專利名稱:能識別相(火)線與零線的用電保安裝置的制作方法
本發(fā)明屬電氣安全技術(shù)領(lǐng)域：
中的一種用電保安裝置。
隨著電氣化水平的提高，安全用電問題越顯得重要，目前，常用的保安方法及其存在的問題是(一)電氣設(shè)備非載流體部份接地，目前仍是較可靠的安全措施?，F(xiàn)在的電氣設(shè)備也都采用帶有地線的插頭插座。但接地裝置工程復(fù)雜，我國家庭和小企業(yè)一般不具備合格的接地裝置，因此廠家生產(chǎn)產(chǎn)品的接地插頭多為虛設(shè)，未發(fā)揮應(yīng)有作用。
(二)用一般接零(將電器非載流部份與電源零線相聯(lián))代替接地。此法雖簡單易行，但可靠性差，下列情況不但不起保護(hù)作用，反而有使正常電器的殼體帶電的嚴(yán)重危險(xiǎn)1.當(dāng)電源線進(jìn)行過重新接線，插頭座更換等工作造成相線(火線)與零線接反時(shí)；2.當(dāng)刮風(fēng)等外力造成零線斷線時(shí)；3.當(dāng)零線上聯(lián)接點(diǎn)，插接件接觸不良造成時(shí)斷時(shí)通時(shí)；4.許多家庭的零線裝有熔斷器，當(dāng)其熔絲熔斷時(shí)；現(xiàn)在有許多“保安插座”、“家電安全保護(hù)器”等市售產(chǎn)品和介紹文章，其實(shí)都存在上述危險(xiǎn)性，因此也是不可靠的。
(三)漏電式觸電保安器。
本法存在的問題是1.人體觸電之后它才動(dòng)作，不能防止觸電事故的發(fā)生；只能減小觸電傷亡程度。
2.雖其動(dòng)作電流可調(diào)到10毫安以下，但人體實(shí)際觸電流并不取決于觸電保安器，而取決于觸電條件，因此，實(shí)際觸電電流可能比保安電流大幾十倍、幾百倍。這種保安器不能保證人體觸電時(shí)的安全。
3.在霉雨季節(jié)、在電網(wǎng)比較陳舊時(shí)，各種干擾電壓造成電網(wǎng)漏電流很容易引起這種保安器誤動(dòng)作。
二本發(fā)明的目的在于要妥善解決上述矛盾，尋求一種工廠產(chǎn)品代替用戶分散安裝地線。本發(fā)明的保安裝置中采用了簡捷而有效用電安全措施；用“安全零線”或“電子保安線”代替地線進(jìn)行用電安全保護(hù)。
這里所提“安全零線”是指不會(huì)存在上文所列舉的接零危險(xiǎn)性的零線，“電子保安線”是指不存在上文接零危險(xiǎn)性的安全保護(hù)線，該線所保護(hù)的電器，由于漏電使機(jī)殼出現(xiàn)危險(xiǎn)電位(即該線對“安全零線”或?qū)Φ氐碾妷捍笥谀持付ㄖ?時(shí)，該保安線能觸發(fā)保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，切斷已損電器的電源，以達(dá)到保安的目的。
本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是保安裝置中有自動(dòng)識別相線(火線)與零線的部件B(見圖1)，有能在相零接反、零線斷線或電器漏電等情況下切斷電源的自動(dòng)開關(guān)K，有監(jiān)測電器非載流導(dǎo)體電位的部件C。圖中D為用電器，M為提供參考電位的接地物體。
上述自動(dòng)識別相、零線并具保護(hù)性切斷功能的開關(guān)裝置可以有多種型式的線路和結(jié)構(gòu)，例如1.雙CMOS觸發(fā)器構(gòu)成的“安全零線”保安插座(見圖2)，圖中輸入電源分別經(jīng)過自動(dòng)開關(guān)－－繼電器J的兩個(gè)常開觸點(diǎn)J1J2接到輸出插座S，非門F1與F2、F3與F4分別構(gòu)成二只雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。