CN202134886U - 剩余电流保护设备和具有剩余电流保护功能的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种具有复位功能的剩余电流保护设备包括：漏电检测器，用于检测供电线路上的漏电流；控制电路(220)，用于在所述漏电检测器检测到漏电流时发出触发信号(pin7)；脱扣装置，响应于所述触发信号执行脱扣动作；其特征在于，还包括复位电路(310)，所述复位电路包括：开关装置(311)，连接在所述控制电路的电源输入端(pin 8)和电源(VDD)之间，用于导通或断开到该控制电路的电源连接；延时电路(315)，用于对所述控制电路输出的触发信号进行延时，以在所述控制电路触发后，使得所述开关装置响应于所述延时后的触发信号断开到所述控制电路的电源连接。

Description

剩余电流保护设备和具有剩余电流保护功能的设备

技术领域

本实用新型涉及一种具有自动复位功能的剩余电流保护装置以及包括这种剩余电流保护装置的设备。 

背景技术

在低压电网中，当操作人员接触电气装置的带电部分时会产生漏电流，该漏电流容易造成人身电击伤亡事故。或者，当低压电网中电气装置绝缘不良时，火线与零线之间也会存在漏电流，该漏电流容易引起线路短路，进而引起火灾。发生上述两种情况时，均需要切断供电电源以确保安全。 

在低压电网中，安装具有漏电保护功能的设备是防止人身电击伤亡、电气火灾及电器设备损坏的有效防护措施。这种设备例如包括带有过流保护的剩余电流断路器(Residual Current breaker with over-current protection，RCBO)和不带有过流保护的剩余电流断路器(Residual Current circuit breaker，RCCB)。一般而言，RCCB或RCBO由断路器(Circuit Breaker)和安装在该断路器上的剩余电流保护装置(Residual Current Device，RCD)构成。这里，RCD用于检测低压电网中是否存在漏电流。一旦RCD检测到漏电流，其使得其中的脱扣机构执行脱扣动作，并进而导致断路器切断电气装置与低压电网之间的供电线路。 

图1示意性地示出了用于分别将两个负载130-1和130-2(例如电气设备)接入低压电网的线路L1和线路L2，其中每条线路包括火线L、零线N和保护地(PE)。在图1所示的线路L1和线路L2上分别例如设有RCBO 110-1和110-2。当RCBO中的RCD检测到该线路上(火线L和零线N)出现漏电流时，则断路器立即作出响应断开其所在线路，即断开该线路的负载130-1或130-2到低压电网的电连接，以确保安全。 

在家用或工业现场的现实应用中，一般为了节省耗材，往往将不同的线路(如图1中的线路L1和L2)绑在一起，公用在同一根线管内。在零线没有分开的系统中，由于在同一根线管内的这两条线路彼此很近，线路之间会形成一定的耦合电容C₀，如图1所示。当其中一个线路(如线路L1)因漏电保护(即，RCD触发)而被断路器切断，而同一线管内的另一线路(如线路L2)依然正常工作时，由于两条线路之间耦合电容C₀的存在，线路 L1上的RCBO 110-1中的RCD中的控制芯片依然可以经由耦合电容从线路L2上获得电能。由此，该控制芯片的触发输出自锁功能得以继续锁定在其触发状态，导致该RCD会一直处于触发状态而无法复位，也就是说，该线路L1无法在漏电故障消除后恢复正常工作。 

因而，现有技术中需要一种能够自动复位的新型的RCD及具有这种RCD的漏电保护设备。 

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种具有自动复位功能的剩余电流保护装置。这种剩余电流保护装置可以在触发后，即线路断开后，自动复位，从而能够确保线路在排除漏电故障后顺利恢复正常工作状态。 

为实现上述目的，本实用新型提出的剩余电流保护装置包括：漏电检测器，用于检测供电线路上的漏电流；控制电路，用于在所述漏电检测器检测到漏电流时发出触发信号；脱扣装置，响应于所述触发信号执行脱扣动作；其特征在于，还包括复位电路，所述复位电路包括：开关装置，连接在所述控制电路的电源输入端和电源之间，用于导通或断开到该控制电路的电源连接；延时电路，用于对所述控制电路输出的触发信号进行延时，以在所述控制电路触发后，使得所述开关装置响应于所述延时后的触发信号断开到所述控制电路的电源连接。 

这种剩余电流保护装置的优势在于能够在触发后的一定时间后自动复位，不受线路间的耦合电容的影响。 

在一个方面，该复位电路中的开关装置可包括继电器、晶体管、场效应管、可控硅、电子管中任一或其组合。优选，该开关装置由三极管构成。例如，该开关装置可以由两个三极管构成，其中第一三极管处于常导通状态，确保给控制电路供电，而第二三极管用作控制开关，一旦该第二三极管被触发信号驱动，并由此相应地断开第一三极管，即切断到控制电路的电源。这样的电路设计采用简单的电路就确保了控制电路能够在触发后复位。 

