专利名称：用于接地故障保护电路的方法和安全装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防止泄漏电流的方法以及用于实施所述方法的装置。
背景技术：
已经知道，当利用由电力网提供的装置，并且其可能与人员发生直接接触时，电灼的风险很高；这正是安全标准规定保护性差动断路器的原因。
通常，在单相系统中，公用电力网(也称为干线)通过两根电线提供电气装置(即，一般而言为负载)，所述两根电线中，一根称为“火线(hot)”或“相线”，另一根称为“中线”。通常，在配电箱(distribution cabin)附近的公用事业公司将所述中线接地。
一般类型的家中伤害通常发生在当人在洗澡或接近水池的同时使用电力网所提供的装置的时候。水成为电流的通道，这称为泄漏电流或接地故障，电流从所述“火”线流向地；如果此泄漏电流流经人的身体，将导致电灼。当人在触摸或站立在对地的导电表面而接触所述“火”线时，也会发生同样的情况。
用于此类危险事件的商用保护电路，称为接地故障电路断流器(GFCI)，其包括差动电流互感器，此差动电流互感器的初级绕组由所述火线和中线形成，而次级绕组与放大级连接。如果所述火线电流到达所述负载，并通过所述中线返回，而没有对地泄漏，则所述变换器的芯中不会有磁发电动力(magneto motive force)来引起二次电流。
相反，如果所述电流发生泄漏，则在所述次级绕组中产生与火线和中线电流之间的差成比例的电流此信号被放大，然后与适当的安全阈值相比较，当超出阈值时，继电器(或电路断路器)解扣(trip)，将所述火线和中线从所述负载断开。
由于这些装置在整体上保护住宅的电气系统，其灵敏度被限制为30mA，并没有考虑在系统中自然流动的小的寄生泄漏电流。
当在一些情况下使用电气设备或手工工具时，即，在潮湿环境下或在可能与上下水设施，如水管或洁具相接触的情况下，出于安全考虑，需要依靠更灵敏的保护电路，其能被插入与所述电力网电源相连接的插头。在这种情况下，可实现装置的电流灵敏度降到3mA，甚至更小。
危险电流级别取决于各种电医疗应用的元件和标准，其中，与病人接触的电极需要保护电路具有最大为3mA的阈值；尽管如此，如果所述保护电路的断开时间不能保证在危险事件发生之前中断电流，即使是低于1mA的电流也是危险的。
具有这样的高灵敏度的保护电路能够确保操作人员的安全，但是，这仅在所述电路正常工作时。为允许检查所述电路是否正常工作，为目前使用的常规器具配备了测试按钮，按下其可模拟使得泄漏电流略微大于所述电路灵敏度，从而解扣所述保护电路。然而，所述检查的负担留给了用户，其每次都必须将所述电气设备与电源相连接，按下所述测试按钮，并在解扣后再次触发所述电路。
为确保最大可靠性，保护系统不应该依赖于用户的人工干预。
在现有的技术中，已公开了几种解决方案。
专利US 5 982 593公开了一种电路断路器，其集成了接地故障保护这样的保护进一步配备了用于测试所述保护电路自身的安全工作的测试电路；然而，仅能用测试按钮启动这种测试电路。
专利US 6 426 632公开了一种用于产生电流波形以测试电弧故障保护的系统，并且简短地描述了使用微处理器检测差动互感器的二次电流，并且将其与所述微处理器自身存储的阈值相比较如果检测到的电流大于所述阈值，所述微处理器发送信号，通过该信号解扣所述继电器，断开与电源的连接。
然而，没有给出对所述微处理器和相关电路如何进行此功能的详细描述，并且没有给出对由所述微处理器进行的其它功能的参考。
专利US 5 875 087涉及一种用于控制从电源到负载的电流的电路断路器。在其中使用微处理器将所述电流与存储和/或能够存储在所述微处理器中的性能参数相比较，从而为电路断路器产生控制信号。所述微处理器仅对相邻的电路进行适当的工作测试，而并不对所述保护系统在整体上进行测试；此外没有系统的校准阶段。
专利US 6 262 871涉及一种自动测试GFCI的电子电路；此发明的一个重要特点在于，其必须与已实现的GFCI相结合，或者，其必须包括其中的重要组件。
