自複式漏電保護器的製作方法

2023-09-24 12:07:40 5

專利名稱：自複式漏電保護器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於用電保護裝置，尤其是指自複式漏電保護器。
用電安全十分重要。隨著人們對用電安全意識的提高，漏電保護器的用量越來越大，且對漏電保護器功能的要求也越來越高。如「過載短路過壓漏電保護開關」(ZL94214859)具有過載、短路、過壓、漏電保護功能，「一種綜合漏電保護器」(ZL95225441)具有漏電、過載、短路、過壓、欠壓、瞬時斷電保護功能，等等。實際上，在開機送電或重合閘時，緩變漏電信號有時成為突變漏電信號，使保護器發生誤動作，具有防止該類現象發生功能的漏電保護器是有實際應用意義的。
本實用新型的任務在於提供一種自複式漏電保護器，它不但具有漏電、過壓、欠壓、過流等保護功能，而且能防止開機送電或重合閘時緩變漏電信號成為突變漏電信號使保護器發生誤動作，並能自動重合送電。
以下結合附圖對本實用新型的解決方案及其產生的有益效果作一描述。


圖1是本實用新型的電氣原理圖。
圖2是本實用新型的工作原理方框圖。
如圖1所示，一種自複式漏電保護器，包括零序電流互感器TA↓和繼電器J↓，具有電源電路、信號輸入及檢波放大電路、信號濾波電路、運放比較器電壓形成電路、緩變漏電比較器電路、正負脈衝比較器及其附屬電路、過壓欠壓保護電路、過流保護電路、執行電路和實驗電路，其特徵在於(1)電源電路主要由電阻R26↓、電容C1↓、C2↓、C4↓、二極體D1↓～D4↓、穩壓管Z1↓和Z2↓構成，電源接電容C1↓、電阻R26↓至由二極體D1↓～D4↓組成的橋式整流器，再由電容C2↓和C4↓濾波後分別由穩壓管Z1↓和Z2↓分壓供各電路使用。
降壓電容C1↓將220V電壓通過自身對交流電的容抗，將電壓降為27V左右，經橋式整流、再由電容C2↓和C4↓濾波後分別由穩壓管Z1↓和Z2↓分壓成+12V、-12V供各單元電路使用。
(2)信號輸入及檢波放大電路主要由取樣電路和運放器IC1↓構成，電流互感器TA↓與電容C3↓、電阻R1↓並聯後接電阻R2↓組成取樣電路，二極體D5↓和D6↓反相併接在運放器IC1↓的輸入端，電阻R2↓再至運放器IC1↓反相輸入端5腳，電阻R4↓跨接在運放器IC1↓反相輸入端5腳和輸出端7腳接二極體D8↓之間，二極體D7↓在運放器IC1↓反相輸入端5腳和輸出端7腳之間。
電容C3↓、電阻R1↓、R2↓起抗幹擾和衰減作用，二極體D5↓、D6↓反相併接在運放器IC1↓輸入端。其作用是限制輸入信號的幅值在0.7以內，防止高幅值信號損壞運放器IC1↓。電阻R4↓為反饋電阻，是為了消除運放器IC1↓輸入基流不平衡引起的失調而設置。當零序電流互感器TA↓有漏電信號時，運放器IC1↓成為比例器，運放器IC1↓5腳輸入負半周漏電信號時，7腳輸出為高電位，這時二極體D7↓截止而二極體D8↓導通，經電阻R4↓反饋到5腳，處於閉環工作，其閉環增益K＝-(R4/R2)，也就是說輸出電壓是輸入電壓的-(R4/R2)倍。但當運放器IC1↓5腳輸入正半周漏電信號時，7腳輸出為低電位，此時二極體D8↓截止而D7↓導通，運放器IC1↓增益小於1，輸出為電位。總之，該運放器IC1↓只對負半周信號進行放大，輸出的電壓幅值是輸入的K倍，波形是正值脈動波。