接通電源時(shí)，由于電容C1二端電壓不能突變，F(xiàn)2搶通輸出低電平、繼電器不吸合，電源不能接至輸出插座，F(xiàn)1輸出為高電平，發(fā)光管D1發(fā)光指示出應(yīng)予啟動(dòng)，即用手摸一下觸摸板M，使觸發(fā)器系統(tǒng)的浮動(dòng)電位穩(wěn)在人體的近似接地電位，如這時(shí)裝有氖管的監(jiān)測頭P1所聯(lián)電源線為零線，沒有信號輸入觸發(fā)器，啟動(dòng)無效，應(yīng)將輸入插頭位置對調(diào)；如P1點(diǎn)所接為相線(火線)，用手觸及觸摸板時(shí)，P1點(diǎn)即輸入信號使觸發(fā)器F1F2翻轉(zhuǎn)，發(fā)光管D2發(fā)亮指示工作進(jìn)入正常，同時(shí)，繼電器常開觸點(diǎn)J1與J2吸合，電源送至輸出插座S，其中零線還接到聯(lián)接電器殼體的插孔上，對電器起接零保護(hù)作用，這里輸出的零線是具有“安全零線”特征的電源相線、零線接錯(cuò)時(shí)，觸發(fā)器不能觸發(fā)，繼電器不吸合，不會(huì)把錯(cuò)誤的零線接到輸出端，當(dāng)各種原因引起二根電源線中的零線斷線時(shí)，繼電器失壓釋放，也使電器脫離電源，圖中第二只觸發(fā)器F3F4起著復(fù)核作用，如由于某種特殊原因造成第一只觸發(fā)器誤觸發(fā)，將相線、零線錯(cuò)誤地接到輸出插孔上，此時(shí)第二只觸發(fā)器監(jiān)測到零線的錯(cuò)誤電位，能立即翻轉(zhuǎn)，(原理同前)，輸出信號通過D4反饋到第一觸發(fā)器，將其翻轉(zhuǎn)復(fù)原，立即切斷輸出電源，故可以說這種電路是具有雙保險(xiǎn)的。檢測頭中串進(jìn)起輝電壓70伏左右的氖管(氖氣輝光燈)是為了防止誤觸發(fā)。
2.雙CMOS觸發(fā)器構(gòu)成能隨時(shí)監(jiān)測用電器殼體對零線電壓的“電子保安線”保安插座(見附圖2)，圖中有兩只由非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，第一只觸發(fā)器F1F2的作用是保證將電源的相線和零線正確地連到輸出插座的相應(yīng)插孔，其原理與方法同前。本裝置中輸出插座聯(lián)接電器外殼的保安插孔與檢測系統(tǒng)的直流電源Vss相接，其監(jiān)測頭P2與零線插孔相連。因此，本電路中第二只觸發(fā)器起著監(jiān)測連接機(jī)殼的插孔與電源零線間電壓V的作用。當(dāng)V大于指定的動(dòng)作電壓V(36伏左右)時(shí)，第二觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)3輸出低電平，通過D4使第一觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)復(fù)原，切斷輸出電源，本裝置中Vss線到電器機(jī)殼的聯(lián)線，具有上述電子保安線的特征，它保證了電器機(jī)殼不至于出現(xiàn)對人有危險(xiǎn)的電位，調(diào)整比值RP2／R02可改變保護(hù)動(dòng)動(dòng)作電壓V改變阻值RP2＋RO2可改變動(dòng)作電流。
3.簡易接地式保安插座在電氣安全技術(shù)規(guī)程中，是不允許以一般水管、暖氣管、煤氣管等接地金屬體代替地線的，因?yàn)檫@些管道聯(lián)接處，可能存在較大的電阻，如果用它們代替地線，則在相線對機(jī)殼短路時(shí)，可能使該地段的管道都帶上危險(xiǎn)的高壓，擴(kuò)大觸電事故。