周期地，利用微控制器产生人工泄漏电流，并且调查由所述GFCI产生的信号如果这些信号正常，则测试结束，否则通过解扣需加入所述系统的第二电路断路器，将由所述GFCI控制的负载与所述电源断开。
此解决方案的缺点在于过渡的电路冗余，由于其应有的功能，即，自动无效检测(automatic non-efficiency detection)，GFCI很复杂；此外，为定义电压采样的临界节点，其中所述节点并不总是能被轻易接入，导致在另一方面电线和系统的成本增加，应用于此发明的GFCI电路架构可以被认为是现有知识。在不同电路架构的情况下，根据此发明的系统必须完全被重新设计。
因此，在现有技术中，不存在同时具有如下特性的GFCI-不需要人工干预，完全自动；-对于泄漏电流高度灵敏；-尺寸小、紧凑，可插入任何插头、插座或分流元件；-包括自检测功能，以在所述GFCI通电的初始化阶段或者在对所述负载进行供电后周期地进行安全操作；-向用户显示故障类型；-仅在检查到所述保护正常有效工作之后，才允许通过所述电源进行供电；-通过校准所述泄漏电流检测电路，独立于这些检测电路的实施而进行操作，并且能够补偿其中的漂移和偏移；-在检测到危险的泄漏电流之后，将所述负载从所述电源断开，并要求用户的人工干预，以重新建立电力供应。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种GFCI，其包括前述的所有特征。
当根据所附权利要求实现GFCI时，可达到这样的目标。
从对优选的但并非唯一的实施例的描述，可以更容易且清楚地理解根据本发明的GFCI的所述优点，这将在以下参照附图通过非限制性的例子给出，其中图1示出了根据本发明的GFCI的框图；图2示出了图1中的GFCI的详细示意图；图3示出了图2中的电路的一种变型的示意图；图4示出了图2中的电路的另一种变型的示意图。
具体实施例方式
现在通过一种家用电器，即，吹风机，来描述本发明——但是，对本领域技术人员而言，很明显，本发明同样也可应用于其它应用，例如，配备有可靠的GFCI的工具，工厂中的机器，或者任何其它电气设备。
在特别的实施例中，所述GFCI被集成在位于所述吹风机的输电线末端的插头中，但是，不能认为此实施例是对本发明的限制。然而，通过将本发明的GFCI集成到墙壁插座中，也可获得与前述等同的有利方案，其中，所述吹风机或另一种家用电器的插头被插在所述插座中。
参照图1，可以看到根据本发明的GFCI1的框图，所述单相电力网或电源被标示为10；火线12和接地的中线14将所述网络10与继电器20的可分离的接触器22a、22b相连接。也可以使用其它类型的受控开关(或电路断路器)，即，半导体装置。当所述继电器20被通电时，所述接触器22a、22b接触两个终端24a、24b，两个导线(conductor)12a、12b从所述两个终端延伸并与吹风机16的终端相连接。
导线12、14包括所述导线12、14自身中的泄漏电流检测电路，在这种情况下，利用已知技术在环行铁芯上实现差动电流互感器30。利用导线12、14得到所述变换器的初级绕组，而利用同一环行铁芯上的另一个线圈实现次级绕组，将其示意性地用32标示。为检测直接泄漏电流，可使用，例如，电流探针或LEM产品。
测试生成电路(test generator circuit)40利用两个导线42、44对所述导线12、14进行分流。后面将详细解释，所述电路40的功能在于人工引入精确已知的电流，其在导线42、44中流动，并因此在导线12、14中流动由于所述电流是所述变换器30的差动分量，检测所述电流，从而产生次级信号，此信号具有与所述电流成比例的振幅。
通过逻辑运算单元(logic elaboration unit)50获取(或采样)此信号，所述次级绕组32经由放大级与所述逻辑运算单元相连接，这将在后面变得更清楚；所述逻辑运算单元50也与所述测试生成电路40以及继电器20相连接，分别通过连接36和38向其发送控制和/或使能信号。并且，所述单元50包括至少算术模块以进行二进制运算，以及RAM、ROM和A/D变换器(未示出)。
