专利名称：一种接地故障断路器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于断路器领域，尤其涉及一种接地故障断路器。
技术背景接地故障断路器是一种比较普遍使用的漏电保护电子装置。由于使用环境、 安装不当或长期使用致使元器件损坏等原因，可能会使该电子装置不能正确提 供保护功能，这时，就会存在因为漏电而造成人身及财产损害的安全隐患。目前，也有些具备智能自检功能的接地故障断路器，但是它们的电路结构一般较为复杂，比如使用大量的分立元件，同时也会增加成本和功耗，而且 还会增加电路发生故障的概率；还有其自检功能部分的电路需要单独使用一个 单片机，进一步增加产品的成本和功耗。实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种接地故障断路器，旨在解决在现有技术下， 接地故障断路器的自检功能部分的电路结构复杂，而且需要单独使用一个单片 机的问题。本实用新型实施例是这样实现的， 一种接地故障断路器，包括脱扣器、触 发所述脱扣器动作的脱扣器触发器，和内部有火线和零线穿过的零序电流互感 器，所述断路器包括以下电路模拟漏电流产生电路，其电源输入端分别连接在火线和零线上，且连接点 位于所述零序电流互感器的两端；该电路产生模拟漏电流并输出第 一控制信号；漏电保护电路，其输入端连接至所述零序电流互感器；该电路根据所述零 序电流互感器产生的感应电动势输出第二控制信号；以及报警触发电路，根据所述模拟漏电流产生电路输出的第一控制信号和所述 漏电保护电路输出的第二控制信号，产生一触发信号至所述脱扣触发器。在本实用新型中，自检部分包括模拟漏电流产生电路、漏电保护电路和报 警触发电路，其中使用了用于接收漏电流检测信号并输出控制信号的漏电保护 电路；通过模拟漏电流产生电路产生模拟漏电流，在零序电流互感器或漏电保 护电路出现故障而导致漏电保护电路只输出无漏电流状态的控制信号时，报警 触发电路通过检测模拟漏电流产生电路和漏电保护电路输出的控制信号，在很 短的时间内触发脱扣器进行动作，断开电源。从而达到了用简单电路实现断路 器的自检。
图1是本实用新型实施例提供的接地故障断路器的结构原理图； 图2是本实用新型实施例提供的接地故障断路器的具体电路图； 图3是图2中异或门电路输出与输入的逻辑真值表。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图 及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型实施例中，于断路器中添加一模拟漏电流产生电路，该电路 用于在电网电压值处于某一范围时产生模拟漏电流并输出控制信号，以及用于 接收漏电流检测信号并输出控制信号的漏电保护电路，并通过报警触发电路检 测模拟漏电流产生电路和漏电保护电路输出的控制信号，在零序电流互感器或 漏电保护电路发生故障时触发报警。从而达到用简单电路实现断路器的自检。图1示出了本实用新型实施例提供的接地故障断路器的结构原理，为了便 于描述，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。零序电流互感器Z1用于检测电路是否有漏电流，内部有火线和零线穿过； 模拟漏电流产生电路101用于产生模拟漏电流并输出第一控制信号，其电源输 入端对应连接于穿过零序电流互感器Zl之前的火线和穿过零序电流互感器Zl之后的零线。在电网电压值处于某一范围时，例如在电网电压波形正半周峰值两边的一小段时间内产生模拟漏电流，并输出第一控制信号；零序电流互感器 Zl在检测到电路有漏电流或模拟漏电流时输出感应电动势，漏电保护电路102 接收零序电流互感器Zl的产生的感应电动势输出第二控制信号；报警触发电 路103连接模拟漏电流产生电路101的第一控制信号输出端和漏电保护电路 102的第二控制信号输出端，并根据模拟漏电流产生电路101输出的第一控制 信号和漏电保护电路102输出的第二控制信号产生一触发控制信号至脱扣触发 器104,由脱扣触发器104触发脱扣器105进行脱扣动作，脱扣器105的作用 相当于一开关，故本实用新型实施例中通过一开关S2和一脱扣线圈U0表示。