(3)信號濾波電路主要由電阻R6↓和R7↓、電容C5↓和C6↓組成，電阻R6↓和R7↓並接電容C5↓和C6↓構成∏形濾波電路。
運放器IC1↓輸出信號是正值脈動波，經∏形濾波電路後變成平滑的直流信號。該直流信號是隨運放器IC1↓輸入的漏電信號的大小而變化，因而直接反映了漏電情況。把交流漏電信號變換成直流信號的原因是本實用新型需要區分突變漏電和緩變漏電，只有直流信號才能用微分電路來加以區分變化率大小。
(4)運放比較器基準電壓形成電路主要有電阻R9↓～R14↓、緩變漏電比較器IC2↓、正脈衝比較器IC7↓、突變漏電比較器即負脈衝比較器IC8↓組成，整流器正輸出端接電阻R9↓和R10↓分壓至緩變漏電比較器IC2↓反相輸入端2腳、接電阻R13↓和R14↓分壓至突變漏電比較器IC8↓同相輸入端10腳、接電阻R11↓和R12分壓至正脈衝比較器IC7↓反相輸入端6腳。
由穩電源輸出±12V電壓，其中+12V由電阻R9↓和R10↓供緩變漏電比較器IC2↓作其基準電壓，由電阻R13↓和R14↓分壓供突變漏電比較器IC8↓負脈衝作基準電壓，由電阻R11↓和R12↓分壓供正脈衝比較器IC7↓作基準電壓。各基準電壓的大小將決定設定值(動作值)的大小。緩變漏電比較器IC2↓基準電壓接反相輸入端。基準電壓值的選定原則是使比較器緩變漏電值控制在150mA左右。正脈衝比較器IC7↓基準電壓接反相輸入端，選定原則是控制在15mA左右。負脈衝比較器即突變漏電比較器IC8↓基準電壓接同相輸入端，選定原則是控制在-15mA左右。
(5)緩變漏電比較器電路主要由電阻R8↓、二極體D14↓、D16↓、D23↓、發光二極體L3↓構成，緩變漏電比較器IC2↓的輸入同相端3腳接電阻R8↓、輸出端1腳接二極體D16↓和D23↓，二極體D16↓和發光二極體L3↓之間接二極體D14↓。
當緩變漏電信號較小時，緩變漏電比較器IC2↓同相端3腳輸入信號低於反相端2腳(基準電壓)時，輸出端1腳為低電位；當漏電信號大於基準電壓時，則變成高電位，此時二極體D23↓導通，經電阻R8↓反饋到同相輸入端3腳，使IC2↓自鎖，同時發光二極體L3↓亮(漏電指示)，並通過二極體D12↓向執行電路送出跳閘指令，使執行電路動作切斷輸出主迴路電源，達到保護目的。因緩變漏電比較器IC2↓已自鎖，所以切斷主迴路電源後，漏電信號雖已失去，但IC2↓仍輸出高電位，以保證當線路漏電流大於150mA時永久跳閘，線路故障排除後如需送電，可扳下電源開關，關閉電源20s～30s後再開機，此時自鎖解除，可送電。
(6)正負脈衝比較器及其附屬電路主要由正脈衝比較器IC7↓、負脈衝比較器IC8↓、電容C9↓～C11↓、電阻R11↓～R15↓、R24↓、R29↓、二極體D12↓～D15↓、三極體V1↓構成，三極體V1↓、電容C9↓、C11、電阻R21↓、R22↓、R23↓組成防開機送電跳閘電路，電容C9↓經電阻R21↓接三極體V1↓的基極，三極體V1↓基極接電阻R22↓、R23↓、集電極接電容C11↓；電容C10↓和電阻R24↓組成微分電路；正脈衝比較器IC7↓、負脈衝比較器IC8↓、二極體D8↓、D12↓、D13↓、電阻R29↓組成正負脈衝比較器電路，正脈衝比較器IC7↓反相輸入端6腳接電阻R11↓和R12↓、同相輸入端5腳與負脈衝比較器IC8↓反相輸入端9腳相連接於微分電路輸出端，負脈衝比較器IC8↓同相輸入端10腳接電阻R13↓、R14↓，正脈衝比較器IC7↓輸出端7腳接二極體D17↓和負脈衝比較器IC8↓輸出端8腳接二極體D15↓後相連至執行電路、同時經二極體D12↓、D13↓和電阻R29↓組成的自鎖電路。