参照图2，将详细描述根据本发明的GFCI1；保留了图1中对应部分所使用的参考符号。
特别地，所述单相电力网10经由两个保险丝11与导线12和14相连接，其到达所述继电器20的所述可分离的接触器22a、22b；当继电器20的线圈21被通电时，所述接触器22a、22b接触两个终端24a、24b，两个导线12a、12b从该终端延伸，并与所述吹风机16的终端相连接。
本发明此实施例的组件有利地被封装在所述吹风机16的供电插头55中，在图2中用短划线示意性地示出。
从此图中可见，导线41、42与测试生成电路40(在虚线中示出)相连接，且导线45分流所述电力网10的导线12、14。
虚线内部所示的下降电阻-电容网络(drop resistive-capacitivenetwork)46与导线45相连接，以到达整流桥47，该整流桥47经由导线44直接与所述电力网10相连接。所述桥47的输出由电解电容器48滤波，并且，在此实施例中，由齐纳二极管将电平拉到30V。此电压是GFCI1的第一供电电压。电容器48的正极端子经由导线200与两个PNP晶体管60、70的发射极相连接，而负极端子与构成所述GFCI电路1的地的导线100相连接，该导线被称为地100，后面将涉及。在晶体管60的发射极和基极之间提供电阻器61，晶体管的基极通过限流电阻器62与NPN晶体管80的集电极相连接，所述晶体管80的发射极与地100相连接，其基极经由偏置电阻器63和导线38与所述逻辑单元50的输出引脚相连接。例如，可使用微处理器Motorola MC908Q2作为这样的单元。晶体管60的集电极连接到自由旋转二极管(free-wheeling diode)64的阴极、用于晶体管70的基极的偏压电阻器65以及继电器20的线圈21的终端，其中，所述二极管64的阳极与地100相连接。线圈21的另一个终端延伸到校准齐纳二极管92和滤波电容器91的平行线，其负终端与地100相连接，而正终端与导线110相连接，所述导线110形成次级供电电压(此情况下为5.1V)的正极，所述次级供电电压向所述逻辑单元50和运算放大器90(例如，LPV 321)供电。晶体管70的集电极电流通过限流电阻器71到达导线110，其中，米勒电容器72应用在所述晶体管70上。
所述放大器90的输出90u与所述单元50的输入引脚以及星形连接的反馈电阻器74、75、76相连接；所述前两个电阻器的串与放大器90的同相引脚相连接，而第三个电阻器将电阻器74、75的公共节点与对所述5.1V次级供电电压进行分压的电阻分压器相连接。
利用两个相等的电阻器76、77形成此分压器，电阻器76的终端与所述公共节点相连接。两个旁路电容器78、79被分别与电阻器76，77并联。
放大器90的反相和同相输入分别连接到电阻器82和去耦电容器83的串以及电阻器84。这组组件感应负载电阻器85上的电压，其与来自互感器30的次级32的两根导线32a、32b串联连接。所述负载电阻器85的终端还与由电阻器76、77形成的所述分压器的输出相连接。
虚线中包围的是所述测试生成电路40的如下组件的组合。高精度测试电阻器86经由导线42与导线12相连接，并且连接到三端双向可控硅开关元件(triac)88的阳极，其中，所述三端双向可控硅开关元件的阴极经由导线44与导线14相连接。电阻器86对在互感器30下游节点处的导线12进行分流，这样，在所述电阻器86中流动的电流通过导线44和14返回所述网络10，而不流经互感器30的环行铁芯。实际上，导线44与在所述互感器30上游的导线12相联系。由于在电阻器86中流动的电流仅需要通过互感器30进行检测，也可以在所述导线的其它位置。平行于所述电阻器86，提供了另一个补偿电阻器87，其经由互感器30上游的导线41对导线12进行分流。在所述三端双向可控硅开关元件88的栅极和阴极之间提供了电阻器89。所述栅极连接了电阻器101和二极管104的串，以及电阻器103和二极管102的串，其中二极管102的阳极朝向所述栅极。所述二极管104和102反向平行。电阻器103连接了NPN晶体管105的集电极，所述晶体管的发射极连接到地100，其基极被电阻器106偏置，并且又由单元50的输出引脚馈电。此输出引脚还连接到二极管104的阳极，所述二极管104与电阻器101串联。
