CN2684433Y - 一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置，涉及配电系统中的漏电检测装置技术领域。该装置包括：其中至少两导线用以当作并联的导电路径，以传送电力的多个导线；断路电路；用以检测该并联导电路径中电流失衡的组件；及用以检测在该电路路径中的失衡电流，借以防止输送至该附属电力负载端的电力启动断路电路的组件。将本实用新型应用于用品电源线、延长线或是电力系统的导线中，可检测到任何未接地导线至地端及负载端的电流漏电情况；可检测到任何未接地导线至接地导线上的漏电情况及可检测到在电源线中任何未接地导线至未接地导线上的漏电情况并在上述场合下中断电源；花费成本低，仅需要结合接地短路保护装置再加上一些其它的电路。

Description

一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置

技术领域    本实用新型涉及配电系统中的漏电检测技术领域，特别是涉及一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置，尤其是一种应用于电力传输系统中的可检测及中断导线中漏电情况的电路，借以保护因人为疏忽或因地震、火灾所引起的漏电情况。

背景技术    一般在家庭引起的电器灾害通常是使用者在如游泳池旁、浴缸旁或水池旁使用交流电的电器，当水进入到电器内时，会产生漏电。倘若漏电的电流流经人体时，其结果可能会对人体造成伤害，甚至触电死亡。虽然水是引起漏电的一个主要原因，但是若当人在同一时间碰触到不同电位(significantly different voltage potential)的导线时，电位一般称为接地电压(ground voltage)，漏电称为接地故障(ground fault)，在美国，用以检测及中断接地故障的装置，例如接地短路故障断路装置(GFCI，Ground Fault Current Interrupt)，在欧洲，也有类似的装置例如剩余电流装置(RCD，residual current devices)。

接地故障并不是唯一漏电的潜在因素，另一情况是在两导线或是一导线和接地之间有明显的放电(火星，spark)。此火星代表由空气或是绝缘破损处放电，这是由高温所产生的一个非偶然“电弧路径”(arcing path)的副产品。电弧故障可能引起火灾，电弧故障地方也有可能会引起接地短路。事实上，若是因为接地放电的关系，电弧故障也有可能是接地短路。如此一来，用来预防接地短路的装置某种程度上也可用来预防电弧障故。特别设计用来检测及中断电弧故障的装置即称为电弧故障电流断路装置(AFCI)。

虽然上述接地短路断路装置(GFCI)是用来防止人因触电而死亡的装置，电弧故障电流断路装置(AFCI)则是用来防止因更高的电流电弧所引发的火灾。接地短路断路装置(GFCI)的设置基本上是用来检测及中断5微安培或以上等级的电流，而电弧故障电流断路装置(AFCI)则设计用来检测及中断5安培或其以上等级的电流。

引起这一电弧的条件是3000V/mm，但是，也有可能在远低于此伏特数的条件下引起电弧，这是因为其通过加热电浆途径传导，其中有很多的电子可被传导。即使在相对较低的电压下，由两供能的导线还是有可能会发生电弧的现象，若在高震动的环境下，会反复、持续的产生多次电弧，此称为喷溅电弧故障(sputterin arc fault)。在这种情况下，上述电弧所产生的热也会使可燃物着火。

电弧故障可分为并联或串联电弧故障，串联电弧故障的原因有可能因串联至负载的载流路径不小心受损。当用品的电源线过度的卷曲也会引起其中的导线受损而导致开路，从而而引起电弧故障；并联电弧的产生则是因为两独立有电位差的导线间极度的接近或者是直接接触在一起。换句话说，串联电弧故障的起因是两条原应该接触或短路的导线分开，而并联电弧故障的起因则是因为两条应该分开的导线接触在一起。虽然电弧故障被视为光及火所引起的，但是，在两导线间所引起的漏电也有可能引起更高温、高电流的电弧故障。这种发展趋势，上述视为引发电弧故障的漏电，也可视为电弧故障。

在美国，接地短路断路装置(GFCI)的设置已见诸于建筑法规中，因此很多新的家庭及辨公大楼的浴室及室外插座都设置接地短路断路装置。这种装置可检测出一条用来传出电流，另一条用来传回电流的两导线间电流不平衡(以下称电流失衡)的情况，在接地系统中，第三条导线是用来提供在电源及负载对地的连接，因此在正常情况下是不传输电流的，上述两条带电导线间电流的不匹配是引起漏电的潜在因素。为此，接地短路断路装置(GFCI)会触发断路器或继电器以防止电气灾害。

传统的GFCI电路，连接于交流电源端及负载的导线间会通过一差动电流变压器，借以启动此变压器的主线圈，变压器上具有复数圈的次线圈(secondary winding)流至一放大器上。在两导线的系统中，若无漏电情况接地路径产生时，所有的电流往返在两条导线间平衡流动，线圈所产生的磁通量也平衡，所以不会在次线圈产生任何信号。如电源接地或负载至地间，有任何漏电的情况发生时，就有电流失衡的情况产生，换句话说就是在其中一条导线中的电流比另一条导线中的电流多，其余的电流流经其它路径，此时在变压器中就会产生一净磁通量并会在变压器的次线圈产生电压。二次测电压(次线圈电压)经放大并经滤波后启动继电器或断路器，使电力可从负载或漏电路径中移除。

接地短路断路装置中运用差动变压器去检测失衡电流早已广泛应用，例如美国专利3683302号中，Butler等人公开了一种可检测电流失衡的传感器，其是借一差动放大器达成。美国专利3736468号中，Reeves等人公开了一种使用差动变压器，其中次线圈被放大去触发断路器。其它包括美国专利3852642号(Engel等人)以及6381113B1(Legatti)公开了结合差动感测线圈以及放大器去检测接地故障。美国专利4216516号(Howell)以及5661623(MacDonald等人)公开了利用线圈组去中断接地故障。

在电力系统中，传统的GFCI电路无法检测到漏电的情况，当电源导线被切断或绝缘的边缘被磨损，绝缘处击穿(islution)，例如电流从火线(hot line，未接地的导线)流至另一火线，或从一火线流至另一零线(接地的导线)就会发生并联电弧。除了这些潜在的并联电弧故障，若任何载流导线破损或者破损导线的两端出现相关的高电阻路径当电流流经这两端间时，传统的GFCI不能检测到上述任何的电弧故障情况。

与上述有关的应用，例如窗式空调机，通常在夏天时放置在房间的窗户使用而在冬天收藏起来，通常窗式空调机既笨重又有锐利的边缘，一些使用者会将窗式空调机收起来时卷绕电源线，会使电源线受损，此电源线会暴露在热循环压力(THERMAL CYCLING STRESS)下，这些累积的破损很可能会危及电源线的安全性并且导致在电源线中的导线漏电。

为了改善现存GFCI装置的缺陷，美国专利3872355号(Klein等人)以及4903162(Kopelman)公开了使用热感应组件去检测因高温而引起的电弧，并触发断路器。问题是该发明并不实际也不符合成本，因为无法在每一处有可能发生电弧的地方都放置热感应器，更进一步，在电弧发生触及热感应器所检测到的延迟时间也必须要考虑，其范围从数秒到数分钟。

美国专利4848054号、5510946号(Franklin)以及美国专利6388849B1号(Rae)公开了一种保护电路，其检测到在正常运作时若电流过载超过最大预期值时，此过载情况被视为电弧故障的特征。美国专利5224006号(Mackenzie等人)公开了一种可监控电流大小及功率改变的系统，若功率的改变已成为可能发生电弧的特征，就会启动断路电路。