微分電路的作用是區分緩變漏電和突變漏電，對緩變漏電信號電容C10↓起隔直作用。微分電路無輸出，對突變漏電信號電容C10↓進行充放電，如信號為上升值，微分電路輸出正脈衝，下降值則為負脈衝。若脈衝大於0.7V使正負脈衝比較器觸發，輸出高電位，則向招待單元發出跳閘指令。
線路中都有一定的漏電流存在。在開機時，此電流以突變脈衝形式送入正負脈衝比較器，往往會造成保護器跳閘，送不上電。設置防開機送電跳閘電路後，開機送時，電容C10↓開始充電，電阻R22↓上的壓降加於三極體V1↓基極，V1↓飽和導通，微分電路送來的突變漏電信號被短路掉，從而避免了跳閘。正常運行後，電容C9↓經一段時間充足電，則電阻R22↓上的壓降消失，V1↓導通變為截止，使脈衝信號通道恢復。
自鎖電路作用等同於一個緩變脈衝比較器。
(7)過欠壓保護電路，主要由電阻R44↓、穩壓管Z4↓、欠壓比較器IC5↓、過壓比較器IC6↓、過流比較器IC3↓、發光二極體L6↓、L5↓組成，電阻R44↓和穩壓管Z4↓之間分別至欠壓比較器IC5↓同相輸入端12腳、過壓比較器IC6↓反相輸入端2腳和過流比較器IC3↓反相輸入端9腳，欠壓比較器IC5↓、電阻R31↓、R33↓、電容C31↓、電位器RP32↓組成欠壓保護電路，RP32↓一端連接整流器輸出端進行電壓取樣，電位器RP32↓經電阻R33↓至欠壓比較器IC5↓反相輸入端13腳，過壓比較器IC6↓、電阻R35↓、R36↓、電容C33↓、電位器RP34↓組成過壓保護電路，RP34↓一端連接整流器輸出端進行電壓取樣，電位器RP34↓經電阻R36↓至過壓比較器IC6↓正相輸入端3腳。
電壓取樣送至IC5↓的13腳反相端與12腳基準電壓進行比較，當電壓低於12腳時，輸出端14腳即輸出高電位，經發光二極體L6↓(作為欠壓跳閘指示)和二極體D18↓送至執行電路。
過壓保護電路工作原理與欠壓保護電路基本相同。
(8)過流保護電路主要由電流互感器TB↓、二極體D41↓、電位器RP41↓、電容C41↓組成，電流互感器TB↓至二極體D41↓，二極體D41↓與過流比較器IC3↓正相輸入端10腳之間接電容C41↓。
線路的負載電流經電流互感器TB↓檢測出相應的交流電壓經D41↓的整流、電位器RP41↓的衰減送至IC3↓的同相端10腳，當10腳電位高於9腳(基準電壓)時，輸出端8腳即輸出高電位，經發光二極體L4↓(作過流跳閘指示)和二極體D18↓送至執行電路。電容C41↓作用是抗幹擾和濾波。
(9)執行電路主要由三極體V2↓、V3↓、穩壓管Z3↓、二極體D9、電容C7↓、C8↓、電阻R15↓、R19↓、光耦合器M↓、繼電器J↓組成，包括由二極體D10↓、電容C7↓、電阻R16↓～R18↓組成的重合閘電路。
無跳閘指令時，三極體V2↓截止而V3↓導通，光耦合器M↓1和2腳有電流通過，使4和6腳導通，繼電器J↓線圈得電吸合，使常開觸點閉合，線路有電壓輸出。當有跳閘指令時，則高電位擊穿穩壓管Z3↓，經電阻R15↓，供給V2↓基極，使V2↓導通，V3↓因無基流而變成截止，造成M↓1、2腳沒有電流通過，使4、6腳截止，繼電器J↓線圈失電，常開觸頭分離，使線路斷電，同時運行指示燈因失電而熄滅。
