CN203536320U - 保护装置及包括该保护装置的电气布线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种保护装置及包括该保护装置的电气布线系统。包括盖组件，所述盖组件具有多个插座开口、一个复位按钮以及一个测试按钮。所述复位按钮和所述测试按钮设置成沿着第一对角线，并且位于由所述复位按钮和测试按钮界定的大体正方形区域的对角中。至少一个插座触点结构包括延伸跨过所述第一对角线的一部分，以及基本上与插座开口中的一者对准的至少一个插座触点。机电设备设置在与大体正方形区域基本上对准的区域内的背部主体中。机电设备包括耦接到致动器线圈的环形传感器组件，致动器线圈布置成沿着与第一对角线基本上对准的中心轴，中心轴与背部主体的侧壁形成锐角。本实用新型提供有效且低成本方式来在各种形状因素内利用给定设计。

Description

保护装置及包括该保护装置的电气布线系统

技术领域

本实用新型大体涉及电气布线装置，确切地说，涉及包括电路保护特征的电气布线装置，具体的讲是一种保护装置及包括该保护装置的电气布线系统。

背景技术

已知，分支电路和电气布线系统中会发生某些类型的电气故障。这些故障表现出严重的安全问题，如果不适当地解决这些问题，则可能会导致起火、电击或触电死亡。电路保护装置部署在分支电路中，以便在发生此类故障时防止用户遭受电击或触电死亡。这些保护装置通常包括设置在线路端与负载端之间的断路器。在正常情况下，断路器将电力提供给负载端；然而，当保护装置检测到负载电路中发生故障状态时，它便使断路器跳闸，从而中断线路端与负载端之间的电气连接。电路保护装置有许多类型，包括接地故障断路器（GFCI）、电弧故障断路器（AFCI）、瞬态电压浪涌抑制器（TVSS），或浪涌保护装置（SPD）。这个列表包括代表性实例，且并非详尽说明，而且单个装置可以经配置以执行这些功能中的一个或多个功能（例如，AFCI/GFCI组合）。

常规安装方法和常规保护性电气布线装置存在若干缺点。常规保护性电气布线装置通常不能有效利用空间，并且将布线装置的接地母线安装到装置箱上比较繁重、费时，且因此成本较高。将覆盖板安装到电气布线装置上同样如此。此外，在多组（multi-gang）安装中，由于多个电气装置及其相应的覆盖板通常并不对准，因此成品外观通常参差不齐。这种未对准情况可能且通常处于所有三个维度中。从成品外观的角度来看，改进电气安装也可能存在问题，因为装置箱或老式工具箱可能不会与壁表面的平面精确对准。在壁表面本身并不平坦时尤其如此。在改造某个空间之后，房主通常设法用更匹配新装饰格调的壁板来替换现有壁板。因此，房主可能会不妥当地从通电的布线装置上移除面板盖，从而无意中暴露在“带电”电气布线带来的电击危险中。

因此，需要能够解决上述缺点的保护性电气布线装置系统。确切地说，需要一种保护性电气布线装置，它可以用于许多不同的形状因素（form factors），而无需更改装置的内部机电配置。换句话说，需要一种保护装置，它可以采用常规形状因素或适用于模块化框架系统的另一形状因素进行配置，从而无需紧固件便可牢固地安装在装置箱内。

实用新型内容

通过提供一种解决上述缺点的保护性电气布线装置系统，本实用新型满足了上述需要。本实用新型的保护性电气布线装置可以用于许多不同的形状因素，而无需更改装置的内部机电配置。换句话说，本实用新型的保护装置可以采用常规形状因素或适用于模块化框架系统的形状因素进行配置，从而无需紧固件便可牢固地安装在装置箱内。

本实用新型的一方面涉及一种保护装置，所述保护装置包括多个线路端、多个馈电负载端，以及可经由背部主体触及的接地连接元件。盖组件包括多个插座开口、一个复位按钮以及一个测试按钮。所述复位按钮和所述测试按钮设置成沿着第一对角线，并且位于由所述复位按钮和测试按钮界定的大体正方形区域的对角中。至少一个插座触点结构包括延伸跨过所述第一对角线的一部分，以及基本上与所述插座开口中的一者对准的至少一个插座触点。机电设备设置在与所述大体正方形区域基本上对准的区域内的所述背部主体中。所述机电设备包括耦接到致动器线圈的环形传感器组件，所述致动器线圈布置成沿着与所述第一对角线基本上对准的中心轴，所述中心轴与所述背部主体的侧壁形成锐角。所述致动器线圈会响应于检测到的故障状态而提供致动激励。断路器配置成使所述多个线路端、所述多个馈电负载端以及所述至少一个插座触点结构响应于所述致动激励而断开电连接，并且响应于所述复位按钮的启动而电连接。

优选的，本实用新型实施例的盖组件大体成矩形。大体矩形包括凸起部分，所述凸起部分经配置以容纳所述大体正方形区域。

优选的，本实用新型实施例的分离器组件设置在所述盖组件与所述背部主体之间，所述分离器组件包括不导电的盖部分和不导电的分离器下部。

优选的，本实用新型实施例的分离器组件完全设置在由所述背部主体和盖组件形成的外壳内。

优选的，本实用新型实施例的至少一个插座触点结构设置在所述不导电的盖部分与所述不导电的分离器下部之间。

优选的，本实用新型进一步包含至少一个闸门组件，所述闸门组件设置在所述不导电的盖部分中，位于所述至少一个插座触点和与其对准的所述插座开口之间。

优选的，本实用新型实施例中接地母线包括设置在其任一末端处的外部安装元件，并且其中所述接地连接元件包括设置在所述背部主体外部的接地螺丝接线端。

优选的，本实用新型实施例中多个插座开口包括第一组插座开口和第二组插座开口，所述第一组插座开口和所述第二组插座开口设置成沿着第二对角线并且位于所述大体正方形区域的对角中，所述第一对角线与所述第二对角线大约在所述大体正方形区域的中央部分相交。

优选的，本实用新型实施例中断路器包括：具有可移动线路触点的至少一个可移动线路触点结构，具有可移动负载触点的至少一个可移动负载触点结构，以及耦接到所述至少一个插座触点结构的至少一个固定触点。

优选的，本实用新型实施例中进一步包含栓锁块组件，所述栓锁块组件经配置以锁上所述复位按钮的销部分，并且抬高可移动线路触点结构或可移动负载触点结构以实现复位，并且解锁所述销部分以实现跳闸。

优选的，本实用新型实施例中机电设备包括经配置以检测所述故障状态的至少一个检测电路，所述故障状态选自包括以下项的故障状态组：电弧故障、接地故障、中线接地故障、错误接线不当故障，或失效部件故障。

优选的，本实用新型实施例中至少一个检测电路包括电路分段，所述电路分段耦接在所述线路端之间，并且经配置以响应于检测到正确接线状态而传导预定信号，所述预定信号并不模拟故障状态；当所述线路端连接到AC电源时，所述正确接线状态得以实现；在缺少由所述至少一个检测电路传导的所述预定信号时，所述断路器被阻止实现复位状态。

优选的，本实用新型实施例中至少一个检测电路包括接线状态检测电路，所述接线状态检测电路耦接在所述多个线路端、所述多个馈电负载端或多个插座触点结构上。

优选的，本实用新型实施例中至少一个检测电路包括：

测试电路，所述测试电路经配置以自动向所述环形传感器组件提供测试信号；

故障检测电路，所述故障检测电路经配置以响应于检测到所述测试信号而产生测试检测信号，所述致动器线圈并不响应于所述测试检测信号来提供致动激励；

计数电路，所述计数电路耦接在所述多个馈电负载端或多个插座触点与所述故障检测电路之间，所述计数电路包括定时器电路，所述计数电路经配置以响应于检测到与所述测试检测信号相对应的第一光信号而使所述定时器电路重置，所述定时器电路在缺少及时的测试检测信号时，提供经过时间信号；以及

