電弧及漏電保護器的製作方法

2023-10-05 23:04:09 2

專利名稱：電弧及漏電保護器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電弧、漏電故障線路保護器，特別是一種應用於低電壓供電系統中的，當輸電線路之間或輸電線路與地之間由於故障而引發的電弧、漏電並發生燃燒時，可自動切斷電源供電的電弧及漏電保護器。
背景技術：
目前，隨著全球經濟的發展，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中，隨著電器的不斷增加、單機功率的不斷增大，使供電線路經常處於滿負荷狀態，有時甚至長期處於過載狀態，因而，其供電線路表面的絕緣層極易老化；並且，一般的空氣開關和對地漏電保護開關對於由於線路表面絕緣層老化發生的電弧進而引起的燃燒不能及時有效地動作，造成輸電線路中的電弧並產生電弧燃燒的現象屢屢發生。有數據統計顯示，據美國消費者委員會2003年9月23日的會議上統計每年有因電器引起的火災有73500起，死亡591，傷者2247，十億的財產損失；國內資料報導，1996年發生的火災中50％是由於電氣線路引起的。

發明內容
本實用新型所要解決的技術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器。
本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為一種電弧及漏電保護器，包括控制電路板、與控制電路板的信號輸入端相連的故障檢測電路、與控制電路板的信號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、信號負載電阻R16、限流電阻R23、信號耦合電容C14、信號放大三極體V3、電阻R15、R17、R18、電容C15、穩壓器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；信號負載電阻R16並聯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，再接信號放大三極體V3後，接入控制電路板；該端還連接並聯後的電阻R15、電容C14再與穩壓器VD3的公共端一起接入控制電路板；電弧檢測互感器L3的另一端接於電阻R17、電阻R18的連接點；電阻R18和電容C15並聯後一端接地，另一端與電阻R17串聯後和穩壓器VD3的陰極一起接入控制電路板；穩壓器VD3的陽極接地；零序電流檢測互感器是串在交流電源輸入、輸出雙線迴路中的；零序電流檢測互感器的信號輸出端，接入控制電路板信號輸入端。
所述的控制電路板包括電源電路、信號放大電路、信號分析處理電路和驅動電路；故障信號接入信號放大電路、信號分析處理電路和驅動電路，輸出信號接入脫扣裝置。
所述的脫扣裝置包括一對動觸點、一對靜觸點和脫扣組件，其靜觸點與交流電源的輸入線相連，動觸點與脫扣組件中的脫扣線圈、交流電源的輸出線相連，脫扣組件通過驅動電路後與信號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制復位的脫扣機構；所述的微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901晶片；電弧檢測互感器、零序電流檢測互感器中的傳感器磁環是由導磁材料--鐵矽鋁材料製作的；所述的電源電路包括一個整流橋電路和一個經整流橋整流後再經431電壓基準模塊和高耐壓三極體電流放大後的高耐壓線性電源電路。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於具有集電弧故障、對地漏電故障、短路故障和過流故障檢測等功能於一身的特點，它能在正常供電時自動檢測故障，並在極短的時間內自動切斷電源的功能。本實用新型工作時不需要額外供電，以在線方式自動識別處理上述信息，並直接切斷電源；故障排除後，手動按下本實用新型的復位按鈕再次使動靜觸點閉合，系統恢復供電。另外，本實用新型結構緊湊、體積小巧、運行可靠、無需另加電源和安裝方便等優點，並能在故障發生的第一時間切斷電源，所以使用本實用新型，能有效地解決電弧、漏電故障引起火災的問題，起到保護線路的作用。


圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型的電路工作原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖1、圖2所示，、一種電弧及漏電保護器，包括控制電路板1、與控制電路板1的信號輸入端相連的故障檢測電路2、與控制電路板1的信號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、信號負載電阻R16、限流電阻R23、信號耦合電容C14、信號放大三極體V3、電阻R15、R17、R18、電容C15、穩壓器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；信號負載電阻R16並聯在電弧檢測互感器L3的兩端，電弧檢測互感器L3的一端接限流電阻R23，再接信號放大三極體V3後，接入控制電路板1；該端還連接並聯後的電阻R15、電容C14再與穩壓器VD3的公共端一起接入控制電路板1；電弧檢測互感器L3的另一端接於電阻R1、電阻R18的連接點；電阻R18和電容C15並聯後一端接地，另一端與電阻R17串聯後和穩壓器VD3的陰極一起接入控制電路板1；穩壓器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、輸出雙線迴路中的；零序電流檢測互感器L2的信號輸出端，接入控制電路板1信號輸入端。
