CN2762332Y - 电弧及漏电保护器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电弧及漏电保护器,包括控制电路板(1)、故障检测电路(2)、脱扣装置(3);故障检测电路(2)包括电弧检测互感器(L3)、放大三极管(V3)、电阻(R15)、(R16)、(R17)、(R18)、(R23)电容(C14)、(C15)、稳压器(VD3)及零序电流检测互感器(L2);故障检测电路(2)检测到故障信号,接入控制电路板(1)分析处理并发出特定的信号,驱动脱扣装置(3)切断电源。本实用新型的优点:集电弧、漏电故障、短路和过流故障检测于一身,能在正常供电时自动检测故障,并在极短的时间内自动切断电源,有效地解决电弧、漏电故障引起火灾的问题,起到保护线路的作用。

Description

电弧及漏电保护器
技术领域
本实用新型涉及一种电弧、漏电故障线路保护器,特别是一种应用于低电压供电系统中的,当输电线路之间或输电线路与地之间由于故障而引发的电弧、漏电并发生燃烧时,可自动切断电源供电的电弧及漏电保护器。
背景技术
目前,随着全球经济的发展,人们生活水平的提高,人均用电量剧增。而在低压配电供给系统中,随着电器的不断增加、单机功率的不断增大,使供电线路经常处于满负荷状态,有时甚至长期处于过载状态,因而,其供电线路表面的绝缘层极易老化;并且,一般的空气开关和对地漏电保护开关对于由于线路表面绝缘层老化发生的电弧进而引起的燃烧不能及时有效地动作,造成输电线路中的电弧并产生电弧燃烧的现象屡屡发生。有数据统计显示,据美国消费者委员会2003年9月23日的会议上统计:每年有因电器引起的火灾有73500起,死亡591,伤者2247,十亿的财产损失;国内资料报道,1996年发生的火灾中50%是由于电气线路引起的。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是为了克服漏电、电弧、过流、过压等引起的安全问题,提供一种新的家用电器安全装置即电弧及漏电保护器。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种电弧及漏电保护器,包括控制电路板、与控制电路板的信号输入端相连的故障检测电路、与控制电路板的信号输出端相连的脱扣装置;
所述的故障检测电路包括电弧检测互感器、信号负载电阻R16、限流电阻R23、信号耦合电容C14、信号放大三极管V3、电阻R15、R17、R18、电容C15、稳压器VD3及零序电流检测互感器;
电弧检测互感器串接在交流电源的火线或零线上;信号负载电阻R16并联在电弧检测互感器的两端,电弧检测互感器的一端接限流电阻R23,再接信号放大三极管V3后,接入控制电路板;该端还连接并联后的电阻R15、电容C14再与稳压器VD3的公共端一起接入控制电路板;电弧检测互感器L3的另一端接于电阻R17、电阻R18的连接点;
电阻R18和电容C15并联后一端接地,另一端与电阻R17串联后和稳压器VD3的阴极一起接入控制电路板;稳压器VD3的阳极接地;
零序电流检测互感器是串在交流电源输入、输出双线回路中的;零序电流检测互感器的信号输出端,接入控制电路板信号输入端。
所述的控制电路板包括电源电路、信号放大电路、信号分析处理电路和驱动电路;故障信号接入信号放大电路、信号分析处理电路和驱动电路,输出信号接入脱扣装置。
所述的脱扣装置包括一对动触点、一对静触点和脱扣组件,其静触点与交流电源的输入线相连,动触点与脱扣组件中的脱扣线圈、交流电源的输出线相连,脱扣组件通过驱动电路后与信号分析处理电路中的微处理器相连;
所述的脱扣装置是需要人工强制复位的脱扣机构;所述的微处理器是带比较器MCU的P89LPCL901芯片;电弧检测互感器、零序电流检测互感器中的传感器磁环是由导磁材料--铁硅铝材料制作的;所述的电源电路包括一个整流桥电路和一个经整流桥整流后再经431电压基准模块和高耐压三极管电流放大后的高耐压线性电源电路。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:具有集电弧故障、对地漏电故障、短路故障和过流故障检测等功能于一身的特点,它能在正常供电时自动检测故障,并在极短的时间内自动切断电源的功能。本实用新型工作时不需要额外供电,以在线方式自动识别处理上述信息,并直接切断电源;故障排除后,手动按下本实用新型的复位按钮再次使动静触点闭合,系统恢复供电。另外,本实用新型结构紧凑、体积小巧、运行可靠、无需另加电源和安装方便等优点,并能在故障发生的第一时间切断电源,所以使用本实用新型,能有效地解决电弧、漏电故障引起火灾的问题,起到保护线路的作用。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图;