另外如美国专利第4639817号(Cooper and South)、5047724(Boksinger等人)、5280404号(Ragsdale)、5185684(Beihoff等人)以及6407893B1(Neiger)。也公开了其它的电弧故障的检测电路，用对应于电弧故障的电流信号、电压信号或者是磁通量信号来检测故障。使用上述的电弧故障测量技术的滤波演算过程需要经过多个周期。因此，其故障会持续一段时间。更进一步，这些技术相对的成本较高且较适合装设在配电板中，这样可保护在住所中或商业大楼的所有电路。不适于装设在一部份电源线的插座上。

另外有一些已知的技术已被公开来应用于用品的电源在线，美国专利第3493815号(Hurtle)公开了一种保护电路，其中电源线中有二导线被绝缘包住，一导电护套电性耦合至负载端的外框或是外壳，该导电护套另连接至一闸流体的闸极上，该闸流体是跨接在一在线上，如果电源线被切断、损毁或是其它原因毁坏时，此线的高处会与导电护套或外框外壳接触，硅控二极管会被开启，然后会启动断路器或熔断保险丝，问题是硅控二极管本身有可能会在开路状态时，启动断路器之前就被破坏，使此保护方法失效，更进一步，因为此用品的电源线必须与对应的保护电路相距一段距离，因此导线的阻值会限制电流值使其无法启动断电器或熔断保险丝。

美国专利第3769549号(Bangert)及第6292337B1号(Legatti等人)公开电源线，其中每两导线被绝缘包住及凭借一导电套连接至接地，在第3769549号中，此套体为一接地导体并且直接电性连接至该插座的第三‘接地’分支。导线的任何破损或机械性损坏都会引起电击损坏，并在两导电套间引起漏电情况，并且引起接地故障(Bangert)或感测到接地故障(Legatti等人)，然后触发继电器或断路器将电力由损坏电源在线移除。其中问题是多层电源线的成本较高，每一导线外都包裹有绝缘并在外包裹一导线外壳，两双层导线放在一起然后再包裹第三绝缘，将两外壳的两端相接难度较高，此相接端是很重要的如果是应用于一接地导线。

美国专利第4931894号(Legatti)以及美国专利第5642248号(Campolo等人)公开双导线电源线中的接地故障断路保护电路，在一单独的护套中增加光纤接地导线，此光纤接地导线经一电阻连接到电源导线上，当漏电情况发生时，会在接地故障检测电路的差动变压器上产生失衡并启动断路器，并将电力由导线上移除。在导线上编织护套是一昂贵的过程，编织的外壳必须要经过特别的制作，且多层电源线会有一定的厚度及重量，在线束中的破损导线若引起相当的热量并击穿绝缘将会被感测，并引起护套的漏电，因此这些导线的配置相当重要，而不是将这些导线封起来，此护套被视为单一的导线，并与电源线并联，无法抵挡从电源导线至其它电源导线的电弧，以及火线或零线的破损。

美国专利第5943198号及5973896号(Hirsh等人)公开了一种可在不论是电器用品及配电系统的电源线中都可检测接地故障以及电弧故障的电路装置，借交流线引起零交越的衰减区(dead zone)保护导线上使用调节模块，在衰减区间隔，如保护导线在电源端检测到有电源，即暗示其在调节模块上有漏电路径产生，并会将电源移除。问题在于需要一或更多的调节模块在电源线的负载上。

美国第09/394982号专利中，(Hirsh等人)公开一种设置电器用品中的电路装置，其装置可自动的检测到开路情况或是导线的移位，如果有任何连接地的故障或是接地和未接地的电源互换，那么至用品端的电源就会自动的中断，此装置可检测到损坏及零线开路情况以及损坏及接地开路情况，依据上述情况切断电源，此装置可提供某种程度上的电弧故障检测，其特征为检测其电压差是否位于零线及接地的间，当电压超过一设定值时，即确定为破损导线并启动中断供应至用品的电源。

发明内容    本实用新型的主要目的就是提供一种在导线间可检测漏电及断路的电路装置，特别是一种可检测在电源线中或是延长线中两并联导线的失衡电流以防止电弧故障的电路装置，借此将一电线分成两部分，可使流至用品端的电流均分成两部分，如果用品的电源线因损坏而导致其中一部分漏电时，那么在两分离导线中的电流就不会均衡的分在两导线中。这样会被检测出来并启动断路器，借以将电源依序从电源线移除。

当使用接地检错断路电路时，可以对电源线中的下列情况进行保护、未接地导线(火线)至地、火线至接地线(零线)、火线至火线、零线至地、及接地导线检测/断路(串联电弧故障)。接地短路保护装置(GFCI)只保护上述五种故障情况中的两种，即是两种接地的故障情况。

已知的电弧故障检测/预防电路成本较高和/或反应速度较慢和/或不能确实的检测到电弧故障。当其使用电磁感应检测时，其需要检测多个周期的交流信号，所以其反应时间较长。当其使用一种特殊的电缆护皮装设在导线外壳时，需要昂贵的制造过程且较笨重，若只在所有导线外设护皮而不在单一导线外设护皮的话，那就无法检测到护皮中导线间的漏电状况，因此，当将本实用新型应用于用品电源线中、延长线或是电力系统的导线中有下列优点：

