TWI296872B - - Google Patents

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1296872 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ^本發明係關於一種即時伯測電擊發生之方法，特別是 指一種適用於高頻系統之即時偵測電擊發生之方法及電擊 斷路裝置。 【先前技術】 由於科技之發展’電能之用途更加廣泛，用電量及用 電設備不_擴充，操作電氣機具之頻率曰益射 機電子儀器設備都具有-定的危險性，為預防感電、電擊 等思外災害發生，就事業單位管理者而言，制定良好的安 全政策’建立作業人員安全操作的觀念係為首要。然而， 除了人為作業疏失之外，因設備良或絕緣劣化亦係 導致發生電擊災害之主因。 保護系統之系統架構示意圖。如圖一 A所示，習知之漏電 保護系統1中，一負载1丨係透過一漏電斷路器1〇間接連 接於電源12以獲取電力。此漏電斷路器1〇為一保護裝置， 其功能在賊控純導綠返餘之平衡，當侧到往 因漏電而造成之感電災害、降低人員發生電擊之傷害以及 避免電氣火災之發生…^ ^ 圖一 B係顯示出漏電斷路器10之詳細架構，此漏雷 斷路器ίο係包括一零相比流器100、一漏電檢知電路i〇i 及一保護開關102。於該圖中，保護開關1〇係以一繼電器 架構為例’接續開關104及105係用以控制負載η與電源 12之電性連結’致動，1〇3為一磁性元件，可由具有一^ 定電壓電流之訊號驅動，以控制接續開關1〇4及1〇5之閉 合0 零相比流器100係為一感應線圈裝置，設於往返於負 載11之導線間，用以檢知流經兩導線電流之電流和。 當漏電保護系統1正常運作時，電流11與電流12之和應為 零;當導線或負載η發生漏電或電擊時，漏電流11-12係 由故障點F流入接地面’而造成電流I〗與電流ι2之和不為 零，零相比流器100便將此往返電流差值以一定比例輸出 至漏電檢知電路1〇卜此漏電檢知電路101係為一放大器 電路，當漏電流到達一定值時，即可驅動致動器1〇3將接 讀開關1〇4、1〇5斷開以切斷電力。 上述之習知漏電斷路器10係可有效預防與降低意外 災害，然其僅適用於交流接地系統電路、頻率60Hz、電壓 600伏特以下之低壓電氣線路或設備，當在高頻領域下(頻 率超過ΙΟΚΗζ)，此漏電斷路器10將不再可靠。其原因在 於，當儀器設備工作於高頻時，各種雜散（stray)電磁場 係難以避免地存在於設備與設備間，以及設備與接地面 間，而前述之零相比流器100係由感應”線圈構成，其動作 原理係藉由電磁場麵合為感應電流’於高頻電路中，各種 雜散電磁場將使零相比流器1⑻誤動作，而無法正確檢知 電擊之發生。 有鑑於習知之漏電保護系統1無法適用於高頻系統， 且現今利用高頻或高頻高壓（電壓超過1000伏特）電源之 1296872 儀器備係與曰俱增’各種雜散電磁效 電，之可祕。本案發明人乃著眼於此雜散效應正可用以 偵測電擊意外之發生’而提出本發日月，期藉由本發明之提 出’增加高頻系統作業人員之安全保障。 【發明内容】 、本發明之目的係在於提供一種即時偵測電擊發生之方 法及電擎斷路裝置，其可以即時偵測到高頻系統中電擊之 發生’並立即切斷電源，以保障作業者人身安全。 乂本發明係揭示-種即時_娜發生之方法，此方;

係適’於具有一高頻變壓器之高頻系統，該高頻變壓器J 有一初級侧及—次簡。财法之步職首先，提供一 ^ $平衡檢知單元，該訊號平衡檢知單元之二輸入端係分^ 一，於，-人級側之兩端，以輸入一第一交流訊號及一第二 乂二其次，調整該第—交流訊號及該第二交流訊费 平^ P碰’細彳料—交流訊號及該第二交流訊號段 之=平衡’並將偵測結果輸出，當該偵測結果達到一特劳 電^準時’係顯示轉發生。最後，當縣發生時，七 斷該高頻系統之電力。、 ，，明更揭示-種電擊斷路裝置，俵適用於具有一高 頻變壓器之高編統’此高賴壓器具有—初級側及一次 級側該電擊斷路裝置係包括—保護開關、—訊號平衡檢 ί單元、—位準判定單元及—功率放大單元。保護開關係 連接=該高頻麵||之初_，該保護__以控制初 級侧是否可輸人電力。訊號平衡檢知單元係具有二輸入 1296872 ，該二輸入端係分別耦接於該次級側之兩端，以輸入一 第一交流訊號及一第二交流訊號，該訊號檢知單元係甩以 侧歸-交流峨及鮮二交舰制之不平衡，並將 判斷該偵測結果是否達到一特定電壓位準，當該偵測結果 ^該特定電壓位準時，該位準判定單元即輸出一斷路訊 _功概大單元係肋接收賴路峨，並將該斷路訊 號之功率放大輸出，以致動該保護開關，使該保護開關切 斷該初級侧之電力輸入。