耦接到所述计数电路的测试响应电路，所述测试响应电路响应于所述经过时间信号而提供第二光信号，所述故障检测电路将所述第二光信号转换成故障检测信号，所述致动器线圈响应于所述故障检测信号而提供致动激励。

优选的，本实用新型实施例中进一步包含双向光接口，所述双向光接口经配置以在测试设备的各部分之间传送测试数据。所述双向光接口包括：第一光耦合器装置，所述第一光耦合器装置经配置以从设置在所述机电设备内的故障检测电路提供测试故障检测信号；以及第二光耦合器装置，所述第二光耦合器装置经配置以将测试失败检测信号传输到设置在所述机电设备内的警报处理电路。

优选的，本实用新型实施例中进一步包含定时装置，所述定时装置经配置以在所述测试故障检测信号未能在预定时间段内使所述定时装置重置的情况下，向所述第二光耦合器装置提供所述测试失败检测信号，所述测试失败检测信号经配置以使所述断路器跳闸。

此外，本实用新型还包括了一种包括上述保护装置的电气布线系统，电气布线系统包含：

框架,所述框架经配置以安装到装置壁箱，所述框架包括围绕所述框架的外围部分形成的第一边缘，所述第一边缘经配置以邻接围绕所述装置壁箱设置的结构化表面，所述框架组件进一步包括对应于至少一组开口的框架开口，所述框架开口界定第二边缘，所述第二边缘经配置以朝向所述装置壁箱内部向内延伸，从而所述框架开口向所述装置壁箱内部提供唯一通路；以及

所述装置经配置以耦接在所述框架开口内，从而完成系统封罩，使得所述装置壁箱内部无法触及。

优选的，本实用新型实施例中系统，进一步包含覆盖物，所述覆盖物配置成以可移除方式耦接到所述框架组件，所述覆盖物包括覆盖物开口，所述覆盖物开口经配置以向所述盖组件的至少一部分提供入口。

本实用新型提供有效且低成本方式来在各种形状因素内利用给定设计。下文的实施方式部分将阐述本实用新型的其他特征和优点，并且其中的一部分将由所属领域的一般技术人员通过阅读说明而清楚地了解，或者将在按本文所述那样实践本实用新型后了解，这些说明包括随后的具体实施方式、权利要求书以及附图。

应了解，不管是前文概述还是下文的具体实施方式，这些都只是对本实用新型的示例，并且只是为帮助理解所主张的本实用新型的性质和特点而提供的概览或框架。所包括的附图能提供对本实用新型的进一步理解，并且所述附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出了本实用新型的各项实施例，并且辅以描述以便对本实用新型的原理和运作加以解释。

附图说明

图1为根据本实用新型一项实施例的保护性布线系统的立体图；

图2A和图2B为图1中描绘的框架构件的立体图；

图3为图1中描绘的保护性布线装置的立体图；

图4为根据本实用新型一项替代实施例的保护性布线装置的立体图；

图5为图3中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了前盖组件；

图6为图3中描绘的保护性布线装置的第一立体图，其中移除了外壳组件；

图7为图3中描绘的保护性布线装置的第二立体图，其中移除了外壳组件；

图8为图3中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了外壳组件和分离器帽；

图9为图3中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了外壳组件、分离器和分离器帽；

图10为根据本实用新型另一项实施例的保护性布线系统的立体图；

图11为图10中描绘的保护性布线装置的立体图；

图12为图10中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了前盖组件；

图13为图10中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了外壳组件和分离器帽；

图14为图10中描绘的保护性布线装置的立体图，其中移除了外壳组件、分离器和分离器帽；

图15为图10中描绘的保护性布线装置的另一立体图，其中移除了外壳组件、分离器和分离器帽；

图16为图10中描绘的保护性布线装置的后部立体图；

图17为图10中描绘的保护性布线装置中的印刷电路板组件的立体图；

图18为图17中描绘的下栓锁块组件的立体图；

图19为根据本实用新型另一项实施例的栓锁块组件的立体图；

图20为图19中描绘的栓锁块组件中的下栓锁块部分的立体图；

图21为根据本实用新型又一项实施例的保护性布线装置的立体图；

图22为根据本实用新型的实施例的接地故障断路器的示意图；

图23为根据本实用新型的替代实施例的接地故障断路器的示意图；以及

图24为根据本实用新型其他替代实施例的电弧故障断路器的示意图。

具体实施方式

现在将详细描述本实用新型的各项示例性实施例，所述实施例的各个实例将参考附图进行说明。在任何可能的情况下，附图中相同的参考标号始终指代相同或相似部分。图1所示为本实用新型的保护装置的一项示例性实施例，所述保护装置一般用参考标号10表示。

如本文所述且如图1所示，揭示了根据本实用新型的一项实施例的保护性布线系统100的立体图。系统100包括设置在框架构件90内的保护性布线装置10。保护装置10包括前盖组件12，所述前盖组件可经由框架中的开口90-13触及。装置10中的背部主体部分14咬合到框架90中，从而放置在装置箱（未图示）内。背部主体部分14耦接到框架90之后，用户就无法触及。因此，本实用新型的此项实施例的一个特征为：框架构件90配置成当模块化电气装置（例如，保护装置10）适当安装在框架90内时，“完成电气封罩”。框架构件90防止人们暴露于装置箱中的带电电气布线。

参考图2A和图2B，揭示了图1中描绘的框架构件90的立体图。图2A涉及框架构件90的后侧90-2，而图2B涉及框架构件90的前侧90-1。关于当模块化电气装置适当安装在框架内时“完成电气封罩”，模块化装置咬合到框架开口90-13中并且完全填充开口90-13。在常规设计中，常规壁板用于完成该封罩。如上所述，本实用新型因而可以防止人们在壁板安装之前暴露于装置箱中的带电电气布线。

应留意的是，框架封罩唇90-5是围绕框架的外围形成的。所述框架封罩唇90-5经配置以设置在壁表面1（在该图中未图示）之上并且与之邻接。由于框架封罩唇90-5将框架与壁表面分离，因此，适当安装的壁箱边缘很少（即使有的话）接触框架的后表面。即使在使用老式工具箱时也是如此。当然，老式工具箱具有安装到石膏板（sheet rock）的外表面上的凸缘。因此，框架封罩唇90-5的一个功能是避免干扰这些凸缘，从而框架90便不会接触到壁表面1。

框架开口90-13经大小调整以容纳三个装置模块。换句话说，所述框架开口可以容纳三个单模块装置、一个单模块装置和一个双模块装置，或者一个三模块装置。框架90可以配备有模块化对准连接器，所述模块化对准连接器允许用单个双模块大小的装置来完成电气封罩。在这种情况下，所述装置设置在两个对准连接器之间，这两个对准连接器占据开口90-13内单模块所用的空间。参考第13/608,675号美国专利申请案，所述申请案以全文引用的方式并入本文中，从而更加详细地说明框架构件90。

框架开口90-13的边缘部分与咬合元件14-4（见图5）相匹配，所述咬合元件形成于本文所示的保护性布线装置10的背部主体中。例如，图1中描绘的装置配备有三模块大小的背部主体14以及双模块前盖12。因此，装置10无需使用任何模块化对准连接器。同样，电气布线装置安装在框架开口90-13内之后，便完成了封罩。内锯齿状唇90-6从框架装置开口90-13的两侧部分延伸出去，并且邻接设置在框架开口90-13的任一端处的连接器着陆元件90-7。内锯齿状唇90-6和连接器着陆元件90-7围绕整个框架开口90-13垂直延伸，以形成外缘或侧缘（skirt），所述外缘或侧缘在安装过程中会插入到装置箱中。因此，外封罩唇90-5与内唇（即，锯齿状唇90-6和着陆元件90-7）之间的区域设置在壁表面1之上。壁箱紧固件90-10插入到紧固件槽90-12中且紧固住之后，触及装置箱内部的唯一路径便是框架开口90-13。然而，框架开口90-13被保护性布线装置10完全占据，因此装置箱的内部是无法触及的。