图2为本实用新型的电路工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1、图2所示,、一种电弧及漏电保护器,包括控制电路板1、与控制电路板1的信号输入端相连的故障检测电路2、与控制电路板1的信号输出端相连的脱扣装置3;所述的故障检测电路2包括电弧检测互感器、信号负载电阻R16、限流电阻R23、信号耦合电容C14、信号放大三极管V3、电阻R15、R17、R18、电容C15、稳压器VD3及零序电流检测互感器L2;
电弧检测互感器L3串接在交流电源的火线L或零线N上;信号负载电阻R16并联在电弧检测互感器L3的两端,电弧检测互感器L3的一端接限流电阻R23,再接信号放大三极管V3后,接入控制电路板1;该端还连接并联后的电阻R15、电容C14再与稳压器VD3的公共端一起接入控制电路板1;电弧检测互感器L3的另一端接于电阻R1、电阻R18的连接点;
电阻R18和电容C15并联后一端接地,另一端与电阻R17串联后和稳压器VD3的阴极一起接入控制电路板1;稳压器VD3的阳极接地;
零序电流检测互感器L2,是串在交流电源输入、输出双线回路中的;零序电流检测互感器L2的信号输出端,接入控制电路板1信号输入端。
所述的控制电路板1包括电源电路4、信号放大电路5、信号分析处理电路6和驱动电路7;故障信号接入信号放大电路5、信号分析处理电路6和驱动电路7,输出信号接入脱扣装置3。
所述的脱扣装置3包括一对动触点S11、S21,一对静触点S12、S22和脱扣组件,其静触点S12、S22与电源的输入线相连,动触点S11、S21与脱扣组件中的脱扣线圈L1、电源的输出线相连;脱扣组件通过驱动电路7后与信号分析处理电路6中的微处理器相连。
所述的脱扣装置3是需要人工强制复位的脱扣机构;微处理器是带比较器MCU的P89LPCL901芯片;电弧检测互感器L3、零序电流检测互感器L2中的传感器磁环是导磁材料--铁硅铝材料制作的;
所述的电源电路包括一个整流桥电路和一个经整流桥整流后再经431电压基准模块U1和高耐压三极管V2电流放大后的高耐压线性电源电路。
本实用新型的电路工作原理如下:
如图2所示,230V(120V)的交流电,经过一个由吸收高频的瓷介电容C16、吸收浪涌的压敏电阻RY1、贴片电阻R21组成的高压浪涌保护电路,然后连接到脱扣线圈L1(当电路中有大电流产生时,线圈脱扣即断开电路),再连接到整流桥VD1,将交流转化为直流,用以供应电路其它部分工作。
与整流桥VD1直流端并联的是可控硅V1,它的阳极和阴极直接与整流桥并联,栅极与电容C1和电阻R1相连,并通过VD4接到信号分析处理电路6中的微处理器U2的5脚。当栅极接到一个从R1传来的动作电压信号后,阳极和阴极马上导通,在回路上产生一个大电流迫使脱扣线圈L1脱扣以保护电路;
电阻R2与发光二极管VD2串联后再与整流桥VD1直流端并联,VD2用来指示电路是否通电。整个线路由一个电源部分提供电源,电压取自整流桥出来的直流高压。该直流高压经电阻R4和R6限流后,供给三端基准模块U1的阳极,U1通过G极的电压反馈来改变A和K之间的内阻,利用R4、R6、R5电阻网络和U1的内阻的分压来调节阳极A端的电压,U1的G端反馈电压由接在低压电源端的R7、R8分压得来;低压电压的高低变化直接影响到分压点的变化,由U1放大负反馈来达到电压调节的目的。
电阻R5与R4分压,防止启动过程U1的阳极A过压而损坏U1;C3提供一个交流负反馈,用来防止U1自激。U1阳极电压经过高耐压的三极管V2电流放大后提供给低压端微电子线路;三极管V2的集电极串接降压电阻R3,以减少V2的热损耗;V2输出的3.6V直流经过C4、R10、C5组成的π滤波后供电给信号分析处理电路6。.
