一种浸水防触电漏电保护器的制作方法

本实用新型实施例涉及漏电保护设备技术领域，具体涉及一种浸水防触电漏电保护器。

背景技术：

电可能烧坏电器，引起火灾，或者使人触电。在用电过程中，由于电气设备本身的缺点、运用不当和安全技术措施不力而构成的人身触电和火灾事端，给人民的生命财产带来了不应有的损失。日常生活中，因电气设备使用不当或线路漏电造成的电气事故时有发生，低压配电系统线路的漏电、用电设备的漏电、过载及短路或者接地电流流过金属焊缝引起发热都可能导致安全隐患。防止漏电引起的人身触电以及因接地故障而使供电线路损坏甚至发生火灾，己成为当务之急。普通的漏电保护开关不对物理漏电和人体触电进行检测和区别，统一保护分断时间在50-100微秒，漏电保护电流约30ma，而当通过人体的电流达到8～10ma手摆脱电极已感到困难，有剧痛感(手指关节)，20～25ma手迅速麻痹，不能自动摆脱电极，呼吸困难，50～80ma呼吸困难，心房开始震颤，90～100ma呼吸麻痹,三秒钟后心脏开始麻痹，停止跳动，对人体受到电流过大时要最短的时间断开电源，防止触电危险，而现有的漏电保护开关在发生人体单相触电事故时，无法起到很好的保护作用。

技术实现要素：

为此，本实用新型实施例提供一种浸水防触电漏电保护器，以解决现有的漏电保护开关在发生人体单相触电事故时，无法起到很好的保护作用的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：一种浸水防触电漏电保护器，所述漏电保护器包括220v交流电输入端子j1、220v交流电输出端子j2、电流互感器pl1、电流过零检测比较器电路、漏电信号分析电路以及第一电源通断控制电路，所述220v交流电输入端子和220v交流电输出端子通过火线和零线连接，所述220v交流电输出端子用于连接负载电路，所述火线和零线穿过所述电流互感器pl1的中心孔，所述电流过零检测比较器电流包括双运算放大器u2，所述电流互感器pl1的检测线圈连接双运算放大器u2的输入端，所述漏电信号分析电路包括单片机u1，所述双运算放大器的输出端连接单片机u1，所述第一电源通断控制电路包括光耦u3、继电器k1和继电器k2，所述单片机u1通过光耦u3连接所述继电器k1和继电器k2的工作线圈，所述继电器k1和继电器k2的常开触点分别串联连接在所述零线和火线上。

进一步地，所述单片机u1的型号为stc12c5608ad，所述双运算放大器u2的型号为lm358。

进一步地，所述电流互感器pl1的检测线圈的一端通过端子j3的j3_6口连接双运算放大器u2的同相输入端引脚3和反相输入端引脚6，电流互感器pl1的检测线圈的另一端通过端子j3的j3_5口连接双运算放大器u2的反相输入端引脚2和同相输入端引脚5，所述双运算放大器u2的输出端引脚1和引脚7连接单片机u1的p1.7端口和p3.7端口，所述单片机u1的p1.0端口通过端子j3的j3_7口连接光耦u3的输入端，光耦u3的输出端通过三极管q2的集电极依次连接继电器k1的工作线圈和继电器k2的工作线圈并连接至供电端v+，继电器k1的常开触点和继电器k2的常开触点分别串接在零线和火线上，所述220v交流电输入端子j1的火线和零线之间连接有全波整流器u7，所述供电端v+连接全波整流器的v+端，所述全波整流器u7的v+端和v-端之间连接有稳压二极管d2和滤波电容c3，所述全波整流器u7的v-端接地。

