一种漏电保护器瞬时电流测试方法及测试电路与流程

本发明涉及电力安全配备漏电保护器，属于低压电电器领域，特别涉及一种漏电保护器的瞬时电流测试方法及测试电路。

背景技术：

在传统的电力配电系统里，漏电保护器是防止人身触电事故的最有效配备，所以现在似乎每个用电的场所都装置漏电保护器。但是安装之后并不等于绝对安全或者永远安全，漏电保护器和其他电器一样，也有损坏的时候，或者因老化使其有安全保护功能的跳闸动作迟钝，所以如果不对它进行经常性的功能检查，一旦漏电保护器发生故障，就不能有效的实行其漏电跳闸保护动作，也就容易发生危险的触电事故。参见图1，现有的漏电保护器功能检查方法是模拟一个漏电电流，使之流经在漏电保护器输入端电源与输出端电源的电气旁路，此电流能使漏电保护器里头的零序互感器失衡，如果该电流达到额定跳闸电流量(一般为30mA)，漏电保护器就会跳闸。

根据国家劳动部1990年发布的《漏电保护器安全监察规定》第39条规定对在运行中的漏电保护器必须进行每个月至少检查一次，测试漏电保护器的好坏，硧保用电安全。

如图1所示，目前家用漏电保护器RCD有一个常开的测试按键7(这里称为测试按键)，串联一个电流限制电阻6，它们两端接入漏电保护器的输入电源1与输出电源5的接线端，一旦触发测试按键7，流经按键和电阻的30mA模拟漏电电流就会使漏电保护器里头火线与零线的电流差值增加30mA，其零序互感器4也就发生严重失衡，此失衡电气信号经过放大器3放大，其电流流进脱钩器2的电磁线圈产生强力磁场，磁场拉力使脱钩器松开载有电源的接触点，漏电保护器就因此跳闸。

现有的漏电保护器的任何一个测试按键一旦被按下，模拟漏电电流就会持续流动，直到测试按键被松开，模拟漏电电流的时间长度跟随测试按键被按下的时间长度，可从0.1至2秒不等，甚至更长，完全无法控制，所以它不能侦查漏电保护器的跳闸反应灵敏度。为了使漏电保护器能有效的驱动跳闸动作，模拟漏电电流值需要高过30mA，这使热功率消耗至少有6.6W，电路因此需要采用大型大功率的电阻器来预防烧毁，安装大型电阻器也需要较大空间。如图2所示，漏电保护器的第二测试按键一旦被按下，模拟漏电电流就会火线和零线之间持续流动，直到测试按键被松开，为了测试漏电保护器的操作稳定性，模拟漏电电流值需要增加到15mA左右，这使热功率消耗至少有3.3W，电路同样需要采用大型大功率的电阻器来预防烧毁，安装大型电阻器需要较大空间。

如图2所示的双测试电路也无法精确控制由第一和第二测试电路产生的漏电的时间长度，模拟漏电电流的时长完全由现场使用者手动按下测试按键的时间决定，可以长达数秒钟。所以按下第一测试电路无法让使用者知道他的漏电保护器能否在0.1秒或以内跳闸。也因为无法控制由第一和第二测试电路产生的漏电的时间长度，漏电保护器制造商只得选择大型高功率的电阻器来避免使用者测试漏电保护器时发生元件烧毁。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种釆用较小功率的电子元件所构成的漏电保护器瞬时电流测试电路及使用该测试电路的测试方法，其能够增加电路的可靠性和小型化，不仅测试漏电保护器的状态是否良好，还能测试其跳闸反应灵敏度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种漏电保护器瞬时电流测试方法，所述的测试方法采用连接于漏电保护器输入和输出端的测试电路，该测试电路包括整流单元、一个或者两个测试按键、产生模拟漏电电流的电流单元和自动截断模拟漏电电流的截流单元；当测试按键按下时，所述的电流单元产生一个模拟漏电电流，其电流值是由漏电保护器的输入电压和电流单元的限流电阻决定；所述的模拟漏电电流在持续0.1至0.2秒后被所述的截流单元自动截断；所述的整流单元将漏电保护器输入的交流电转化为直流电，其两个交流输入端分别接在漏电保护器的电源输入端和输出端；所述的测试按键连接在整流单元的直流输出端，当有两个测试按键时，两个测试按键之间为并联关系；所述的电流单元设有限流电阻，该限流电阻与测试按键串联。