在另一个方面，该复位电路中的延时电路可以包括时间继电器延时电路、数字式延时电路、以及以555芯片为中心的延时电路等等。优选地，延时电路为RC延时电路。延时电路的延时时间优选为能够足以确保RCD中的脱扣机构完成脱扣操作。优选地，该延时时间为几十到几百毫秒。优选地，该延时电路对信号延时10～100ms。 

在又一个方面，本实用新型还提出一种具有剩余电流保护功能的设备，其包括：上述剩余电流保护设备以及一断路器，该断路器响应于所述脱扣装置的脱扣动作断开供电线路连接。优选地，该具有剩余电流保护功能的设备还可带有过流保护功能。 

本实用新型提出的剩余电流保护设备可以应用于带过流保护或不带过流保护的剩余电流断路器中。 

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中， 

图1示出用于分别将两个负载连接到低压网络的两条供电线路，其中这两条供电线路公用在同一线管内； 

图2示例性地示出一现有RCD的电路原理图； 

图3示出根据本实用新型提出的具有复位电路的RCD； 

图4示出根据本实用新型提出的用于RCD的复位电路的框图； 

图5示出了根据本实用新型一个实施例的复位电路。 

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。 

图2示出了可用在RCCB或RCBO中的一款现有RCD的结构示意图。如图2所示，该RCD200包括漏电检测器(Residual current sense coil)210(例如，零序电流互感器ZCT)、控制电路220、脱扣装置230。其中，漏电检测器210例如是一个电流互感器(current transformer)，优选为差动电流互感器(differential current transformer)，用于检测线路中火线L与零线N上是否存在漏电。漏电检测器210将检测到的电流信号送入控制电路220中进行判断。在图2中，控制电路220可示例性地为一款控制芯片N1，其例如是市场上可获得的控制芯片54123，如三菱出产的M54123L。以芯片54123为例，N1 220的管脚8(电源输入端)连接到电源VDD，而管脚3(接地端)接地。管脚1和2接收来自漏电检测器210的检测信号。如果N1220在对该检测信号处理后判断出发生了漏电现象，则N1 220的管脚7内的锁存器锁存这一状态，并输出一个有效的触发信号，例如一个高电平。N1 220输出的该触发信号直接使得脱扣装置230中的可控开关231导通，进而导致脱扣机构235得电执行脱扣动作。RCD中脱扣机构235的脱扣动作通过推杆导致相应的断路器断开其所在线路。由此，实现漏电保护以确保用电安全。 

原理上，图2所示的RCD 200在因检测到漏电而触发之后，断路器会相应切断其所在线路(例如L1)的电连接，从而也就切断了RCD 200的供电(即切断VDD)，使得RCD 200中的控制电路220因断电而复位。然而，在实际应用中，在零线未被断开的系统中，如果 两条相互靠近的线路L1和L2之间存在耦合电容C₀，则线路L1上的RCD 200在触发后还能经由耦合电容C₀从依然正常工作的线路L2上得电，致使控制电路220中锁存器始终锁存在漏电状态，即触发状态，而无法复位。在这种情况下，即使漏电故障排除，因RCD 200一直处于触发状态，断路器将无法再闭合该线路。 

针对现有RCD的上述缺陷，本实用新型提出了一种具有自动复位功能的RCD。图3示例性示出了根据本实用新型的一个实施例的RCD 300，其与图2所示RCD 200的差别在于：在控制电路220和电源VDD之间加入了一个复位电路310。该复位电路310由控制电路220的输出信号控制，用于响应于该输出信号导通或切断控制电路220的电源连接，其结构框图具体示出在图4中。 

在图4中，该复位电路310包括一个受控的开关装置311和一个延时电路315。开关装置311布置在电源VDD和控制电路220的电源输入端(管脚8)之间。正常工作时，开关装置311处于常闭状态，即导通到控制电路220的电源连接。当开关装置311接收到控制信号时，其断开到控制电路的电源连接。延时电路315一端连接到控制电路220的输出端(管脚7)，另一端用于控制开关装置311。具体而言，在漏电时，即RCD 300触发后，延时电路315从管脚7获得一个有效的触发信号，例如一个高电平。这个触发信号被延时电路315延时一段时间，例如延时几十毫秒到几百毫秒。这里延时的目的是确保脱扣机构能够有充足的时间完成脱扣动作。延时后的触发信号传递到开关装置311，使得该开关装置311断开到控制电路220的电源连接，从而控制电路220因断电而得以复位。 

图4中的开关装置311和延时电路315可以有多种实现方式。例如，该开关装置可以用继电器、晶体管或者其他任何本领域所熟知的开关元件来实现，也可以利用各种电子器件的组合来实现。类似的，延时电路315可以例如为简单的RC延时电路，也可以是包括运放的延时电路或者包括延时继电器等等。 