本实用新型实施例中，当零序电流互感器Zl和漏电保护电路102处于故 障状态时，在很短的时间内，报警触发电路103根据模拟漏电流产生模块101 输出的第一控制信号和漏电保护电路102输出的第二控制信号产生一触发信号 给脱扣触发器104，脱扣触发器104触发脱扣器进行脱扣动作，断开电路。断 路器在零序电流互感器Zl和漏电保护电路102处于故障状态时不能工作，从 而实现了自检。本实用新型实施例提供的接地故障断路器进一步包括故障报警电路106， 其连接于脱扣器105中的脱扣线圈UO两端，用于在脱扣线圈UO的线圈发生断 路时，发出报警提醒用户，具体可以通过蜂鸣或警示灯等报警方式。图2示出了本实用新型实施例提供的接地故障断路器的具体电路结构，为 了便于描述，只示出了与自检功能的实现有关的部分。图2中，漏电保护电路 102采用电路U1及其外围电路实现，脱扣触发器104采用可控硅Q1对脱扣器 105进行控制，应当理解，具体实施时还可以采用其他的实现方式。请参照图2,零序电流互感器Zl和零线接地故障4企测器Z2的内部一样均穿过火线和零线，零序电流互感器Zl的第一输出端通过电容Cl连接到电路Ul的第一输入端1,零序电流互感器Z1的第二输出端直接接到电路U1的第二 输入端3，当有漏电流时，零序电流互感器Z1内的火线与零线流过的电流的矢 量和不为零，零序电流互感器Z1产生感应电动势信号并输出给电路Ul,电路 Ul将该信号放大整形后由输出端5输出一控制信号。电路U1的零电位端口 4 接地，第一输入端1和端口 7通过电阻R3连4^;端口6为^f吏能端，电源通过 使能端给电路U1供电。在本实用新型实施例中，模拟漏电流产生电路101包括稳压二极管D1、光 电耦合器U3、 二极管D2和电阻R5。穿过零序电流互感器之前的火线连接其 第一输入端，再依次串联稳压二极管Dl、光电耦合器U3、 二极管D2和电阻 R5,最后由其第二输入端接至穿过所述零序电流互感器Zl和零线接地故障检 测器Z2之后的零线，电源Vcc通过电阻Rl与光电耦合器U3中光敏三极管的 集电极连接，为该光敏三极管供电，该光敏三极管的发射极接地。本领域的技术人员可以理解，模拟漏电流产生电路101的第二输入端可以 接至穿过所述零序电流互感器Zl之后的零线的任意位置，或者模拟漏电流产 生电路101的第一输入端接穿过所述零序电流互感器Zl之前的零线，第二输 入端接穿过所述零序电流互感器Zl之后的火线，都不脱离本实用新型保护的 范围。在电网电压处于其波形正半周峰值两边的一小段时间内，电网电压使稳压 二极管D1导通，上述稳压二极管D1、光电耦合器U3内的发光二极管、二极 管D2和电阻R5组成的串联电路上产生电流，而由于该串联电路接在零序电流 互感器Z1和零线接地故障检测器Z2的外围，该电流经串联电路绕过零序电流 互感器Zl再由零线穿过零序电流互感器Zl，因此，零序电流互感器Z1内火 线和零线的流过电流矢量和不为零。^v而达到在电网电压处于其波形正半周峰 值两边的一小段时间内时自动产生类似漏电流的^^莫拟漏电流的效果。手动测试开关S1-TEST并联接在稳压二极管Dl与光电耦合器U3内的发光二极管串联支路的两端。当手动测试开关S1-TEST接通时，稳压二极管Dl 与光电耦合器U3内的发光二极管被短路，在电网电压处于其波形正半周且大 于二极管D2的导通电压时，二极管D2和电阻R5组成的串联电路上产生电流， 该电流经过二极管D2和电阻R5组成的串联电路绕过零序电流互感器才由零线 穿过零序电流互感器，同样会使零序电流互感器内火线和零线的流过电流矢量 和不为零，从而手动产生了类似漏电流的模拟漏电流。这个电路给用户提供一种手动测试断路器是否能正常工作的方法，具体如下所示。报警触发电路103包括一异或门电路U4和一单稳态触发器U2。异或门电 路U4的输入端A与光电耦合器U3的光敏三极管的集电极连接，输入端B则 连接至电路U1的输出端5;异或门电路U4的输出端C接单稳态触发器U2的 输入端2，单稳态触发器U2的端口 4和端口 8直接接电源Vcc,端口 6和端口 7经电阻R2再接到电源Vcc，端口 6和7还通过一个电容接地使接入的电压更 加稳定，电源Vcc分别通过端口 4、 6、 7、 8为单稳态触发器U2内部相应的单 元提供工作电压，零电位端口 1接地，输出端3接可控硅Ql的触发极，输出 端3同时还通过发光二极管D3接地，可控硅Ql的触发极与地之间还接有电容 C5用来过滤干扰信号，防止可控硅Ql ^皮误触发。