上述漏电保护器瞬时电流测试方法中的测试电路，包括桥式整流器和第一测试电路，所述的桥式整流器的两个交流输入脚分别接在漏电保护器的电源输入端和输出端，其中一个脚接零线，另一个脚接火线；所述的第一测试电路包括第一测试按键、产生模拟漏电电流的第一电流单元和自动截断模拟漏电电流的截流单元，所述的第一测试按键的一端与所述的桥式整流器的正脚连接，另一端标记为M1端；所述的第一电流单元的输入端标记为N1端与所述的截流单元的输入端标记为K端连接，所述的第一电流单元的输出端与截流单元的输出端连接形成公共的输出端，标记为COM端，所述的M1端与所述的N1端连接，所述的COM端与所述的桥式整流器的负脚连接；当第一测试按键按下时，所述的第一电流单元产生大于或者等于30mA的模拟漏电电流，所述的模拟漏电电流在持续0.1至0.2秒后被所述的截流单元自动截断。

所述的第一电流单元包括第一电阻及第一三极管，所述的第一电阻的一端与所述的N1端连接，另一端与所述的第一三极管的集电极连接；所述的截流单元包括电容、稳压二极管和第二三极管，所述的电容一端标记为X端与所述的K端连接，另一端与所述的COM端连接；所述的稳压二极管的负极与所述的电容的X端连接，正极与所述的第二三极管的基极连接；所述的第二三极管的集电极与第一三极管的基极连接，并一起连接在所述的N1端，所述的第二三极管和第一三极管的射电极均与所述的COM端连接。

所述的N1端与所述的第一电阻之间连接有第一发光二极管。

所述的K端与电容的X端之间连接有第二电阻，所述的电容两端并联有第三电阻，所述的电容X端与稳压二极管的负极之间连接有第四电阻，所述的稳压二极管的正极与所述的COM之间连接有第五电阻，所述的第二三极管的集电极与所述的K端连接有第六电阻，所述的第二三极管的集电极与第一三极管的基极之间连接有第七电阻。电路中第四电阻和第七电阻起限制第二三极管Q2和第一三极管Q1的基极电流作用，第五电阻则稳定第二三极管Q2作用。

所述的漏电保护器瞬时电流测试电路还包括第二测试电路，所述的第二测试电路包括第二测试按键、产生模拟漏电电流的第二电流单元和自动截断模拟漏电电流的截流单元，所述的第二测试按键的一端与所述的桥式整流器的正脚连接，另一端标记为M2端，所述的第二测试电路的截流单元与所述的第一测试电路的截流单元共用；所述的第二电流单元的输入端与所述的M2端连接，输出端连接在所述的COM端，当第二测试按键按下时，所述的第二电流单元产生额定跳闸电流40％至49.9％的模拟漏电电流；所述的截流单元的K端与所述的M2端连接。

所述的第一电流单元包括第一电阻及第一三极管，所述的第一电阻的一端与所述的N1端连接，另一端与所述的第一三极管的集电极连接；所述的第二电流单元包括第八电阻和第一三极管，所述的第八电阻连接在所述的K端和所述的第一电阻的输入端之间，所述的截流单元包括电容、稳压二极管和第二三极管，所述的电容一端标记为X端与所述的K端连接，另一端与所述的COM端连接；所述的稳压二极管的负极与所述的电容的X端连接，正极与所述的第二三极管的基极连接；所述的第二三极管的集电极与第一三极管的基极连接，并一起连接在所述的K端，所述的第二三极管和第一三极管的射电极均与所述的COM端连接。

所述的M1端与所述的N1端之间连接有第一发光二极管，所述的M2端与所述的K端之间连接有第二发光二极管。

所述的K端与电容的X端之间连接有第二电阻，所述的电容两端并联有第三电阻，所述的电容X端与稳压二极管的负极之间连接有第四电阻，所述的稳压二极管的正极与所述的COM之间连接有第五电阻，所述的第二三极管的集电极与所述的K端连接有第六电阻，所述的第二三极管的集电极与第一三极管的基极之间连接有第七电阻。电路中第四电阻和第七电阻起限制第二三极管Q2和第一三极管Q1的基极电流作用，第五电阻则稳定第二三极管Q2作用。