a.可检测到任何未接地导线至地端及负载端的电流漏电情况，然后中断电源。

b.可检测到任何未接地导线至接地导线上的漏电情况，并根据上述情况中断电源。

c.可检测到在电源线中任何未接地导线至未接地导线上的漏电情况，并根据上述情况中断电源。

d.可检测到导线上的破损并在俗称会产生高热的”串联电弧故障”发生前中断电源。

e.花费成本低，一些实施例仅需要结合接地短路保护装置再加上一些其它的电路。

附图说明

图1是已知接地短路保护装置的电路方块示意图；

图2是可用以检测漏电的分离导线的方块示意图；

图3是具有不同感测变压器的分离导线系统示意图；

图4是一故障情况的对应电路示意图；

图5是说明负载端的负载型态可分为两种的示意图；

图6是漏电感测系统的一较佳实施例图；

图7是未使用一差动感测变压器的漏电检测/感测系统图；

图8是本实用新型较佳实施例使用两分离的导线进行并联及串连的电弧故障检测示意图；

图9是具有接地短路保护电路的电弧短路保护电路图；

图10是电弧短路保护电路结合接地短路保护在本较佳实施例中以单一感测变压器实施的示意图；

图11是一较佳实施例完全串联及并联的电弧短路保护电路图；

图12是一电源线的结构示意图；

图13是使用单一电流的全电源线电流漏电保护电路示意图；

图14是用以调整漏电检测电路的调谐电路图；

图15是在一电熨斗内的电源线短路保护电路一较佳实施例的示意图；

图16是在一室内空调器的电源线短路保护电路一较佳实施例的示意图。相关符号说明：

20～分支；                                21～插头或插座；

22、24～电源导线；                        26～电源感测变压器；

27～在电源线中的电源导线；                28～电流感测变压器中的次线圈；

29～在电源线中的电源导线；                30～检测电路及断路触发电路；

32、33～断路电路接点；                    34～负载；

36～螺线管；                              38～导线至接地的漏电路径；

39～地；                                  40～负载至接地的漏电路径；

42～闸流体；                              44～连接电源及用品间的电源线；

46～电器用品；                            50～自我测试按钮；

52～故障测试电阻                          54～电源导线间的并联电弧故障

56～点A及点B间有可能发生串联电弧故障的可能位置；

58～从电源线至接地的漏电路径；            60、62～接至插头分支的电源导线

61～未分离电源导线；                    62～连接至插头的电源导线

63～电阻区块；                          64～并联导线；

66～并联导线；                          68～串联电阻

70～串联电阻                            72～负载电阻

74～负载电阻                            76～用品中的串联电阻

78～用品中的串联电阻                    79～负载电流

80～并联电弧故障                        84～差动变压器

86～电源线中导线的区块电阻              88～电源线中导线的区块电阻

90～检测电弧故障的副线圈                94～电压源

96～触发电阻                            98～滤波电容

100～分支电阻                           102～分支电阻

103～地线                               104～A点

105～接地支脚                           106～B点

107～限流电阻                           108～差动放大器

109～背对背稽纳二极管                   110～接自导线60的第一分离导线

111～D点                                112～接自导线60的第二分离导线

113～分压电阻                           114～接自导线62的第一分离导线

115～对称触发二极管                     116～接自导线62的第二分离导线

117～分压电阻                           118～电流感测变压器

119～自用品的返回导线                   120～插座

122～插座                               123～连接至接地分支的导线

124～接地导线                           125～分压计

126～插座的接地分支                     128～电源线的未曝露区域

134～五导线扁平电源线                   135～连接至插头

136～负载中心                           137～电路分支

138～电源至插头                         139～输入电源

140～低电阻导线                         142～高电阻导线

144～低电阻导线                         146～高电阻导线

148～限流电阻                           150～电流电阻

152～调整电阻                           154～导线142的主线圈

156～差动放大器的副线圈                 160～电阻

162～电阻                               164～电阻

166～电阻                               168～金氧半场效晶体管

170～感测放大器                        172～电容器

174～同步器                            176～充电电阻

178～充电储存电容                      180～比较器

182～二极管                            184～限流电阻

188～回流线                            190～放大器

192～差动放大器                        194～电熨斗

196～控制器                            198～负载组件

200～负载组件                          202～电线剖面区域

204～护线环                            206～端子座

208～空调器外壳                        210～空调器负载

212～锹形凸缘

实施方式    图1是方块示意图，其主要是叙述目前接地短路保护装置(GFCI)应用在一用品内的电源线或延长线，接地短路保护装置的检测及断路电路是完整组合置于一插头21中，在插头21及电器用品46的间连接有一电源线44，该插头(或插座)21是一容置空间，且此容置空间内包含有导电支脚20以及内部包含检错(fault sense)及断路(interrupt)并连接至该电源线44上。由电源插座供电的插座支脚20将电源输出至系统上，其电源导线是22及24，电源插座中其中一导线必须经电源线接至配电盘并接地，此对应的导线即为”零线”(neutral conductor)，在此系统中，未接地的导线则被称为”火线”，导线22及24由断路器的接点32、33连接至导线27及29，导线27及29由一差动电流感测变压器(diffrerential current sense transformer)26并借此变压器动作，须注意的是导线27及29是由相同方向经过此变压器26，该电流感测变压器26的次线圈28是连接至该检测电子及电路断路触发器(detection electronics and circuitbreaker trigger)30，可用以滤波和/或放大和/或由电流感测变压器26的次线圈28进行其它的电压处理过程，去产生一个触发信号以开启该断路器接点32、33，实施的电路例如电路方块30，而其差动感测变压器的界面已早为已知并为专业技术人员熟知(例如Gill所公开的美国第5,224,007号专利)。

正常操作情况下，电流由正常情况下为关闭的断路器接点32、33传送至负载端34，负载端34的阻抗是电阻性阻抗、电抗性阻抗、电容性阻抗或是几种结合而成。虽然在图1中的负载直接描绘在电源线的末端，但是图1可以任何形式其用品的插头所取代。

当缺乏接地检错装置时，若有等量的反向电流在导线27及29时，在该差动电流感测变压器26的磁通量是零及在该变压器次线圈28的电压是零，而当在导线27及地39间有一漏电路径38时，或在导线29及地39间存在有一漏电路径58时，或在负载端34及地39间存在有一导电路径40时，在导线27及29间存在有一失衡电流(current imbalance)，即为，当经过电流感测变压器26后，在导线27及导线29间有不同的电流值，会在该差动感测变压器26间引起一净磁通量(net magnetic flux)，并在次级28产生一非零电压(nonzero voltage)。

该检测电子装置30接着接收电压信号并定义其在足够的数值和/或时间下是否为一失衡电流(current imbalance)(对应至一故障(fault))，若该检测电子装置30定义其在足够的量值和/或时间下是一故障(fault)，接着就会触发一闸流体(thyristor)42接收由螺线管(电磁阀)36而来的电流并呈导通，借以开启断路器的接点32、33将电源线44至该用品46的电源移除。

在一接地零线系统，两导线22、24其中一条趋近接地电位，因此，从零线至地的漏电路径将不会导致大电流的产生，此情况可能为此检测电子装置及电路断路触发器30所未检测到的，因此，一些实施例中接地短路保护装置(GFCI)会加入一第二差动感测变压器(图1未示)，以检测这种所谓的“零线至接地故障”，实施上是借注入一信号至零线引起一震荡如果反馈是由反馈提供完成由零线至接地故障，此一反馈经接地短路保护装置的放大后会被认定为故障的情况，此一零线至接地的保护通常是应用于接地短路保护装置的插座端因为可以防止该接地短路保护装置电路断路器其负载端的零线接地。因该零线至地甚少大于1伏，所以此零线接地故障即使在地震或火灾的状况下较少发生。

测试键50是对于该故障感测/断路电路进行一自我测试动作，此键在正常情况下是呈开路(OPEN)状态，当使用该测试键50时，其会在差动感测电流感测变压器26的周边形成一电性漏电路径藉以仿真一故障情况，并借此故障测试电阻52的电阻值定义出漏电量，检测装置30感测到失衡电流后驱动该闸流管(thyristor)42，并由闸流管42驱动螺线管36，并开启断路器接点32、33。使用者可启动其测试键50自我测试接地短路保护装置并根据继电器32、33去开启和/或当作一指示器(例如在许多实施例中，一重置按钮会跳出)。

在图1中的电路无法测试两种电路故障，第一，它无法检测在电源线中两导线间的并联电弧故障54(parallel arc fault)，原因是从该插头21此并联电弧故障54会当作一负载并与正常的负载并联，因此在此差动变压器26上并不会产生失衡电流，所以并不会发生。第二种无法检测的故障，如果在导线中例如图1中的A点及B点间发生一断路56，，如此会对应至一串联电弧故障(series arc fault)，因为此一串联电弧故障在差动变压器26中并不会产生失衡电流，因此此一串联电弧故障也不会在插头21中被检测出来。

图2是导线的排列方式，使本实用新型中的电弧故障可被检测出来，如前所述，此系统是包括一插头21，一电器用品46，在插头21及电器用品46之间连接有一电源线44，在插头21的附属支脚20中连接有导线60及62。导线60从插头支脚直接连接至用品46中的负载端34。导线60具有一分配电阻，例如一集总电阻63。例如，电源线60是一规格16导线，是趋近每呎4毫欧姆(milliohms)，所以假如此导线60有6呎长，那么阻抗将会趋近24毫欧姆(milliohms)。导线62分成两并联的导线64及66，每一导线64及66都有对应的电阻值，此一电阻值是由于所有导线接具有非零分配电阻，加上任何机械连接至架子、电路板或其它导线。

在图2中，在导线66中的电阻具有三部分，其中在插头21中的部分其电阻标号是68，此用以表示在插座21中因卷曲、焊接或制造时蓄意设成一可变电阻。在电源线44中的电阻为标号为88，是连接于插头21及用品46间。在用品46中的电阻标号为78，此用以表示在插座21中因卷曲、焊接或制造时蓄意设计外加的电阻。相同的，导线64的电阻也可分成三部分70、86、76。

导线64及66于导线62处连接在一起，经过一差动变压器84后与该用品46中复连接在一起；虽然导线64及66载有相同电流，但经该差动变压器84时是呈相对方向。如此由导线64的电流在变压器84中的磁通量将会与由导线66所引起的磁通量呈相对的方向，虽然在图2中，该导线64及66被描述是在单一时间通过差动变压器84，他们可在的多数时间中形成循环以增加敏感度。该差动变压器84用以当作一感测组件以去导线64及66中电流的失衡(imbalance)，以保证在该两分离导线中，其中存在有一明显的电阻区域是重要的。在接下来的图示中会看到，电阻76，78对本实用新型的操作是重要的，是用以保证在用品46中的所有电源的安全，例如如果设计时使用十呎长的电源线，连接在该插头21及该用品46间的电源线的长度是9呎，剩下的1呎则置于该用品46间。在此实施例中，电阻78的电阻值至少为在电源线电阻88的电阻值的10％。

虽然在图2中所有的电阻都混和在一起，事实上，它们也可为分散的。更进一步的说，虽然接下来所有的讨论都只关于电阻，所有电流的流动的”阻抗”应可包含频率组件例如电感及电容。为了电路分析需要的缘故，需要将其总合为阻抗，在此前更复杂的电路模型也使用此方式表示，此应为熟习此项技术的专业技术人员所应熟知的。

在正常操作情况下，该负载电流IL79是由导线60流进负载端34，经过负载端34后分为两相同的电流，其中一部分是由导线64流进，而另一部分流进导线66，(a)设导线64中的串联电阻70、86及76的总电阻与导线66中的串联电阻68、88及78的总电阻是相同，如此两部份的电流才会相同，(b)导线64及66间相对流进电流感测变压器的圈数相同。此两相同电流互相平衡及在该差动变压器84中无网络磁通量及在此电流感测变压器84的次线圈90中无电压生成。然而，如果在导线60及两分离导线64其中一导线中(在本较佳实施例中是导线64)形成一并联电弧故障，如此即会在该负载端34导致一电流漏电路径，及当其经过该感测变压器84时，流进导线64的电流会较流进导线66的电流多，如此会在差动变压器84中引起一磁通失衡的状态而且会在次线圈90处产生一电压并触发一断路器(图中未示)，并从系统中将电源移除。

在图2中，一并联电弧故障80会发生在任何分散的线电阻中，在本图中此并联电弧故障80是显示于连接于电阻63及86之故障间。依据此故障在导线60及64间的哪里，可以此种方式将每一导线分成两部分。

在图2中，此两分离的导线64及66是在同一时间以不同的方向流进差动变压器84中，流进的圈数有时较不定。导线64及66是等效于装配两线圈组或任意数目的线圈，在此实施例中，一平衡系统(即为，在现存的故障中，其在变压器次线圈90的电压是零伏特)，如果在其中一分离的导线的总电阻值是其它分离导线电阻值的数倍，即为具有较高电阻值的导线缠绕在差动感测变压器的圈数是较低电阻值的分离导线缠绕圈数的数倍。在现存的故障中，一平衡系统其关键是在差动变压器中的安培匝数(即为，一组件的电流乘上匝数)，由于其中一分离的导线(不论是64或66)可完全被其它的导线的安培匝数抵销。

图3是图2的系统中无电弧故障存在时的示意图，其在导线60及62间提供一电压源94。导线62再分成导线64及66，然后两导线以相对方向经过一差动变压器84。如图2所示，导线64中的电阻分为三部分。其中R_P170代表在串联电阻中在插头中的部分，Z₁86代表在串联电阻中在电源线中的部分，R_A176代表在串联电阻中存在用品中的部分。前面导线64及66间是成电气连接，因此相同的导线66的电阻也可分成三部份，R_P2、Z₂及R_A2。

电流I_L79流经导线电阻W 63，然后经过负载端34后，再流经两并联的导线64及66。流经该差动电流变压器84的导线64及66(需注明的是两导线方向是相对)。

根据已知的电流分流定律，在导线64及66中的分流是：

$I_1=I_L\×\frac{R_{A2}+Z_2+R_{P2}}{R_{A2}+R_{A1}+Z_1+Z_2+R_{P1}+R_{P2}},$

$I_2=I_L\×\frac{R_{A1}+Z_1+R_{P1}}{R_{A2}+R_{A1}+Z_1+Z_2+R_{P1}+R_{P2}}---\left(1\right)$

虽然在图3中描述从导线64、66流入相同的差动电流变压器84中，导线64至变压器84上所缠绕的匝数可为N1匝，同样的，导线66在相对方向于变压器84所缠绕的匝数为N2，当两分离的导线安培匝数贡献相同时其电压是零，即N₂I₂＝N₁I₁，利用演算式(1)，则下列情况成立

N₂(R_A1+Z₁+R_P1)＝N₁(R_A2+Z₂+R_P2)    (2)

和该负载电阻R_L34阻值是不相关的，演算式(2)永远满足若N₁＝N₂，R_A1＝R_A2，Z₁＝Z₂，及R_P1＝R_P2，然而，这不是唯一可满足演算式(2)的组合，在制造设计时，较可行的方式为先建立一严谨的规范，然后根据用品再调整演算式(2)中的组件。

在建立此分离的导线中，较困难的是确保随时满足演算式(2)的情况，电源导线会老化并会因氧化而影响电阻值，导线中的金属线会有扭曲或破损的情况，而此情况会影响该平衡，当两支脚的电阻不能互相符合时，可根据下列步骤改善电阻不协调的状况，电阻R_A1及R_A2是设于用品中，因此一般不会暴露在外，也不会受到外界影响损耗。同样的，电阻R_P1及R_P2则受控制的设于插头组件中。因此，其使用时最主要的因素还是改变Z₁及Z₂，如此的状况还是应该可以减轻如果该电源线是建立于使维持于同一相关的电路拓朴中(例如：使用一扁平形式的电源线例如俗称的SPT型电源线)。在此例中，外界对其中一分离导线的影响极容易对其它分离导线产生同样的影响。

初始的部分架构中，借增加R_A1+R_P1(等效于R_A2+R_P2)，其Z₁(Z₂)的改变对所有导线电阻值的影响减小。因此，电阻R_A1、R_A2、R_P1及R_P2会减低组件的敏感度。在上述电阻中的任何增加，满足演算式(2)随时间改变Z₁+Z₂将会降低该电路平衡的敏感度。

图4是描述在导线60及导线64间并联电弧故障(parallelrc fault)的情况，请再参阅图2，其电弧分别在各别的电阻63及86发生，一部份发生于80的负载端，另一发生在80的源端，在图4中，假设该电弧故障是每单位距离γ。若电弧发生在由电源线进入至用品处，那么γ＝1，若电弧发生在由插头离开电源线的方向处，那么γ＝0。

下列是节点a，b及c其delta(Δ连结)至wye(Y连结)的转换，其输入电压源94的总电流是

$I=\frac{V}{R_S+\frac{R_1*R_2}{R_1+R_2}}---\left(3\right)$

其中

$R_1=\frac{F[(1-\mathrm{\γ})Z_1+R_{A1}]}{F+R_L+(1-\mathrm{\γ})Z_1}+\mathrm{\γ}{Z}_{1+}{R}_{P1},R_2=\frac{F[(1-\mathrm{\γ})Z_1+R_{A1}]}{F+R_L+(1-\mathrm{\γ})Z_1}+R_{A2}+Z_{2+}{R}_{P2}$

