽略不计，不足以使脱扣螺线线圈11通电。 

如果因为电路中的接地故障或者地线-零线故障而产生漏电流，则电流不平衡将分别被第一或者第二差动变压器8a，8b感测到。第一和第二差动变压器8a，8b的输出与集成电路12的输入引脚相连，该集成电路12利用比较器将感测到的差动电流与相应预定阈值进行比较，以确定是否发生了接地故障或者地线-零线故障。在该实施例中，两个预定阈值均被设置为5mA，但是可以根据断路器器件的具体应用改变该值。 

如果检测到的差动电流不超过其相应预定阈值，则集成电路12对脱扣电路输出脱扣信号，该脱扣电路包括从输入火线端子到地线串联连接的脱扣螺线线圈11和可控硅整流器(SCR)13。作为对从集成电路12收到脱扣信号的响应，可控硅整流器13导通。电阻器R10和电容器C7一起对从集成电路12输出到SCR13的脱扣信号进行适当滤波。导通时，SCR13有效短路，使得电流足以使 脱扣螺线线圈11通电，并且脱扣螺线线圈11的衔铁发生位移，从而利用机械方法断开辅助开关10和开关触点6a，6b，7a，7b。因此，消除负载/插座端子3a，3b，4a，4b上的电能。为了降低电击用户的风险，开关触点6a，6b，7a，7b和辅助开关10适于在25mS的时长内断开。 

辅助开关10与电阻器R13、R14、R12、R11和发光二极管LED1的串联组合并联。当辅助开关10断开时，电流从输入火线端子2a通过电阻器R13、R14、R12、R11和发光二极管LED1的串联组合，转移到地线。有利的是，串联电阻器R13、qR14、R11、R12有助于在故障状态下提供适当功率耗散，而发光二极管LED1对用户提供便利可视指示，指示发生了故障状态并且断路器器件1已经脱扣。在变型实施例中，可以采用其它故障指示机构代替发光二极管LED1，包括使用音响报警器件。 

接地故障或者地线-零线故障状态被检测到并且断路器器件1脱扣后，通过激活发光二极管LED1，向用户报警，接地故障或者地1线-零线故障状态解除后用户通过再次按下复位按钮5d可以复位断路器器件1，以便继续工作。 

该断路器器件1进一步包括布置在插座外壳5上的测试按钮5c，当该测试按钮5c被手动按下时，它使得输入零线端子2b通过电阻器R1电连接到插座火线端子3a。这模拟了电路中的故障状态，于是，如果断路器器件1脱扣，则表示断路器器件1正常工作。然而，如果在致动测试按钮5c时，断路器器件未能脱扣，则表示该断路器器件发生故障，并且需要采取适当步骤替换该器件。 

本实用新型实施例还包括反接线保护电路5b，用于防止线路端子2a，2b和负载端子4a，4b因疏忽而反接。该反接线电路包括熔断器S2、R9、R15和开关S3。本技术领域内的技术人员明白，开关S3的功能是，在生产期间，在测试断路器器件1时，保护熔断器S2。具体地说，在测试断路器器件1时，为了防止破坏反接线电路5b，开关S3被断开，而此后，一旦断路器器件1已经被测试，则开关S3可以焊接闭合。如果因为将负载火线端子4a和负载零线端子4b而非输入火线端子2a和输入零线端子2b连接到输入电源，断路器器件1被反接线， 并且通过致动复位按钮5d，断路器器件1被复位，则该反接线电路5b产生漏电流，使断路器器件1脱扣。然而，如果断路器器件1因为输入火线端子2a和零线端子2b连接到输入电源而被正确接线，则该反接线电路5b被闭合，并且熔断器S2在约10秒内被烧断，使该反接线电路5b不能进一步工作。 

瞬态抑制电路 

为了防止断路器器件1因为雷击和其它瞬态状态而受到瞬态浪涌的影响，还设置了高频瞬态抑制电路。 

该瞬态抑制电路包括压敏电阻器MOV1，该压敏电阻器MOV1与SCR13并联，而与辅助开关10和脱扣螺线线圈11串联。本实施例中使用的压敏电阻器MOV1是金属氧化物压敏电阻器，并且作为对正常工作状态下较低电压的响应，它具有高电阻，而在超过其箝位电压时正如发生雷击浪涌或者尖峰电压时一样，它具有低电阻。因此，当高频瞬态浪涌施加在断路器器件1的输入火线端子和输入零线端子之间时，压敏电阻器MOV1迅速提供低阻通路，从而将浪涌电流安全分流到地，以降低对断路器器件部件产生的损害。 

有利的是，因为脱扣螺线线圈11会作为对高浪涌频率的响应，提供较高阻抗，所以这有助于在瞬态浪涌事件期间将压敏电阻器MOV1两端所需的箝位电压降低到大约500V。此外，可以改善设计柔性，因为与没有脱扣螺线线圈的其他方法相比，可以降低压敏电阻器MOV1的实体尺寸和运行容量(以及相关制造成本)。螺线线圈和压敏电阻器MOV1串联组合的较高串联阻抗也有助于方便地降低压敏电阻器MOV1受浪涌电流的影响，从而延长压敏电阻器MOV1的工作寿命。 

