CN2132320Y - 简单线路快速断电单相漏电开关 - Google Patents

Abstract

一种简单线路快速断电单相漏电开关，靠三端双 向晶闸管，以无触点的方式控制输出电压的通断，由 壳体、漏电触电采样电路，过电流与过电压采样电路， 电容降压整流电路，晶闸管触发信号控制电路与晶闸 管开关等组成。在晶闸管触发信号控制电路中采用 了触发特性灵敏的单向晶闸管，使电路简单可靠，具 有漏电触电保护，过电流过电压保护功能，可在0.02 秒内快速关断、切断触电漏电线路与电器的电源。

Description

本实用新型属于用电线路与用电器的保安装置，特别适用于单相线路及其用电器的漏电、触电保安。

在本实用新型以前，国内生产的单相漏电开关，全部采用机械式脱扣器，靠金属触点的合闭来控制输出电压的通断，从国外进口的漏电开关也是如此，金属触点的漏电开关通断时间为0.1秒，可通过50Hz交流电5个周波，所以动作时要使触电者忍受5个周波的电击，有的金属触点因金属片弹力差而不能分断，致使触电者遭受电击后不能立即脱离电源，痛苦难忍，伤亡事故时有发生，所以人们希望有保护动作速度更快，更安全，保安性能更好的单相漏电开关问世。

本实用新型的目的在于克服上述漏电开关的不足之处，提供一种无主触点的单相漏电开关，不采用机械式脱扣器，改机械式触点分为断电子式无触点分断，将动作时间缩短为0.02秒，简化线路，进一步提高单相漏电开关的保安性能。

本实用新型是这样实现的：由壳体和电路组成的单相漏电开关，电路没有采用机械式脱扣器，而是采用三端双向晶闸管（即双向可控硅），以无触点的方式控制输出电压的通断，整个电路安装于壳体内，整个电路由漏电触电采样电路、过电流过电压采样电路、电容降压整流电路、晶闸管触发信号控制电路和晶闸管开关等几部分组成，其漏电触电采样电路由零序电流互感器TA1、电容器C3、可变电阻VR1等组成，电容降压整流电路由电容C1、C2，电阻R1和整流二极管VD1、VD2等组成，晶闸管触发信号控制电路由单向晶闸管VS2、VS3、二极管VD3－VD6等组成，晶闸管开关由三端双向晶闸管VS1组成，壳体上设有电源进出线接线桩，接线桩附近设有“相线”和“零线”标记，壳体上还设有复位开关，试验按钮开关，工作状态指示器和铭牌，整个漏电开关各组成部分之间的连接使得当无人触电及漏电触电电流小于漏电开关动作电流值时，漏电开关内的三端双向晶闸管VS1是导通的，漏电开关正常向负载供电，当触电或漏电电流达到或超过漏电开关动作电流值时，三端双向晶闸管VS1在0.02秒内快速关断，停止向负载供电，漏电开关输出接线桩以下部位处于安全的无电状态，故障消除后，按动复位按钮开关，即可恢复正常供电。

结合部件或线路的特点进一步说明：一、控制电路通断的三端双向晶闸管必须接在漏电开关的相线导线上，其阴极直接或者通过过电流采样电阻与漏电开关相线进线接线桩相连，其阳极通过漏电开关内的相导线在零序电流互感器铁芯上绕若干匝，然后再与相线出线接线桩相连。二、晶闸管触发信号控制电路采用电容降压整流电路供电，电容降压整流电路的两个输入端直接接在漏电开关内的相线与零线导线上，其中接有降压电容的一个输入端接在零线导线上，另一个输入端接在三端双向晶闸管的阴极与漏电开关的相线进线接线桩之间，降压电容上并接了泄放电阻R1。三、三端双向晶闸管的触发电流取自晶闸管触发信号控制电路，晶闸管触发信号控制电路的核心是单向晶闸管，三端双向晶闸管的触发极通过二极管VD5、VD4与单向晶闸管的阳极相连，当漏电开关正常向负载供电时，单向晶闸管处于关断状态，其阳极与阴极间的电位差大，使三端双向晶闸管获得触发电流而处于导通状态，当漏电、触电、过电流或过电压达到动作值时，单向晶闸管由关断变为导通，其阳极与阴极间电位差变小，使三端双向晶闸管得不到触发电流而关断。四、晶闸管触发信号控制电路部分采用了触发特性灵敏的单向晶闸管，触发电流小于1mA，单向晶闸管的工作状态可直接受漏电触电采样电路的控制，即发生漏电触电时，由零序电流互感器产生的感应电流直接输入到单向晶闸管的触发极，触发单向晶闸管。五、晶闸管触发信号控制电路中的单向晶闸管阳极侧或阴极侧串接了复位按钮开关S1，该开关的触点平时处于闭合状态（即常闭触点按钮开关），当漏电开关保护动作之后需要重新向负载供电时，按动复位按钮开关，就会使单向晶闸管关断，使三端双向晶闸管导通，漏电开关恢复向负载供电。六、采样电路的过电流信号由电流互感器TA2提取，也可以由采样电阻R6提取，过电压保护功能可视需要取舍。七、该单相漏电开关的壳体，可以是单独的壳体，也可以是与基它电器同装于一壳的壳体，其它电器是指电源插座、电风扇、洗衣机、电冰箱、仪器仪表及各种电控设备等。