I 在本發明之一實施例中，該訊號平衡檢知單元係為一 加，放大器電路，用以偵測該第一交流訊號及該第二交流 訊號間之不平衡，並將該偵測結果放大輸出。 本案係利用高頻變壓器次級側（輸出側)兩端之電壓 態下係為一對平衡訊號。按，所述之平衡係指第一交流訊 號及第二交流訊號之振幅、波形相同，但相位係完全相反。 造而竄入次級侧線圈、系統導線或負載中，對此高頻系統 造成干擾’此干擾係造成第一交流訊號及第二交流訊號產 生短暫南諧波而變形，此種變形後之波形通常被稱為畸變 波（distorted wave)，是第一交流訊號及第二交流訊號在波 形改變後’即成為不平衡訊號，此不平衡訊號可為本案之 訊號平衡檢知單元測得並放大輸出，進而即時切斷高頻變 1296872 壓器之初級侧的電力輪入，可避免人體持續遭受電擊傷害。 關於本發明所述之即時偵測電擊發生之方法及電擊斷 路襞置，可以藉由以下發明詳述及所附圖示，得到進一步 的瞭解。 【實施方式】 首先’請參閱圖二，該圖係為本發明之電擊斷路裝置 之系統架構示意圖。如該圖所示，電擊斷路裝置20係適用 具有一初級側241及一次級側242，該電擊斷路裝置2〇係 包括一保護開關203、一訊號平衡檢知單元2〇〇、一位準判 定單元201及一功率放大單元202。 保護開關203係連接於高頻變壓器24之初級侧241， 該保濩開關203係用以控制初級侧241是否可與電源22 電性連接以輸入電力。次級侧242係用以驅動一負載21·。 係分別連接於該次級侧242兩端之節點N1及N2，以輸入 次^侧242兩端之第一交流訊號及第二交流訊號。訊號檢 間之不平衡，並將偵測結果輸出。 馬頻系統2運作時，係與大地接地面間形成雜散電 谷’此雜散電容成因複雜，且難以分析與量測。以下實施 例圖式與相關說明中，係以形成於高頻變壓器24之次級侧 242兩端之雜散電容(^1、（^2為例，以闡示本發明之原理。 所述之第一交流訊號及第二交流訊號在理想狀態下係 為一對平衡訊號，此平衡係指第一交流訊號及第二交流訊 號之振幅、波形相同，但相位係完全相反。 然而，高頻系統2係因工作環境及本身電磁特性影 響，故在高頻系統2設置或運作初期，第一交流訊號及第 二交流訊號或許並非完全平衡。故本發明係包括調整第一 乂流訊號及第二交流訊號之平衡，以利於正確偵測電擊之 發生。按，所述之調整兩訊號平衡方式，將以一實施例詳 述於後。 請參閱圖三，該圖係為本發明之電擊斷路裝置偵測到 電擊發生之示意圖。如該圖所示，當高頻系統2之負載21 或系統導線發生直接或間接的人體電擊時，電流〗乃自談 故障點F流經人體竄入大地，且將經由雜散電容csi、Cs2 迴流至尚頻系統2，此雜散電流Isr、IS2將進而流竄入次級 $ 242之線圈、系統導線或負載21中，對此高頻系統2 造成干擾，令第一交流訊號及第二交流訊號成為畸變波 (carted wave ) ’是第一交流訊號及第二交流訊號即成為 不平衡虎’此不平衡訊號可為訊號平衡檢知單元2〇〇測 得並放大輸出。 位準判定單元201包括一濾波整流電路 ，係用以接收 =偵，結果並檢出該偵測結果之直流偏壓，以判斷該偵測 結果是否達到一特定電壓位準，當該偵測結果達到該特定 ，壓位準¥ ’位準判定單元201㉛輸出-斷路訊號。此特 定電^位準係依據實際實施情形而訂定’本紐明人在此 特別提出的是，此特定電壓位準必須有效偵測到電擊發 1296872 功率放大單元202係用以接收該斷路訊號，並將該斷 路訊號之功率放大輸出，以致動該保護開關203，此處之 功率放大單元202可包括一電晶體以放大該斷路訊號，以 驅動致動器2030，進而使接續開關2031、2032斷開，以 單元之一實施例之系統架構示意圖。