信号分析处理电路6中的微处理器U2的1脚接电源,2、3、4脚悬空,5脚输出;U2的7脚是比较器的正向输入端,6脚是高低电平检测输入端,8脚接地。在U2判断到电路有故障后,它会输出一个高电平给二极管VD4和电阻R1,即提供给可控硅V1的栅极一个动作信号。其中微处理器U2通过检测是否有达到设定的电压脉冲进行判断,如果有达到设定的脉冲出现,则发出高电平给驱动电路7使其驱动脱扣装置3动作,切断电源,停止供电,并停止等待50~70ms,然后等待重新计数;如果没有达到设定的脉冲出现,则不发出高电平,微处理器U2返回原来状态重新检测。在这里微处理器判断的依据是信号脉冲是否大于等于8次有弧的电流半周期/秒,如果是则发出信号给驱动电路7进而迫使脱扣装置3脱扣,切断电源停止供电。如果信号脉冲小于8次有弧的电流半周期/秒,则计数器清空,返回MCU并重新等待。当有过流或漏电故障信号时,微处理器U2会将这种信号进行放大处理,发出高电平给驱动电路7,进而使脱扣装置3动作,切断电源停止供电。
与U2的6脚相连的是漏电电流检测电路,包括U3和零序电流检测互感器L2,以及电阻R9、R11、R12、R13,电容C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12和三极管V3。限流电阻R9、滤波电容C6与U3的8脚相连,为U3提供电源;U3的1脚通过电容C7与地相连,C7起一个消除比较器误动作的作用;2脚通过R13与1脚一起连在零序电流检测互感器L2的两端;C8和R12则与零序电流检测互感器L2并联,C8起着抗干扰的作用,R12是信号负载,将感应电流转化为电压以供采样,R12的大小决定着数据采样的灵敏度,R13则是2脚输入的保护电阻;2脚接去耦电容C10、4脚与5脚接去耦电容C11后接入3脚并接地;6脚和7脚间接入吸噪电容C9;
零序电流检测互感器L2检测通过它的导线如无漏电现象,则U3的7脚就输出一个低电平给R11(如有漏电,则U3的7脚就输出一个高电平给R11);经V3倒相放大后送到U2的6脚供它处理,来判断是否需要脱扣。与U2的6脚相连的还有R14和C13,R14主要是给6脚一个高电平,C13是一个交流去耦电容,用来吸收干扰信号。
与U2的7脚相连的是电弧、过流检测电路,电弧检测互感器L3串接在交流电源的火线L或零线N上;信号负载电阻R16并联在电弧检测互感器L3的两端,电弧检测互感器L3的一端接限流电阻R23后,经过信号放大三极管V3被送入控制电路板1中的微处理器U2的6脚;该端还连接并联后的电阻R15、电容C14与稳压器VD3的公共端3脚一起接入控制电路板1中的微处理器U2的7脚;电弧检测互感器L3的另一端接于电阻R17、电阻R18的连接点;电阻R18和电容C15并联后一端接地,另一端与电阻R17串联后和稳压器VD3的阴极2脚一起接入控制电路板1的微处理器U2的1脚,即低压电源正端;稳压器VD3的阳极1脚接地;
电弧检测互感器L3检测电路中是否有电弧及过流现象产生,如有则产生一个电流信号;C14起到信号耦合的作用,C15起高频耦合的作用;R16是信号负载,将感应电流转化为电压以供采样;稳压器VD3起过压保护作用。电阻R17、R18提供一个分压,让电弧检测互感器L3浮在分压点上(由于比较电平在1.2V左右,信号大小没有规则,分压不能太高,高了会导致电路误动作,低了会影响灵敏度。)。信号电压叠加分压点电压后经过R15和C14送到U2的7脚(C14和C15组成交流通道,R15提供一定的直流电流。),若信号极性相反,则通过VD3的阳极1脚和公共端3脚泻放电流;或者当电压信号过高时,通过VD3的公共端3脚和阴极2脚向电源正端泻放电流,来达到信号电平钳制的作用。当电流过大到一定程度,R23和R11的分压使V3导通,U2的6脚出现一个一定周期的低电平,U2迫使V1驱动脱扣。这里VD3的接法有多种,这里的接法和一般并连正反接二极管不同,它可以保证去除了没有用的反极性信号,但是保证了有用信号的最大限制(电源电压+0.7V),使信号在允许范围内没有衰减或者变形。
