專利名稱：電弧及漏電保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電弧、漏電故障線路保護(hù)器，特別是一種應(yīng)用于低電壓供電系統(tǒng)中的，當(dāng)輸電線路之間或輸電線路與地之間由于故障而引發(fā)的電弧、漏電并發(fā)生燃燒時(shí)，可自動(dòng)切斷電源供電的電弧及漏電保護(hù)器。
背景技術(shù)：
目前，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人均用電量劇增。而在低壓配電供給系統(tǒng)中，隨著電器的不斷增加、單機(jī)功率的不斷增大，使供電線路經(jīng)常處于滿負(fù)荷狀態(tài)，有時(shí)甚至長期處于過載狀態(tài)，因而，其供電線路表面的絕緣層極易老化；并且，一般的空氣開關(guān)和對(duì)地漏電保護(hù)開關(guān)對(duì)于由于線路表面絕緣層老化發(fā)生的電弧進(jìn)而引起的燃燒不能及時(shí)有效地動(dòng)作，造成輸電線路中的電弧并產(chǎn)生電弧燃燒的現(xiàn)象屢屢發(fā)生。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，據(jù)美國消費(fèi)者委員會(huì)2003年9月23日的會(huì)議上統(tǒng)計(jì)每年有因電器引起的火災(zāi)有73500起，死亡591，傷者2247，十億的財(cái)產(chǎn)損失；國內(nèi)資料報(bào)道，1996年發(fā)生的火災(zāi)中50％是由于電氣線路引起的。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是為了克服漏電、電弧、過流、過壓等引起的安全問題，提供一種新的家用電器安全裝置即電弧及漏電保護(hù)器。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種電弧及漏電保護(hù)器，包括控制電路板、與控制電路板的信號(hào)輸入端相連的故障檢測電路、與控制電路板的信號(hào)輸出端相連的脫扣裝置；所述的故障檢測電路包括電弧檢測互感器、信號(hào)負(fù)載電阻R16、限流電阻R23、信號(hào)耦合電容C14、信號(hào)放大三極管V3、電阻R15、R17、R18、電容C15、穩(wěn)壓器VD3及零序電流檢測互感器；
電弧檢測互感器串接在交流電源的火線或零線上；信號(hào)負(fù)載電阻R16并聯(lián)在電弧檢測互感器的兩端，電弧檢測互感器的一端接限流電阻R23，再接信號(hào)放大三極管V3后，接入控制電路板；該端還連接并聯(lián)后的電阻R15、電容C14再與穩(wěn)壓器VD3的公共端一起接入控制電路板；電弧檢測互感器L3的另一端接于電阻R17、電阻R18的連接點(diǎn)；電阻R18和電容C15并聯(lián)后一端接地，另一端與電阻R17串聯(lián)后和穩(wěn)壓器VD3的陰極一起接入控制電路板；穩(wěn)壓器VD3的陽極接地；零序電流檢測互感器是串在交流電源輸入、輸出雙線回路中的；零序電流檢測互感器的信號(hào)輸出端，接入控制電路板信號(hào)輸入端。
所述的控制電路板包括電源電路、信號(hào)放大電路、信號(hào)分析處理電路和驅(qū)動(dòng)電路；故障信號(hào)接入信號(hào)放大電路、信號(hào)分析處理電路和驅(qū)動(dòng)電路，輸出信號(hào)接入脫扣裝置。
所述的脫扣裝置包括一對(duì)動(dòng)觸點(diǎn)、一對(duì)靜觸點(diǎn)和脫扣組件，其靜觸點(diǎn)與交流電源的輸入線相連，動(dòng)觸點(diǎn)與脫扣組件中的脫扣線圈、交流電源的輸出線相連，脫扣組件通過驅(qū)動(dòng)電路后與信號(hào)分析處理電路中的微處理器相連；所述的脫扣裝置是需要人工強(qiáng)制復(fù)位的脫扣機(jī)構(gòu)；所述的微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901芯片；電弧檢測互感器、零序電流檢測互感器中的傳感器磁環(huán)是由導(dǎo)磁材料--鐵硅鋁材料制作的；所述的電源電路包括一個(gè)整流橋電路和一個(gè)經(jīng)整流橋整流后再經(jīng)431電壓基準(zhǔn)模塊和高耐壓三極管電流放大后的高耐壓線性電源電路。