当模拟漏电流产生电路101中的稳压二极管D1导通而产生模拟漏电流时， 光电耦合器U3的发光二极管因为有电流通过而发光，光^:三极管受光后导通， 此时集电极为低电平，异或门电路U4的输入端A对应也是低电平；模拟漏电 流产生电路101中无模拟漏电流产生时光电耦合器U3的发光二极管因为无电 流通过所以不发光，光敏三极管就不导通，此时集电极为高电平，异或门电路 U4的输入端A则有高电平输入。图3示出了异或门电路U4的逻辑真值表。在 输入端A、输入端B均为高电平，或者均为^^电平时，输出端C输出J氐电平； 在输入端A为高电平，输入端B为低电平时，输出端C输出高电平；在输入端 A为低电平，输入端B为高电平时，输出端C输出高电平。可控硅Q1的导通条件为阳极和阴极之间加正向电压，同时触发极有触发信号。图2所示电路中，可控硅Ql的阳极和阴极始终加有正向电压，当单稳态触发器U2的输出端3的输出电压Vo为高电平时，可控石圭Q1将导通，进而触发脱扣器进行脱扣动作，切断电源。单稳态触发器U2的稳态输出为低电平，在受到异或门电路U4输出端C 输出的低电平触发后，在一定长的时间内输出端3的输出电压Vo保持为高电 平。此时，发光二极管D3发光报警，可控硅Q1导通，触发使脱扣器动作，断 开电源。在零序电流互感器Zl和漏电保护电路102处于正常工作状态时，电路有 以下几种情况当外部电路没有漏电，用户按下手动测试开关S1-TEST时，稳压二极管 Dl与光电耦合器U3内的发光二极管被短路，光电耦合器U3的发光二极管无 电流通过，所以其光敏三极管不导通，故异或门电路U4的输入端A为高电平； 在电网电压处于其波形正半周且大于二极管D2的导通电压时，零序电流互感器Zl有感应电动势输出，则漏电保护电路102输出高电平至异或门电路U4的 输入端B;输入端A为高电平，输入端B高电平，故异或门电路U4的输出端 C输出低电平。单稳态触发器U2被触发，其输出端3的输出电压Vo为高电平， 发光二极管D3导通发光报警，可控硅Q1导通，触发使脱扣器进行脱扣动作， 断开电源，从而证明断路器能正常工作。否则证明断路器不能正常工作。当外部电路没有漏电且模拟漏电流产生电路101无自动产生的模拟漏电电 流时，零序电流互感器Z1无感应电动势输出，则漏电保护电^各102输出低电 平至异或门电路U4的输入端B;光电耦合器U3的发光二极管无电流通过，光 敏三极管不导通，异或门电路U4的输入端A为高电平；输入端B为低电平， 输入端A为高电平，故异或门电路U4的输出端C输出高电平。单稳态触发器 U2未被触发，其输出端Vo为低电平，从而发光二极管D3不发光，可控硅Q1 也不导通，脱扣器不进行脱扣动作。当外部电路没有漏电而模拟漏电流产生电路101有模拟漏电电流产生时，如上所述，零序电流互感器Zl内火线和零线的流过电流矢量和不为零而产生感应电动势，并输出给漏电保护电路102;漏电保护电路102的输出端5输出 高电平至异或门电路U4的输入端B;光电耦合器U3的发光二极管有电流通过， 光敏三极管导通，输出低电平至异或门电路U4的输入端A;输入端B为高电 平，输入端A为低电平，故异或门电路U4的C端输出高电平。单稳态触发器 U2未被触发，其输出端Vo为低电平，从而发光二极管D3不发光，可控硅Q1 也不导通，脱扣器不进行脱扣动作。当外部电3各漏电而才莫拟漏电流产生电3各101无自动产生的才莫拟漏电电流 时，零序电流互感器Zl输出感应电动势，故漏电保护电路102的输出端5输 出高电平至异或门电路U4的输入端B;光电耦合器U3的发光二极管无电流通 过，光敏三极管不导通，异或门电路U4的输入端A为高电平；输入端B为高 电平，输入端A为高电平，故异或门电路U4的输出端C输出低电平。单稳态 触发器U2被触发，其输出端3的输出电压Vo为高电平，发光二极管D3导通 发光报警，可控硅Ql导通，触发使脱扣器进行脱扣动作，断开电源，起到保 护的作用。