参考图3，揭示了图1中描绘的保护性布线装置10的立体图。同样，保护装置10包括双模块前盖12和三模块背部主体14。前盖12包括阶梯式部分12-1，所述阶梯式部分相对于前盖12中形成的凸起中心部分12-2而言是凹陷的。包括插座开口16、测试按钮15以及复位按钮17的前盖12部分由美学覆盖物（未图示）构成。应留意的是，复位按钮和测试按钮相对于彼此设置在对角线上。换句话说，大体正方形区域11的形成方式为，从测试按钮和复位按钮的外边缘延伸出水平假想线和垂直假想线，使得测试按钮和复位按钮设置在大体正方形区域11的对角中。术语“假想线”是指，装置上不可见，但仅仅用于定义本文中术语“正方形区域”的含义的线。当安装到框架上时，阶梯式或凹陷的盖部分12-1隐藏在美学覆盖物的后面，从而使组件呈现出完美且美观的外表。如以全文引用的方式并入本文中的第13/608,675号美国专利申请案所述，框架90经配置以通过齿合咬合元件90-3、90-3'和90-4来固持美学覆盖物。

应留意的是，复位按钮17包括形成于其中的视觉指示器透镜17-1。透镜17-1与设置在装置10的外壳内的光源光学连通。所述指示器的性质在下文对各示意图的论述中有所描述。本文中所示的背部主体包括咬合元件14-1，所述咬合元件经配置以咬合到框架开口90-13的锯齿状边缘90-60中并与之相匹配。

参考图4，揭示了根据本实用新型的一项替代实施例的保护性布线装置的立体图。应留意的是，在本文所提供的各图中，相同的参考标号指代相同或功能相似的元件。图3的装置为15A装置，而图4的装置10为20A装置，如图4中的中线开口16-2'所示。除此之外，两个装置是相似的。图4还示出了自接地触点14-3，所述自接地触点也用于图3的15A装置中（但是未图示）。或者，接地连接可以经由接地引线14-3'来完成。装置10还包括线路端14-1，所述线路端经配置以端接延伸回到断路器面板的布线。负载端14-2（在该图中未图示）设置在装置10的相对端处。

参考图5，所示为图3中描绘的保护性布线装置的立体图（其中移除了前盖组件）。装置10包括设置在前盖12下方的分离器帽20。分离器帽20由非导电材料制成，并且经配置以容纳闸门（shutter）组件22和接地母线24。测试按钮15和复位按钮17连接到设置在分离器帽20下方的部件。接地母线24包括插座接地触点24-1，所述插座接地触点与形成于前盖12中的接地插脚开口16-3对准。因此，当有线插头插入插座开口16中时，接地插脚部分便延伸穿过开口16-3，以与接地触点24-1相配合。在该图中还可见金属氧化物压敏电阻（movistor）MOV1；MOV1连接在线路端14-1之间。参考2012年6月4日申请的第13/487,547号美国专利申请案，所述申请案以全文引用的方式并入本文中，从而获得对闸门组件22的更详细说明。

参考图6，揭示了图3中描绘的保护性布线装置的第一立体图。该图示出了栓锁块组件50、火线断路器60-1，并且示出了外壳组件被移除的PCB40的下侧。

同时示出了两个不同的触点实施例，以用于比较。第一实施例中的触点（60-11、60-12、60-13）称为夹层式触点，并且可以说成是“排成一行”的（因此，此实施例中并不采用60-10和60-14）。在此实施例中，断路器60-1的火线侧包括线路火线触点臂40-10和负载火线触点臂40-20。线路火线触点臂40-10包括双面触点60-11，当断路器60处于复位状态时，所述双面触点分别与负载火线触点60-12（设置在负载火线臂40-20上）和固定的火线负载触点60-13配合。触点60-11、60-12和60-13共享一个共通轴。当断路器60处于跳闸状态时，这些触点彼此分离。同样，第一替代实施例中触点60-10和60-14是被省略。

替代触点实施例中包括触点60-10和60-14，但省略触点60-12。线路触点60-10连接到线路火线触点臂40-10，而负载火线触点60-14连接到负载火线臂40-20。触点60-11仍然连接到线路火线触点臂40-10，但是由于省略了火线线路触点60-12，因此只需单面触点与触点60-13配合。当断路器60处于复位状态时，触点（60-10、60-14）相配合，且触点（60-11、60-13）相配合。由于触点对（60-10、60-14）和（60-11、60-13）位于两个轴上，因此该布置称为“错列触点”布置。在跳闸状态下，触点（60-10、60-14）以及（60-11、60-13）分离。

断路器的中线侧60-2包括类似的布置。断路器60经配置以与栓锁块组件50、复位销组件17以及设置在PCB40上的故障检测设备一起工作，从而将断路器60驱动到跳闸状态或复位状态。设置在PCB40上的故障检测设备在下文对本文所提供的示意图的论述中有所描述。（例如，参见图22至图24）。

所示栓锁块组件50包括上栓锁块部分52和下栓锁块部分54。栓锁块50经由复位销17-5而耦接到复位按钮。断路弹簧17-4设置在复位销周围，并且在跳闸动作过程中施加中断力。接触弹簧50-1设置在分离器30与栓锁块组件50之间。接触弹簧50-1在复位状态下对栓锁块施加力，以确保断路器60的触点闭合，且不形成电弧。

下栓锁块54还耦接到设置在PCB40下侧的辅助开关KR1。柱塞54-1从下栓锁块延伸穿过PCB40中形成的开口，以断开辅助开关KR1。因此，辅助开关KR1与断路器一起操作，使得当断路器断开（即，装置10跳闸）时，辅助开关KR1断开，反之亦然。开关KR1包括设置在导电母线KR1-4任一端上的开关触点KR1-1，所述开关触点与安装在PCB40下侧的开关触点KR1-2进行接触和断开接触。根据本实用新型，开关触点KR1-2继而电连接到PCB40中形成的电路走线（例如，参见示意图22）。当断路器处于复位状态下，开关KR1闭合，因为弹簧KR1-3被压缩在背部主体14与母线KR1-4之间。在跳闸状态下，柱塞54-1将母线驱动到断开位置，从而使弹簧KR1-3进一步压缩。柱塞54-1的长度经选择以确保触点KR1-1在断路器60中的触点闭合之前闭合。

参考图7，揭示了图3中描绘的保护性布线装置10的第二立体图10-2。图7相对于图6进行旋转，使得所示设置在分离器构件30上方的分离器帽20更清楚可见。应留意的是，相同的参考标号指代相同或功能相似的元件。图7示出，插座触点结构30-1（火线）和30-2（中线）设置在分离器构件30内，并且通过分离器帽20而与接地导线24隔离。插座触点结构（30-1、30-2）落入分离器30中形成的口袋中，并随后由分离器帽20固持在适当位置。

参考图8，揭示了图3中描绘的保护性布线装置10的立体图10-3，其中移除了外壳组件和分离器帽。同样，相同的参考标号指代相同或功能相似的元件。该图更清楚地示出了插座火线30-1和插座中线30-2的配置。插座火线30-1基本上为“L形”。火线插座触点结构30-1的第一腿在金属氧化物压敏电阻MOV1与复位按钮17之间的纵向上（在分离器30内）沿着装置的一侧延伸。第二腿从与第一腿的交叉点延伸，跨过该装置延伸到该装置的相对侧。在火线触点结构30-1的横向腿与触点结构30-1的纵向腿相遇的地方，形成了断路器60-1火线侧的线路火线触点60-11。一组用户可触及的火线插座触点30-12形成于纵向腿的自由端处，而另一组用户可触及的火线插座触点30-12形成于横向腿的自由端处。因此，这两组火线插座触点30-12设置成“斜对角”，位于装置的对角处（例如，参见图1）。插座中线30-2基本上是平直的，并且在分离器30内大致沿着装置10的中心纵轴延伸。中线触点组30-22设置在插座中线30-2的每一端。