但如果我們利用圖1電路，將其觸摸板與自來水管等與大地聯(lián)接的不會(huì)帶電的金屬體相連，卻能起到良好的接地保護(hù)作用，當(dāng)保安插孔的對地電位達(dá)到某指定值(辟如說36伏)時(shí)，該電路中F3F4組成的觸電器即能翻轉(zhuǎn)，切斷電源或發(fā)出警報(bào)。這里對接地金屬體的接地電阻的要求是很低的——小于數(shù)MΩ左右即可以了。它們只提供供比較的參考電位，因此，自來水管、暖氣管，放在地面的金屬物體，甚至有時(shí)打在墻上的一枚鐵釘，都可作為本保安插座的接地體。由于線路上有高電阻RP2限流，在電器設(shè)備發(fā)生對機(jī)殼短路故障時(shí)，這些供參考的“接地金屬體”只通過極小的比較電流(小于0.1MA)是不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的。
在采用上述電路的插座中，相線對機(jī)殼短路時(shí)短路電流是很大的，為克服這個(gè)缺點(diǎn)，可將上述電路中零線插孔與保安插孔間的短接線，改成100K左右的電阻，這樣，相線對機(jī)殼的短路電流可限制在2MA左右，而電源對機(jī)殼輕微的漏電又不致引起誤動(dòng)作。
4.多功能保安插座圖4是一種保安功能齊全的插座，它具有如下功能(一)主動(dòng)保安功能，即在電器非載流導(dǎo)體(機(jī)殼)出現(xiàn)危險(xiǎn)電位時(shí)自動(dòng)切斷電源。
(二)被動(dòng)式觸電保護(hù)功能，即人體直接碰觸帶電導(dǎo)體形成觸電時(shí)，迅速切斷電源。
(三)過電壓保護(hù)功能。
(四)過電流保護(hù)功能。
主動(dòng)保安功能仍由F1F2F3F4F5F6組成的觸發(fā)器完成的，其原理與圖3基本相同。被動(dòng)式觸電保護(hù)功能由漏電流檢測線圈L3L4(并繞原繞組)及L5(付繞組)組成。
與通常被動(dòng)式觸電保安器及圖2圖3保安器相比，本保安插座功能亦較為安善，即它具有自動(dòng)重合閘功能，當(dāng)有人發(fā)生觸電時(shí)，或者由于雷擊、電網(wǎng)操作過電壓及電網(wǎng)中出現(xiàn)短路電流等瞬間原因造成保安插座動(dòng)作，切斷電源，經(jīng)過若干秒鐘之后，本保安插座能進(jìn)行一次自動(dòng)重合閘，繼電器重新吸合送電，如果是由于電器損壞引起漏電，則重合閘失敗，電源將再次切斷，直到有人處理，重合閘功能系由F7F8組成的單穩(wěn)態(tài)電路來完成的，重合閘失敗后的切斷電源工作是由與非門yF及觸發(fā)器F3F4完成的。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)后，F(xiàn)8輸出低電平，通過D6控制F5F6暫時(shí)關(guān)斷電源，同時(shí)F7通過C5輸出一個(gè)正脈沖到y(tǒng)F輸入端B，但此時(shí)與非門yF輸入端A的電位還未上升為高電平，yF無信號輸出，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)，電源接通，如在暫穩(wěn)期間電源故障現(xiàn)象已自行消除(如雷擊現(xiàn)象已過去)不再存在觸發(fā)信號，B端始終保持低電平，yF也無信號輸出，如電路系統(tǒng)故障未消除，(如電器已壞)，單穩(wěn)復(fù)原(重合閘后)故障信號再次通過D5或D9再次使剛復(fù)原的單穩(wěn)電路重新翻轉(zhuǎn)，則F7輸出端剛變成低電平又跳為高電位，即輸出一個(gè)負(fù)脈沖，其后沿(上升沿)通過C5使yF的輸出端B出現(xiàn)一個(gè)正脈沖，此刻，yF輸入端A由于積分延時(shí)還保持高電平，即此時(shí)刻yF的二個(gè)輸入端均為高電平，yF輸出一負(fù)脈沖，通過D1使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器F3F4翻轉(zhuǎn)，再通過D4控制F5F6的翻轉(zhuǎn)，切斷電源。