及

$R_S=\frac{F*R_L}{F+R_L(1-\mathrm{\γ})Z_1}$

使用分流定律，其在感测变压器84其安培匝数的改变可导出：

$\mathrm{\ΔNI}=N_1{I}_1-N_2{I}_2=\frac{{\mathrm{VN}}_1{R}_2-{\mathrm{VN}}_2{R}_1}{R_S(R_1+R_2)+R_1{R}_2}---\left(4\right)$

其中N₁是变压器84其导线64的主线圈，N₂是变压器84其导线66的主线圈。在变压器中的磁通量是和ΔNI成比例，由磁性连接至变压器84的次线圈(图4未示)，ΔNI产生一电压及电流这样会检测到发生情况。

由演算式(4)中可知，在差动感测变压器84的不同安培匝数感测在系统参数中是一复杂的方程式，其中ΔNI是一个具有11参数的算式，分别为R_A1、R_A2、R_P1、R_P2、Z₁、Z₂、N₁、N₂、R_L、F及γ。由模拟测试不同的情况后可知，大致上有几种情况；第一，电弧故障发生越接近插头时，分离导线的失衡越大，因其在导线上的电弧故障发生位置及电压源的距离缩短所以是合理的，第二，该电流失衡百分比代表该电弧故障的严重度。低电阻故障更加严重并会导致更多由电源所流进的电流以及在分离导线上更多的失衡电流。第三，电阻R_A1及R_A2对识别出电弧故障发生是重要的。

从第4图中可知，对用品中串联电阻76及78的建议为，第一，如果这些电阻值为零及γ＝1时，从负载端34处无法区别出故障发生80；换句话说，用品的串联电阻R_A1、R_A2(76及78)必须不能为零。第二，如果R_A1、R_A2的大小与Z₁、Z₂；R_P1、R_P2的大小极为相关，那么故障发生80即会对失衡电流ΔI有极大的影响，因此较容易被检测出来，因此，增加R_A1、R_A2的电阻值会增加一系统其并联电弧故障发生80的敏感度。

一些用品中包含有电阻式热源，例如电熨斗、暖气机或吹风机，可轻易的达成本实用新型的技术特征，这是因为这些热负载可再细分。举例来说，将负载电阻34分成两部分，每一部分连接至其中一导线上，当用品端连接至插头的导线越来越老化时，会同步降低系统中的失衡电流并使增加故障发生的敏感度。如图5所示的系统，其中显示两并联的电阻R_L172及R_L274，上述负载电阻的值远大于连接至用品46的插头导线的负载电阻的值；因此此系统可视为负载电阻仅为R_L172及R_L274。

根据上述，如图5(b)所示，上述分离的导线中其中一导线的电阻值是不变的，当此路径中是由该第二分离导线及故障电阻80所并联时具有一降低的电阻。在电流感测变压器84中其主线圈其安培匝数中的失衡数值为(amount of imbalance)为：

失衡值(Imbalance)＝V*N₁/(F‖R_L1)-V*N₂/R_L2

其中N₁是围绕分离导线64其变压器84的圈数，N₂是围绕分离导线66其变压器84的圈数。

任何现存具有不变负载R_L，可更换电流的用品，由选择一R_L1＝R_L的导线可以检测到漏电，及增加一第二”分离”的导线其末端是位于用品中，且电阻值R_L2＝N*R_L；然后在插头中，两导线会缠绕在此差动感测变压器中，并和主线圈的匝数N有一相对应的关系。

请回到图3，其显示在一分支导线64中断路或开路的电路会引起失衡电流，这是因为一受损的导线在线电阻Z₁86上会增加，并会导致大部分的电流会选择通过较低电阻的导线66而不由导线64流过。此受损的导线并不完全是开路的，例如在一般导线中一些甚至大部分都已受损时，此电阻也会增加，如此的失衡在此差动变压器84也会被视为“故障”的情况，一部分受损或是完全受损的导线是一串联电弧故障发生的前兆，因此，本实用新型其分离导线的设计可检测到其串联电弧故障发生及中断此情况。

图6是在其分离导线中检测到电弧故障发生的具体实施例，其中该插头21包括断路器接点32及33，借触发螺线管36以提供从该电源线44及用品46处移走电源，导线64及66是由相对方向流经该差动感测变压器84以致于在两导线间任何失衡的状况都会在变压器84中引起一净磁通变化。当变压器84中有磁通变化时，会在次线圈90处产生一电压，此电压会由一触发电阻96以及一滤波电容98的滤波。以及，若在足够的强度及持续时间下，启动该闸流管42，当闸流管42被启动后，供给螺线管36能量，使断路器接点32及33断路，如此可使电力从电源线及用品移走。

图7是在其分离导线中检测到电弧故障发生的第二具体实施例，此实施例中不需电流感测变压器来测量在分离导线中64及66的失衡。除此之外，横跨在分流电阻100及102上的电压被放大并用以触发其电路断路螺线管36。若由导线66所中的电流大小与导线64中的电流大小相同(即：上述电流平衡)的话，那么在节点A104及节点B106上的(对应的VA及VB)将会相同以及不会发生电路断路器触发的情况。然而，若两者的电流失衡(不相同)的话，那么将会由一差动放大器108以与反馈电阻131其值成比例的增益而放大。

在实际操作上，此系统中很多不同的组件都会发生不同的失衡情况。  因此，为此故障原因，此时需要去调整分压计121使输出系统的电位为零，使由放大器108所输出的电压为0伏。

如果在分流节点A104及B106间有明显的电压差，那么从差动放大器108所输出的电压将足以触发该闸流体42，此闸流管42是由螺线管36所触发以去使断路器接点32及33呈开路。

在图7中的电源线44包含有一俗称为地线“103”的组件，此地线103一般是连接至用品的电源线中并连接至其插头中的第三支脚105(是插入一墙上插座的接地插槽)，一般是连接至用品46的四周或底盘上，此地线103一般并不带电流除了有故障的情况发生。如先前所讨论到的，上述分离导线可检测到若其中一导线的破损所产生的串联电弧故障发生，这是因为其中一导线破损会在其中一导线产生一高阻抗，因为一负载电流衰减所引起的电流差。现在，所有的串联电弧故障测试都在电源线44中完成，用以测试无分离的导线60有无破损。

在一具有零线或接地线的导线中，所有在电源导线中的电源电弧故障检测，都可借特定的分离导线(图7中的64以及66)去接收从电源火线(hot line，非接地端)所传输的电源；无分离导线60是连接至电源的零线端。然后，在一正常的操作下，因为该电阻的低电阻值，在电阻63以及该节点D111的间的跨压将会极小(趋近于接地电位)，因此在地线103上将不会有电流，然而，若在导线60处有破损情况出现，即等效于电阻值63会增大，然后在节点D111的电压会超过接地电位增加一有效数值，背对背齐纳二极管(back to back zener diode)会定义一临界电压(threshold)使电流流至接地，如果在节点D111的电压超过临界电压时，那么电流就会经齐纳二极管109及经限流二极管107流至地线103，并有可能会被一接地故障断路电路(图中未示)检测引起一接地故障，此设计的优点是，如果插头插错插孔的话(例如将火线以及地线错接的话)，将会从电阻107至接地端产生一电流，并会产生一接地故障，借以触发该电路断路器进行一错接检测。