参考图8和图9，分离器30还容纳测试印刷电路板（PCB）15-1，所述测试PCB包括连接到第一测试引线15-2和第二测试引线15-3（未图示）的接触垫。第一测试引线15-2连接到插座火线30-1，而第二测试引线15-3连接到PCB40。（例如，参见图22）。当用户按下测试按钮15时，该按钮下方的导电母线会桥接测试PCB15-1上形成的接触垫，从而闭合测试开关。在未按下测试按钮15时，该按钮与PCB15-1之间的偏置弹簧（未图示）使测试开关保持断开。

参考图9，揭示了根据本实用新型的一项替代实施例的图3中描绘的保护性布线装置的立体图10-4。在该图中，外壳组件、分离器和分离器帽被移除。再同样地，相同的参考标号指代相同或功能相似的元件。尽管该图中所示的许多部件已在先前描述，但所示的火线和中线断路器（60-1、60-2）为夹层式触点，其中一种触点布置已经有所描述。然而，此项实施例和先前实施例在布局上相似。线路火线40-10在对角线上从环形传感器L1/L2（在测试按钮15下方）延伸到火线断路器60-1（大体在复位按钮17下方）。负载火线端14-20连接到负载火线40-20，所述负载火线沿着PCB40的纵向边缘延伸，然后朝向断路器60-1向后弯曲180°（成U形）。因此，线路火线40-10与负载火线40-20形成锐角，该锐角的顶点位于断路器60-1处。线路中线40-12也在对角线上从环形传感器L1/L2（在测试按钮15下方）延伸到中线断路器60-2（大体在复位按钮17下方）。负载中线端14-22连接到负载中线40-22，所述负载中线从PCB40的相对边缘朝向中线断路器60-2横向延伸。线路中线40-12与负载中线40-22也形成锐角，该锐角的顶点位于中线断路器60-2处。该结构与插座导线（30-1、30-2）的结构一起，允许装置10符合各种形状因素，包括本文中描述的那些。

如本文所述且如图10所示，揭示了根据本实用新型的另一实施例的保护性布线系统100的立体图。该实施例与第一实施例的类似之处在于，复位按钮和测试按钮同样相对于彼此设置在对角线上，使得测试按钮和复位按钮设置在大体正方形区域的对角中。该模块化实施例与图1至图9中描绘的实施例的不同之处在于，前盖部分的大小从双模块增加到三模块。该实施例中采用的美学盖板（未图示）也需要三模块大小的开口，而先前实施例中的美学板开口只有双模块大小。出于任何多种的原因，包括美学原因在内，用户可以选择三模块装置10。

参考图11，揭示了图10中描绘的保护性布线装置的立体图。再同样地，相同的参考标号指代先前所述的相同或功能相似的元件。如前所述，前盖12包括插座开口16、测试按钮15以及复位按钮17，并且所述前盖由具有三模块开口的美学覆盖物（未图示）构成。该保护装置10与先前实施例的不同之处在于，所述保护装置包括三模块前盖12和三模块背部主体14。所述美学覆盖物和框架构件90在第13/608,675号美国专利申请案中有所描述，该申请案以全文引用的方式并入本文中。

该实施例与图1至图9中的实施例之间的另一差异在于，该实施例中的插座开口16'的取向相对于先前实施例（图1至图9）中的插座开口16的取向旋转了180°。换句话说，接地插脚开口设置成沿着装置10的横向边缘，中线开口设置成沿着纵向边缘，而火线叶片开口设置在前盖12的中央区域中。

参考图12，揭示了图10中描绘的保护性布线装置的立体图10-1，其中移除了前盖组件。装置10包括设置在前盖12下方且在分离器30上方的分离器帽20。分离器帽20由非导电材料制成，并且经配置以容纳闸门组件22和接地母线导体24。该实施例中的分离器帽20较大于先前实施例中采用的分离器帽，并且包括凸缘部分20-1，所述凸缘部分的一端容纳接地触点24-1而相对端容纳自接地连接器14-3。接地母线导体24包括插座接地触点24-1，所述插座接地触点与形成于前盖12中的接地插脚开口16-3对准。如先前所述，自接地连接器14-3经配置以接触框架90，从而为接地提供路径。

如前所述，测试按钮15和复位按钮17连接到设置在分离器帽20下方的部件。参考2012年6月4日申请的第13/487,547号美国专利申请案，所述申请案以全文引用的方式并入本文中，从而获得对闸门组件22的更详细说明。

参考图13，揭示了图10中描绘的保护性布线装置的立体图10-2，其中移除了外壳组件和分离器帽。此图与图8的类似之处在于，该图示出了设置在分离器30内的插座火线30-1和插座中线30-2。然而，由于插座开口16相对于先前实施例中的插座开口旋转了180°，因此，相对于先前实施例而言，插座火线30-1与中线30-2的相对位置和形状也发生改变。（将图10至图11与图1至图3比较）。因此，插座火线30-1基本上沿着装置10的中心纵轴延伸（在分离器30内），使得火线插座触点30-12形成于插座火线的每一端处。火线固定触点60-11连接到分支部分30-11，所述分支部分从火线30-1的中央部分朝向装置10的一侧延伸。

另一方面，插座中线30-2具有相当复杂的形状，并且包括在分离器30内从一侧横向延伸到另一侧的中央腿30-21。一组中线插座触点30-22从中央腿30-21的一端朝向金属氧化物压敏电阻MOV1纵向延伸。另一组中线插座触点30-22从中央腿30-21的另一端纵向延伸远离测试按钮。第二中线腿30-23的形状类似于数字七（“7”）。它包括基础部分，所述基础部分从中央腿30-21延伸出去，并且设置在中线插座触点组30-22与火线插座触点组30-12之间。此后，第二腿30-23包括两个九十度转弯，使得所述第二腿将中线固定触点60-12放置在复位按钮与火线插座触点组30-12之间。

类似于先前实施例，分离器30内容纳测试PCB15-1。测试引线15-2连接到插座火线30-1，而测试引线15-3连接到PCB40。

参考图14，揭示了图10中描绘的保护性布线装置10的立体图10-3。在该图中，外壳组件（12、14）、分离器（30）和分离器帽（20）被移除，使得所示PCB40与插座导线30-1和30-2相结合。所示线路火线从环形传感器L1/L2延伸，以与负载火线40-20形成锐角。清楚地示出，插座分支火线30-11从插座火线30-1延伸，使得固定火线触点60-13设置成高出线路火线触点60-11和负载火线触点60-12。除了插座导线（30-1、30-2）以外，图14中所示的其他部件与图8中所示的双模块实施例相同。

图15为图10中描绘的保护性布线装置10的另一立体图10-4。该图相对于图14所提供的图旋转了大约九十度。再同样地，相同的参考标号指代先前图中所述的相同或功能相似的元件。该图中移除了外壳组件（12、14）、分离器（30）和分离器帽（20）。该图更清楚地描绘了中线断路器60-2以及插座中线30-2的第二中线腿30-23。确切地说，第二中线腿30-23平行于负载中线40-22，并且设置成高于所述负载中线，使得固定中线触点60-23、线路中线触点60-21以及负载中线触点60-22垂直对准。此外，清楚地示出，线路导线40-10和40-12在对角线上延伸跨过PCB40，以与它们各自的负载导线40-20、40-22形成锐角。当用户未按下测试按钮15时，弹簧15-4将该按钮偏置到断开位置。

参考图16，揭示了图10中描绘的保护性布线装置的后部立体图。线路端14-1和负载端14-2提供形成于背部主体14的后部中的引线插入开口（14-100、14-120、14-200和14-220）。引线插入所述开口中之后，安装者便使用背部主体的各端中形成的螺丝接线端来拧紧板，以防止引线被拉出引线插入开口。