测试电路由R19、R20和测试开关SW1组成。整流桥经开关SW1接R19、R20接入三极管V3的基极再与U2的6脚相连。当测试开关SW1被按下,电路接通,三极管V3的基极得到一个信号,向U2的6脚传送一个低电平,U2的5脚就输出一个高电平给可控硅V1的栅极,可控硅V1的阳极和阴极马上导通,在回路上产生一个大电流,导致脱扣线圈L1脱扣,电源全部切断。

Claims (7)

1、一种电弧及漏电保护器,包括控制电路板(1)、与控制电路板(1)的信号输入端相连的故障检测电路(2)、与控制电路板(1)的信号输出端相连的脱扣装置(3),其特征在于:
所述的故障检测电路(2)包括电弧检测互感器(L3)、信号负载电阻(R16)、限流电阻(R23)、信号耦合电容(C14)、信号放大三极管(V3)、电阻(R15)、(R17)、(R18)、电容(C15)、稳压器(VD3)及零序电流检测互感器(L2);
电弧检测互感器(L3)串接在交流电源的火线(L)或零线(N)上;信号负载电阻(R16)并联在电弧检测互感器(L3)的两端,电弧检测互感器(L3)的一端接限流电阻(R23),再接信号放大三极管(V3)后,接入控制电路板(1);该端还连接并联后的电阻(R15)、电容(C14)再与稳压器(VD3)的公共端一起接入控制电路板(1);电弧检测互感器(L3)的另一端接于电阻(R17)、电阻(R18)的连接点;
电阻(R18)和电容(C15)并联后,一端接地,另一端与电阻(R17)串联后再与稳压器(VD3)的阴极一起接入控制电路板(1);稳压器(VD3)的阳极接地;
零序电流检测互感器(L2),是串接在交流电源输入、输出双线回路中的;零序电流检测互感器(L2)的信号输出端,接入控制电路板(1)信号输入端。
2、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的控制电路板(1)包括电源电路(4)、信号放大电路(5)、信号分析处理电路(6)和驱动电路(7);故障信号接入信号放大电路(5)、信号分析处理电路(6)和驱动电路(7),输出信号接入脱扣装置(3)。
3、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的脱扣装置(3)包括一对动触点(S11,S21)、一对静触点(S12,S22)和脱扣组件,其静触点(S12,S22)与交流电源的输入线相连,动触点(S11,S21)与脱扣组件中的脱扣线圈(L1)、交流电源的输出线相连,脱扣组件通过驱动电路(7)后与信号分析处理电路(6)中的微处理器相连。
4、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的脱扣装置(3)是需要人工强制复位的脱扣机构。
5、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的微处理器是带比较器MCU的P89LPCL901芯片。
6、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的电弧检测互感器(L3)、零序电流检测互感器(L2)中的传感器磁环是由导磁材料一铁硅铝材料制作的。
7、如权利要求1所述的电弧及漏电保护器,其特征在于:所述的电源电路(4)包括一个整流桥电路和一个经整流桥整流后再经431电压基准模块(U1)和高耐压三极管(V2)电流放大后的高耐压线性电源电路。
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