本实用新型达到了预期的设计目的，由于采用了三端双向晶闸管以无触点的方工控制输出电压的通断，当漏电触电电流达到保护动作值时三端双向晶闸管可在0.02秒内快速关断，切断触电漏电线路与用电器的电源，从而提高了单相漏电开关的保安系数，由于采用了触发特性灵敏的单向晶闸管，简化了线路，有利于降低成本，便于组织生产。

以下结合附图进一步描述。

附图1是无主触点的单相漏电开关原理框图。

附图2是由电流互感器担任过电流保护采样的无主触点的单相漏电开关电路原理图。

附图3是由电阻担任过电流保护采样的无主触点的单相漏电开关电路原理图。

附图4是无主触点的单相漏电开关外壳示意图。

图中：

VS1：三端双向晶闸管。VS2、VS3：单向晶闸管。VD1－VD6、VD8：整流二极管。VD7：发光二极管。C1－C4：电容器。VR1、VR2：可变电阻器。TA1：零序电流互感器。TA2：电流互感器。R5：压敏电阻。R1－R4：电阻。R6：线绕电阻。S1：常闭触点按钮开关，用作复位开关。S2：常开触点按钮开关，用作实验按钮开关（TesT）。1、壳体，2、电源进线接线桩，3、出线（输出）接线桩，4、复位开关，5、试验按钮开关，6、工作状态指示器（发光二极管），7、铭牌。

如图2所示，VS1为三端双向晶闸管，由它构成晶闸管开关电路，取代现有漏电开关中的机械式脱扣器，VS1必须按照图2所示方法连接，即：三端双向晶闸管必须接在漏电开关内的相线连线上，其阴极必须接在靠近电源相线进线接线桩的一侧，（当采用电阻器担任过电流采样时，晶闸管阴极通过过电流采样电阻与电源相线进线接线桩一侧相连，后面将叙述过电流采样问题），而其阳极则通过漏电开关内的相线导线在零序互感器（漏电，触电采样元件）的铁芯上绕若干匝后连在漏电开关的相线出线接线桩上。不能将晶闸管的阳极接在靠近电源进线接线桩的那一侧。

漏电触电采样电路由零序电流互感器TA1、电容器C3和可变电阻VR1等组成。零序电流互感器所用的铁芯是环形的，其材质可以是硅钢片、铁淦氧或非晶态材料，环形铁芯上绕线圈，初级绕组为相线与零线双线并绕1至若干匝，次级绕组为几百匝至一千余匝。当无漏电触电时，相线与零线中的交流电流大小相等，方向相反，零序互感器铁芯所感生的磁通矢量和为零，次级绕组无感应电流产生。当用电线路发生漏电或有人触电时，漏触电电流由相线发生故障部位经漏、触电途径入地，此电流要经相线从零序互感器中流过，由于它经地而去，不再经漏电开关的零线流回，致使漏电开关相线导线和零线导线中的电流不等，相线电流大于零线电流，使零序互感器铁芯中感生的磁通量不再为零，从而在次级绕组上感应出电流。此电流作为晶闸管触发信号控制电路的输入信号，靠它来控制晶闸管触发信号控制电路的工作状态，进而影响三端双向晶闸管的通断。