当外部电路漏电且有自动产生的模拟漏电电流时，零序电流互感器Zl输 出感应电动势，漏电保护电路102的输出端5输出高电平至异或门电路U4的 输入端B;光电耦合器U3的发光二极管有电流通过，光敏三极管被导通，故 输出低电平至异或门电路U4的输入端A;输入端B为高电平，输入端A为低 电平，故异或门电路U4的C端输出高电平。单稳态触发器U2未触发，其输 出端3的输出电压Vo为低电平，发光二极管D3不发光，可控硅Q1也不导通， 电路不触发脱扣器动作。这种情况是因为电路无法判断该漏电流是自动产生的模拟漏电流还是外部 电路漏电流而导致的失误。但是在电网电压的正半周的峰值两边的一小段时间 过去时，自动产生的模拟漏电流消失，电路可立即响应外部电路的漏电，使电 路触发使脱扣器动作，断开电源具体如上所述。由于电网电压的正半周的峰值两边的一小段时间非常短， 一般为几毫秒，所以这种失误现象对电路的实质性 影响很小。若零序电流互感器Z1或漏电保护电路U1处于故障状态时，在电网电压一到达正半周近峰值的可以使稳压二极管Dl导通而产生^t拟漏电流，光电耦合 器U3的发光二极管因有电流而发光，从而使光敏三极管导通，输出低电平至 异或门电路U4输入端A;由于零序电流互感器Zl或漏电保护电路Ul发生故 障，零序电流互感器Zl检测不到漏电流或者模拟漏电流，或者漏电保护电路 Ul故障只能输出低电平，这样只输出低电平给异或门电路U4输入端B;异或 门电路U4输出地电平，单稳态触发器U2^f皮触发，其输出端3的输出电压Vo 为高电平，使发光二极管D3导通发光报警，可控硅Q1导通，电路触发使脱扣 器进行脱扣动作，断开电源，起到保护作用。在零序电流互感器Z1或漏电保护电路U1处于故障状态时，外部有无漏电 流，因为漏电保护电路Ul的输出不会反映有漏电流而输出高电平，只输出低 电平给异或门电路U4输入端B;又由于电网电压的周期很短，最多是几十毫 秒，模拟漏电流产生电路就会产生上述的模拟电流而输出低电平至异或门电路 U4输入端A，从而触发单稳态触发器U2在一定长的时间内输出端3的输出电 压Vo保持为高电平。此时，发光二极管D3发光报警，可控硅Q1导通，触发 使脱扣器动作，断开电源。所以在零序电流互感器Z1或漏电保护电路U1处于 故障状态时，断路器一接入电源，自检电路很快就进行脱扣动作断开电源。用 户多次将断路器接入电源，发现都出现这种现象时，即可判断断路器的零序电 流互感器Z1或漏电保护电路U1出现故障。故障报警电路106用于在外部电路有漏电流或接地故障断路器发生故障时 发出报警信号，故障报警电路106包括一个较高阻值的电阻R6和一个发光二 极管D4，电阻R6和发光二极管D4串联后与脱扣线圈U0并联。脱扣线圈U0 的第一端与穿过所述零序电流互感器之后的火线连接，第二端通过一整流桥 D5、滤波电容C4接地滤波和限流电阻R4后与漏电保护电路Ul的使能端电连接，为漏电保护电路U1提供工作电压。电阻R6可以选择比脱扣线圈U0电阻大几十倍或者几百倍的电阻，具体的值可以根据实际需要确定。当脱扣线圈U0正常时，流过两条并联支路电阻R6和发光二极管D4串 联支路与脱扣线圈U0支路的总电流本身就很小，又由于电阻R6的阻值较大， 通过发光二极管D4的电流较小，不足以使发光二极管D4导通而发光；当脱扣 线圈U0线圏断路时，全部的电流将通过发光二才及管D4，从而使发光二极管 D4导通而发光。当滤波电容C4被击穿，或者整流桥D5中的整流二极管短路 时，通过发光二极管D4的电流迅速增大，致使发光二极管D4导通而发光，从 而起到报警的作用。因此，故障报警电路106中的发光二极管D4发光时，用户可以判断断路 器中的脱扣线圈U0线圏断路、滤波电容C4被击穿或者是整流桥D5中的整流 二极管短路了。在本实用新型实施例中，通过模拟漏电流产生电路101产生模拟漏电流， 在零序电流互感器Zl或漏电保护电路102出现故障而无法输出电路有漏电流 的状态的控制信号时，报警触发电路103可以通过检测模拟漏电流产生模块101 和漏电保护电路102输出的控制信号，在很短的时间内触发脱扣器进行脱扣动 作； 一个阻值较高的电阻R6串联一个发光二极管D4作为故障报警电路106， 该电路与脱扣线圈并联；在脱扣线圈UO的线圈断路、整流桥D5的整流二极 管短路或滤波电容C4击穿时，发光二极管由于通过的电流增大而发光，达到 报警目的。