保護器正常運行時，C7↓因D10↓導通而不充電。當跳閘時，V3↓截止，其集電極升至高電位使D10↓截止，正電源經R16↓給C7↓充電，通過R17↓，V2↓發射極形成充電電流，使V2↓維持跳閘狀態，一般延遲20s～40s，C7↓充電結束後V2↓截止，V3↓導通重合送電。
(10)試驗電路主要由試驗按鈕LA↓和電阻R27↓組成，試驗按鈕LA↓一端經電阻R27↓接到零序電流互感器TA↓上端的相線上、另一端接其下端零線上。
當按下接通試驗按鈕LA↓時，模擬的就是接地漏電試驗。模擬電流選在40mA左右，可檢驗整個保護系統是否正常工作。
綜上所述，如圖2所示本實用新型當用電線路發生突變或緩變漏電流時，零序互感器TA↓將感應出交流信號—取樣，經運算放大器檢波放大，再經濾波後成為平滑直流電壓—信號檢波放大，一路送至緩變漏電比較器與基準電壓進行比較，當信號幅值大於基準電壓時，比較器輸出高電位，發出跳閘指令給執行單元電路(執行K)，另一路由微分電路根據信號的變化率大小不同，阻斷緩變漏電信號，而對突變漏電信號(包括觸電引起的)輸出脈衝，使脈衝比較器觸發輸出高電位，推動執行單元電路的二極體V2↓由截止變為導通，V3↓由導通變為截止，繼電器因線圈失電而斷開，其常開觸點斷開，切斷了線路的供電，即經過突變緩變漏電區分—脈衝比較—執行單元K，起到漏電保護作用。並設置防送電誤動作電路—脈衝比較—執行K，重合閘電路—執行K，過流保護電路—執行K，過壓欠壓保護電路—執行K，使保護器還具有過壓、欠壓、過流保護功能，並能防止開機送電或重合閘時緩變漏電信號成為突變漏電信號使保護器發生誤動作，且能自動重合送電。
權利要求1.一種自複式漏電保護器，包括零序電流互感器TA↓和繼電器J↓，具有電源電路、信號輸入及檢波放大電路、信號濾波電路、運放比較器電壓形成電路、緩變漏電比較器電路、正負脈衝比較器及其附屬電路、過壓欠壓保護電路、過流保護電路、執行電路和實驗電路，其特徵在於(1)電源電路主要由電阻R26↓、電容C1↓、C2↓、C4↓、二極體D1↓～D4↓、穩壓管Z1↓和Z2↓構成，電源接電容C1↓、電阻R26↓至由二極體D1↓～D4↓組成的橋式整流器，再由電容C2↓和C4↓濾波後分別由穩壓管Z1↓和Z2↓分壓供各電路使用；(2)信號輸入及檢波放大電路主要由取樣電路和運放器IC1↓構成，電流互感器TA↓與電容C3↓、電阻R1↓並聯後接電阻R2↓組成取樣電路，二極體D5↓和D6↓反相併接在運放器IC1↓的輸入端，電阻R2↓再至運放器IC1↓反相輸入端5腳，電阻R4↓跨接在運放器IC1↓反相輸入端5腳和輸出端7腳接二極體D8↓之間，二極體D7↓在運放器IC1↓反相輸入端5腳和輸出端7腳之間；(3)信號濾波電路主要由電阻R6↓和R7↓、電容C5↓和C6↓組成，電阻R6↓和R7↓並接電容C5↓和C6↓構成∏形濾波電路；(4)運放比較器基準電壓形成電路主要有電阻R9↓～R14↓、緩變漏電比較器IC2↓、正脈衝比較器IC7↓、突變漏電比較器即負脈衝比較器IC8↓組成，整流器正輸出端接電阻R9↓和R10↓分壓至緩變漏電比較器IC2↓反相輸入端2腳、接電阻R13↓和R14↓分壓至突變漏電比較器IC8↓同相輸入端10腳、接電阻R11↓和R12分壓至正脈衝比較器IC7↓反相輸入端6腳；(5)緩變漏電比較器電路主要由電阻R8↓、二極體D14↓、D16↓、D23↓、發光二極體L3↓構成，緩變漏電比較器IC2↓的輸入同相