所述逻辑单元50的两个引脚分别对电阻器111和发光二极管112的串以及电阻器113和发光二极管114的串进行馈电。通过驱动所述发光二极管，所述逻辑单元50能够向所述GFCI1的用户提供可视警告或信号。为突出这些警告，所述发光二极管112是绿色的，所述发光二极管114是红色的。并且，可考虑使用声音警告，例如蜂鸣等。
两个电阻器28、29的串形成了分压器，其一端连接到地100，另一端与降压电阻器46串联，以网络10的频率向单元50的引脚提供方波电压，所述单元50通过对线路周期计数来用于内部计时(50Hz电源为20ms，60Hz电源为16.66ms)。另一个内部计时源为从单元50的时钟恢复的方波信号，此方波信号被分压器适当地按比例缩小。
现在描述所述GFCI的操作阶段，从初始化，即当用户将插头55连接到所述插座时，到稳定状态，即此用户安全使用所述吹风机16时。所述阶段为I.所述用户将插头55插入相应插座。所述继电器20，正常开启，没有被通电，从而所述吹风机16没有被连接到所述电力网10，因此没有在工作。经由所述二极管电桥47，电容器48充电，并且一旦达到齐纳二极管49的击穿电压，所述电容器48两端的电压就稳定下来。晶体管60是截止状态(cut-off)，因为其没有被晶体管80偏置，晶体管80也是截止状态，因为单元50没有通过电阻器63对其基极进行偏置。而晶体管70饱和，这是由于存在用于其基极电流通过电阻器65、继电器20的线圈21以及齐纳二极管92的电流通路。此基极电流很低，不能激励继电器20。晶体管70的饱和通过电阻器71向齐纳二极管92供电，其中齐纳二极管92的电压被电容器91滤波，并向运算放大器90和逻辑单元50供电。
II.由于所述吹风机16中没有电流流动，因此，在互感器30的初级绕组及其次级绕组中也没有电流流动，于是，电阻器85两端没有电压。因此，放大器90的输出90u的电压保持在由分压器设置的稳定值，此值约为其供电电压的一半，其中，所述分压器由电阻器78、79形成。单元50通过其内部的A/D(在此实施例中为8比特)变换器对放大器90的输出90u的电压进行顺序取样(采样)，利用其内部算术模块在65536(216)个获取值上对采样进行平均；进行此操作所需要的时间不到一秒。所述平均值必须为127，即，满标度(full scale)的一半，可以有三个比特左右的偏差来作为公差。当由电阻器76、77形成的分压器输出等于所述供电电压一半的额定电压时，得到这样的值。如果所获得的值超出此范围，从头开始重复进行阶段II，否则，接着进行阶段III。在此阶段，发光二极管112、114均开启。
III.单元50存储在阶段II获得的所述平均值，并对放大器90输出电压90u进行另外的65536次采样，和阶段II一样，计算其平均值。所得到的平均值必须等于在前的值，最多存在1比特的差，否则，系统再次跳到阶段II。这保证了所述次级供电电压稳定，以及所述A/D变换器在正常工作。在此阶段计算得到的所述平均值存储在所述单元50中，并且假设意味着所述A/D变换器的零基准值。发光二极管112、114保持开启。
IV.所述单元50进入获取放大器90输出电压90u的正常模式计算在放大器90的采样输出电压90u与在阶段III中存储的零基准值之间的差的绝对值。存储所有这些处理得到的值中的最大值，并且在经过一些网络10的周期的延迟之后，单元50验证所述最大值低于2，即，在所述A/D变换中，仅改变了最低有效位的比特。这保证所述系统的噪声足够低，不会干扰GFCI1的工作；如果不能满足此条件，单元50再次跳到阶段I。在此阶段中，发光二极管112、114均闪烁。
V.单元50利用正电压导线36进行偏置，利用电阻器106偏置晶体管105，并使其饱和。通过所述二极管104-电阻器101的串，在网络10的正半波电压作用于导线12期间，正向偏置三端双向可控硅开关元件88的栅极。而在所述负半波期间，用于三端双向可控硅开关元件88的偏置电流的通路包括二极管102、电阻器103以及晶体管105；在这两种情况下，电流流经电阻器89，并且，三端双向可控硅开关元件88开启。