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于具有集電弧故障、對(duì)地漏電故障、短路故障和過流故障檢測等功能于一身的特點(diǎn)，它能在正常供電時(shí)自動(dòng)檢測故障，并在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷電源的功能。本實(shí)用新型工作時(shí)不需要額外供電，以在線方式自動(dòng)識(shí)別處理上述信息，并直接切斷電源；故障排除后，手動(dòng)按下本實(shí)用新型的復(fù)位按鈕再次使動(dòng)靜觸點(diǎn)閉合，系統(tǒng)恢復(fù)供電。另外，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、運(yùn)行可靠、無需另加電源和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，并能在故障發(fā)生的第一時(shí)間切斷電源，所以使用本實(shí)用新型，能有效地解決電弧、漏電故障引起火災(zāi)的問題，起到保護(hù)線路的作用。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的電路工作原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1、圖2所示，、一種電弧及漏電保護(hù)器，包括控制電路板1、與控制電路板1的信號(hào)輸入端相連的故障檢測電路2、與控制電路板1的信號(hào)輸出端相連的脫扣裝置3；所述的故障檢測電路2包括電弧檢測互感器、信號(hào)負(fù)載電阻R16、限流電阻R23、信號(hào)耦合電容C14、信號(hào)放大三極管V3、電阻R15、R17、R18、電容C15、穩(wěn)壓器VD3及零序電流檢測互感器L2；電弧檢測互感器L3串接在交流電源的火線L或零線N上；信號(hào)負(fù)載電阻R16并聯(lián)在電弧檢測互感器L3的兩端，電弧檢測互感器L3的一端接限流電阻R23，再接信號(hào)放大三極管V3后，接入控制電路板1；該端還連接并聯(lián)后的電阻R15、電容C14再與穩(wěn)壓器VD3的公共端一起接入控制電路板1；電弧檢測互感器L3的另一端接于電阻R1、電阻R18的連接點(diǎn)；電阻R18和電容C15并聯(lián)后一端接地，另一端與電阻R17串聯(lián)后和穩(wěn)壓器VD3的陰極一起接入控制電路板1；穩(wěn)壓器VD3的陽極接地；零序電流檢測互感器L2，是串在交流電源輸入、輸出雙線回路中的；零序電流檢測互感器L2的信號(hào)輸出端，接入控制電路板1信號(hào)輸入端。
所述的控制電路板1包括電源電路4、信號(hào)放大電路5、信號(hào)分析處理電路6和驅(qū)動(dòng)電路7；故障信號(hào)接入信號(hào)放大電路5、信號(hào)分析處理電路6和驅(qū)動(dòng)電路7，輸出信號(hào)接入脫扣裝置3。
所述的脫扣裝置3包括一對(duì)動(dòng)觸點(diǎn)S11、S21，一對(duì)靜觸點(diǎn)S12、S22和脫扣組件，其靜觸點(diǎn)S12、S22與電源的輸入線相連，動(dòng)觸點(diǎn)S11、S21與脫扣組件中的脫扣線圈L1、電源的輸出線相連；脫扣組件通過驅(qū)動(dòng)電路7后與信號(hào)分析處理電路6中的微處理器相連。
所述的脫扣裝置3是需要人工強(qiáng)制復(fù)位的脫扣機(jī)構(gòu)；微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901芯片；電弧檢測互感器L3、零序電流檢測互感器L2中的傳感器磁環(huán)是導(dǎo)磁材料--鐵硅鋁材料制作的；所述的電源電路包括一個(gè)整流橋電路和一個(gè)經(jīng)整流橋整流后再經(jīng)431電壓基準(zhǔn)模塊U1和高耐壓三極管V2電流放大后的高耐壓線性電源電路。