参考图17，揭示了图10中描绘的保护性布线装置的印刷电路板组件的立体图10-5。相同的参考标号指代先前所述的相同或功能相似的元件。线路火线40-10在对角线上从环形传感器L1/L2（在测试按钮15下方）延伸到火线断路器60-1（大体在复位按钮17下方）。负载火线端14-20连接到负载火线40-20，所述负载火线沿着PCB40的纵向边缘延伸，然后朝向火线断路器60-1向后弯曲180°。如前所述，线路火线40-10与负载火线40-20形成锐角，该锐角的顶点位于断路器60-1处。线路中线40-12也在对角线上从环形传感器L1/L2（在测试按钮15下方）延伸到中线断路器60-2（大体在复位按钮17下方）。负载中线端14-22连接到负载中线40-22，所述负载中线从PCB40的相对边缘朝向中线断路器60-2横向延伸。线路中线40-12与负载中线40-22形成锐角，该锐角的顶点位于中线断路器60-2处。该结构与插座导线（30-1、30-2）的结构一起，允许该机电设计符合各种形状因素，包括本文中描述的那些。

栓锁块50包括上栓锁块52和下栓锁块54，下文将对此进行更详细描述。栓锁块50包括上栓锁块部分52和下栓锁块部分54。上栓锁块部分中的中央孔口52-1容纳复位销17-5。上栓锁块52进一步包括断路器臂52-2，所述断路器臂经配置以在跳闸动作过程中迫使线路导线40-10、40-12向下，从而断开固定触点60-13、60-23（在该图中未图示）与线路触点（60-11、60-21）之间的接触。确切地说，上断路器臂52-2对线路导线（40-10、40-12）上的延伸指40-100施加力。类似地，下断路器臂52-20（在该图中未图示）在跳闸动作过程中对设置在负载导线（40-20、40-22）上的延伸指施加力，从而断开线路触点（60-11、60-21）与负载触点（60-12、60-22）之间的接触。确切地说，下断路器臂52-20对负载导线（40-20、40-22）上的延伸指施加力。在跳闸状态下，断路器臂52-2确保线路导线臂（40-10、40-12）的位置，而断路器臂52-20确保负载导线（40-10、40-12）的位置。因此，当断路器60处于跳闸状态时，上和下断路器臂确保线路触点（60-11、60-21）与负载触点（60-12、60-22）之间具有预定最小分离距离。应留意的是，负载导线上的延伸指在该图中不可见，但是类似于设置在线路导线上的延伸指40-100。

螺线管绕线筒组件70的横向部分设置在线路导线臂（40-10、40-12）之间，而其末端部分位于环形组件L1/L2与栓锁块组件50之间。环形组件L1/L2、绕线筒组件70和栓锁块组件50的总长度可能大于线路端（14-10、14-12）与负载端（14-20、14-22）之间的距离，因为它们沿着对角轴安装在PCB40上。为了清晰起见，该图中并未描绘金属氧化物压敏电阻MOV1（图15中图示），但是它连接在线路端14-10与14-12之间。

如本文所述且如图18所示，揭示了图17中所示的下栓锁块组件54的立体图。下栓锁块54包括中央主体54-6，所述中央主体中形成有中央孔口54-3。中央孔口54-3容纳复位销17-5，所述复位销在复位状态下延伸穿过栓锁构件56中的开口。中央主体部分54-6还包括侧开口54-5，所述侧开口经配置以容纳U形栓锁构件56（未图示）的下部。侧开口54-5包括轨道54-50，所述轨道允许插入到开口54-5中的栓锁56的下部在跳闸状态与复位状态之间来回滑动。栓锁56还包括在围绕中央开口54-3延伸的臂56-2。臂56-2包括与中央主体54-6的阶梯式固持器部分相接合的锁扣。锁扣和阶梯式部分抵抗由弹簧58施加的力，以将栓锁固持在适当位置。当不施加其他激励时，栓锁弹簧58趋于迫使栓锁构件远离中央主体54-6。当复位按钮17被按下和释放时，栓锁56的下部会因接触弹簧50-1的偏置而被复位销17-5抬向中央主体54-6。栓锁56向上运动又借助抬升器臂54-2而将下栓锁块组件54抬到复位位置。确切地说，抬升器臂54-2抬升负载臂（40-20、40-22），所述负载臂继而向上抬升相应的线路臂（40-10、40-12），使得断路器60-1和60-2被复位。相反，当该装置跳闸时，螺线管衔铁70-1（未图示）与栓锁56的前板56-1相接合，以压缩栓锁弹簧58。此动作会将复位销17-5从栓锁中释放出来，并且使下栓锁块54落下，使得断路器60-1和60-2断开（跳闸）。

如先前所述，中央主体54-6还包括柱塞54-1，所述柱塞延伸到PCB40中形成的开口中。当断路器60处于跳闸状态时，柱塞54-1与辅助开关KR1相接合，以使其断开。当断路器60处于复位状态时，柱塞54-1缩回，使得辅助开关KR1闭合。例如，参见图6和图22。

参考图19，揭示了根据本实用新型的另一项实施例的栓锁块组件50'的立体图。同样，相同的参考标号指代先前所述的相同或功能相似的元件。在该实施例中，中央孔口基本上从下栓锁块54'和上栓锁块52'中消除。上栓锁块52'和下栓锁块54'分别包括中央矩形空间52-1和54-3。然而，下栓锁块54'的底部中包括开口54-6，所述开口与栓锁板56'中形成的开口对准。

如本文中先前所述，上栓锁块52'的每一侧都包括上臂52-2和下臂52-20。如该图中更清楚地示出，线路导线（40-10、40-12）和负载导线（40-20、40-22）本身并非悬臂式的；实际上，它们在复位位置与跳闸位置之间分别由臂（52-2、52-20）和臂54-2驱动。因此，线路和负载触点（60-10、60-11、60-12、60-22、60-21、60-23）的位置取决于用于定位的臂（52-2、52-20、54-2）。

图20为图19中描绘的栓锁块组件50'的下栓锁块部分54'的立体图。同样，相同的参考标号指代先前所述的相同或功能相似的元件。该实施例采用L形栓锁56'，而非先前实施例中所用的U形栓锁。

如本文所述且如图21所示，揭示了根据本实用新型的另一项替代实施例的保护性布线装置10的立体图。在该实施例中，该装置被配置为常规布线装置，其包括安装吊耳14-4'，而不是与框架90相接合的咬合物（例如，参见图1）。此外，线路端14-1和负载端14-2设置成沿着背部主体14的各侧，而非以先前所述的方式设置。然而，该实施例与第一实施例的类似之处在于，复位按钮和测试按钮同样相对于彼此设置在对角线上，使得测试按钮和复位按钮设置在大体正方形区域的对角中。因此，该实施例可以采用本文所描述的任何机电设计。先前所述的机电布置允许装置采用各种形状因素进行配置，包括本文所示的那些。换句话说，本实用新型提供有效且低成本方式来在各种形状因素内利用给定设计。

如本文所述且如图22所示，揭示了本实用新型的电气布线装置中采用的保护电路的示意图。在示意图中从左移到右，可以看到，保护电路40包括火线线路端40-10和中线线路端40-12。在装置10的负载侧，存在一对用户可触及的插座，每个插座包括火线插座端30-12和中线插座端30-22。负载端包括负载火线端14-20和负载中线端14-22。

接地故障电路400包括经配置以感测负载侧接地故障的差动变压器L1。变压器L2经配置为中线接地发射器，且用于感测中线接地故障状态。这两个变压器均设置在先前描述的环形组件L1/L2中。差动变压器L1和中线接地变压器L2均耦接到故障检测器集成电路406。检测器406由连接到检测器406上的销V⁺的电源电路408来供电。检测器406的输出端设置在输出销SCR上，连接到SCR410的控制输入端。低通滤波器412包含电阻R10和电容C7，它对检测器输出信号进行滤波。GFCI400还包括缓冲电路414，所述缓冲电路包括电阻R4和电容C8。缓冲电路414防止电压瞬变触发SCR410。

当SCR410接通（ON）时，螺线管70通电，从而启动断路器60。螺线管70在一段时间内保持通电，这段时间通常短于约25毫秒。断路器60跳闸，从而使线路端14-1与相应的负载端14-2断开连接。在消除故障状态之后，断路器60可以借助于复位按钮17来复位。在一项实施例中，复位机构17本质上是纯机械机构，并且不包括任何用于测试启动的电气触点。