图8是显示两导线在其电源线中再分成两并联的导线，即指此电源线有4条导线(如果增加地线则有5条)。从该插头支脚20，导线60分成两分离的导线110以及112。此分离的导线110以及112是以相对方向流进差动变压器84中并会因此而产生一磁通量，也就是说，若在分离导线110及112之间有一相当的不协调状态(失衡状态)的话，将会在差动放大器84端产生一非零的磁通量，因此同前所述的会在次线圈(图中未示)产生一电压并被放大及滤波后触发一电路断路器(图中未示)借以移走系统中的电力。相同的，导线62可再分成导线114以及116，是以相对方向流进差动变压器84并重新连结至用品46中并连接至负载34的另一端，此种设计的优点是若在电源线44中的任何导线有破损的话都会出现电流失衡的情况并会触发断路电路。  因此，此设计会提供在电源线44内的所有串联电弧故障发生的检测，此检测及断路电子装置在此处并未显示但在前段已有述及，虽然这4条分离导线110、112、114及116通过差动放大器时仅有一圈，但是实际上，在主线圈中拥有不同线圈数或许更佳，借以确保从一分离导线至另一分离导线由感测变压器84所引起的磁通量并不会被自身抵销掉。

图9是显示本实用新型一可感测电弧故障发生结合一接地短路保护装置的设计，其接地短路保护装置可提供来检测及抵挡任何由导线至接地端的漏电电流，该电弧故障感测电路可在电源线44内提供保护以抵挡电流从一导线流至另一导线(并联电弧故障)，或者是在分离导线中有导线受损(并联电弧故障)。因此，结合本实用新型的电弧故障检测/断路电路与已知的接地短路保护装置电路可以达到抵挡逆向电流发生的目的。

在图9中，电流输入的导线22以及24对应连接至电路断路接点32以及33，然后输出至导线60以及62。其导线60以及62相同方向流经差动电流放大器26。接着，导线62再分成导线64以及66，依序流经差动电流感测放大器84后，再流出至电源线然后流至用品46端中串联的电阻74及72，然后在负载端处34连接在一起。在本实施例中，该未分离导线60从该电源线输出至负载34的其它端。

该二电流感测变压器(26及84)对应次线圈28以及90是呈串联，所以其任一所引起的电压可被感测电路断路器30触发。一足够强度及持续时间的接地故障会在变压器的次线圈28产生一对应的电压，然后会启动闸流管42并接着开启断路器接点32及33借以将电源从电源在线移除。

相同的，一足够强度及持续时间的电弧故障也会在变压器的次线圈28产生一对应的电压，然后会启动闸流管42并接着开启断路器接点32及33借以将电源从电源在线移除。

在图9中，即使差动放大器26以及84其主线圈仅有一圈(即主线圈流经变压器中心时并未再循环)，但是在变压器26及84的主线圈中拥有多圈数或许更佳，借着其它不变的常数，此可使各别的接地故障(使用变压器26)及电弧故障(使用变压器84)的灵敏度有差异。以相同的情况，也可调整变压器次线圈28及90的线圈数以调整其灵敏度。图9设计的优点是在电源线中在电弧检错电路中增加接地短路保护装置并不需太多额外的组件或者花费，仅需另加一差动变压器84以及在一电源线84中增加一分离导线。

图9也显示在一未接地电力系统的电源线44中提供一保护全部串联电弧故障的结构，是借提供一由未分离导线处连接一由负载端46至插头21的回流线(return wire)。在插头21中，由电阻113以及117由节点E形成一分压，当电阻113以及一电阻117被设定有相同电阻值时，导线无受损时，节点E的电压将会非常接近接地电压，然而，若导线60受损时，节点E的电压将会不同于接地电压，如果在节点E的电位大小超过背对背齐纳二极管109时，那么即会有电流由导线123流至接地处。此即被认定为接地故障并会触发电路断路器的接点，使其从电源线44及用品46间移除电源。

需注明的是图9中并未显示在用品端有接一地线，如果另加此地线的话，那么用来分配电压的电阻113、117以及被对被齐纳二极管109可以选择性的配置在用品46中。

图10是显示本实用新型设在一配电系统中，是显示基本设计的配置，此系统代表在一住宅或商业大楼的电路分支137连接至一负载中心136可防止电弧故障的电气插头120。在此实施例中，电弧故障防护是结合一传统的接地短路保护装置。在此设计中，同一差动变压器118可用来检测电弧故障以及接地故障，借调整主线圈数的比例，可控制接地检错以及电弧检错的对应灵敏度，本实用新型的优点是并不需要在传统的接地短路保护装置上再增加电路，其增加只是在多数条导线上形成并联的导电路径，为了调整此两种故障的相关敏感度，需要调整其主线圈上的相关匝数，例如为了要提高接地故障相对于电弧故障的敏感度，其返回导线(incoming conductor)60以及62则需要在该感测变压器上缠绕多数圈线圈，除了用品负载端的外1图10有显示一插座122，虽然在图中仅有显示一插座122，但是一般可以并联方式并联多个插座将不会有电性损耗。在图10中，此负载可为一或更多内部的电子组件，每一电子组件都有一插头及一插座122，图10的系统中两电源导线都未接地，在此系统中，其接地电位(groundpotential)会极趋近于两输入电压的中间值，以提供导线140中串联电弧故障的检测/断路，在负载处提供有一分压器125，此分压器125可为高电阻值以及匹配的电阻，如果在在线的跨压(等效上，输入电源139的跨压)为220V，那么其合理的电阻值应为10KΩ/2watt。也可使用0.22uF的电容。利用对称的组件，可令此分压器125的中心维持在趋近于接地的电位。若在导线140上有破损的情况时，那么因为此破损所引起的潜在电压降就会反映在分压器125的中心，并引起电压的位移。如果电压的位移量超过对称触发二极管115(diac)，那么就会进行放电将电流传至接地并使接地故障断路检测到一故障发生并开启该电路断路接点32、33。

图11是显示本实用新型中的实施例，可完全且严密的的提供串联及并联的电弧故障保护，导线61以及62以相同方向流经感测变压器26将所有电流无误的传至负载端。任何两导线间的失衡电流都会被变压器次线圈28以及被放大器190所放大，导线62再分成两并联导线64以及66，当导线64以及66没有破损或漏电的情况时，此两导线中的电流趋近于相等，跨在分流的电阻100及102上的电压会相同，因此放大器输出趋近为零，放大器190以及108的输出结合经过放大器192。所以，不论是放大器190或是放大器108所检测到的并放大的信号，都会在放大器192端输出一非零的信号VO。并会触发闸流管42，激发螺线管36以开启断路器接点32及33。需注明的是图11中的放大器192是一加法放大器，其很容易的利用如运算放大器和/或晶体管做成。

为了可在未分离导线60中检测到电线的破损，在插座21以及负载46间可使用一回流线(return wire)，电阻184是用来控制在回流线188中的电流，所以回流线188中的电流在正常情况下应很小，其口径应较轻细。回流线188是并联于导线61，若导线61未破损时，多数的由插头流至负载的电流接会由导线61。举例来说，若导线61有16呎长及由规格14的gauge wire所制成。其电阻值应为0.015欧姆，若电阻184的电阻值设为1000Ω时，那么电流就会下降，正常情况下，在导线188中所载的电流应小于导线61以及用品中的电流值的0.002％，另一方面，若导线61传输完全时，其电阻值提升，使导线188中有更多电流，此电流流经感测变压器26，因此造成电流失衡。即为，电流由导线62进入感测变压器，及完全(或部分)的经导线188返回。此在变压器的次线圈28产生一电压，并触发断路器接点32、33。因此，导线188是用来检测在导线61中有无破损(串联电弧故障)。即使在正常情况下，仍然会有小量的电流流进导线188，但是此电流太小了，因此在感测变压器26中的电流失衡是可以忽略的。虽然上述情况是假设返回线188并未通过感测变压器26，仍可借导线61经过一反向的感测增进其敏感度，借使用复数线圈，可增进对破损或损坏的导线61的灵敏度，如果返回线188被切断，也不会导致串联电弧故障发生因为电阻184会限制电流，图11的实用新型提供了一可完全检测关于此电力系统的串联及并联电弧故障发生。且并不需要接地零线，虽然在此图有显示接地线103，但在正常功能下并不需要。