VI.所述三端双向可控硅开关元件88的开启状态持续两个网络10电压周期当所述三端双向可控硅开关元件88开启时，数值非常精确的测试电阻器86为互感器30产生差动电流，所述互感器30检测所述电流，并在所述次级32中引起电流，从而在电阻器85两端产生电压。利用运算放大器90放大此AC电压，并在其输出90u提供此电压。与在前的阶段一样，单元50对此电压信号进行采样，并利用内部A/D变换器将其变换为数字值，存储其中的最大值。然后，单元50验证所述最大值包含在预先存储在单元50的ROM中的上阈值和下阈值之间。这是为了保证用于检测差动电流的电路作为整体正在工作，并且具有可接受的灵敏度。如果所述最大采样值太低，绿色二极管LED 112短时间闪烁，并且所述系统从阶段II再次启动。如果所述最大采样值太高，红色二极管LED 114短时间闪烁，并且所述系统从阶段II重新启动。如果所述最大采样值是可接受的，将其存储为测试值，其被所述GFCI1使用，并且，进行到下一个阶段VII。
VII.现在，单元50利用正电压导线38进行偏置，利用电阻器63偏置晶体管80，所述晶体管80饱和。现在电流能够通过电阻器61、62从所述第一30V电源流到地100，使晶体管60饱和，并从所述第一电源对继电器20的线圈21供电。现在，在线圈21中的电流有足够的幅度以激励继电器20，其使得所述吹风机16与网络10相连接，从而可以被使用。同时，单元50持久地开启绿色二极管112，关闭红色二极管114。
VIII.在激励所述继电器20从而从所述网络10对所述吹风机16供电之后，与在前的阶段一样，单元50继续监控运算放大器90的输出电压90u。特别地，在利用所述A/D变换器将所述输出电压90u变换为数字值之后，所述单元50将其最大值减到零值，然后计算其模值(或绝对值)，得到所述实际泄漏电流的最大值。如果此最大值大于限制值(在这种情况下，为在阶段VI结尾时存储的值，即，所述测试值)超过连续10次，即10次获取(约0.1ms进行一次)，所述单元50从导线38撤去电压，从而解扣继电器20，并将吹风机16从网络10断开。所述逻辑单元50通过闪烁红色发光二极管114来显示危险情况。在此危险情况下，所述GFCI1保持锁定，从而防止进一步激励继电器20，并且仅能通过再次关闭和开启而再次启动。这意味着，在这种情况下，述用户必须将所述插头55从墙上插座断开，去除导致GFCI1解扣的故障，并再次连接所述插头55。此时，GFCI1将从前述阶段I开始工作。
在阶段VIII中，即，当对所述吹风机16供电时，可以如阶段V和VI中一样周期性地进行测试，以确保所述GFCI1良好工作。在这种情况下，在所述测试期间，即，当进行在阶段V和VI中描述的操作时，加倍不解扣所述继电器20所需的所述运算放大器90的输出90u的可接受的最大值，即，所述限制值，以无论如何确保所述用户的安全。
根据之前所述，很明显，本发明的另一个优点在于设置所述GFCI1的工作阈值的方便性，即，通过改变所述测试电阻器86的值。由于该阈值不是预先存储在单元50中以用于比较的固定值，而是必须在所述初始化阶段由所述GFCI1检测的预设电流的结果，即使是对于所述GFCI1而言实际上太低的工作阈值，所述GFCI1也确保进行检查。在这种情况下，实际上，将被供电的负载保持隔离。
本发明的另一个优点在于可以方便地在前述保护中加入其它类型的自动保护，例如，短路或电弧故障保护。
当图2中的导线12a和12b接触时，即使只是暂时地，或者，所述负载达到非常低的阻抗值时，发生短路情况，例如，有人接触导线12a和12b此时，很高的电流将流经导线12a和12b，这将是致命的。保险丝11(见图2)不能保证快速的解扣动作。
通过实现本发明的变型可克服此不便，如图3所示，其中画出了关于附加组件的参考数字，电路的剩余部分与前述相同。
在此变型中，通过在导线14上插入电流互感器300，加入了短路电流保护。