进一步地，所述漏电保护器还包括零火线短路限流无弧保护电路，所述零火线短路限流无弧保护电路包括负载短路及过流检测电路和第二电源通断控制电路，所述负载短路及过流检测电路包括二极管d3和d6，二极管d3的正极连接火线输入端，二极管d6的正极连接火线输出端，二极管d3和d6的负极均经端子j3的j3_15口连接至单片机u1的p3.2端口，所述第二电源通断控制电路包括多组并联连接在火线输入端和火线输出端之间的mos场效应管组，每组mos场效应管组包括两个串接的mos场效应管，多个mos场效应管的栅极g均连接至单片机u1。

进一步地，所述第二电源通断控制电路包括4个mos场效应管q1、q6、q3和q10，mos场效应管q1的漏极s和q6的漏极s串接，mos场效应管q3的漏极s和q10的漏极s串接，两组并联的mos场效应管组一端通过q1和q3的源极d连接火线输入端，另一端通过q6和q10的源极d串接继电器k2的常开触点后连接至火线输出端，所述单片机u1的p3.3端口经端子j3的j3_17口连接三极管q7和q8的基极，单片机u1的p3.3端口用于触发mos管导通为负载输出供电，所述三极管q7的集电极连接mos场效应管q1和q6的栅极g，所述三极管q8的集电极连接mos场效应管q3和q10的栅极g，所述mos场效应管q1、q6、q3和q10的栅极g分别连接三极管q5和三极管q9并经端子j3的j3_18口和j3_19口分别连接至单片机u1的p3.4端口和p3.5端口，单片机u1的p3.4端口和p3.5端口分别用于在交流过零时进行mos场效应管q1、q6、q3和q10的开启和关闭驱动信号控制。

进一步地，所述漏电保护器还包括浪涌电流抑制电路，所述浪涌电流抑制电路包括变压器t1和ntc热敏电阻器，所述变压器t1的初级线圈一端连接供电端v+，另一端连接三极管q8的集电极，所述变压器t1的次级线圈一端连接ntc热敏电阻器，另一端接地，ntc热敏电阻器连接光耦u6的输入端，光耦u6的输出端连接三极管q6的基极，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极连接三极管q6的集电极且两者的连接点连接至供电端v+，三极管q8的基极连接三极管q6的发射极。

进一步地，ntc热敏电阻器依次连接vcc端和vdd端，vcc端连接单片机u1的vcc端，所述ntc热敏电阻器和vdd端的连接点连接至稳压二极管d1的阴极，稳压二极管d1的阳极接地，所述vcc端和vdd端之间连接电容c16的正极，c16的负极接地，所述vdd端与ntc热敏电阻器的连接点连接电容c3的正极，电容c3的负极接地。

进一步地，所述漏电保护器还包括过压及欠压检测电路，所述过压和欠压控制电路包括全波整流器u4和光耦u5，所述全波整流器u4的两个ac输入端分别连接在220v交流电输入端子j1的火线和零线上，所述全波整流器u4的v+端和v-端连接光耦u5的输入端，所述光耦u5的输出端经端子j3的j3_8口连接单片机u1的p1.1端口。

本实用新型实施例具有如下优点：

本实用新型实施例提出的一种浸水防触电漏电保护器，该漏电保护器包括220v交流电输入端子j1、220v交流电输出端子j2、电流互感器pl1、电流过零检测比较器电路、漏电信号分析电路以及第一电源通断控制电路，可以根据检测到的触电信号进行分析以智能识别出是物理漏电或人体漏电，并在漏电电流值达到相应预设阈值时及时控制继电器k1和继电器k2断开负载输出，物理漏电保护电流30-50ma，人体漏电保护电流0.5-20ma，保护分断时间5-10毫秒，确保人身安全；当负载输出端零火线或普通插座同时浸水时，零火线通过水形成一个回路，这时水是导电且带电的，但没有达到保护动作值，属于物理漏电，与大地没有形成回路，保护器不会动作断电，当有人体站在大地上触碰到水时检测到人体有0.5ma以上触电电流，保护器会发出指令断开负载输出，达到浸水防触电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例1提供的一种浸水防触电漏电保护器的电路图；