图5示出了一个复位电路310的实例。在图5中，延时电路315例如包括RC延时电路，开关装置311例如由三极管构成。如图5所示，控制电路220的输出管脚7经由一个二极管D1连接到延时电路315的输入端A。延时电路315包括并联在输入端A和地之间的电容C8、C9和电阻R14，以及连接在节点输入端A和输出端B之间的电阻R13，其中节点A为C8和二极管D1的连接点，而节点B为C9与电阻R13和R14的连接点。这里，R和C的个数和大小的选择优选为使得其延时时间能够确保脱扣动作完成，更为优选的达到延时时间在几十毫秒到几百毫秒。延时电路315的输出端B连接到开关装置311的控制端，此例中为三极管Q1(第一三极管)的基极。 

在此例中，开关装置311包括两个三极管Q1和Q2。其中，三极管Q1的基极作为开关装置311的控制端，接收由延时电路315延时后的触发信号(如高电平)。三极管Q2的基极连接在三极管Q1的集电极处，且经由电阻R15连接到电源VDD。三极管Q2的射极作为输出端连接到控制电路220的管脚8。如此电路，在未发现漏电的情况下，即管脚7输出为低时，三极管Q1截止，三极管Q2自动导通，从而给控制电路N1220供电。当管脚7输出为高电平(出现漏电)时，该高电平经延时后导通三极管Q1，从而拉低三极管Q1的集电极，致使三极管Q2截止，切断控制电路220的电源。由此，控制电路220因断电而复位，即控制电路220的管脚7恢复为低电平。这时，即使因耦合电容的存在RCD依然可得电，控制电路220也可复位到初始状态。当漏电故障修复且重新恢复供电后，由于控制电路220的管脚7已复位到低电平(未发现漏电)，三极管Q1截止，而三极管Q2导通，从而VDD直接供电到管脚8，控制电路220得电而正常工作。图5所示出的三极管Q1和Q2的连接方式仅仅是示意性的，本领域技术人员完全可以采用其他的连接方式来同样实现开关装置的功能。比如，如果使用PNP型的三极管，图5的连接方式可以相应变化。 

如上所述，图3-5所述的复位电路可以使得RCD中的控制电路在发现漏电而触发后自动复位，从而不再受线路间耦合电容的影响，确保漏电故障修复后可以及时闭合断路器。此外，本实用新型提出的复位电路简便易实现，且可以方便地应用到现有RCD中。 

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。 

Claims (9)

1.一种剩余电流保护设备，所述剩余电流保护设备(300)包括：

漏电检测器(210)，用于检测供电线路上的漏电流；

控制电路(220)，用于在所述漏电检测器(210)检测到漏电流时发出触发信号；

脱扣装置(230)，响应于所述触发信号执行脱扣动作；

其特征在于，还包括复位电路(310)，所述复位电路(310)包括：

开关装置(311)，连接在所述控制电路(220)的电源输入端(Pin 8)和电源(VDD)之间，用于导通或断开到该控制电路(220)的电源连接；

延时电路(315)，用于对所述控制电路(220)输出的触发信号进行延时，以在所述控制电路(220)触发后，使得所述开关装置(311)响应于所述延时后的触发信号断开到所述控制电路(220)的电源连接。

2.如权利要求1所述的剩余电流保护设备，其中所述开关装置(311)包括继电器、晶体管、场效应管、可控硅、电子管中任一或其组合。

3.如权利要求2所述的剩余电流保护设备，其中所述开关装置(311)包括三极管。

4.如权利要求3所述的剩余电流保护设备，其中，所述开关装置(311)包括第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)，其中第二三极管(Q2)常态为导通状态，以导通到控制电路的电源连接，第一三极管(Q1)用作对所述第二三极管的控制开关，所述第一三极管(Q1)响应于所述触发信号而关断所述第二三极管(Q2)，从而断开到控制电路的电源连接。

5.如权利要求4所述的剩余电流保护设备，其中，所述开关装置(311)包括第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)，其中第一三极管(Q1)的基极连接到所述延时电路(315)的输出端，第二三极管(Q2)的基极连接到第一三极管(Q1)的集电极且经由电阻连接到所述电源，以及第二三极管(Q2)的射极连接到所述控制电路(220)的电源输入端(Pin 8)。

6.如权利要求1所述的剩余电流保护设备，其中所述延时电路(315)包括RC延时电路。

7.如权利要求1所述的剩余电流保护设备，其中所述延时电路(315)对信号延时10～100ms。

8.一种具有剩余电流保护功能的设备，其特征在于包括：

如权利要求1-7中任一所述的剩余电流保护设备(300)；

断路器，响应于所述脱扣装置的脱扣动作断开供电线路连接。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备带有过流保护功能。

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