本实用新型实施例通过简单的电路，并且利用接地故障断路器的漏 电保护电路102,实现了接地故障断路器的自检功能。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种接地故障断路器，包括脱扣器、触发所述脱扣器动作的脱扣触发器，和内部有火线和零线穿过的零序电流互感器，其特征在于，所述断路器包括以下电路模拟漏电流产生电路，其电源输入端分别连接在火线和零线上，且连接点位于所述零序电流互感器的两端；该电路产生模拟漏电流并输出第一控制信号；漏电保护电路，其输入端连接至所述零序电流互感器；该电路根据所述零序电流互感器产生的感应电动势输出第二控制信号；以及报警触发电路，根据所述模拟漏电流产生电路输出的第一控制信号和所述漏电保护电路输出的第二控制信号，产生一触发信号至所述脱扣触发器。
2、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述的断路器还包括故障报警电路，其连接在所述脱扣器的脱扣线圈两端，该电路在所述脱扣 器的脱扣线圈发生故障时进行报警。
3、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述漏电保护电路 的第一输入端通过一电容连接至所述零序电流互感器的第一输出端，所述漏电 保护电路的第二输入端连接至所述零序电流互感器的第二输出端。所述漏电保 护的电路输出端输出第二控制信号给报警触发电路。
4、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述模拟漏电流产 生电路包括稳压二极管，其阴极与模拟漏电流产生电路的第 一输入端连接； 光电耦合器，包括一发光二极管和一光敏三极管；其发光二极管的正极与所述稳压二极管的阳极连接，其光敏三极管的集电极连接至一外部电源；以及 二极管，其阳极与所述光电耦合器中发光二极管的阴极连接，其阴极电连接至模拟漏电流产生电^^的第二输入端。
5、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述报警触发电路包括一异或门电路，其两个输入端分别与所述光电耦合器中光敏三极管的集电极和所述漏电保护电路的输出端连接；一单稳态触发器，其与所述异或门电路的输出端连接。
6、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述脱扣器触发器为一可控硅，所述可控硅的触发极与所述单稳态触发器的输出端连接。
7、 如权利要求6所述的接地故障断路器，其特征在于，所述可控硅的触发 才及通过一 滤波电容4妄i也。
8、 如权利要求5所述的接地故障断路器，其特征在于，所述单稳态触发器 的输出端通过一发光二极管接地。
9、 如权利要求1所述的接地故障断路器，其特征在于，所述脱扣器的脱扣 线圈的第一端与火线连接，第二端通过一整流桥后与所述漏电保护电路的使能 端连接。
10、 如权利要求2所述的接地故障断路器，其特征在于，所述故障报警电 路包括一电阻和一发光二极管，所述电阻和所述发光二极管串联后并联于所述 脱扣器的脱扣线圈两端。
专利摘要本实用新型适用于断路器领域，提供了一种接地故障断路器，包括脱扣器、触发所述脱扣器动作的脱扣器触发器，和内部有火线和零线穿过的零序电流互感器，所述断路器包括以下电路模拟漏电流产生电路，其电源输入端分别连接在火线和零线上，且连接点位于所述零序电流互感器的两端；该电路产生模拟漏电流并输出第一控制信号；漏电保护电路，其输入端连接至所述零序电流互感器；该电路根据所述零序电流互感器产生的感应电动势输出第二控制信号；以及报警触发电路，根据所述模拟漏电流产生电路输出的第一控制信号和所述漏电保护电路输出的第二控制信号，产生一触发信号至所述脱扣触发器。本实用新型通过简单的电路实现了接地故障断路器的自检。
文档编号H01H83/14GK201219092SQ20082009429
公开日2009年4月8日 申请日期2008年6月2日 优先权日2008年6月2日
发明者张子峰, 杨武强, 胡少武, 范文华 申请人:比亚迪股份有限公司