所述的第一三极管使用晶闸管替换。

所述的第一电流单元包括第一电阻及第一场效应管，所述的第一电阻的一端与所述的N1端连接，另一端与所述的第一场效应管的漏极连接；

所述的第二电流单元包括第八电阻和第一场效应管所述的第八电阻连接在所述的K端和所述的第一电阻的输入端之间；

所述的截流单元包括电容、第一稳压二极管、第二稳压二极管和第二场效应管，所述的电容一端标记为X端与所述的K端连接，另一端与所述的COM端连接；所述的第二场效应管的栅极与所述的电容X端连接；所述的第二稳压二极管并联在所述的电容两端，第二稳压二极管的负极接所述的电容的X端；所述的第一稳压二极管并联在所述的第二场效应管两端，第一稳压二极管的负极接所述的第二场效应管的漏极；所述的第一场效应管的栅极与所述的第二场效应管的漏极连接，并一起接在所述的K端；所述的第一稳压二极管的正极、第二稳压二极管的正极、第二场效应管的源极均与所述的COM端连接；

所述的K端与电容的X端之间连接有第二电阻，所述的电容两端并联有第三电阻，所述的第二场效应管的漏极与所述的K端连接有第六电阻。

上述的漏电保护器瞬时电流测试电路的测试方法，如果漏电保护器对之前的第一测试按键有跳闸反应而对第二测试按键没有反应，就表示漏电保护器状态正常，其输出端的布线和负载也良好。

上述的漏电保护器瞬时电流测试电路的测试方法，第一测试电路里的第一测试按键SW1被按下时，由于此电路两端有交流电压和电路里的限流电阻，一个约30mA(有效值，RMS)的模拟漏电就发生在这个第一测试电路里，此30mA漏电电流持续时间为0.1至0.2秒之间，漏电保护器里面的火线与零线也相应地出现相等的电流差值，由于此电流差值达到漏电保护器的跳闸额定漏电值(30mA)，漏电保护器里面的零序互感器因此严重失衡，触发脱扣器跳闸切断电源；

当漏电保护器在正常运行，而第二测试电路里的第二测试按键SW2被按下时，此电路两端的交流电源和电路里的限流电阻就产生一个模拟漏电，其电流值为额定跳闸电流40％至49.9％，此低值漏电电流持续时间为0.1至0.2秒之间，漏电保护器里面的火线与零线也相应地出现相等的电流差值，但由于此电流差值未达到漏电保护器的跳闸额定漏电值(30mA)的一半，所以不会对没接负载的漏电保护器产生跳闸动作。

如果漏电保护器的输出端的布线或电器负载的火线发生对地有小漏电，比如14mA，触发第二测试按键所发生的模拟低值漏电就会和实际发生在布线负载的火线漏电相加，而使在漏电保护器里面的火线和零线电流差值相应增加，一旦此电流差值接近跳闸额定漏电值(30mA)，漏电保护器就会跳闸。

当第二测试按键SW2被按下触发低值模拟漏电流经指示灯LED2，LED2就起辉指示，持续短暂时间(0.1至0.2秒之间)之后指示灯熄灭。

如图3所示，漏电保护器瞬时电流测试电路的第一测试按键，一旦被触发就会对所配搭的漏电保护器里头的电路模拟产生一个瞬间短暂(0.1至0.2秒之间)的漏电，其有效值为30mA，使漏电保护器启动跳闸反应并且切断其输出电源。如果漏电保护器没有反应，表示该漏电保护器对漏电的反应不良，不灵敏，而需要进一步检查。

如图4所示，本发明所述的第二测试按键方法就是在漏电保护器瞬时电流测试电路的第一测试电路上并联上一个新的相似电路，称第二测试电路。

第二测试电路包括一个常开型的第二测试按键，它一旦被按下，一个低值的模拟漏电就产生，漏电量为漏电保护器的额定跳闸漏电流的40％至49.9％，该漏电电流持续短暂时间(0.1至0.2秒之间)，如果漏电保护器的输出端没接任何负载而出现跳闸现象，表示漏电保护器本身状况不稳定，敏感度太高容易误动作，需要进一步检查。如果状态正常良好的漏电保护器接有负载，并对第二测试按键有跳闸反应，则表示负载和其布线有小漏电存在，也需要进一步的电气检查。

如果漏电保护器对之前的第一测试按键有跳闸反应而对第二测试按键没有反应，就表示漏电保护器状态正常，其输出端的布线和负载也良好。总之，我们可以根据此双测试按键的跳闸与否的反应，得知下面可靠又全面的漏电保护器状况：

本发明也提供测试指示灯，显示测试按键做操作状态显示，将漏电保护器的测试状态通过指示灯的开启或者熄灭来显示，按下第一测试按键，LED1灯亮，短暂时间(0.1至0.2秒之间)之后指示灯熄灭，按下第二测试按键，LED2灯亮，短暂时间(0.1至0.2秒之间)之后指示灯熄灭。

采用上述技术方案的漏电保护器瞬时电流测试电路与现有技术相比，具有以下有益效果：

该漏电保护器瞬时电流测试电路通过使用电子元件产生一个瞬时短暂而且精确的模拟漏电电流，来测试所属的漏电保护器能否及时跳闸，可以釆用较小功率的电子元件，增加电路的可靠性和小型化，而且测试更稳定，更准确。

附图说明

图1：传统单相漏电保护器内部电路结构与负载接线示意图；

图2：双测试电路的漏电保护器内部结构与负载接线示意图；

图3：本发明漏电保护器单键瞬时电流测试方法的工作原理图；

图4：本发明漏电保护器双键瞬时电流测试方法的工作原理图；

图5：本发明漏电保护器单键瞬时电流测试电路使用三极管的原理图；

图6：本发明漏电保护器双键瞬时电流测试电路使用三极管的原理图；

图7：本发明漏电保护器双键瞬时电流测试电路使用场效应管的原理图；

图8：本发明漏电保护器单键瞬时电流测试电路使用晶闸管的原理图；

图9：本发明漏电保护器双键瞬时电流测试电路使用电压比较器的原理图；

图10：本发明漏电保护器双键瞬时测试电路使用MCU芯片的原理图；

图11：本发明漏电保护器双键瞬时测试电路使用LM555芯片的原理图；

图12：本发明漏电保护器双键瞬时测试电路使用4016BD芯片的原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步详细描述。

实施例1：漏电保护器单键瞬时电流测试电路使用三极管的电路

如图3，5所示，该测试电路能产生一个瞬时的跳闸模拟漏电，其大小为大于或者等于30mA，它的短暂时长为0.1至0.2秒之间。电路构造包括桥式整流器BR1，它的两个交流输入脚接在漏电保护器的电源输入端的零线N1和漏电保护器的电源输出端火线L2(或者接在漏电保护器的电源输入端的火线L1和漏电保护器的电源输出端零线N2)，BR1的负(-)脚接在整个电路的公共回路点COM(也称公共端，公共连接点)，BR1的正(+)脚接按键SW1(NO型)的一端，SW1的另一端接发光二极管LED1的阳极，也同时接第六电阻R6和第二电阻R2的共同端。第二电阻R2的另一端同时接第三电阻R3，第四电阻R4和电容器C。第三电阻R3和电容器C的另一端接COM端。第四电阻R4的另一端接稳压二极管D3的阴极。稳压二极管D3的阳极同时接第五电阻R5的一端和第二三极管Q2的基极b。第二三极管Q2的射电极e和第五电阻R5的另一端接入COM端。第六电阻R6的另一端同时接入第二三极管Q2的集电极c和第七电阻R7。第七电阻R7的另一端接第一三级管Q1的基极b。第一发光二极管LED1的阴极接第一电阻R1，第一电阻R1的另一端接第一三级管Q1的集电极c，第一三级管Q1的射电极e接入COM端。交流输入电压为220V，电阻R1＝6.8KΩ，R2＝6.2MΩ，R3＝1MΩ，R5＝10MΩ，R6＝400KΩ，R7＝200Ω，电容C＝680nF。

图5中的a方框里的电路原理图的电气操作解释如下：在常开型(NO)按键SW1一旦被按下的初始时段，电容器C的电压是零伏，使第二三极管Q2是处在截至状态，交流电源从L2和N1，经过桥式整流器BR1，测试按键SW1，第六电阻R6和第七电阻R7，进入第一三级管Q1的基极b，使第一三级管Q1导通。第一三级管Q1导通使另一路电流出现，它从交流电源从L2和N1，经过桥式整流器BR1，测试按键SW1，测试指示灯LED1(LED1这时发亮)，第一电阻R1，第一三级管Q1的集电极c，第一三级管Q1的射电极e，回到整个电路的共同回路点COM端。第一电阻R1阻值是6.8K欧，所以其电流值为32mA(220伏/6.8欧)，也就是L2与N1之间的模拟漏电电流超过漏电保护器的跳闸额定电流(30mA)。在第一三级管Q1导通和电流流经R1的同时，第三路的微小电流经过第二电阻R2向电容C充电使电容C的电压逐渐上升，一旦此电压超过稳压二极管D3和第二三极管Q2的Vbe(基极与射电极的电压)导通电压之和，第二三极管Q2就进入饱和导通状态，也拉低第一三级管Q1的Vbe电压，使第一三级管Q1回到截至状态，截断第一电阻R1的电流，也截断L2与N1之间的模拟漏电电流。所以此电路产生的模拟漏电电流是短暂瞬时的，其时长取决于电容C的充电速度，而电容C的充电速度主要取决于电容C，第二电阻R2，第三电阻R3和稳压二极管D3的电气参数，本发明把上述的30mA模拟漏电电流的时长设定在0.1至0.2秒之间。

实施例2：漏电保护器单键瞬时电流测试电路使用晶闸管的电路

如图3，8所示，该实施例2与实施例1的区别在于，将实施例1中的第一三极管Q1使用晶闸管D1替换，其中R2＝1.2MΩ，R7＝20Ω，其他的电子元件的电气参数，电子元件间的接线与原理均与实施例1一样。

实施例3：漏电保护器双键瞬时电流测试电路使用三极管的电路

如图4，6所示，该测试电路能产生两个短暂的模拟漏电电流，电路构造包括桥式整流器BR1，它的两个交流输入脚接在漏电保护器的电源输入端的零线N1和漏电保护器的电源输出端火线L2，BR1的负(-)脚接在整个电路的公共回路点COM(也称公共端，公共连接点)，BR1的正(+)脚接第一按键SW1(NO型)和第二按键SW2(NO型)共同端，SW1的另一端接发光二极管LED1的阳极，SW2的另一端则接发光二极管LED2的阳极。LED1的阴极接第一电阻R1和第八电阻R8的共同端。第一电阻R1的另一端接第一三级管Q1的集电极c，而第一三级管Q1的发射极e接入COM端。第八电阻R8的另一端接LED2的阴极，也同时接第二电阻R2和第六电阻R6。第二电阻R2的另一端同时接第三电阻R3，第四电阻R4和电容器C，第三电阻R3和电容C的另一端接入COM端。第四电阻R4的另一端接稳压二极管D3的阴极，稳压二极管D3的阳极接第五电阻R5和第二三极管Q2的基极b，第五电阻R5的另一端和第二三级管Q2的发射极e接入COM端。第六电阻R6的另一端同时接第二三极管Q2的集电极c和第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接第一三级管Q1的基极b。交流输入电压为220V，电阻R1＝6.8KΩ，R2＝6.2MΩ，R3＝1MΩ，R5＝10MΩ，R6＝340KΩ，R7＝200Ω，R8＝9.2KΩ，电容C＝680nF。