图12是显示电器用品的电源线中，可行的电路配置。此可对应至例如图11的电路。所有的检错电路都设在插头21中，此电源线是一扁平SPT形式的电源线，内含五条导线，其中分离导线64及66，在正常情况下具有相同的对地电位；导线103是一接地导线；导线61是一无分离导线其用以传输由分离导线64及66传至负载端的大部分电流；该返回线188的直径相对较小，是用来感测一破损导线61。该分离导线64以及66可使用相同线径以确保导线的阻值相同，或者也可选择不同线径，借不对称的设计为了可在一较低电阻值的导线上串联较高电阻值的组件，或者故障在该分离导线的较高电阻导线的电流感测变压器上使用较多线圈数。以确保其用品的串联电阻值是足够且平衡的，为了使本实用新型的功能正常，此用品的电源线必须要有一定的长度以确保安全，而未暴露的长度(图12中虚线右边的区域128)是电源线长度的10％。例如，如果电源线有60英时长的话，那么未暴露的长度则为6英时。在此电源线位于负载端处，导线64以及66会相连接而导线60以及188会相连接，而这些线束134(corset)的功能，图12中的线束如为用品中的电线的一部分的话会有可能发生接地故障及电故障发生，因此当连接至用品上时要确定区域128的电源线彼此间没有短路情况，没有卷曲以及绝缘被破坏，而此电源线会提供可用来接至用品上的暴露端子(expose leads)。在此实施例中，此设备必须要在连接这些分离导线前提供串联电阻后才能接至负载。

图13是显示本实用新型一可利用分离导线检错的实施例，在此实施例中，插座中的导线分为两部分，每一部分都有两条载流导线，其中一部分中导线的电阻较高，另一部分导线的电阻较低。在一些应用中，在插头21以及用品46间会连接一用以接地的第五条导线，但在图13中并未公开，在此电路中有无地线并不会影响电路的正常运作。

因为所有的导线都有其对应的电阻值，因此在图13中导线的每一区段都有其相关的电阻值，在此以电阻158、160、162及164代表。虽然图13中以代表性的电阻显示在图中，但是实际上其电阻是分散在导线上，部分位于用品中。

在图13中，电源由两电源连接件136及138输入至插头中，从连接件136的电力由分离导线140及142流入负载端34，导线140及144的电阻较低，因此可传送大量的电流进入负载34。导线142及146的电阻较高，因此用来当做感测变压器84的主线圈，该限流电阻148以及150用来限制电流以确保导线140以及144可以传送大量的电流，调整电阻152则用来平衡电流，此电阻152是在操作期间动态调整以维持一平衡的状态。此一用以平衡的调整电阻152是在无故障发生时确保电路的平衡，使其在感测变压器84上的磁通量以及次线圈上的磁通量为零。

导线142是缠绕在感测变压器84上，其缠绕的匝数设定为N，电阻148、150以及152是用来使导线142其主线圈的安培匝数等于导线144其主线圈的安培匝数，此代表一平衡状态。

上述感测电压器84上的次线圈156用来检测因故障发生情况而在变压器中所产生的磁通量，跨在次线圈156上的电压被检测电路及断路触发器30放大和/或滤波后启动一断路电路(图中未示)以中断在电源线的电流。

图13是显示此系统一安装实施例，假设此系统中的电阻设为

Radjust+R2+Rlimit1＝99*R1

及

R4+Rlimit2＝9*R3

借已知的分压定律，导线144中的电流为负载输出电流的90％，而导线142中的电流为负载输出电流的1％，因此两者的比值为90。因此，导线142上的主线圈154数为导线144上主线圈数的90倍，在电源线44中，如果在对地或是在两导线的中出现一故障的电阻值，然后产生一明显的电流时，即会产生失衡并在变压器84处产生一净磁通量变化，并进而在变压器的次线圈156处产生一电压，经放大滤波后触发一断路器电路，借以从系统上移走电源。

图14是显示一可动态调整图13中的系统的电路实施例，可变电阻152是包含一闸极控制金氧场效应晶体管(MOSFET)168，其漏极至源极间的电阻值可根据晶体管168中栅极的控制而改变；一直流供应电压V_CC，可由该交流(AC)电压产生，MOS晶体管上有一偏压V_rEF，是借一包含有电阻RV1，RV2，RV3及RV4的分压器分压成电压V_CC的一半，变压器84是用来感测导线中的电流失衡(导线并未示于图14中)，变压器84的次线圈156是当感测到一失衡情况时，即会产生一电压。从次线圈156所输出的电压是一交流形式，是和电压源所输入的基本频率相同(一般为50至60HZ)，此信号馈入一非反相放大器170中然后被放大，输出后馈入一电容172中以将直流成分移除，输出的AC波形再由一同步装置174进行同步整流并产生一与AC线输出信号同相的信号(如果需要减小可变电阻152)或者产生一与AC线输出信号不同相的信号(如果需要增加可变电阻152)，充电储存电容178用以储存维持MOS晶体管168其栅极电位，充电电阻176是用来控制电容178充/放电的速度，一比较器窗口180(window comparater)是用来接收在MOS晶体管168的栅极电压并与一由分压电阻RV1至RV4所形成的高参考电压及低参考电压进行比较；若栅极电压超过此高参考电压及低参考电压的范围时，即会开启闸流管42，并借以驱动螺线管(图中未示)并使一断路器(图中未示)呈开路状态。实际上，图14中的电路是一检测电路及断路触发电路(图13的标号30)及调整电阻(图13的标号152)的实施电路。

图15是显示将本实用新型设于一电熨斗中的较佳实施例，电熨斗及一些电器用品在单独使用时常会使电源线持续卷曲，此动作有可能会导致熨斗内部的电线受损，导致在线束中的导线有电弧发生情况而引起火灾。其它的电器负载例如电热器、烫发夹或是吹风机有可能造成危险，因为当热意外的传到电源在线时，有可能会引起电源线绝缘件的损坏。在图15的实施电路中，其在插头21中的电力配置是完全与二导线接地断路电路相同，电力由二分支20(prong)输入插头中，然后连接至断路器接点32、33以及耦接至导线60、62，此两导线60及62以相同方向一经过一电流感测变压器118，如果导线60、62以两导线的电源线直接经过用品上(在此为电熨斗194)，那么运用此种漏电断路电路的插头21中的也可轻易的于其它的电器用品例如美制的吹风机中找到，其价格相当低，因此现已设置于成千上万的用品中，然而，借将导线62分成两导线64及66，然后以相对方向经过相同匝数的感测线圈，除了接地检错的保护之外，更可增加一电弧检错的保护。在插头21及熨斗194之间连接有三条导线，其中两条分担负载电流，第三条为返回导线；此热负载再被负载组件198及200所分摊，组件198及200扮演多重角色，在正常情况下，其可确保导线64及66间的平衡；另外，他们可当做用品中检错的电阻，所以并不需要强迫要有一段长度的电源线设置于熨斗194中。在图15中，控制器196代表任何在电熨斗中可使用的电力控制装置。这些可包括恒温器、热熔丝、开关或电力控制装置。