晶闸管的触发信号控制电路由单向晶闸管VS2、VS3和二极管VD3－VD6等组成，采用了触发特性灵敏的单向晶闸管，如P0102（1A，400V）、2N6565（0.8A、400V）和2P4M（2A、400V）等，由于它们所需的触发电流小，一般在1mA以下，与零序电流互感器产生的感应电流就足以能够将其触发，所以，电路结构比较简单。此电路工作电源是直流电，由C1、R1、VD1、VD2和C2等组成的电容降压整流电路供电。

电容降压整流电路的供电电源直接取自漏电开关内的相线与零线导线，电容器C1起降压和限流作用，VD1和VD2进行整流，C2滤波，产生直流电压，向晶闸管触发信号控制电路供电。由图可见，降压电容C1两个引线中，一根引线与整流二极管VD1和VD2相连，另一根引线接在漏电开关内220V交流电经过的零线导线上（即图2中的a点），这是电容降压整流电路的一个电源输入端，电容降压整流电路的另一个电源输入端是接在漏电开关内220V交流电经过的相线导线上的，连接点是三端双向晶闸管的阴极与电源进线相线接线桩之间（即图2中的C点），不能将连接点选择在三端双向晶闸管的阳极侧，否则电路会无法正常工作。只有照附图2所示的接法，才能保证晶闸管触发信号控制电路在漏电开关正常向负载供电与实施保护的状态下都能得到正常的直流供电，与降压电容器C1并连的电阻R1担负电荷泄效作用。当电网停止向漏电开关供电（如断电或人为切断电源）时，R1能给C1上储存的电荷提供泄放途经，可防止在恢复供电时因电容器上残存的电压与220V交流电迭加造成的电路元件损坏，可保障电路元件安全和电路的正常工作。

晶闸管触发信号控制电路的输入信号由漏电触电采样电路提供，信号由单向晶闸管VS2的触发极输入。电路中，VD3是VS2的触发极反向保护二极管，C3起抗干扰作用，VR1是保护点调整可变电阻。当无漏电触电情况时，漏电触电采样电路中的零序电流互感器没有感应电流产生，输出电压为零。单向晶闸管VS1得不到触发电压电流，处于关断状态。其阳极（d点）处于高电位，电容降压整流电路通过附图2中的b点→R2→d点（此时按钮开关S1触点是闭合的）→VD4→VD5→VS1触发极→C点的途径向三端双向晶闸管提供触发电流，VS1导通，220V交流电通过电网相线→漏电开关进线端的相线进线接线桩→VS1阴极→（VS1阳极→经相线导线穿过TA2→穿过TA1→漏电开关输出端相线接线桩→负载→漏电开关输出端零线接线桩→经漏电开关内零线导线穿回TA1→漏电开关进线零线接线桩→电网零线的途径形成回路，正常向负载供电。

在开机瞬间，只有VS1导通了，才会有电流从漏电开关内相线与零线导线中流过，所以，在VS1导通前，零序电流互感器不可能有感应电流输出，VS2在开机瞬间只能是关断的，从而保证了开机时VS1能可靠导通，因此，本装置只要一接通220V交流电源，就立即向负载供电，不需要手动启动。

当漏电开关输出端以下部位发生漏电或有人触电时，零序互感器次级绕组就会产生感应电流，亦会产生一定的电压，如果漏电轻，触电表电阻大，零序互感器次级产生的感应电流小，电压低，不足以触发VS2，VS2仍关断，VS1继续导通，漏电开关仍继续供电。如果漏电严重或触电者电阻小，触电电流大。漏触电电流达到或高于保护动作标准（国家有相应的标准规定），VS2就被触发导通，其阳极（d点）呈低电位，VD4、VD5不能导通，VS1得不到触发电流而关断，切断相线通路，漏电开关相线输出端以下部位均不带电，从而保障了人身和用电线路的安全。

切断相线通路后，漏电开关输出端以下部位的用电线路和负载无电，自然也就没有漏电与触电电流了。这样，零序互感器的次级烧组也就没有了感应电流，单向晶闸管VS2失去了触发信号，但是，由于VS2是直流供电，只要它一触发导通，不论触发信号是否继续存在，它都将一直导通下去。除非切断它的电流，它才能恢复关断状态。所以，当本漏电开关保护动作后，它能稳定可靠地维持保护状态，保证输出端无电。

如果排除了漏电故障或触电者已脱离触电部位，就可以恢复供电了。电路中VS2阳极串连的常闭触点按钮开关S1就起恢复供电作用，即复位开关。只要手按一下S1，常闭触点断开，流过VS2的电流被切断，VS2立即关断。此时，其阳极又呈高电位，这样，VS1又可得到触发电流而恢复导通，将相线通路接通，漏电开关恢复向负载供电。如果还有人触电或漏电，漏电开关就会又一次实施保护。

附图2中，R3与VD7、VD8等起工作状态指示作用。其中，R3起降压限流作用；VD7是发光二极管，当漏电开关正常供电时，VD7发光。保护动作后，输出电压为零，VD7熄灭。VD8给交流电负半周提供通路，起保护VD7的作用。

与普通漏电开关一样，本漏电开关也设有试验（Test）按钮，即附图2中的S2，当使用漏电开关时，每隔一定时间（如一个月），就要按动一下S2，使S2常开触点闭合，靠流过R4的模拟漏电电流检验漏电开关能否可靠动作。

本实用新型具有过电压保护与过电流保护功能，过电压采样电路由压敏电阻R5构成。R5是并联在试验按钮S2与R4上的。电网电压正常时，压敏电阻呈高阻状态，几乎没有电流流过，如果电网发生过电压，比如，电网电压因某种因素突然升高，或是误将零线接到三相电的另一相线上，使电路变为两相供电，压敏电阻的阻值就会立即减少，有电流从其上流过，形成模拟的漏电电流，至使零序互感器TA1次级绕组产生感应电流，使漏电开关动作，切断输出电压，保护漏电开关以下的线路和电器。

过电流采样电路由电流互感器TA2、电容器C4和可变电阻VR2等构成。TA2的初级绕组可以是相线或零线中的任何一根（附图2中采用的是相线或零线中的任何一根），可采用穿心式或只绕一匝。

当有电流流过互感器TA2的初级绕组时，其次级绕组就会产生感应电流。此电流供给与VS2并连的单向晶闸管VS3的触发极。平时，TA2次级提供的电流极小，不足以触发VS3，VS3处于关断状态，不影响VS2的工作，也不会对d点电压产生影响。如果漏电开关输出端以下部位发生过电流，TA2次级绕组产生的电流明显增大，在VR2上产生的压降也大，如果大到能够使VS3触发，VS3就由关断进入导通状态，将d点电位拉低，从而使VD4和VD5关断，中断向VS1提供的触发电流，使VS1由导通变为关断，实施过电流保护，VR2是调整过电流保护点用的可变电阻，阻值大时，保护动作值低，阻值小时，保护动作值高。

过电流采样元件既可以采用电流互感器，也可以采用电阻采样。用电阻采样的电路方案见附图3。在三端双向晶闸管的阴极与C点（即电容降压整流电路与相线导线的连接处）之间用一小阻值电阻丝R6进行连接，用此电阻作为过电流采样元件。正常用电时，电阻R6上压降很小，不会使VS3触发导通。当发生过电流时，此电阻上压降增大，从而使VS3触发导通，进而造成VS1关断，实施过电流保护。电路中，VD4和VD5也可以用一低压稳压管（如5.1伏以下）代替。

根据上述设计，发明人的一个实施例是制作了一种无主触点的单相漏电开关，其外型尺寸如附图4所示，壳体基本为长方体，长为90毫米，宽为70毫米，高为50毫米，壳体材质为绝缘性能良好的塑料，电路单独装于壳体内，在壳体上的一侧设有与220V电源相连接的进线接线桩，进线接线桩附近有“相线”与“零线”的标记，壳体另一侧设有与负载相连接的出线接线桩，也有“相线”与“零线”的标记，壳体表面装有试验按钮开关，复位接钮开关，工作状态指示器（发光二极管）和铭牌，壳体底面部位设有安装固定孔，供安装于墙壁和其它物体上用螺丝固定，这种无主触点的单相漏电开关线路简化，性能可靠，动作灵敏，可在0.02秒内快速关断，切断触电线路与电器的电源，由于体积小，便于安装，可广泛地应用于电源插座，电风扇，洗衣机，电冰箱等家用电器和仪器仪表，电控设备，保安效果良好。