過電壓保護(hù)功能是由電阻R4電位器W2及三極管BG2完成的，電壓過高時(shí)，BG2導(dǎo)通，使觸發(fā)器F5F6翻轉(zhuǎn)。
過電流保護(hù)借助電流互感器L1L2完成。
在以上例子中，交流電的控制是由繼電器實(shí)現(xiàn)的，若電路略加修改，用可控硅進(jìn)行交流控制也是可行的。
三本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)1.比現(xiàn)行的接地線保護(hù)法簡單得多，不要求用戶埋設(shè)接地裝置，廣大用戶將樂于采用。
特別在不宜采用接地接零保護(hù)的地方－－操作或維修過程中工作人員可能同時(shí)碰到載流導(dǎo)體和設(shè)備機(jī)殼或框架的地方，采用“電子保安線”進(jìn)行保護(hù)最理想。本裝置將會(huì)發(fā)揮設(shè)備損壞(漏電)保護(hù)和觸電保護(hù)雙重作用。
2.比現(xiàn)行接零保護(hù)可靠得多。本裝置在零線斷線，零線接觸不良及相線零線接反等情況下，均能保證受保護(hù)的外殼不出現(xiàn)危險(xiǎn)電位。
3.本法適用范圍廣，應(yīng)用方式靈活，既適用于與地絕緣的電器也適用于與地接觸的電器，它既可對用戶的整個(gè)用電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，又可安裝進(jìn)單個(gè)電器內(nèi)對該電器進(jìn)行保護(hù)。本裝置適用于單相電器，也可通過交流接觸器對三相電器進(jìn)行安全保護(hù)。
四實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的途徑1.由工廠生產(chǎn)具有“安全零線”或“電子保安線”的插座，供應(yīng)城鄉(xiāng)家庭及企業(yè)應(yīng)用。
2.在洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等容易發(fā)生觸電事故的家電設(shè)備中，采用本裝置原理，將“電子保安線”直接接到家電設(shè)備的機(jī)殼中，然后家電設(shè)備的三線插頭改為易為用戶接受的二線插頭，這樣將大大方便用戶。
3.在應(yīng)用可控硅的設(shè)備中，利用本裝置原理，將“安全零線”引入電路中以代替控制可控硅用的隔離變壓器或光電偶合器。
權(quán)利要求
1.一種可將電器非載流導(dǎo)體部份與電源零線相連接的保安裝置，其特征是(1)具有自動(dòng)識別相(火)線與零線的部件B；(2)具有可以切斷電器電源的自動(dòng)開關(guān)K。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述裝置，其特征是與電器非載流導(dǎo)體相連的部件通過電阻器與零線相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述裝置，其特征是識別相、零線的部件為MOS或其他高輸入阻抗器件組成的觸發(fā)器，其檢測頭內(nèi)串接有氖泡(氖氣輝光燈)和二極管。
專利摘要
現(xiàn)在電氣安全技術(shù)存在下列問題1.接地保護(hù)可靠，但安裝工程復(fù)雜；2.一般接零保護(hù)與觸電保安器不可靠。本用電保安裝置解決了上述矛盾，提供了簡便而可靠的用電安全保護(hù)，其原理是自動(dòng)識別零線后監(jiān)測電器外殼對零線的電壓，或?qū)㈦娖魍鈿ぶ苯优c“可靠零線”相聯(lián)。
文檔編號H02H11/00GK86206840SQ86206840
公開日1988年2月10日 申請日期1986年9月15日
發(fā)明者徐日沾, 沈宇, 徐韌 申請人:徐日沾, 沈宇, 徐韌導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan