接地线异常的检测保护方法、保护装置及保护系统与流程

本发明公开一种电路保护装置，特别是一种家庭用电接地线异常的检测保护方法、保护装置及保护系统，同时具有地线异常检测预警和保护的装置，属于电路保护技术领域。

背景技术：

100年前人们发明了发电机，从那时起，电就在人们生活中得到了广泛应用，成为人们生活中不可或缺的一部分，给人们的生产生活带来极大的方便，但同时也带来很多负面影响，每年，屡屡有人被“电死”的新闻见诸报端和网站，摘录几节如下：

一、“高级电工洗澡时被电热水器电死。洗澡时花洒喷出来的自来水竟然带电，关掉电闸后，热水器竟仍带电。前日晚上11时45分，白云区同和镇云涛花园7栋504单元内发生一起触电身亡事件，电工老邓在自家浴室洗澡时被电热水器电倒。事发后，白云区街道办事处、街派出所、社区居委会成立工作协调小组，迅速对此事展开调查，具体事故原因有待进一步调查。”

二、“14岁少女洗澡被电死厂商称电热水器没问题。距开学还有半个月，14岁的花都女孩小敏（化名）却再也不能回到课堂。8月13日晚，正在家中冲凉的她触电身亡。热水器厂家称检测显示电热水器100％没有问题。小敏父母表示将追究电热水器生产厂家责任。小敏的具体死因还待进一步调查。”

三、“热水器再成“凶手”致三人触电2人死亡。对福永31岁的李女士来说，这是撕心裂肺的一天：昨天，她的丈夫、父亲几乎同时去世，当时她在家里洗澡，花洒带电，她惊喊救命，丈夫冲进来把她拉开，自己却触电倒地，她50多岁的父亲见状，拉了电闸后去拉人，也触电倒地，两人最终均救治无效身亡。”

可能有人疑问：“为什么漏电开关不起作用啊。”；“是不是电器质量不合格啊”；“是不是安装不规范啊”……诚然，这些明显的问题都可能导致事故，不过这样的问题也很容易被现有措施发现和解决。也即是说，即便漏电开关良好、电器质量合格、安装规范等，这样的悲剧依然无法避免，从前述的案例描述有高级电工，而且还有拉了电闸仍然被电就明白了，肯定还有鲜为人知的原因存在。究其原因其实很简单，就是“接地线”异常带电了。按照我国现在的电力系统设置，“接地线”本应不带电，应起保护作用的，当发生漏电等异常情况时，“接地线”会将其导入大地，从而起到漏电防护的作用，如今反倒因为“接地线”带电而变成电人的罪魁祸首，难免出乎意料，因此该原因少为人知也就不奇怪了。

显然，一旦“接地线”带电，则所有电器的接地外壳都是带电的，即使拉电闸也一样带电，因为目前家庭用的市电电闸（开关）只切断火线（有的还同时断零线），不会切断接地线的。那“接地线”是如何带上电的呢。可能有人会说“火线搭到接地线上了”；“电器漏电了”等等，这些故障当然也会，不过这些明显会导致跳闸而很快被排除。

我国现在电力系统中的家庭用电有3根导线：火线、零线和接地线，分析基本故障模式有短路和断路两种：

短路模式下，火线和零线间短路，会导致空开跳闸或保险丝熔断；火线和接地线间短路，会导致漏电开关跳闸或保险丝熔断；零线和接地线间短路暂无危害；火线、零线和接地线间短路，会导致漏电开关跳闸或空开跳闸或保险丝熔断，就是说，现有措施可及时保护、发现和检修短路造成的危害；

断路模式下，火线断路、零线断路、火线和零线断路、火线和接地线断路、零线和接地线断路、火线及零线和接地线断路，均会导致用电器不能工作，可及时发现和检修排除。只有接地线单独断路时，用电器仍然可工作，现有措施也无法及时发现和检修排除，存在隐患。

做个简单的试验，如果把家庭用市电中的“接地线”断开，分成家庭内和家庭外两段，此时测量家庭内的这段悬空的“接地线”会发现基本都是带电的，而且电压约在110v左右，这是因为家庭电器中很多都使用了开关电源，其中有y电容（电磁兼容作用）或者类似装置，这样就会导致火线和“接地线”间有微小的漏泄电流（这还不足以触发漏电开关）。正常情况下，“接地线”接地良好，漏电流就会进入大地，“接地线”上是没有电压的；而一旦，“接地线”悬空或者接地不良，这个110v的非安全电压才会显露出来。而这个漏泄电流则会随着用电器的数量增加而增加，明显地，一栋楼中多个家庭的用电是并联在一起的，这种“正常”的漏电情况是累加的，很容易就达到人体致命电流，尤其是此时各个漏电开关并不会动作。

换句话说，正常工作情况下，“接地线”上一直潜伏着可能致命的漏电流电压。一旦，“接地线”悬空或者接地不良，这个潜在的危险将通过所有用电器的接地外壳释放了出来，危害面很广，尤其是热水器这样带水潮湿的电器更为容易出事，所以必须保证“接地线”时时刻刻都接地良好才能真正的保障安全。对于此问题，可能有人会不屑地说“保证接地良好不就行了吗”，这样回答是还没有意识到这种问题的严重性。安装验收过的时候接地明显是规范和良好的，但能保证以后使用中时时刻刻都接地良好吗。这是值得疑问的。使用过程中的意外总是难免的，比如“火线搭到接地线上了”；“电器漏电了”这样的意外，能被现有的漏电开关、保险、空气开关等保护措施及时发现和保护断开，并及时检修，避免事故扩大，但“接地线”意外的脱开或接地不良，比如生锈、老鼠咬、误施工等等，“接地线”带电了，家庭各个电器仍然可以照样工作，现有保护措施却不能及时发现和保护，只有被电了才知道不正常，而且还不一定知道是“接地线”不正常。正是这样的潜在危险，不易被及时发现和保护，而导致人命事故。可见，前述事故的根本原因是：家庭用电的“接地线”上时刻潜伏着危险电压，若“接地线”不良则意外带电，而且目前系统无法及时检测预警和保护，是系统内在的固有隐患。

技术实现要素：

针对上述提到的现有技术中的“接地线”断路、意外的脱开或接地不良无法检测，存在安全隐患的缺点，本发明提供一种接地线异常的检测保护方法、保护装置及保护系统，其能检测“接地线”意外带电存在危险。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种接地线异常的保护装置，保护装置包括用于检测“接地线”电压的门限电压检测模块和报警模块，报警模块连接在门限电压检测模块上，门限电压检测模块控制报警模块工作。

一种接地线异常的保护系统，该保护系统包括如上述的接地线异常的保护装置、220v交流市电和用电设备，220v交流市电给用电设备供电，保护装置连接在220v交流市电的零线和接地线之间。

一种采用如上述的接地线异常的保护装置的接地线异常的保护方法，该方法为在220v交流市电的零线和接地线之间连接门限电压检测模块，采用门限电压检测模块检测接地线上的电压是否超过危险电压门限，当门限电压检测模块检测到接地线上的电压超过危险电压门限时，则门限电压检测电路控制报警模块进行报警。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的报警模块为声音报警装置或发光报警装置中的一种或两种的组合。

所述的保护装置还包括开关模组和开关量输出模块，开关量输出模块连接在门限电压检测模块上，门限电压检测模块控制开关量输出模块工作，开关模组与开关量输出模块连接，开关量输出模块控制开关模组工作。

所述的开关模组采用三极开关。

所述的保护装置还包括输入接口和输出接口，输入接口和输出接口分别与开关模组连接。

所述的220v交流市电和用电设备之间串接有开关模组，门限电压检测模块上连接有开关量输出模块，开关量输出模块与开关模组连接。

所述的保护装置还包括开关模组和开关量输出模块，开关量输出模块连接在门限电压检测模块上，开关模组与开关量输出模块连接，当门限电压检测模块检测到接地线上的电压超过危险电压门限时，开关量输出模块控制开关模组断开。

所述的开关模组上连接有输入接口和输出接口。

本发明的有益效果是：本发明可以检测到“接地线”意外带电存在危险，并能及时发出报警，而且还可通过切断、隔离用电器的方式进行保护，以避免人员触电，保证安全。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是常规的家庭用电的接线拓扑示意图。

图2是常规的家庭内部“接地线”不良示意图。

图3是公共“接地线”不良的示意图。

图4是“接地线”不良的漏电压局部细节示意图。

图5是本发明中的保护装置的示意框图。

图6是本发明中的保护装置的全自动保护示意图。

图7是本发明中的保护装置的半自动形式示意图。

图8是本发明中的保护装置的最简单的实例原理示意图。

图9是本发明中的保护装置防护系统外异常电压示意图。

图中，1-三极输入接口，2-门限电压检测模块，3-报警模块，4-开关量输出模组，5-三极开关，6-三极输出接口，7-220v交流电，8-被保护的用电设备。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

本发明中的保护装置主要包括门限电压检测模块2和报警模块3，门限电压检测模块2用于检测“接地线”和零线之间的电压差，报警模块3连接在门限电压检测模块2上，门限电压检测模块2控制报警模块3工作，当门限电压检测模块2检测到“接地线”和零线之间的电压差出现异常时，则控制报警模块3发出警报，以避免发生危险。本实施例中，门限电压检测模块2可采用氖泡、气体放电管等具有门限电压检测功能的器件或电路。本实施例中，报警模块3可采用声音报警装置或发光报警装置中的一种或两种的组合，声音报警装置可采用蜂鸣器、扬声器等，发光报警装置可采用氖泡、led等。