所述的控制電路板1包括電源電路4、信號放大電路5、信號分析處理電路6和驅動電路7；故障信號接入信號放大電路5、信號分析處理電路6和驅動電路7，輸出信號接入脫扣裝置3。
所述的脫扣裝置3包括一對動觸點S11、S21，一對靜觸點S12、S22和脫扣組件，其靜觸點S12、S22與電源的輸入線相連，動觸點S11、S21與脫扣組件中的脫扣線圈L1、電源的輸出線相連；脫扣組件通過驅動電路7後與信號分析處理電路6中的微處理器相連。
所述的脫扣裝置3是需要人工強制復位的脫扣機構；微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901晶片；電弧檢測互感器L3、零序電流檢測互感器L2中的傳感器磁環是導磁材料--鐵矽鋁材料製作的；所述的電源電路包括一個整流橋電路和一個經整流橋整流後再經431電壓基準模塊U1和高耐壓三極體V2電流放大後的高耐壓線性電源電路。
本實用新型的電路工作原理如下如圖2所示，230V(120V)的交流電，經過一個由吸收高頻的瓷介電容C16、吸收浪湧的壓敏電阻RY1、貼片電阻R21組成的高壓浪湧保護電路，然後連接到脫扣線圈L1(當電路中有大電流產生時，線圈脫扣即斷開電路)，再連接到整流橋VD1，將交流轉化為直流，用以供應電路其它部分工作。
與整流橋VD1直流端並聯的是可控矽V1，它的陽極和陰極直接與整流橋並聯，柵極與電容C1和電阻R1相連，並通過VD4接到信號分析處理電路6中的微處理器U2的5腳。當柵極接到一個從R1傳來的動作電壓信號後，陽極和陰極馬上導通，在迴路上產生一個大電流迫使脫扣線圈L1脫扣以保護電路；電阻R2與發光二極體VD2串聯後再與整流橋VD1直流端並聯，VD2用來指示電路是否通電。整個線路由一個電源部分提供電源，電壓取自整流橋出來的直流高壓。該直流高壓經電阻R4和R6限流後，供給三端基準模塊U1的陽極，U1通過G極的電壓反饋來改變A和K之間的內阻，利用R4、R6、R5電阻網絡和U1的內阻的分壓來調節陽極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的變化，由U1放大負反饋來達到電壓調節的目的。
電阻R5與R4分壓，防止啟動過程U1的陽極A過壓而損壞U1；C3提供一個交流負反饋，用來防止U1自激。U1陽極電壓經過高耐壓的三極體V2電流放大後提供給低壓端微電子線路；三極體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直流經過C4、R10、C5組成的π濾波後供電給信號分析處理電路6。.
信號分析處理電路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判斷到電路有故障後，它會輸出一個高電平給二極體VD4和電阻R1，即提供給可控矽V1的柵極一個動作信號。其中微處理器U2通過檢測是否有達到設定的電壓脈衝進行判斷，如果有達到設定的脈衝出現，則發出高電平給驅動電路7使其驅動脫扣裝置3動作，切斷電源，停止供電，並停止等待50～70ms，然後等待重新計數；如果沒有達到設定的脈衝出現，則不發出高電平，微處理器U2返回原來狀態重新檢測。在這裡微處理器判斷的依據是信號脈衝是否大於等於8次有弧的電流半周期/秒，如果是則發出信號給驅動電路7進而迫使脫扣裝置3脫扣，切斷電源停止供電。如果信號脈衝小於8次有弧的電流半周期/秒，則計數器清空，返回MCU並重新等待。當有過流或漏電故障信號時，微處理器U2會將這種信號進行放大處理，發出高電平給驅動電路7，進而使脫扣裝置3動作，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和三極體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起一個消除比較器誤動作的作用；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並聯，C8起著抗幹擾的作用，R12是信號負載，將感應電流轉化為電壓以供採樣，R12的大小決定著數據採樣的靈敏度，R13則是2腳輸入的保護電阻；2腳接去耦電容C10、4腳與5腳接去耦電容C11後接入3腳並接地；6腳和7腳間接入吸噪電容C9；零序電流檢測互感器L2檢測通過它的導線如無漏電現象，則U3的7腳就輸出一個低電平給R11(如有漏電，則U3的7腳就輸出一個高電平給R11)；經V3倒相放大後送到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腳一個高電平，C13是一個交流去耦電容，用來吸收幹擾信號。