本實(shí)用新型的電路工作原理如下如圖2所示，230V(120V)的交流電，經(jīng)過一個(gè)由吸收高頻的瓷介電容C16、吸收浪涌的壓敏電阻RY1、貼片電阻R21組成的高壓浪涌保護(hù)電路，然后連接到脫扣線圈L1(當(dāng)電路中有大電流產(chǎn)生時(shí)，線圈脫扣即斷開電路)，再連接到整流橋VD1，將交流轉(zhuǎn)化為直流，用以供應(yīng)電路其它部分工作。
與整流橋VD1直流端并聯(lián)的是可控硅V1，它的陽極和陰極直接與整流橋并聯(lián)，柵極與電容C1和電阻R1相連，并通過VD4接到信號(hào)分析處理電路6中的微處理器U2的5腳。當(dāng)柵極接到一個(gè)從R1傳來的動(dòng)作電壓信號(hào)后，陽極和陰極馬上導(dǎo)通，在回路上產(chǎn)生一個(gè)大電流迫使脫扣線圈L1脫扣以保護(hù)電路；電阻R2與發(fā)光二極管VD2串聯(lián)后再與整流橋VD1直流端并聯(lián)，VD2用來指示電路是否通電。整個(gè)線路由一個(gè)電源部分提供電源，電壓取自整流橋出來的直流高壓。該直流高壓經(jīng)電阻R4和R6限流后，供給三端基準(zhǔn)模塊U1的陽極，U1通過G極的電壓反饋來改變A和K之間的內(nèi)阻，利用R4、R6、R5電阻網(wǎng)絡(luò)和U1的內(nèi)阻的分壓來調(diào)節(jié)陽極A端的電壓，U1的G端反饋電壓由接在低壓電源端的R7、R8分壓得來；低壓電壓的高低變化直接影響到分壓點(diǎn)的變化，由U1放大負(fù)反饋來達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的。
電阻R5與R4分壓，防止啟動(dòng)過程U1的陽極A過壓而損壞U1；C3提供一個(gè)交流負(fù)反饋，用來防止U1自激。U1陽極電壓經(jīng)過高耐壓的三極管V2電流放大后提供給低壓端微電子線路；三極管V2的集電極串接降壓電阻R3，以減少V2的熱損耗；V2輸出的3.6V直流經(jīng)過C4、R10、C5組成的π濾波后供電給信號(hào)分析處理電路6。.
信號(hào)分析處理電路6中的微處理器U2的1腳接電源，2、3、4腳懸空，5腳輸出；U2的7腳是比較器的正向輸入端，6腳是高低電平檢測輸入端，8腳接地。在U2判斷到電路有故障后，它會(huì)輸出一個(gè)高電平給二極管VD4和電阻R1，即提供給可控硅V1的柵極一個(gè)動(dòng)作信號(hào)。其中微處理器U2通過檢測是否有達(dá)到設(shè)定的電壓脈沖進(jìn)行判斷，如果有達(dá)到設(shè)定的脈沖出現(xiàn)，則發(fā)出高電平給驅(qū)動(dòng)電路7使其驅(qū)動(dòng)脫扣裝置3動(dòng)作，切斷電源，停止供電，并停止等待50～70ms，然后等待重新計(jì)數(shù)；如果沒有達(dá)到設(shè)定的脈沖出現(xiàn)，則不發(fā)出高電平，微處理器U2返回原來狀態(tài)重新檢測。在這里微處理器判斷的依據(jù)是信號(hào)脈沖是否大于等于8次有弧的電流半周期/秒，如果是則發(fā)出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路7進(jìn)而迫使脫扣裝置3脫扣，切斷電源停止供電。如果信號(hào)脈沖小于8次有弧的電流半周期/秒，則計(jì)數(shù)器清空，返回MCU并重新等待。當(dāng)有過流或漏電故障信號(hào)時(shí)，微處理器U2會(huì)將這種信號(hào)進(jìn)行放大處理，發(fā)出高電平給驅(qū)動(dòng)電路7，進(jìn)而使脫扣裝置3動(dòng)作，切斷電源停止供電。