本实施例中，保护装置还包括开关模组和开关量输出模块4，开关量输出模块4连接在门限电压检测模块2上，门限电压检测模块2控制开关量输出模块4工作，开关模组与开关量输出模块4连接，开关量输出模块4控制开关模组工作，本实施例中，开关模组采用三极开关5，即一个开关可同时控制三条线路，三极开关5也称为三联动开关或三极联动开关，三极开关5的三条线路分别控制火线、零线和“接地线”，即户外接入电线要经过三极开关5后在分别接入给户内的用电设备供电。具体实施时，三极开关5也可以采用三个单控开关或者采用一个或多个双控开关，或者采用单控开关和双控开关组合形式，不过最终组合效果也是三联动的。当然，也可以设计连接接地线的那个开关比其它两个晚一点断开和早一点合上，就像三极电源插头的接地线极比其它2极长一点的带电插拔效果。本实施例中，开关模组可采用电子可控的继电器、空开、漏电开关等机械式有物理隔离作用的开关。本实施例中的三极联动开关5是3个开关必须一起开和合的联动开关，平时处于常闭状态。

本实施例中，保护装置还包括输入接口和输出接口，输入接口和输出接口分别与开关模组连接，本实施例中，输入接口采用三极输入接口1，输出接口采用三极输出接口6，通过三极输入接口1连接到市电电源即220v交流电7的火线、零线、接地线，3根线通过三极联动开关5后，接到三极输出接口6上，然后再连接被保护的用电设备8。

本发明中的保护系统为将如上述的保护装置上的门限电压检测模块2连接在交流市电的接地线和零线之间。交流市电中的火线、零线和接地线分别与开关模组连接，通过开关模组给被保护的用电设备8供电。

使用时，一旦“接地线”异常带电超过危险电压门限，则触发动作，进行声光告警，并控制三极联动开关断开，使被保护的用电设备和危险源隔离开来，避免触电保证安全。

本发明的工作原理如下：

请参看附图1，我国民用电供电系统中，一般的家庭用电有3根导线：火线、零线和接地线，家中的各个用电设备之间是并联连接，各个用电设备的外壳均通过接地线与大地连接，若接地良好，即便有y电容的漏电流存在，外壳仍然是安全的零电位。

当某家庭的入户“接地线”不良时，即发生故障，请参看附图2，家庭中的各个用电设备的y电容的漏电流无法通过接地线泄放，则“接地线”（接着用电器外壳）上将出现约110v危险电压，其可能的电流值是该家庭内部所有用电器的漏电流累加。

如果是诸如楼栋、单元、小区等多个家庭的公共“接地线”不良时，请参看附图3，楼栋、单元、小区中所有家庭的用电设备中的y电容的漏电流都无法通过接地线泄放，则“接地线”（接着用电器外壳）上将出现约110v危险电压，其可能的电流值是多个家庭所有用电器的漏电流累加。

请参看附图4，图4中是接地线故障的局部细节显示，当“接地线”不良时，y电容的漏电流无法通过接地线泄放，则“接地线”（接着用电器外壳）上将出现危险电压，其等效的计算数值为vg=（vl-vz）*cy/（cy+cy），对220v的交流电系统而言，可能约等于110v。

采用本发明的保护方法，即本发明的使用方法，请参看附图5，在用电器和交流电源之间串入本本发明中的保护装置，其中，三极输入接口1和三极输出接口6仅是接线作用，三极联动开关5处于常闭状态，不影响用电器工作，在本发明的保护装置内部，零线和接地线之间连接到门限电压检测电路2，用于检测接地线上的电压是否超过危险电压门限，一旦“接地线”上异常带电时，即接地线上的电压超过危险电压门限时，则门限电压检测电路2动作，控制报警模块3发光和发声进行报警。同时，通过开关量输出模块4控制三极联动开关5的三条线全部断开，使得被保护的用电设备8和危险源隔离开来，避免触电保证安全。因为本发明中采用的是三极联动，就好像是把用电器的电源插头拔下来一样（不存在接地线上单独设置开关）。当“接地线”恢复正常不带电后，三极联动开关5可选择人工复位或者自动复位（当三极联动开关5采用自动复位开关时，其可进行自动复位，当三极联动开关5采用非自动复位开关时，其可进行人工复位）。虽然是时刻检测“接地线”上的异常电压，因为只有“接地线”存在异常电压并超过危险门限后，才触发工作，并且用的是异常电压的电，所以本发明平时并不耗电！