图2为本实用新型实施例1提供的一种浸水防触电漏电保护器的另一电路图；

图3为本实用新型实施例1提供的一种浸水防触电漏电保护器的又一电路图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本实施例提出了一种浸水防触电漏电保护器，所述漏电保护器包括220v交流电输入端子j1、220v交流电输出端子j2、电流互感器pl1、电流过零检测比较器电路、漏电信号分析电路以及第一电源通断控制电路，220v交流电输入端子和220v交流电输出端子通过火线和零线连接，220v交流电输出端子用于连接负载电路，火线和零线穿过电流互感器pl1的中心孔，电流过零检测比较器电流包括双运算放大器u2，电流互感器pl1的检测线圈连接双运算放大器u2的输入端，漏电信号分析电路包括单片机u1，双运算放大器的输出端连接单片机u1，第一电源通断控制电路包括光耦u3、继电器k1和继电器k2，单片机u1通过光耦u3连接继电器k1和继电器k2的工作线圈，继电器k1和继电器k2的常开触点分别串联连接在零线和火线上。单片机u1用于根据检测到的触电信号进行分析以智能识别出是物理漏电或人体漏电，并根据识别结果在漏电电流值达到相应预设阈值时及时控制继电器k1和继电器k2断开负载输出。

本实施例中，单片机u1的型号为stc12c5608ad，内置a/d转换器釆样，具有2个釆样比较器，高达80ns的快速转换时间，22.1184msps的釆样频率，i/o电平范围0.25v～vdvdd(5v)-0.4v，提取触电特征，判定人体触电，发出信号使保护装置动作。利用故障模式识别信号触发比较器导通和断开，从而控制电磁继电器的开合来开断导通用电回路。釆用型号sra-24vdc-cl电磁继电器或采用更大功率及高性能的继电器。

本实施例中，双运算放大器u2的型号为lm358。1脚是输出端，2脚是反相输入端，3脚是同相输入端，4脚是负电源(双电源工作时)或地(单电源工作时)，5脚是同相输入端，6脚是反相输入端，7脚是输出端，8脚是正电源，1、2、3脚是一个运放通道，5、6、7脚为另一运放通道，lm358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。工作原理：2脚电压与3脚电压比较，6脚电压与5脚电压比较，分别对应两个独立的输出：当1in+大于1in-2in+大于2in-时，1out2out输出高电平。当1in+小于1in-2in+小于2in-时，1out2out输出低电平。经电流互感器pl1采集感应电流信号输入到双运算放大器u2比较器3脚和6脚，5脚为正电压基准，2脚为负电压基准，1、7脚输出给单片机u1解析。

图1中端子j3、图2端子j2以及图3中端子j5各端口对应连接。具体的，电流互感器pl1的检测线圈的一端通过端子j3的j3_6口连接双运算放大器u2的同相输入端引脚3和反相输入端引脚6，电流互感器pl1的检测线圈的另一端通过端子j3的j3_5口连接双运算放大器u2的反相输入端引脚2和同相输入端引脚5，双运算放大器u2的输出端引脚1和引脚7连接单片机u1的p1.7和p3.7端口，单片机u1的p1.0端口通过端子j3的j3_7口连接光耦u3的输入端，光耦u3的输出端通过三极管q2的集电极依次连接继电器k1的工作线圈和继电器k2的工作线圈并连接至供电端v+，继电器k1的常开触点和继电器k2的常开触点分别串接在零线和火线上，220v交流电输入端子j1的火线和零线之间连接有全波整流器u7，供电端v+连接全波整流器u7的v+端，全波整流器u7的v+端和v-端之间连接有稳压二极管d2和滤波电容c3，全波整流器u7的v-端接地。