Claims (8)

1、一种由壳体和电路组成的单相漏电开关，其特征是采用三端双向晶闸管，以无触点的方式控制输出电压的通断，整个电路安装于壳体内，整个电路包括由漏电触电采样电路、过电流过电压采样电路、电容降压整流电路、晶闸管触发信号控制电路和晶闸管开关等几部分组成，其漏电触电采样电路由零序电流互感器TA1、电容器C3、可变电阻VR1等组成，过电流采样电路由电流互感器TA2、电容器C4和可变电阻VR2等组成，电容降压整流电路由电容C1、C2，电阻R1和整流二极管VD1、VD2等组成，晶闸管触发信号控制电路由单向晶闸管VS2、VS3、二极管VD3-VD6等组成，晶闸管开关由三端双向晶闸管VS1组成，壳体上设有电源进出线接线桩，接线桩附近设有“相线”和“零线”标记，壳体上还设有复位开关，试验按钮开关，工作状态指示器和铭牌，整个漏电开关各组成部分之间的连接使得当无人触电及漏电电流小于漏电开关动作电流值时，漏电开关内的三端双向晶闸管VS1是导通的，漏电开关正常向负载供电，当触电或漏电电流达到或超过漏电开关动作电流值时，三端双向晶闸管VS1在0.02秒内快速关断，停止向负载供电，漏电开关输出接线桩以下部位处于安全的无电状态，故障消除后，按动复位按钮开关S1即可恢复正常供电。

2、根据权利要求1所述的单相漏电开关，其特征在于所说的控制电路通断用的三端双向晶闸管必须接在漏电开关的相线导线上，其阴极直接或者通过过电流采样电阻与漏电开关相线进线接线桩相连，其阳极通过漏电开关内的相线导线在零序电流互感器铁芯上绕若干匝，然后再与相线出线接线桩相连。

3、根据权利要求1所述的漏电开关，其特征在于所说的晶闸管触发信号控制电路采用电容降压整流电路供电，电容降压整流电路的两个输入端直接接在漏电开关内的相线与零线导线上，其中接有降压电容的一个输入端接在零线导线上，另一个输入端接在三端双向晶闸管的阴极与漏电开关的相线进线接线桩之间，降压电容上并接了泄放电阻R1。

4、根据权利要求1所述的单相漏电开关，其特征在于所说的三端双向晶闸管的触发电流取自晶闸管触发信号控制电路，晶闸管触发信号控制电路的核心是单向晶闸管，三端双向晶闸管的触发极通过二极管与单向晶闸管的阳极相连，当漏电开关正常向负载供电时，单向晶闸管处于关断状态，其阳极与阴极间的电位差大，使三端双向晶闸管获得触发电流而处于导通状态，当漏电、触电、过电流或过电压达到动作值时，单向晶闸管由关断变为导通，其阳极与阴极间电位差变小，使三端双向晶闸管得不到触发电流而关断。

5、根据权利要求1所述的单相漏电开关，其特征在于所说的晶闸管触发信号控制电路部分采用了触发特性灵敏的单向晶闸管，触发电流小于1mA，单向晶闸管的工作状态可直接受漏电触电采样电路的控制，即发生漏电触电时，由零序电流互感器产生的感应电流直接输入到单向晶闸管的触发极，触发单向晶闸管。

6、根据权利要求1或5中所述的单相漏电开关，其特征在于所述的晶闸管触发信号控制电路中的单向晶闸管阳极侧或阴极侧串接了复位按钮开关S1，该开关的触点平时处于闭合状态（即常闭触点按钮开关），当漏电开关保护动作之后需要重新向负载供电时，按动复位按钮开关，就会使单向晶闸管关断，使三端双向晶闸管导通，漏电开关恢复向负载供电。

7、根据权利要求1所述的单相漏电开关，其特征在于所说的过电流信号由电流互感器TA2提取，也可以由采样电阻R6提取。

8、根据权利要求1所述的单相漏电开关，其特征在于所说的壳体，可以是单独的壳体，也可以是与基它电器同装于一壳的壳体，其它电器是指电源插座、电风扇、洗衣机、电冰箱、仪器仪表及各种电控设备等。

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