也可将互感器300插入导线12，或继电器20的下游；所述互感器300的初级绕组为导线14本身，而利用次级绕组330实现中心抽头(centered-tapped)的次级。所述中心抽头与具有非常低的值的电阻器111a(几欧姆)的一端相连接，所述电阻器的另一端与两个二极管310、311的阳极相连接，所述两个二极管的阴极与互感器300的次级绕组的终端相连接。
电阻器111，图2中示出其直接与发光二极管112相连接，现在其连接到二极管310、311的阴极的结合节点；导线320将互感器300的次级330的中心抽头与发光二极管112相连接，具有相对高阻值(约10千欧)的电阻器111b也被加入与所述发光二极管112并联。
因此，可知道，电流互感器300的次级绕组330的电压由二极管310和311整流，因而将在电阻器111a两端提供与流入导线14的电流成比例的脉冲信号。
所述电路的工作如下。
与电阻器111相连接的单元50的引脚——在此定义为A0——在初始化时作为输出引脚，并通过已描述的电阻器111以及电阻器111a驱动红色发光二极管112，而电阻器111b不影响发光二极管112的工作。在所述初始化阶段结尾时，红色发光二极管112被关闭，并且单元50的所述A0引脚变成模拟输入(analogic input)，这归功于在所述单元50中包含的程序的适当指令。
然后，所述A0引脚能够通过所述A/D变换器对在其上施加的电压进行采样，并且从而能够利用所述电流互感器300间接地测量馈入所述负载的电流在导线14中的电流超出预设阈值的情况下，单元50确保所述开关(继电器)20以与前述类似的方式断开，从而确保短路保护。
图4示出了根据本发明的装置的第二变型例，其中，大部分与所述第一变型例相同，为简便起见，仅画出新的数字，电路的余下部分与前述相同。
在与所述负载相连接的导线12b上，插入了电流互感器3001，其也可插入导线14b上或(继电器)开关20的上游；利用导线12b实现互感器3001的初级绕组，而利用次级绕组3301实现所述次级。
阻值非常低的电阻1111a(几欧姆)与所述次级绕组3301的终端相连接。电阻器111，在图2中示出其与发光二极管112相连接，现在其连接到向发光二极管112的阳极供电的电阻器1111a。其阴极与晶体管370的集电极相连接，并由晶体管70的集电极供电，所述晶体管的发射极与地100相连接，而基极由分压器偏置，该分压器由两个电阻器346、344形成并且由晶体管70的集电极供电。平行于所述晶体管370，提供了电容器340，而晶体管370的集电极通过电阻器342与运算放大器90的输出90u相连接。
由电阻器342和电容器340组成的集合形成了放大器90的输出90u的电压的低通滤波器，从而使得晶体管370的集电极的DC电压保持等于所述第二供电电压的一半。
所述电路的工作如下。
在初始化阶段，如前所述，单元50的引脚A0用作输出引脚，并通过电阻器111和电阻器1111a驱动红色发光二极管112，而晶体管370饱和，由于晶体管70也饱和，并且继电器20未被激励，允许发光二极管112开启。在所述初始化阶段的结尾，红色发光二极管112关闭，并且单元50的引脚A0变成模拟输入，这归功于适当的程序指令。
同时，由于晶体管70截止，使得晶体管370截止并且继电器20被激励；然后，在晶体管370的集电极的是放大器90的输出90u电压的DC分量此DC电压被加入到电阻器1111a两端由互感器3001产生的信号，且该DC电压被通过所述A/D变换器采样，并且因此单元50能够间接地测量由所述负载吸收的电流。
以与读取放大器90的输出90u电压相同的方式读取在引脚A0的电压将引脚A0的电压与所述零电压(在前述阶段IV中存储作为零值)之间的差的绝对值与存储在单元50的ROM中的限制值进行比较，如果较大，解扣继电器20，从而断开所述负载16。
可以理解的是，只要不明显偏离通过前述说明和附图所表达的保护方法和相关电子电路，都包含在以下权利要求的范围中。
权利要求