與U2的6腳相連的是漏電電流檢測電路，包括U3和零序電流檢測互感器L2，以及電阻R9、R11、R12、R13，電容C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12和三極管V3。限流電阻R9、濾波電容C6與U3的8腳相連，為U3提供電源；U3的1腳通過電容C7與地相連，C7起一個(gè)消除比較器誤動(dòng)作的作用；2腳通過R13與1腳一起連在零序電流檢測互感器L2的兩端；C8和R12則與零序電流檢測互感器L2并聯(lián)，C8起著抗干擾的作用，R12是信號(hào)負(fù)載，將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電壓以供采樣，R12的大小決定著數(shù)據(jù)采樣的靈敏度，R13則是2腳輸入的保護(hù)電阻；2腳接去耦電容C10、4腳與5腳接去耦電容C11后接入3腳并接地；6腳和7腳間接入吸噪電容C9；零序電流檢測互感器L2檢測通過它的導(dǎo)線如無漏電現(xiàn)象，則U3的7腳就輸出一個(gè)低電平給R11(如有漏電，則U3的7腳就輸出一個(gè)高電平給R11)；經(jīng)V3倒相放大后送到U2的6腳供它處理，來判斷是否需要脫扣。與U2的6腳相連的還有R14和C13，R14主要是給6腳一個(gè)高電平，C13是一個(gè)交流去耦電容，用來吸收干擾信號(hào)。
與U2的7腳相連的是電弧、過流檢測電路，電弧檢測互感器L3串接在交流電源的火線L或零線N上；信號(hào)負(fù)載電阻R16并聯(lián)在電弧檢測互感器L3的兩端，電弧檢測互感器L3的一端接限流電阻R23后，經(jīng)過信號(hào)放大三極管V3被送入控制電路板1中的微處理器U2的6腳；該端還連接并聯(lián)后的電阻R15、電容C14與穩(wěn)壓器VD3的公共端3腳一起接入控制電路板1中的微處理器U2的7腳；電弧檢測互感器L3的另一端接于電阻R17、電阻R18的連接點(diǎn)；電阻R18和電容C15并聯(lián)后一端接地，另一端與電阻R17串聯(lián)后和穩(wěn)壓器VD3的陰極2腳一起接入控制電路板1的微處理器U2的1腳，即低壓電源正端；穩(wěn)壓器VD3的陽極1腳接地；電弧檢測互感器L3檢測電路中是否有電弧及過流現(xiàn)象產(chǎn)生，如有則產(chǎn)生一個(gè)電流信號(hào)；C14起到信號(hào)耦合的作用，C15起高頻耦合的作用；R16是信號(hào)負(fù)載，將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電壓以供采樣；穩(wěn)壓器VD3起過壓保護(hù)作用。電阻R17、R18提供一個(gè)分壓，讓電弧檢測互感器L3浮在分壓點(diǎn)上(由于比較電平在1.2V左右，信號(hào)大小沒有規(guī)則，分壓不能太高，高了會(huì)導(dǎo)致電路誤動(dòng)作，低了會(huì)影響靈敏度。)。信號(hào)電壓疊加分壓點(diǎn)電壓后經(jīng)過R15和C14送到U2的7腳(C14和C15組成交流通道，R15提供一定的直流電流。)，若信號(hào)極性相反，則通過VD3的陽極1腳和公共端3腳瀉放電流；或者當(dāng)電壓信號(hào)過高時(shí)，通過VD3的公共端3腳和陰極2腳向電源正端瀉放電流，來達(dá)到信號(hào)電平鉗制的作用。當(dāng)電流過大到一定程度，R23和R11的分壓使V3導(dǎo)通，U2的6腳出現(xiàn)一個(gè)一定周期的低電平，U2迫使V1驅(qū)動(dòng)脫扣。這里VD3的接法有多種，這里的接法和一般并連正反接二極管不同，它可以保證去除了沒有用的反極性信號(hào)，但是保證了有用信號(hào)的最大限制(電源電壓+0.7V)，使信號(hào)在允許范圍內(nèi)沒有衰減或者變形。
測試電路由R19、R20和測試開關(guān)SW1組成。整流橋經(jīng)開關(guān)SW1接R19、R20接入三極管V3的基極再與U2的6腳相連。當(dāng)測試開關(guān)SW1被按下，電路接通，三極管V3的基極得到一個(gè)信號(hào)，向U2的6腳傳送一個(gè)低電平，U2的5腳就輸出一個(gè)高電平給可控硅V1的柵極，可控硅V1的陽極和陰極馬上導(dǎo)通，在回路上產(chǎn)生一個(gè)大電流，導(dǎo)致脫扣線圈L1脫扣，電源全部切斷。