图6中的a方框里的电路原理图的电气操作解释如下：SW1和SW2是两个常开型(NO)按键，是触发测试开始的按键。当SW1被触发，交流电源就从L2和N1，流经桥式整流器BR1，测试按键SW1，测试指示灯LED1(LED1这时发亮)，第八电阻R8，第二电阻R2，并向电容器C充电，C的电压因此从零伏开始逐渐上升，不过在此电压达到稳压二极管D3和第二三极管Q2的Vbe导通电压的总和之前，第二三极管Q2是处在截至状态，这使第一三极管Q1的基极b得到流经第六电阻R6和第七电阻R7的电流，第一三级管Q1从而导通进入饱和状态。这时流经第一三级管Q1的集电极c和射电极e的电流是经过第一电阻R1，其电流值为32mA(220伏/6.8K欧)。在0.1至0.2秒之后，电容器C的电压就升至稳压二极管D3和第二三极管Q2的Vbe导通电压的总和，这时第二三极管Q2导通进入饱和，也拉低第一三极管Q1的Vbe(基极与射电极的电压)，使第一三极管Q1回到截至状态，截断第一电阻R1的电流，也就截断L2与N1之间的模拟漏电电流。

当图6中的测试按键SW2被触发，交流电源就从L2和N1，流经桥式整流器BR1，测试按键SW2，测试指示灯LED2(LED2这时发亮)，第二电阻R2，并向电容器C充电，电容C的电压因此从零伏开始逐渐上升，不过在此电压达到稳压二极管D3和第二三极管Q2的Vbe导通电压的总和之前，第二三极管Q2是处在截至状态，这使第一三极管Q1的基极b得到流经第六电阻R6和第七电阻R7的电流，第一三极管Q1从而导通进入饱和状态。这时流经第一三极管Q1的集电极c和射电极e的电流是经过第八电阻R8和第一电阻R1(总电阻值9.2K+6.8K＝17K欧)，其电流值为13mA(220伏/17K欧)。在0.1至0.2秒之后，电容器C的电压就升至稳压二极管D3和第二三极管Q2的Vbe导通电压的总和，这时第二三极管Q2导通进入饱和，也拉低第一三极管Q1的Vbe电压，使第一三极管Q1回到截至状态，截断第八电阻R8和第一电阻R1的电流，也就中断L2与N1之间的模拟漏电电流。第四电阻和第七电阻起限制第二三极管Q2和第一三极管Q1的基极电流作用，第五电阻则稳定第二三极管Q2作用。

实施例四：漏电保护器双键瞬时电流测试电路使用场效应管的电路

如图4，7所示，该测试电路能产生两个短暂的模拟漏电电流，电路构造包括桥式整流器BR1，它的两个交流输入脚接在漏电保护器的电源输入端的零线N1和漏电保护器的电源输出端火线L2，BR1的负(-)脚接在整个电路的公共回路点COM(也称公共端，公共连接点)，BR1的正(+)脚接第一按键SW1(NO型)和第二按键SW2(NO型)共同端，SW1的另一端接发光二极管LED1的阳极，SW2的另一端则接发光二极管LED2的阳极。LED1的阴极接第一电阻R1和第八电阻R8的共同端。第一电阻R1的另一端接第一场效应管U1的漏极d，而第一场效应管U1的源极s接入COM端。第八电阻R8的另一端接LED2的阴极，也同时接第二电阻R2和第六电阻R6。第二电阻R2的另一端同时接第三电阻R3和电容器C，第三电阻R3和电容C的另一端接入COM端。第二电阻R2的另一端接稳压二极管D2的阴极，第六电阻R6的另一端接第一场效应管U1的栅极g、第二场效应管U2的漏极d以及第一稳压管D1的阴极，第一稳压二极管D1的阳极、第二稳压二极管D2的阳极、第二场效应管U2的源极s分别接入COM端。交流输入电压为220V，电阻R1＝6.8KΩ，R2＝8MΩ，R3＝600KΩ，R6＝500KΩ，R8＝9.2KΩ，电容C＝1μF。图7中的a方框里的电路原理图的电气操作如实施例3相似，这里不重复述说。

如图9、10、11、12所示，电路图a方框里的电路采用电压比较器、单片机MCU、集成电路LM555及4016BD芯片来产生时长为0.1至0.2秒的模拟漏电电流，同样实现所需的电气的性能和操作。

上述的实施例的漏电保护器瞬时电流测试电路均通过使用电子元件产生一个瞬时短暂而且精确的模拟漏电电流，来测试所属的漏电保护器能否及时跳闸，可以釆用较小功率的电子元件，增加了电路的可靠性便于小型化，而且测试更稳定，更准确。

以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有公知常识者，利用本发明所揭示技术内容所做出局部更动或修饰的等效实施例，均属于本发明的保护范围。