请参看附图9，本发明中所谓的“接地线”上的异常电压，除了系统内部的隐患（漏电流由于接地不良而显露出危险电压）之外，还有可能因为系统外的异常情况导致，比如高压线感应、碰触、搭线、雷击等等，本发明同样可检测危险电压，并及时告警保护。

请参看附图6，此为本发明中的保护装置的优选实施方式，可将其称为全自动保护模式，保护装置包括三极输入接口1、门限电压检测模块2、报警模块3、开关量输出模块4、三极开关5和三极输出接口6，三极输入接口1连接到市电电源即220v交流电7的火线、零线、接地线，通过3根线将220v交流电7输入至三极开关5，三极输出接口6连接在三极开关5上，用于将220v交流电7输出给被保护的用电设备8，门限电压检测模块2连接在零线和接地线之间，报警模块3和开关量输出模块4分别与门限电压检测模块2连接，开关量输出模块4输出控制信号给三极开关5，控制三极开关5工作。当“接地线”不良而带电，当其带电电压超过危险门限时，本发明输出声音和发光告警，并自动切断用电器和电源的全部连接，隔离危险源，以保证安全。

请参看附图7，本实施例为本发明的简化实施例，可将其称为半自动保护模式，保护装置仅包括门限电压检测模块2和报警模块3，当门限电压检测模块2检测到“接地线”不良而带电，当其带电电压超过危险门限时，本发明输出声音和发光告警，及时提示用户注意危险，需人工隔离危险源（如拔下电源插头）和检修，以保证安全。

请参看附图8，本实施例为本发明的最简实施例，仅有一个氖泡和一个限流电阻组成，氖泡和限流电阻共同组成门限电压检测模块，氖泡同时具备门限电压检测和发光告警两种作用，本实施例中没有声音告警，仅发光告警一种。

供电系统内部的隐患（漏电流由于接地不良而显露出危险电压），不是从来就有的，其实在交流电应用初期，并不存在这种隐患，因为正常的用电器不存在漏电流，如果有漏电流肯定是用电器出问题了，用电器出问题是小概率的意外，即便出现了，该漏电流还会被接地线给泄放了，没有危险的，除非，此时又碰巧遇上小概率的接地不良，小概率乘小概率的情况差不多百年一遇了，即便这种百年一遇的小小概率事件同时发生了，触电的瞬间，现有的漏电开关仍然可以动作，及时保护，因为其漏电流绝大多数情况下是超过漏电开关的动作门限的，这跟前述的隐患完全不同。随着科技发展和应用日新月异，尤其是开关电源的出现及电磁兼容的y电容的使用（或者类似的设备及装置），使得用电器正常工作时，存在一个小的漏电流，这些漏电流是随着用电器的数量增加而累加的。尤其严重的是，无论漏电流如何累加，很大很危险，都不会让系统内的漏电开关动作，而且是随时存在的，因为这是正常状态，也就是说现有的漏电开关是无效的。只有时时刻刻系统接地良好（光自己家里的接地线良好没用，公共地线不良也会把电引入到某个家庭里，所以是不可控的。），漏电流有泄放途径，才没有危险，一旦接地线接地不良，这个漏电流马上变成危险电压显露出来，同时出现在所有的用电器的外壳上，最容易出现触电危险，所以是时刻都存在而现有系统无法及时检测保护的不可预测的隐患。故触电事故时有发生，而且拉电闸后仍然被触电，都在合理的解释之中，同时可见该隐患的严重性。

虽然电工或自己拿试电笔探测一下接地线就知道有没有带电了，但这仅仅限于探测的时候，完全无法保证实时安全。比如：某人正在洗澡时，楼道中的公共接地线被老鼠意外咬断了，则立马被电坏，而无任何征兆，或者接地线时好时坏就更麻烦。而使用本发明的保护装置后，可随时检测到危险电压，并及时告警提示，甚至自动隔离，避免触电危险发生，可以解决现有家庭用交流电系统的这个固有隐患。

本发明装置实现时，对全自动方式，三极联动开关一定是三极联动的，相当于有危险时把用电器的电源插头拔下来一样（如果不是三极联动的，可能出现断接地线的情况，相当给接地线加了开关一样，这是系统不允许的）。电路形式不限，在实物形式上，可与现有的各种插头、插座、开关、继电器等任意结合实现，把检测告警和控制电路加进去即可，充分利用现有资源，还可以同现有的比如空气开关、漏电开关等结合，形成多功能开关，但是，必须注意要三极联动。

本发明可以检测到“接地线”意外带电存在危险，并能及时发出报警，而且还可通过切断、隔离用电器的方式进行保护，以避免人员触电，保证安全。