權(quán)利要求1.一種電弧及漏電保護(hù)器，包括控制電路板(1)、與控制電路板(1)的信號(hào)輸入端相連的故障檢測電路(2)、與控制電路板(1)的信號(hào)輸出端相連的脫扣裝置(3)，其特征在于所述的故障檢測電路(2)包括電弧檢測互感器(L3)、信號(hào)負(fù)載電阻(R16)、限流電阻(R23)、信號(hào)耦合電容(C14)、信號(hào)放大三極管(V3)、電阻(R15)、(R17)、(R18)、電容(C15)、穩(wěn)壓器(VD3)及零序電流檢測互感器(L2)；電弧檢測互感器(L3)串接在交流電源的火線(L)或零線(N)上；信號(hào)負(fù)載電阻(R16)并聯(lián)在電弧檢測互感器(L3)的兩端，電弧檢測互感器(L3)的一端接限流電阻(R23)，再接信號(hào)放大三極管(V3)后，接入控制電路板(1)；該端還連接并聯(lián)后的電阻(R15)、電容(C14)再與穩(wěn)壓器(VD3)的公共端一起接入控制電路板(1)；電弧檢測互感器(L3)的另一端接于電阻(R17)、電阻(R18)的連接點(diǎn)；電阻(R18)和電容(C15)并聯(lián)后，一端接地，另一端與電阻(R17)串聯(lián)后再與穩(wěn)壓器(VD3)的陰極一起接入控制電路板(1)；穩(wěn)壓器(VD3)的陽極接地；零序電流檢測互感器(L2)，是串接在交流電源輸入、輸出雙線回路中的；零序電流檢測互感器(L2)的信號(hào)輸出端，接入控制電路板(1)信號(hào)輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的控制電路板(1)包括電源電路(4)、信號(hào)放大電路(5)、信號(hào)分析處理電路(6)和驅(qū)動(dòng)電路(7)；故障信號(hào)接入信號(hào)放大電路(5)、信號(hào)分析處理電路(6)和驅(qū)動(dòng)電路(7)，輸出信號(hào)接入脫扣裝置(3)。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的脫扣裝置(3)包括一對(duì)動(dòng)觸點(diǎn)(S11，S21)、一對(duì)靜觸點(diǎn)(S12，S22)和脫扣組件，其靜觸點(diǎn)(S12，S22)與交流電源的輸入線相連，動(dòng)觸點(diǎn)(S11，S21)與脫扣組件中的脫扣線圈(L1)、交流電源的輸出線相連，脫扣組件通過驅(qū)動(dòng)電路(7)后與信號(hào)分析處理電路(6)中的微處理器相連。
4.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的脫扣裝置(3)是需要人工強(qiáng)制復(fù)位的脫扣機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的電弧檢測互感器(L3)、零序電流檢測互感器(L2)中的傳感器磁環(huán)是由導(dǎo)磁材料一鐵硅鋁材料制作的。
7.如權(quán)利要求1所述的電弧及漏電保護(hù)器，其特征在于所述的電源電路(4)包括一個(gè)整流橋電路和一個(gè)經(jīng)整流橋整流后再經(jīng)431電壓基準(zhǔn)模塊(U1)和高耐壓三極管(V2)電流放大后的高耐壓線性電源電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電弧及漏電保護(hù)器，包括控制電路板(1)、故障檢測電路(2)、脫扣裝置(3)；故障檢測電路(2)包括電弧檢測互感器(L3)、放大三極管(V3)、電阻(R15)、(R16)、(R17)、(R18)、(R23)電容(C14)、(C15)、穩(wěn)壓器(VD3)及零序電流檢測互感器(L2)；故障檢測電路(2)檢測到故障信號(hào)，接入控制電路板(1)分析處理并發(fā)出特定的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)脫扣裝置(3)切斷電源。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)集電弧、漏電故障、短路和過流故障檢測于一身，能在正常供電時(shí)自動(dòng)檢測故障，并在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切斷電源，有效地解決電弧、漏電故障引起火災(zāi)的問題，起到保護(hù)線路的作用。
文檔編號(hào)H02H3/32GK2762332SQ200420090729
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者黃海春 申請(qǐng)人:寧波習(xí)羽電子發(fā)展有限公司