在装置无法运作时，GFCI400可以通过防止电力到达负载来解决某些寿命终止状态。作为寿命终止状态的一个实例，如果SCR410短路或永久地接通，那么螺线管70容易烧毁。如果螺线管70通电超过约1秒，那么它可能烧毁。一旦螺线管70烧毁，断路器60便不能跳闸。辅助开关422（KR1）可以防止螺线管烧毁。辅助开关422经配置以在断路器60处于跳闸位置时断开。如果SCR410短路或永久地接通，那么辅助开关422确保螺线管70不会永久地连接到电流源。用户可以尝试着通过按下复位按钮17来使装置10复位，但是响应于流经螺线管70的电流，断路器60将立刻跳闸。由于栓锁块50通过柱塞54-1而耦接到辅助开关422，因此辅助开关422会在螺线管70烧毁之前就断开。

在另一项实施例中，另一个失效模式由GFCI400解决；该模式涉及金属氧化物压敏电阻MOV1的寿命终止失效模式。MOV1设置成与辅助开关422和跳闸螺线管70串联。这种布置显著降低由于过电流状况而发生损坏的可能性。当MOV1达到寿命终止并且短路时，跳闸螺线管70通电并且辅助开关422断开。如先前所描述，当辅助开关422断开时，短路电流的流动在装置10发生任何损坏之前便会终止。

GFCI400还包括跳闸指示电路426。通过将LED1和串联电阻（R11–R14）放置成与辅助开关422并联来实施跳闸指示器426。LED1经配置以在断路器60和辅助开关422处于断开状态（跳闸）时发出视觉信号。在一项替代实施例中，LED1由信号器代替，所述信号器在断路器60处于跳闸状态时提供听觉信号。

GFCI400还包括测试电路150。测试电路150耦接在线路中线端14-12与火线插座端30-12之间。测试电路150包括测试按钮组件15，所述测试按钮组件在此处示为包括设置成与测试电阻R1串联的开关。

如本文所述且如图23所示，揭示了根据本实用新型的另一项实施例的接地故障断路器400的示意图。同样，相同的参考标号指代相同或功能相似的元件。该实施例包括先前实施例中并未出现的通用自动测试和指示器功能。

如前所述，接地故障电路400包括：差动变压器L1，该变压器L1经配置以感测负载侧接地故障，即是，位于连接至负载端14-2或插座触点（30-12、30-22）的负载中的接地故障；以及变压器L2，该变压器L2配置成中线接地发射器，所述中线接地发射器经配置以感测中线接地故障状态。这两个变压器均设置在环形组件L1/L2中，如上文所述。差动变压器L1和中线接地变压器L2均耦接到故障检测器集成电路406。下文将更详细地描述检测器406从双电源电路408接收电力。检测器406的输出端连接到SCR410的控制输入端。当SCR410接通（ON）时，双螺线管70'通电，以启动断路器60，使得断路器60和辅助开关422跳闸（断开）。螺线管70'在一段时间内保持通电，这段时间通常短于约25毫秒。当断路器60跳闸时，线路端14-1与它们各自的负载端14-2或插座触点（30-12、30-22）断开连接。在消除故障状态之后，断路器60可以借助于复位按钮17来复位，先前已对此进行了描绘和描述。

顾名思义，中线接地发射器L2经配置以检测中线接地状态。首先，应留意的是，线路中线（即，连接到中线线路端14-12的导线）通常于面板处在电路中接地，这不构成中线接地故障状态。当未出现中线接地状态时，中线接地发射器L2经配置以将相等信号耦合到火线和中线中。由于差动变压器L1经配置以感测电流差动，因此由中线接地发射器L2提供的相等信号有效地彼此抵消。另一方面，当负载中线（即，连接到负载中线端14-22或中线插座触点30-22的导线）意外接地时，会发生中线接地状态。这样会在中线线路端14-12与中线负载端14-22之间形成（与中线返回路径）并联的导电路径。因此，另一信号围绕着该电流回路循环，并且耦合到中线（而非火线）上，以产生差动电流。差动变压器L1对火线与中线之间的差动电流进行感测，且检测器406响应于此而生成故障检测信号。该故障检测信号会使断路器60跳闸。

参考双电源电路408，所述双电源电路用于满足检测功能（以上描述）以及下文所述的通用自动测试电路401的需要。双电源电路408包括电源部分408-1，所述电源部分包括与电阻R6和R7串联的二极管D1。串联电路设置在二极管D4的阴极与二极管D6的阳极之间。因此，电源部分408-1经由二极管D4和螺线管70'连接到线路火线，并且进一步经配置以经由二极管D6向检测器406的电源端供电。二极管D4进一步连接到电源部分408-2，所述电源部分包括与电阻R8和R10串联的二极管D2；串联电路连接到二极管D6的阴极。电源部分408-2经配置以对电容C6充电，而电源部分408-1经配置以对并联的电容组408-3（C16-C20）充电。组408-3中的总电容大于电容C6的电容。电容组408-3存储了足够能量，以在负半周期自动测试过程中维持电源电压。当AC线路周期为负时，二极管D6正向偏置，从而将电容组408-3耦接到电容C6。由于在负半周期中电源是活动的，因此检测器406在自动测试过程中作出响应。

当GFCI400检测到故障状态时，它经配置以在AC线路周期的负半周期中断断路器60。为了满足跳闸时间要求，电源部分408-2经配置以在小于约2毫秒内充电至满电源电压。这意味着，在正半周期中检测到危险的接地故障状态并迅速将其中断。另一方面，由于电容组408-3的值较大，因此电源部分408-1充满电耗时更长。电源部分408-1根据大约为15毫秒的时间常数进行充电。然而，由于二极管D6的反向偏置，因此无法防止电源部分408-2快速充电。总之，检测器406在正半周期中依靠电源408-2来进行接地故障检测，而在负半周期中依靠电源408-1来进行自动测试。

在此，对通用自动测试电路401进行论述比较有帮助，因为双电源408的目的之一是支持自动测试电路401。当FET（Q2）接通（ON）时，自动测试电路401通过引线回路402产生模拟中线接地测试信号。当FET404（Q2）接通（ON）时，中线接地发射器L2产生振荡信号，所述振荡信号是满电源电压的函数。FET404的接通状（ON）态电阻小于约4欧姆。因此，引线回路402与FET404（处于接通状态（ON））一起形成穿过差动变压器L1和中线发射器L2的回路，以模拟中线接地状态。在一项替代实施例中，引线回路402可以包括设置在线路中线端14-12与负载中线端14-22之间的中线的一部分，而不是具有穿过变压器（L1、L2）的第三引线。将第三引线放置在引线回路内的一个优点在于，提高了抗噪声性。当采用第三引线时，引线回路402与中线是隔离的，这样，在自动测试过程中，在引线回路402中传播的电流不会受到电压下降或在中线中传播的电噪声的影响。否则，在中线上传播的噪声可能损害测试故障信号以及GFCI对该信号的检测。

FET接通状态（ON）的定时由定时电阻R14来控制。在本实用新型的一项实施例中，FET404在AC电源的正半周期即将结束时接通（ON），且在负半周期的一部分中保持接通（ON），以产生测试故障信号。响应于在引线回路402中传播的测试电流，中线接地变压器L2产生差动电流。该差动电流继而由变压器L1感测到。如果电路适当地运行，那么由L1提供的传感器信号应被检测器406视作故障。如上所述，在正常运作过程中并且当GFCI400适当地运作时，故障检测器406提供足以接通（ON）SCR410的故障检测信号。然而，自动测试在负半周期中或在正半周期的后期执行，从而在正半周期中，SCR410不会在可能引起断路器无故跳闸的时刻接通（ON）。在一项实施例中，SCR410在AC线路周期的正半周期的后期接通（ON），其中流经SCR410的电流量不足以使双螺线管70'通电。在另一项实施例中，SCR410在负半周期接通（ON），在接下来的正半周期之前保持接通（ON），直到电源408充分放电，这在接下来的正半周期开始之前发生。此外，在负半周期中，通过二极管D4来防止SCR410将电流引导穿过双螺线管70'。