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；信號負載電阻R16並聯在電弧檢測互感器L3的兩端，電弧檢測互感器L3的一端接限流電阻R23後，經過信號放大三極體V3被送入控制電路板1中的微處理器U2的6腳；該端還連接並聯後的電阻R15、電容C14與穩壓器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的另一端接於電阻R17、電阻R18的連接點；電阻R18和電容C15並聯後一端接地，另一端與電阻R17串聯後和穩壓器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象產生，如有則產生一個電流信號；C14起到信號耦合的作用，C15起高頻耦合的作用；R16是信號負載，將感應電流轉化為電壓以供採樣；穩壓器VD3起過壓保護作用。電阻R17、R18提供一個分壓，讓電弧檢測互感器L3浮在分壓點上(由於比較電平在1.2V左右，信號大小沒有規則，分壓不能太高，高了會導致電路誤動作，低了會影響靈敏度。)。信號電壓疊加分壓點電壓後經過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；或者當電壓信號過高時，通過VD3的公共端3腳和陰極2腳向電源正端瀉放電流，來達到信號電平鉗制的作用。當電流過大到一定程度，R23和R11的分壓使V3導通，U2的6腳出現一個一定周期的低電平，U2迫使V1驅動脫扣。這裡VD3的接法有多種，這裡的接法和一般並連正反接二極體不同，它可以保證去除了沒有用的反極性信號，但是保證了有用信號的最大限制(電源電壓+0.7V)，使信號在允許範圍內沒有衰減或者變形。
測試電路由R19、R20和測試開關SW1組成。整流橋經開關SW1接R19、R20接入三極體V3的基極再與U2的6腳相連。當測試開關SW1被按下，電路接通，三極體V3的基極得到一個信號，向U2的6腳傳送一個低電平，U2的5腳就輸出一個高電平給可控矽V1的柵極，可控矽V1的陽極和陰極馬上導通，在迴路上產生一個大電流，導致脫扣線圈L1脫扣，電源全部切斷。
權利要求1.一種電弧及漏電保護器，包括控制電路板(1)、與控制電路板(1)的信號輸入端相連的故障檢測電路(2)、與控制電路板(1)的信號輸出端相連的脫扣裝置(3)，其特徵在於所述的故障檢測電路(2)包括電弧檢測互感器(L3)、信號負載電阻(R16)、限流電阻(R23)、信號耦合電容(C14)、信號放大三極體(V3)、電阻(R15)、(R17)、(R18)、電容(C15)、穩壓器(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；信號負載電阻(R16)並聯在電弧檢測互感器(L3)的兩端，電弧檢測互感器(L3)的一端接限流電阻(R23)，再接信號放大三極體(V3)後，接入控制電路板(1)；該端還連接並聯後的電阻(R15)、電容(C14)再與穩壓器(VD3)的公共端一起接入控制電路板(1)；電弧檢測互感器(L3)的另一端接於電阻(R17)、電阻(R18)的連接點；電阻(R18)和電容(C15)並聯後，一端接地，另一端與電阻(R17)串聯後再與穩壓器(VD3)的陰極一起接入控制電路板(1)；穩壓器(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、輸出雙線迴路中的；零序電流檢測互感器(L2)的信號輸出端，接入控制電路板(1)信號輸入端。
2.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的控制電路板(1)包括電源電路(4)、信號放大電路(5)、信號分析處理電路(6)和驅動電路(7)；故障信號接入信號放大電路(5)、信號分析處理電路(6)和驅動電路(7)，輸出信號接入脫扣裝置(3)。
3.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的脫扣裝置(3)包括一對動觸點(S11，S21)、一對靜觸點(S12，S22)和脫扣組件，其靜觸點(S12，S22)與交流電源的輸入線相連，動觸點(S11，S21)與脫扣組件中的脫扣線圈(L1)、交流電源的輸出線相連，脫扣組件通過驅動電路(7)後與信號分析處理電路(6)中的微處理器相連。
4.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的脫扣裝置(3)是需要人工強制復位的脫扣機構。
5.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的微處理器是帶比較器MCU的P89LPCL901晶片。
6.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的電弧檢測互感器(L3)、零序電流檢測互感器(L2)中的傳感器磁環是由導磁材料一鐵矽鋁材料製作的。
7.如權利要求1所述的電弧及漏電保護器，其特徵在於所述的電源電路(4)包括一個整流橋電路和一個經整流橋整流後再經431電壓基準模塊(U1)和高耐壓三極體(V2)電流放大後的高耐壓線性電源電路。
專利摘要本實用新型公開了一種電弧及漏電保護器，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)、放大三極體(V3)、電阻(R15)、(R16)、(R17)、(R18)、(R23)電容(C14)、(C15)、穩壓器(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，接入控制電路板(1)分析處理並發出特定的信號，驅動脫扣裝置(3)切斷電源。本實用新型的優點集電弧、漏電故障、短路和過流故障檢測於一身，能在正常供電時自動檢測故障，並在極短的時間內自動切斷電源，有效地解決電弧、漏電故障引起火災的問題，起到保護線路的作用。
文檔編號H02H3/32GK2762332SQ200420090729
公開日2006年3月1日 申請日期2004年9月30日 優先權日2004年9月30日
發明者黃海春 申請人:寧波習羽電子發展有限公司