如图1所示，压敏电阻器MOV2也是金属氧化物压敏电阻器，它也可以选择性地连接在输入火线端子2a与输入零线端子2b之间。因此，压敏电阻器MOV2也有助于迅速提供低阻通路，将浪涌电流安全分流到地线，从而降低对该断路器器件部件产生的损害。由于在该实施例中，压敏电阻器MOV2不像压敏电阻器MOV1一样与螺线线圈串联，所以本技术领域内的技术人员明白，为 了处理通常为950V及高于950V的浪涌电压，压敏电阻器MOV1的箝位电压可能需要具有适当容量。 

即使压敏电阻器MOV1或者MOV2发生故障，漏电流不会在差动变压器8a，8b内产生不适当地使断路器器件1脱扣的电流不平衡。这便于避免不适当地使断路器器件1脱扣。 

如图1所示，压敏电阻器MOV1和压敏电阻器MOV2都不位于从线路端子2a，2b到负载/插座端子3a，3b，4a，4b的导电通路上，因此，即使压敏电阻器MOV1或者MOV2发生故障，当断路器器件1脱扣时，也有助于使负载/插座端子3a，3b，4a，4b与带电线路端子2a，2b电隔离。这保证了在重要的安全性方面优于现有的某些断路器器件，在现有的断路器器件中，诸如压敏电阻器的瞬态抑制部件可能布置在线路端子与负载/插座端子之间，因此，如果该瞬态抑制部件发生故障，则即使当该电路脱扣时，也发生火灾和/或者电击危险。 

本实用新型实施例还可以包括火花隙机构(“火花隙(Spark Gap)”)，该火花隙机构适于吸收例如由于已知产生10KV和/或者10KA的雷击产生的较强瞬态浪涌产生的一些能量。火花隙机构是，如图1所示，布置在输入火线端子2a与输入零线端子2b之间，其气隙宽度约在0.76mm至1.53mm之间的导电结构。 

在使用中，通过火花隙的浪涌电流不由差动变压器8a，8b产生输出信号。即，该火花隙被配置，以使该放电电流不呈现为可以被差动变压器8a，8b感测到的差动电流。因此，即使在存在极端严重的电压瞬态，或者由这种电压瞬态产生的电流的情况下，该火花隙机构也使断路器器件1保持工作状态。 

本技术领域内的技术人员明白，除了具体描述的本实用新型的变型和修改之外，还可以在不脱离本实用新型范围的情况下，对在此描述的本实用新型进行变型或者修改。对本技术领域内的技术人员显而易见的所有这些变型和修改，都应当被认为落入在此广义描述的本实用新型的实质范围内。应当明白，本实用新型包括所有这些变型和修改。本实用新型还包括该说明书中 分别或者集中提及的或者指出的所有步骤和特征以及任意两个或者更多个所述步骤或者特征的任意组合和所有组合。 

本说明书中提及的任何现有技术不被认为，也不应当被认为，是对该现有技术构成公知常识部分的承认或者任何形式的暗示。 

Claims (5)

1.一种断路器器件，其特征在于，所述的断路器器件包括：

输入火线端子和输入零线端子，通过所述的该输入火线端子和输入零线端子对该断路器器件供电，所述的输入零线端子被接地；

负载火线端子和负载零线端子，通过所述的负载火线端子和负载零线端子从所述断路器器件对负载供电，所述输入火线端子和输入零线端子适于通过第一和第二导电布线，分别与负载火线端子和负载零线端子电连接；

开关触点，沿所述第一和第二导电布线布置，适于使所述输入火线端子和输入零线端子分别与所述负载火线端子和负载零线端子可控连接和断开；

第一差动变压器，用于感测接地故障状态；以及第二差动变压器，用于感测地线-零线故障状态，以所述第一和第二导电布线穿过所述第一和第二差动变压器的方式布置所述第一和第二差动变压器；

集成电路，用于监测所述第一和第二差动变压器上产生的差动电流信号并将它们与相应预定阈值进行比较，其中所述集成电路被配置以作为对超过任一所述预定阈值的响应，输出脱扣信号；

脱扣电路，与所述集成电路相连，所述脱扣电路包括从输入火线端子到输入零线端子串联的脱扣螺线线圈和可控硅整流器，所述可控硅整流器适于作为对从所述集成电路收到脱扣信号的响应导通电流，并且所述电流能够使所述脱扣螺线线圈通电，从而使所述开关触点断开；以及

压敏电阻器，与所述可控硅整流器并联而与所述脱扣螺线线圈串联布置，其中所述压敏电阻器位于从输入火线端子到输入零线端子、绕过所述第一和第二差动变压器的电路通路上。

2.根据权利要求1所述的断路器器件，其特征在于，所述脱扣电路进一步包括串联在可控硅整流器与脱扣螺线线圈之间的并联电路，所述并联电路具有包括辅助开关的第一支路和包括与至少一个电阻器串联的灯光指示器的第 二支路。

3.根据权利要求1或2所述的断路器器件，其特征在于，包括连接在输入火线端子与输入零线端子之间的另一个压敏电阻器。

4.根据权利要求1所述的断路器器件，其特征在于，包括布置在所述输入火线端子与输入零线端子之间的火花隙机构。

5.根据权利要求1所述的断路器器件，其特征在于，包括用于容纳所述断路器器件的插座，所述插座包括插口，通过所述插口，可以将电能送到插入所述插口内的外部装置。 

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