针对回路402产生的模拟故障信号使用相对较长时间的一个原因在于，确保检测器406有足够的时间来对自动测试进行检测。此方法的一个缺点涉及传感器芯中的磁通量的持续时间。具体而言，如果该芯中的磁通量延续到随后的正半周期，那么所得的传感器输出将使检测器406不当地接通（ON）SCR410并且使装置10无故跳闸。为此，在负半周期结束之前，双电源408的输出电压崩溃。崩溃的电源电压可防止无故跳闸，其中一个原因在于中线接地振荡无法在没有电源输出电压时持续。即使FET404接通（ON），一旦电源电压崩溃，传感器芯中也基本上不存在磁通量。因此，如果电源电压在负半周期结束之前崩溃，那么另外将由FET404产生的中线接地振荡无法延续到正半周期。因此，双电源408可以防止无故跳闸。

现在更详细地描述无故跳闸防止特征。在自动测试过程中，FET404接通（ON），且中线接地发射器102（L2）产生振荡信号，所述振荡信号是满电源电压的函数。如果检测器406在运作，那么SCR410在AC线路周期的约225°–280°处（即，在负半周期的一部分中）接通（ON）。因此，电容C6和电容组408-3（通过电阻R13、光耦合器U2和二极管D5）经由SCR410进行切断电源式放电，从而使电源的输出电压崩溃。由于时间常数与电容组408-3相关，因此放电过程渐渐发生。随着电源电压根据上述时间常数渐渐崩溃，中线接地发射器L2所产生的振荡信号的幅度也减小。继而，在回路402周围流动的中线接地模拟电流也减小。最后，变压器芯中的磁通量太低以至于它提供给故障检测器406的传感器信号无法表示故障状态。上述过程在负半周期结束之前发生。因此，在随后的正半周期开始时，变压器芯中只有很少或没有磁通量。在本实用新型的一项实施例中，电容组408-3时间常数为约0.5毫秒，中线接地振荡的时间为约0.15毫秒。

如上所述，SCR410在负半周期接通，但是在负半周期，SCR410中的电流被防止流经双螺线管70'，因为二极管D4被反向偏置了。监视电路421对SCR410接通（ON）与否进行监控，并且它运作如下：当SCR410接通（ON）指示出GFCI400在运作时，电源408经由电阻R13、光耦合器U2中的二极管部分、二极管D5以及SCR410进行放电。由于电流流过二极管部分，因此光耦合器U2中的晶体管部分接通（ON），以使监视电容C12放电。换句话说，负半周期测试在每一AC线路周期执行，这样从而累积在C12上的电荷应在每一线路周期放电。然而，当存在寿命终止状态时，SCR410或光耦合器U2将无法接通（ON）。如果在四或五个线路周期内无法接通（ON），那么C12上的电压将超过双向开关二极管Q3的转折电压（breakover voltage），且Q3将导电以接通（ON）光耦合器U3。U3的晶体管部分连接到二级SCR Q4的控制输入端，因此当U3导电时，SCR Q4被接通（ON），使得双螺线管70'的二级侧通电，以使断路器60和辅助开关422跳闸。换句话说，如果由通用自动测试电路401执行的自测试在预定时间段内发生故障，那么监视电路421将使装置10跳闸。

接线状态检测电路420经配置以防止在初始安装时发生接线不当。检测电路420包括电阻R9、R15和易熔元件S1。当最初将电力施加给负载端14-20、14-22且保护装置复位时，中断触点60在约25毫秒内跳闸，这是因为检测电路420使流经传感器L1的差动电流出现不平衡。这种不平衡情况由检测器406检测到，SCR Q1接通（ON），且装置采用上述方式跳闸。一旦AC电力适当地连接线路端14-10、14-12，易熔元件S1便在装置再次跳闸之后被清除。随后，中断触点60可以由复位组件17闭合。双螺线管70'可以通电达约100毫秒而不被损坏和烧毁；因此，它未被设计成在SCR Q1导电的时间（即，约25毫秒）内烧毁。

重新安装时也可防止接线不当。再次参考监视电路421，充电路径包括设置在负载火线与耦接到负载中线的监视电容C12之间的电阻R21、R27和二极管D9。当装置接线不当时，即，当AC电源电压连接到负载端时，电容C12被充电。至于寿命终止状态，C12上的电压将超过双向开关二极管Q3的转折电压。当手动操作复位按钮17而尝试使装置复位时，监视电路421将使双螺线管70'通电，从而使断路器60跳闸。每次尝试复位；该过程本身保持重复，直到装置10正确接线为止。当对线路端适当地施加电力且断路器60处于跳闸状态时，电容C12将不充电，因为电路中断触点是断开的，因此装置10可以复位。

通过将监视电容C12耦接到断路器60的负载侧，可在重新安装时提供接线不当保护。包括GFCI检测器的其他电路耦接到断路器60的线路侧。当断路器60处于跳闸状态时，两个光隔离器（U2、U3）电隔离这些线路侧和负载侧电路。总之，光隔离器U2将驱动信号从线路侧电路耦合到负载侧电路。光隔离器U3将驱动信号从负载侧电路耦合回到线路侧电路。

参考指示器电路418，一旦装置10跳闸，来自线路火线14-10的电流便从辅助开关422转移并且流经在图15中描绘为LED17-2的LED D10，使得LED D10被照亮。如果由于SCR410未能在自动测试过程中接通（ON）或由于接线不当而使辅助开关422断开，那么指示器驱动电路416将使指示器LED D10闪光。应留意的是，SCR410（Q1）也耦接到指示器驱动电路416。具体而言，除了使监视电容C12放电以外，当SCR410由于自动测试周期而接通时（ON），它还经配置以使电容C15放电。如果SCR410在四或五个线路周期内未能接通（ON），那么C15上的电压将超过双向开关二极管Q5的转折电压，使得Q5开始导电。当双向开关二极管Q5导电时，SCR Q6接通（ON），从而使晶体管Q7暂时接通。当Q7接通（ON）时，电流从LED D10转移，之后Q7断开（OFF）。Q7只是暂时接通（ON），因为在电容C15上的电压下降约七（7）伏时，双向开关二极管Q5将断开（OFF）。一旦双向开关二极管Q5停止导电，电容C15便将再次充电，且周期将重复。简言之，指示器LED D10将提供闪烁的红光，从而指示出装置10已到达寿命终止状态。闪光将持续到用户从AC电源移除装置10为止。

参考图24，揭示了根据本实用新型的一项实施例的电弧故障断路器的示意图。AFCI90可以使用本文所描述的任何形状因素（即，图1、图3、图10、图11或图21）来实施。寿命终止检测特征和接线不当防止特征可能适于AFCI90（即，图22或图23）。AFCI90用于保护电路，并且至少包括中线900以及连接到电源（未图示）的线路导线901。接地导线（未图示）可以视情况存在。AFCI90对发生在线路导线901与接地中线900之间的电弧进行检测，而且接地应为具有反极性的电源，或者线路导线901和中线900。

断路器902设置在线路导线901与负载99之间。此实施例包括第一阶段电弧传感器920，示为电流互感器，所述第一阶段电弧传感器经配置以对中线和/或火线电流随时间的变化率作出响应。传感器920可以设计成具有一类体积较小的芯以及许多二级匝，从而在形成电弧期间提供最佳灵敏度。单个导线（火线线路）或两个导线都可以穿过该传感器。电弧故障检测器用于对接近接地或接近中线的电弧进行检测。传感器920向两个检测器/放大器921、922提供传感器数据。检测器921、922可以使用任何合适的装置来实施，例如，用于检测接地故障的集成电路（例如，RV4141A）。由于对电流随时间的变化进行检测，因此检测器921被称为di/dt阶段。检测器921的输入侧还具有高通滤波电容911。检测器922被称为60Hz或“阈值”阶段，并且在反馈阶段中使用低通滤波电容912。60Hz阈值检测器922对将检测到电弧状态时所处的电平进行控制，例如，75安培或更大的负载电流。