如該圖所示,此訊號 # 平衡檢知單元200係為一加法放大器電路，第一交流訊號 及第一父流訊號係分別經由一可變電阻VR1與一電阻R1 並聯於郎點N3，運算放大器A1之反相輸入端係電性連接 於節點N3。依據加法放大器電路之運算原理，運算放大器 A1之輸出電壓係為第一交流訊號與第二交流訊號之和乘 以一增盈值’此增益值係隨電阻R2與可變電阻VR1之阻 值改變。是當此第一交流訊號及第二交流訊號平衡時，第 父纟丨虎及第一父流訊號之和約為〇伏特，進而運算放 鲁 大器A1之輸出電壓亦接近〇伏特。而當第一交流訊號及 第二交流訊號不平衡時，運算放大器A1係將第一交流訊 V 號及第二交流訊號之和乘以增益值输出。 - 外，可變電阻VR1儀用以調整第一交流訊號及第二 統纖之平衡’騎運觀大器A1之輸出f壓接近〇 伏特。 按，此訊號平衡檢知單元200之實施方式僅係一例， 並_赚制本個之麵’但續_的是，訊號平衡 檢知單元200之二輸入端必須具有高輸人阻抗，以免°影響 1296872 高頻系統2之運作。 本案發明人為驗證前述之訊號平衡檢知單元2〇〇之該 貫細例係可實際實施，故以一1.5k歐姆之電阻器模擬人體 電擊情形，並以示波器量測與記錄結果。請參閱圖五，該 圖係為利用圖四揭露之訊號平衡檢知單元之實施例模擬電 擊發生所得之訊號波形圖。圖中第一通道（Chl)儀顯示 圖四中節點N1之訊號波形(即第一交流訊號波形），第二 通道（Ch2)係顯示圖四中運算放大器A1#出端之訊號波 I 形。如該圖所示，當時間點為T1時，吾人將前述之丨5k 歇姆電阻器之兩端分別連接於負載21與大地，此時，電擊 電力IL係透過此電阻器流入大地，第一交流訊號係形成畸變 波’是第一交流訊號及第二交流訊號產生不平衡現象，而 運算放大器A1之輸出端即將此第一交流訊號與第二交流 訊號之電壓和反相放大輸出。 睛參閱圖六’該圖係為本發明之即時债測電擊發生之 方法步驟流程圖，其相關之系統架構可同時參照圖二、圖 檢知單元200，該訊號平衡檢知單元2〇〇之二輸入端係分 別耦接於該次級側242之兩端，以輸入一第一交流訊號及 —第二交流訊號<步驟30〇>。其次，調整該第一交流訊 ，及該第二交流訊號之平衡C步驟3〇2>。隨後，偵测該 第一父流訊號及該第一交流訊號間之不平衡，並將偵測結 果輸出，當該偵測結果達到一特定電壓位準時，係顯示電 擊發生〈步驟304>λ最後，當電擊發生時，切斷該高頻 系統2之電力 <步驟3〇6>。前述各步驟之系統架構與動 1296872 作原理係已詳述於前，在此便不再作贅述。 是以，藉由太糸 故姑婆〆 尽案之即時偵測電擊發生之方法及電擊斷 發統之高觸㈣設計，可有效感測 ’進而即時切斷高頻變壓器之初級側的電力輸 ^保^。人體持續遭受電擊傷害，以增加作業人員之安 侧佳實例_如上’然其並非用以限定本 ㈣_止社娜議。是以，在不 所作之修改，均應包括在下述 【圖式簡單說明】 架構:音二及圖一Μ為習知技術之漏電保護系統之系統 圖二係為本發明之電擊斷路褒置之系統架構示意圖; 土圖三係為本發明之電擊斷路裝置_到電擊發生之示 思圖， 社圖四係為本發明之訊號平衡檢知單元之一實施例之系 統架構示意圖； ^圖五係為利用圖四揭露之訊號平衡檢知單元之實施例 %擬電擊發生所得之訊號波形圖；以及 圖 圖 六係為本發明之即時偵測電擊發生之方法步驟流程 13 1296872