图15中的实施例可检测以及中断任何由导线64、66或60至接地端的漏电，图15会检测及中断从负载198,200至接地的漏电。如图15中所述的实施例也可检测及中断由导线64或66至导线60间的漏电(一并联电弧故障)，图15的实施例可检测及中断任何导线64或导线66的破损。

虽然上述，假设负载198以及负载200间是平衡的，但是可轻易推断出负载198、200间可能是不同的，在该感测变压器118中，每一分离导线64及66的安培匝数是呈平衡的。例如，如果负载组件198是20欧姆的话；负载组件200是10欧姆的话，那么导线66缠绕于变压器118的线圈数必须为导线64的两倍。虽然上述是应用于一电熨斗，但是本实用新型也可运用于其它分成两部分的电力负载上。

图16是显示将本实用新型应用于可检测室内空调器的电线组漏电的示意图，其中该电线134已于图12中述及，具有5条导线，嵌入一绝缘外壳中使其外观看起来像一传统三线的扁平导线，从其剖面202可看出其有5条导线在其中，其中一组有2条导线、一单一导线及另一组也为2条导线，该插头容置部21是将本实用新型的漏电检测/断路电路容纳于其中，在该容置部21中，导线A及B连接在一起成一并联路径，两者的电位相同，将电源同向的传送至空调器210的负载端，导线E是传输由空调器负载端210上的返回电源，及导线C在正常情况下保持一接地电位，在正常情况下并不带电，导线D是用来检测导线E有否破损的感测端。

该空调器外壳208是围绕在压缩机、风扇、控制装置及传输管的板状金属，这些板状金属是电性连接至电源线134的接地导线上，此电源线134由护线环204(grommet)进入该空调器的外壳208中，此护线环204是用来防止电源线被外壳208磨损或切割，或进一步可防止从空调器上的电源线134被拉扯松脱。在一些实施例中，除了护线环之外，更有可能有在入口凹槽穿孔的设计，在空调器外壳208内为一接头206，其可将电源线连接至空调器的电力负载上。在护线环204以及接头206之间为一特定长度的电源线，其可确保在并联电力传输路径上的电阻值，借以可对在插头21及空调器208间的每一处进行检错。

此电源线的5条导线接出至对应的三锹形连接凸缘212上，其中导线A、B连接到其中一凸缘，导线D、E连接到一第二锹形凸缘，导线C是提供用作地线，并且连接至一第三锹形凸缘，由上述可知有三端子，因此连接在插头21上的电源线由外观看起来是三线电源线，其中两条导线用以载流而另一条导线则用来接地，此电源线连接至端子座206的方式是和传统三线电源线的方式相同，例如在一接地零线系统中(ground neutral system)，一锹形凸缘是连接至零线、一锹形凸缘是连接至火线及第三锹形凸缘是连接至接地。这些锹形凸缘是以螺丝锁螺固定，在一些实施例中，端子座206可能仅能容纳两端子，接地端子则直接连接至空调系统的容室中。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何专业技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作各种的改进与变动，因此本实用新型的保护范围应由后面所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (31)

1.一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于该装置包括：

其中至少两导线用以当作并联的导电路径，以传送电力至附属的电力负载端的多个导线；断路电路；用以检测该并联导电路径中电流失衡的组件；以及当检测到该电路路径中的失衡电流时启动断路电路，从而停止对该附属电力负载端供电的组件。

2.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该并联导电路径基本上是维持一相同的电压基准。

3.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该并联导电路径是一起连接至该附属负载端的一端处。

4.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该电力负载端是一电器用品。

5.根据权利要求4所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该多个导线中的一部分固定于该电器用品中，用以确保各该并联导电路径中的电阻值大于一预定值。

6.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该断路电路、该等检测电流失衡的组件以及该等启动该断路电路的组件是组合于在一插头的容纳空间中。

7.根据权利要求6所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该并联导电路径是电性连接在该插头的容置空间中。

8.根据权利要求6所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，更进一步包括：使用一电流感测变压器检测来自该插头容纳空间两电性传递支脚的电流失衡的组件。

9.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，进一步包括：一电子放大器以触发该断路电路对不论是该并联导电路径所感测的失衡电流或是从该电性传递支脚的电流中所感测的失衡电流，该电子放大器包含有由多个闸流管、晶体管以及运算放大器所组成选择的组件。

10.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该检测失衡电流的组件包含一用以检测一差动电流变压器的次线圈电压的组件。

11.根据权利要求10所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该失衡电流等效于该差动变压器中的失衡安培匝数。

12.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用以检测失衡电流的组件包括有跨在串接的分流电阻上及该并联导电路径上用以比较电压的组件。

13.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用以检测该失衡电流的装置包含有检测该并联导电路径中预定义的电流分配发生变化的组件。

14.一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于该装置包括：一具有三载电流导线的电源线，且该电源线连接至一用品负载端的一插座上，并进一步包括：

多个用以检测该三载电源导线中二导线其失衡电流的组件；以及多个依据检测该失衡电流以中断电流流动的组件。

15.根据权利要求14所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该三载电源导线中二导线是互相电性连接至该插座上，借以维持一相同的电压基准。

16.根据权利要求15所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用品负载端分成二部分，且各部分都连接至该三载电源导线中二导线的一导线中。

17.根据权利要求15所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用品是一电熨斗或一电炉。

18.根据权利要求14所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该多个依据检测该失衡电流以中断电流流动的组件可包含使用一电流感测变压器或是比较跨于电流分流器的电压。

19.根据权利要求14所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，更进一步包含一设计用来接地的第四导线，且在正常情况下是不带电的。

20.根据权利要求19所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，更进一步包含一接地检错及断路电路。

21.根据权利要求14所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该插座中三载电源导线中的二导线经过一在相对方向的整流器并电性连接至该插座中的一附属支脚。

22.一种配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于该装置包括：具有四条导线的电源线连接至一用品其负载端的插座上，其中：

该四条导线中第一及第二导线具有相同的电位，且自该插座提供所有至用品负载端的单向电源；该四条导线中其第三及第四导线具有相同的电位，且自该插座提供所有至用品负载端的返向电源；以及还包含多个用以检测该第一及第二导线失衡电流及电路中断的组件。

23.根据权利要求22所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用以检测失衡电流的组件包括检测在第一及第二导线间预定义的电流分配发生改变的组件。

24.根据权利要求22所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，还包含多个用以检测该第三及第四导线其失衡电流及电路中断的组件。

25.根据权利要求24所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用以检测失衡电流的组件包括：检测在第三及第四导线间预定义的电流分配发生改变的组件。

26.根据权利要求22所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该第三导线携带了自该插头容纳部至该用品负载端的所有由第一、第二及第四导线所传出的反向电源，并用以检测第三导线中的故障。

27.根据权利要求26所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，当其第四导线上的电位不同于第三导线上的导线且超过一预定电位时，即触发一断路器，借以中断电路传递以防止如果第三导线破损而发生串联电弧故障发生的情况。

28.根据权利要求27所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该预定电位是利用选定的组件包括二极管、齐纳二极管、双边触发二极管。

29.根据权利要求22所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，更包含一设计用来接地的第五导线，且在正常情况下不带电。

30.根据权利要求22所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该用品负载端包含一室内空调机。

31.根据权利要求1所述的配电系统中的导线漏电检测及断路装置，其特征在于，该附属电力负载端是包括一室内空调机。

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