1.一种防止泄漏电流的方法，所述泄漏电流是在对与电力网络(10)相连接的负载(16)供电时产生的，所述方法包括如下阶段的结合-产生并检测预设的测试泄漏电流，从而验证所述泄漏电流检测的效率和/或校准；-检测实际泄漏电流并产生与之成比例的信号，-当达到对应于所获取信号的幅度大于限制值的危险情况时，获取所述比例信号，并将所述负载(16)从所述电力网络(10)断开。
2.根据权利要求1的方法，其中，在将所述负载(16)连接到所述网络(10)之前进行所述验证效率和/或校准的阶段。
3.根据权利要求2的方法，其中，通过产生测试泄漏电流、产生与之成比例的相应信号以及验证这种信号包含在预先设置的范围内，来进行所述验证效率和/或校准的阶段。
4.根据权利要求1到3的方法，其中，在将所述负载(16)连接到所述网络(10)之前，通过一次或多次获取所述比例信号而不产生测试泄漏电流，得到所述比例信号的零基准值。
5.根据权利要求4的方法，进一步包括进行平均操作以获得对所述零基准值的更可靠的估计的阶段。
6.根据权利要求4的方法，其中，通过获得在所述零基准值和所述负载(16)从所述网络(10)断开时产生所述测试泄漏电流之后的获取的信号(90u)的幅度之间的差的绝对值来得到所述限制值。
7.根据前述权利要求的方法，进一步包括在将所述负载(16)连接到所述网络(10)之后，通过产生至少测试电流来周期地验证泄漏电流的正常检测的阶段。
8.根据权利要求7的方法，进一步包括只要在所述对泄漏电流的正常检测的周期性验证阶段，所述获取的信号(90u)的幅度的模的最大值大于所述限制值与在所述负载(16)从所述网络(10)断开时产生所述测试泄漏电流之后所获取的所述获取的信号(90u)的幅度之和，将所述负载(16)从所述网络(10)断开的阶段。
9.根据前述权利要求中任何一项的方法，其中，利用差动互感器(30)进行泄漏电流的检测，所述差动互感器(30)包括由导线(12，14)形成的初级绕组，其向所述负载(16)供电，以及次级绕组(32)，用于产生所述与泄漏电流成比例的信号。
10.根据权利要求9的方法，其中，利用电控开关(20)进行所述断开所述负载(16)的阶段，当所述开关开路时，其将所述负载(16)从所述网络(10)断开，当其闭合时，将所述负载(16)与所述网络(10)相连接。
11.根据权利要求10的方法，其中，在危险情况下，迫使所述电控开关(20)开路，直到此开关(20)从所述网络(10)断开。
12.根据前述权利要求中任何一项的方法，进一步包括这样的阶段，在其中，检测至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流，并且只要所述电流大于预设阈值，断开所述负载(16)。
13.根据权利要求12的方法，其中，在将所述负载(16)连接到所述网络(10)之前和/或之后进行检测至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流的阶段。
14.根据权利要求12或13的方法，其中，利用电流互感器进行所述对至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流的检测。
15.根据权利要求12到14的方法，其中，利用所述电控开关(20)断开所述负载(16)。
16.一种执行根据前述权利要求的方法的设备(1)，包括-设置在所述网络(10)和所述负载(16)之间的电控开关(20)，当其开路时，将所述负载(16)从所述网络(10)断开，并且当其闭合时，将所述负载(16)与所述网络(10)相连接；-用于泄漏电流的检测装置(30)，其产生与所述泄漏电流成比例的信号；-运算单元(50)，该单元与用于检测泄漏电流以获取所述比例信号的所述检测装置(30)有关，或者与所述开关(20)有关以只要遇到危险情况则利用控制信号(38)驱动其开路；其特征在于，所述设备包括生成电路(40)以产生测试泄漏电流，从而验证所述检测装置(30)以及所述开关(20)的效率和/或校准。
17.根据权利要求16的设备，其特征在于，利用所述运算单元(50)通过至少控制信号(36)来控制所述生成电路(40)。