这两个阶段的输出由逻辑AND门913组合起来，并且该输出进一步通过第二逻辑AND门914而与定时器输出组合起来。换句话说，在由调光器延迟定时器952选定的时间范围内输入电流信号必须呈现出超过预定率的变化率，以及超过预定阈值的量值。如果满足了这些条件，那么对Q3的基极施加正脉冲，以使SCR954接通（ON）。这样便使螺线管960通电，进而使断路器902跳闸。

本文所述的所有参考文献，包括公开案、专利申请案以及专利都以引用的方式并入本文中，正如将每份参考文献个别及具体地指明是通过引用的方式完整地并入本文并于本文获得陈述的那样。

在说明本实用新型的过程中使用了术语“一”和“所述”以及类似的词语（尤其是在所附权利要求书中），应该将这些术语解释为既涵盖单数又涵盖复数，除非本文中另有指明或上下文有明确的相反提示。应该将术语“包含”、“具有”、“包括”以及“含有”解释为开放性术语（即，表示“包括但不限于”），除非另有说明。应该将术语“所连接的”解释为部分或完全包含于其中、附接到或结合在一起，即使是存在中介元件时也是如此。

本文中所叙述的数值范围仅仅是一种速记，意图用于按个别方式提及属于相关范围的每个独立的值，除非本文中另有说明；并且每个独立的值都并入本说明书中，正如这些值按个别方式陈述于本文中一样。

本文中所述的所有方法都可以按任何适当次序加以执行，除非本文中另有指明或上下文有明确的相反提示。对本文中所提供的任何以及所有实例或示例性语言（例如“诸如”）的使用都仅仅为了更好地说明本实用新型的实施例，而并非对本实用新型的范围加以限制，除非另外主张。

本说明书中任何措辞都不应被解释为将任一非主张的元件指示为实践本实用新型所必须的。在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，所属领域的一般技术人员可以对本实用新型作各种修改和变化。本文绝非意图将本实用新型限于所揭示的一种或多种特定形式，相反，而是意图涵盖所附权利要求书所界定的本实用新型的精神和范围内的所有修改、替代结构以及等效物。因此，本实用新型应涵盖所有属于所附权利要求书及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (20)

1.一种保护装置，其特征在于，所述保护装置包含：

多个线路端、多个馈电负载端，以及可经由背部主体触及的接地连接元件；

盖组件，所述盖组件包括多个插座开口、复位按钮以及测试按钮，所述复位按钮和所述测试按钮沿着第一对角线设置，并且位于由所述复位按钮和测试按钮界定的大体正方形区域的对角中；

至少一个插座触点结构，所述至少一个插座触点结构包括延伸跨过所述第一对角线的部分以及与所述其中之一个插座开口对准的至少一个插座触点；

机电设备，所述机电设备设置在与所述大体正方形区域对准的区域内的所述背部主体中，所述机电设备包括耦接到致动器线圈的环形传感器组件，所述致动器线圈布置成沿着与所述第一对角线对准的中心轴，所述中心轴与所述背部主体的侧壁形成锐角，所述致动器线圈响应于检测到的故障状态而提供致动激励；以及

断路器，所述断路器配置成使所述多个线路端、所述多个馈电负载端以及所述至少一个插座触点结构，响应于所述致动激励而断开电连接，并且响应于所述复位按钮的启动而电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述盖组件大体成矩形。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述大体矩形包括凸起部分，所述凸起部分经配置以容纳所述大体正方形区域。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，分离器组件设置在所述盖组件与所述背部主体之间，所述分离器组件包括不导电的盖部分和不导电的分离器下部。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分离器组件完全设置在由所述背部主体和盖组件形成的外壳内。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个插座触点结构设置在所述不导电的盖部分与所述不导电的分离器下部之间。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含至少一个闸门组件，所述闸门组件设置在所述不导电的盖部分中，位于所述至少一个插座触点和与其对准的所述插座开口之间。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，接地母线包括设置在其任一末端处的外部安装元件，并且其中所述接地连接元件包括设置在所述背部主体外部的接地螺丝接线端。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个插座开口包括第一组插座开口和第二组插座开口，所述第一组插座开口和所述第二组插座开口设置成沿着第二对角线并且位于所述大体正方形区域的对角中，所述第一对角线与所述第二对角线大约在所述大体正方形区域的中央部分相交。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述断路器包括：具有可移动线路触点的至少一个可移动线路触点结构，具有可移动负载触点的至少一个可移动负载触点结构，以及耦接到所述至少一个插座触点结构的至少一个固定触点。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含栓锁块组件，所述栓锁块组件经配置以锁上所述复位按钮的销部分，并且抬高可移动线路触点结构或可移动负载触点结构以实现复位，并且解锁所述销部分以实现跳闸。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机电设备包括经配置以检测所述故障状态的至少一个检测电路，所述故障状态选自包括以下项的故障状态组：电弧故障、接地故障、中线接地故障、错误接线不当故障，或失效部件故障。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个检测电路包括电路分段，所述电路分段耦接在所述线路端之间，并且经配置以响应于检测到正确接线状态而传导预定信号，所述预定信号并不模拟故障状态；当所述线路端连接到AC电源时，所述正确接线状态得以实现；在缺少由所述至少一个检测电路传导的所述预定信号时，所述断路器被阻止实现复位状态。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个检测电路包括接线状态检测电路，所述接线状态检测电路耦接在所述多个线路端、所述多个馈电负载端或多个插座触点结构上。

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个检测电路包括：

测试电路，所述测试电路经配置以自动向所述环形传感器组件提供测试信号；

故障检测电路，所述故障检测电路经配置以响应于检测到所述测试信号而产生测试检测信号，所述致动器线圈并不响应于所述测试检测信号来提供致动激励；

计数电路，所述计数电路耦接在所述多个馈电负载端或多个插座触点与所述故障检测电路之间，所述计数电路包括定时器电路，所述计数电路经配置以响应于检测到与所述测试检测信号相对应的第一光信号而使所述定时器电路重置，所述定时器电路在缺少及时的测试检测信号时，提供经过时间信号；以及

耦接到所述计数电路的测试响应电路，所述测试响应电路响应于所述经过时间信号而提供第二光信号，所述故障检测电路将所述第二光信号转换成故障检测信号，所述致动器线圈响应于所述故障检测信号而提供致动激励。

16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含双向光接口，所述双向光接口经配置以在测试设备的各部分之间传送测试数据。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述双向光接口包括：第一光耦合器装置，所述第一光耦合器装置经配置以从设置在所述机电设备内的故障检测电路提供测试故障检测信号；以及第二光耦合器装置，所述第二光耦合器装置经配置以将测试失败检测信号传输到设置在所述机电设备内的警报处理电路。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含定时装置，所述定时装置经配置以在所述测试故障检测信号未能在预定时间段内使所述定时装置重置的情况下，向所述第二光耦合器装置提供所述测试失败检测信号，所述测试失败检测信号经配置以使所述断路器跳闸。

19.一种包括根据权利要求1所述的保护装置的电气布线系统，其特征在于，所述电气布线系统包含：

框架,所述框架经配置以安装到装置壁箱，所述框架包括围绕所述框架的外围部分形成的第一边缘，所述第一边缘经配置以邻接围绕所述装置壁箱设置的结构化表面，所述框架组件进一步包括对应于至少一组开口的框架开口，所述框架开口界定第二边缘，所述第二边缘经配置以朝向所述装置壁箱内部向内延伸，从而所述框架开口向所述装置壁箱内部提供唯一通路；以及

根据权利要求1所述的保护装置，所述装置经配置以耦接在所述框架开口内，从而完成系统封罩，使得所述装置壁箱内部无法触及。

20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包含覆盖物，所述覆盖物配置成以可移除方式耦接到所述框架组件，所述覆盖物包括覆盖物开口，所述覆盖物开口经配置以向所述盖组件的至少一部分提供入口。

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