【主要元件符號說明】 1 :漏電保護系統 10 :漏電斷路器 100 :零相比流器 101 :漏電檢知電路 102、 203:保護開關 103、 2030 :致動器 104、 105、203卜 2032 : 11、 21 :負載 12、 22 :電源 A1 :運算放大器 F :故障點 N1、N2、N3 :節點 VR1 :可變電阻 2 :南頻糸統 20 :電擊斷路裝置 200 :訊號平衡檢知單元 201:位準判定單元 202:功率放大單元 24 :高頻變壓器 接續開關 241 :初級側 242 :次級侧 CS1、CS2 :雜散電容 I、Ιι、I2、Isi、Is2 :電流 R1、R2 :電阻 300〜306 :各個步驟流程

Claims (1)

1. 申請專利範圍' ，一種即時偵測電擊發生之方法，適用於具有一高頻變壓 裔之面頻糸統’該局頻變壓器具有一初級側及一次級 侧，該方法係包括下列步驟: 提供一訊號平衡檢知單元，該訊號平衡檢知單元之二輸 入端係分別耦接於該次級側之兩端，以輸入一第一交 流訊號及一第二交流訊號; 調整該第一交流訊號及該第二交流訊號之平衡； 镇測該第一交流訊號及該第二交流訊號間之不平衡，並 將彳貞測結果輸出，當該彳貞測結果達到一特定電壓位準 時，係顯示電擊發生；以及 當該電擊發生時，切斷該高頻系統之電力。 •如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該訊號平衡檢 知單元係包括一可變電阻，用以調整該第一交流訊號及 該第二交流訊號之平衡。 如申凊專利範圍第2項所述之方法，其中該訊號平衡檢 知單元係包括一運算放大器，用以偵測該第一交流訊號 及該第二交流訊號間之不平衡，並將該偵測結果放大輪 出。 如申凊專利範圍第1項所述之方法，其中該訊號平衡檢 ，單元係為一加法放大器電路，用以偵測該第一交流訊 旒及該第二交流訊號間之不平衡，並將該偵測結果放大 輪出。 如申凊糊範圍第1獅述之方法，其巾該訊號平衡檢 1296872 一位準判定單元，係用以接收該偵測結果，並判斷該偵 測結果是否達到一特定電壓位準，當該偵測結果達_ 該特定電壓位準時，該位準判定單元即輸出一斷路訊 號；以及 功率放大早元’用以接收該斷路訊號，並將該斷路訊 號之功率放大輸出，以致動該保護開關，使該保護開 關切斷該初級侧之電力輸入。 11·如申請專利範圍第1〇項所述之電擊斷路裝置，其中該訊 _ 號平衡檢知單元係包括一可變電阻，該可變電阻係用以 調整該第一交流訊號及該第二交流訊號之平衡。 12·如申請專利範圍第u項所述之電擊斷路裝置，其中該訊 號平衡檢知單元係包括一運算放大器，該運算放大器係 用以偵測該第一交流訊號及該第二交流訊號之不平衡， 並將該偵測結果放大輸出。 13·如申請專利範圍第1〇項所述之電擊斷路裝置，其中該訊 結果放大輸出。 14·如申請專利範圍第^項所述之電擊斷路裝置，其中該位 準判定單元係包括一整流濾波電路，以檢出該偵測結果 之直流偏壓。 15·如申請專利範圍第丨丨項所述之電擊斷路裝置”其中該保 護開關係可為一繼電器。 16· —種具有電擊斷路装置之高頻系統，其包括： 17 1296872 一高頻變壓器，係具有一初級側及一次級側；以及 一電擊斷路裝置，其包括 一保護開關，係連接於該初級侧，該保護開關係用以 控制该初級側是否可輸入電力； 一訊號平衡檢知單元，係具有二輸入端，該二輸入端 係分別耦接於談次級側之兩端，以輸入一第一交流 訊號及一第二交流訊號，該訊號檢知單元係用以債 測該第一交流訊號及該第二交流訊號間之不平 衡，並將偵測結果輸出； 一位準判定單元，係用以接收該偵測結果，並判斷該 彳貞測結果是否達到一特定電壓位準，當該偵測結果 達到該特定電壓位準時，該位準判定單元輸出一斷 路訊號；以及 一功率放大單元，用以接收該斷路訊號，並將該斷路 訊號之功率放大輸出，以致動該保護開關，使該保 護開關切斷該初級侧之電力輸入ι 17·如申广月專利範園第16項所述之高頻系統，其中該高頻系 統更包括一負載，該負載係跨接於該次級侧之兩端。 18· =申請專利範圍第16項所述之高頻系統，其中該訊號平 知單元係包括-可變電阻，該可變電阻係用以調整 忒第一交流訊號及該第二交流訊號之平衡。 9· ^申請專利範圍第18項所述之高頻系統，其中該訊號平 衡檢知單元係包括―運算放大H，該運算放大器係用以 鳥則該第一交流訊號及該第二交流訊號之不平衡，並將 1296872 該偵測結果放大輸出。 20.如申請專利範圍第16項所述之高頻系統，其中該訊號平 衡檢知單元係為一加法放大器電路，用以偵測該第一交 流訊號及該第二交流訊號間之不平衡，並將該偵測結果 放大輸出。 21·如申請專利範圍第16項所述之高頻系統，其中該位準判 定單元係包括一整流濾波電路，以檢出該偵測結果之直 流偏壓。

   22.如申請專利範圍第16項所述之高頻系統，其中該保護開 關係可為一繼電器。