18.根据权利要求16或17的设备，其中，所述开关(20)是具有由来自所述运算单元(50)的控制信号(38)控制的励磁线圈(21)的继电器。
19.根据前述权利要求的设备，其中，所述运算单元(50)是微控制器。
20.根据前述权利要求的设备，进一步包括这样的电路，其为所述运算单元(50)产生稳定的电力供应，其中从所述电力网络(10)对所述电路供电。
21.根据前述权利要求的设备，由单相AC电压进行供电。
22.根据前述权利要求的设备，其中，用于泄漏电流的所述检测装置(30)包括差动互感器(30)，所述互感器具有这样的磁芯，在其上提供了由向所述负载(16)供电的导线(12，14)构成的初级绕组，以及次级绕组(32)，该次级绕组产生与在所述初级绕组中流动的电流成比例的信号。
23.根据前述权利要求的设备，其中，所述生成电路(40)包括与三端双向可控硅开关元件(88)串联的电阻器(86)，所述三端双向可控硅开关元件的导电性由所述运算单元(50)产生的信号(36)进行控制，所述串联利用所述检测装置(30)的下游终端和上游终端对所述导线(12，14)进行分流，其中所述导线(12，14)为所述负载(16)供电。
24.根据前述权利要求的设备，其中，在用于泄漏电流的所述检测装置(30)的下游提供了用于所述与所述电流成比例的信号的放大器(90)。
25.根据权利要求24的设备，进一步包括用于为所述放大器(90)产生稳定的电力供应的电路(91，92)，其中从所述电力网络(10)对所述电路供电。
26.根据前述权利要求的设备，其中，所述运算单元(50)驱动可视(112，114)和/或声音警告。
27.根据前述权利要求的设备，其中，所述运算单元(50)配备了计时装置(28，29)，所述计时装置适用于在操作所述开关(20)之前或之后扫描所述泄漏电流的幅度的周期性控制。
28.根据前述权利要求的设备，其中，所述运算单元(50)配备了算术模块，其适用于将由用于泄漏电流的所述检测装置(30)获取的值与预先设置或实时获取的值进行比较。
29.根据权利要求28的设备，其中，将所述预先设置的值存储在所述运算单元(50)中的ROM中。
30.根据以上权利要求中任何一项的设备，其特征在于，其进一步包括用于至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流的检测装置(300，3001)，所述装置(300，3001)产生与所述电流成比例的信号，并与所述运算单元(50)相连接，以在遇到危险情况时控制所述开关(20)的解扣。
31.根据权利要求30的设备，其特征在于，所述用于至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流的检测装置(300，3001)包括电流互感器。
32.根据权利要求30或31的设备，其特征在于，为了在遇到危险情况时利用控制信号(38)控制所述开关(20)的解扣，所述运算单元(50)与所述用于至少在与所述负载(16)相连接的导线中的电流的检测装置(300，3001)相连接，或者与所述开关(20)相连接。
33.一种配备有插头(55)的电气设备，其中所述插头用于将所述电气设备与电力网络(10)相连接，其特征在于，所述电气设备包括根据权利要求16到32中任何一项的保护设备(1)。
34.根据权利要求33的电气设备，其为吹风机或任何其它家用电器。
35.一种用于为电气设备供电的插座，其包括根据权利要求16到32中任何一项的保护设备(1)。
全文摘要
本发明涉及一种用于当使用电气设备，例如家用电器等时，保护人们不受泄漏电流伤害的方法和装置。所述装置(1)配备了通常开路的差动开关(20)，以及差动电流互感器(30)，其产生与所述泄漏电流成比例的信号，与后者相连接的运算单元(50)，其获取所述信号并保持所述开关(20)闭合，直到遇到对应于所获取的信号具有大于限制值的幅度的危险情况。
文档编号H02H3/10GK1842951SQ200480024584
公开日2006年10月4日 申请日期2004年4月19日 优先权日2004年4月19日
发明者S·赞多尼拉巴尔科 申请人:特里尼迪股份有限公司