端3腳接電阻R8↓、輸出端1腳接二極體D16↓和D23↓，二極體D16↓和發光二極體L3↓之間接二極體D14↓；(6)正負脈衝比較器及其附屬電路主要由正脈衝比較器IC7↓、負脈衝比較器IC8↓、電容C9↓～C11↓、電阻R11↓～R15↓、R24↓、R29↓、二極體D12↓～D15↓、三極體V1↓構成，三極體V1↓、電容C9↓、C11、電阻R21↓、R22↓、R23↓組成防開機送電跳閘電路，電容C9↓經電阻R21↓接三極體V1↓的基極，三極體V1↓基極接電阻R22↓、R23↓、集電極接電容C11↓；電容C10↓和電阻R24↓組成微分電路；正脈衝比較器IC7↓、負脈衝比較器IC8↓、二極體D8↓、D12↓、D13↓、電阻R29↓組成正負脈衝比較器電路，正脈衝比較器IC7↓反相輸入端6腳接電阻R11↓和R12↓、同相輸入端5腳與負脈衝比較器IC8↓反相輸入端9腳相連接於微分電路輸出端，負脈衝比較器IC8↓同相輸入端10腳接電阻R13↓、R14↓，正脈衝比較器IC7↓輸出端7腳接二極體D17↓和負脈衝比較器IC8↓輸出端8腳接二極體D15↓後相連至執行電路、同時經二極體D12↓、D13↓和電阻R29↓組成的自鎖電路；(7)過欠壓保護電路，主要由電阻R44↓、穩壓管Z4↓、欠壓比較器IC5↓、過壓比較器IC6↓、過流比較器IC3↓、發光二極體L6↓、L5↓組成，電阻R44↓和穩壓管Z4↓之間分別至欠壓比較器IC5↓同相輸入端12腳、過壓比較器IC6↓反相輸入端2腳和過流比較器IC3↓反相輸入端9腳，欠壓比較器IC5↓、電阻R31↓、R33↓、電容C31↓、電位器RP32↓組成欠壓保護電路，RP32↓一端連接整流器輸出端進行電壓取樣，電位器RP32↓經電阻R33↓至欠壓比較器IC5↓反相輸入端13腳，過壓比較器IC6↓、電阻R35↓、R36↓、電容C33↓、電位器RP34↓組成過壓保護電路，，RP34↓一端連接整流器輸出端進行電壓取樣，電位器RP34↓經電阻R36↓至過壓比較器IC6↓正相輸入端3腳；(8)過流保護電路主要由電流互感器TB↓、二極體D41↓、電位器RP41↓、電容C41↓組成，電流互感器TB↓至二極體D41↓，二極體D41↓與過流比較器IC3↓正相輸入端10腳之間接電容C41↓；(9)執行電路主要由三極體V2↓、V3↓、穩壓管Z3↓、二極體D9、電容C7↓、C8↓、電阻R15↓、R19↓、光耦合器M↓、繼電器J↓組成，包括由二極體D10↓、電容C7↓、電阻R16↓～R18↓組成的重合閘電路；(10)試驗電路主要由試驗按鈕LA↓和電阻R27↓組成，試驗按鈕LA↓一端經電阻R27↓接到零序電流互感器TA↓上端的相線上、另一端接其下端零線上。
專利摘要一種自複式漏電保護器,包括零序電流互感器TA↓和繼電器J↓,具有電源電路、信號輸入及檢波放大電路、信號濾波電路、運放比較器電壓形成電路、緩變漏電比較器電路、正負脈衝比較器及其附屬電路、過壓欠壓保護電路、過流保護電路、執行電路和實驗電路,它不但具有漏電、過壓、欠壓、過流等保護功能,而且能防止開機送電或重合閘時緩變漏電信號成為突變漏電信號使保護器發生誤動作,並能自動重合送電。
文檔編號H02H3/08GK2468201SQ00262809
公開日2001年12月26日 申請日期2000年11月20日 優先權日2000年11月20日
發明者林李傑, 林李東, 林李忠 申請人:林李傑