当用电设备正常运行时，线路中电流呈平衡状态，pl1互感器中电流矢量之和为零(电流是有方向的矢量，如按流出的方向为“+”，返回方向为“－”，在互感器中往返的电流大小相等，方向相反，正负相互抵销)，由于一次线圈中没有剩余电流，所以不会感应二次线圈，k1和k2继电器处于闭合状态。当有人触电或出现其他接地漏电故障时，由于漏电流的存在，使得通过漏电互感器一次侧的各相负荷电流(包括中性线电流)的相量和不再为零，一次线圈中产生剩余电流，因此便会感应二次线圈，当这个电流值经u2放大分析达到该漏电保护器限定的动作电流值时，k1和k2继电器脱扣，将负载电路断开。漏电保护器保护电路能快速、准确地识别触电特征，并准确区分普通触/漏电和人身触电，其基本依据是生物组织阻抗的参数，人身是生命体，主要由肌肉和皮肤、血液等构成，如果检测到3个不同频率下的阻抗，经单片机mcu(数模信号处理)对人体触电特征进行识别，人体总阻抗主要由皮肤阻抗决定，通过设置一个安全阈值，检测到系数低于这个定阈值时判定发生了人体触电事故。当触电已经发生的时候，就要求在最短的时间内切除电流，如果有人体触摸到电源的线端即火线，或电器设备内部漏电，检测到这部分电流差别后立刻跳闸保护人身和电器的安全。

当负载输出端零火线或普通插座同时浸水时，零火线通过水形成一个回路,这时水是导电且带电的，但没有达到保护动作值，属于物理漏电，与大地没有形成回路，保护器不会动作断电，当有人体站在大地上触碰到水时检测到人体有0.5ma以上触电电流，保护器会发出指令断开负载输出，达到浸水防触电功能。

该漏电保护器还包括零火线短路限流无弧保护电路，零火线短路限流无弧保护电路包括负载短路及过流检测电路和第二电源通断控制电路，负载短路及过流检测电路包括二极管d3和d6，二极管d3的正极连接火线输入端，二极管d6的正极连接火线输出端，二极管d3和d6的负极均经端子j3的j3_15口连接至单片机u1的p3.2端口，第二电源通断控制电路包括多组并联连接在火线输入端和火线输出端之间的mos场效应管组，每组mos场效应管组包括两个串接的mos场效应管，多个mos场效应管的栅极g均连接至单片机u1。

本实施例中，第二电源通断控制电路包括4个mos场效应管q1、q6、q3和q10，mos场效应管q1的漏极s和q6的漏极s串接，mos场效应管q3的漏极s和q10的漏极s串接，两组并联的mos场效应管组一端通过q1和q3的源极d连接火线输入端，另一端通过q6和q10的源极d串接继电器k2的常开触点后连接至火线输出端，单片机u1的p3.3端口经端子j3的j3_17口连接三极管q7和q8的基极，单片机u1的p3.3端口用于触发mos管导通为负载输出供电，三极管q7的集电极连接mos场效应管q1和q6的栅极g，三极管q8的集电极连接mos场效应管q3和q10的栅极g，mos场效应管q1、q6、q3和q10的栅极g分别连接三极管q5和三极管q9并经端子j3的j3_18口和j3_19口分别连接至单片机u1的p3.4端口和p3.5端口，单片机u1的p3.4端口和p3.5端口分别用于在交流过零时进行mos场效应管q1、q6、q3和q10的开启和关闭驱动信号控制。

当发生漏电或过压欠压时由两个继电器k1和k2控制通断，四个mos场效应管q1、q6和q3、q10主要用来负载短路或过流时在10ms内快速切断或开启电源。交流回路的通断受栅极g信号电压控制，当四个mos场效应管的栅极g电压同时为正偏时，交流回路开路，当四个功率场效应管的栅极g电压同时为零偏时，交流回路断路。正常工作时，单片机q1、q6和q3、q10导通，当单片机u1检测到负载短路或过流信号时，单片机u1的p3.2端口检测到信号，此时单片机p1.2端口(p1.2端口是电源开关端口，和端子j5连接，外置一个按键开关，用于保护器的通断开关)在交流过零时输出低电压，给四个mos场效应管的g极对地下拉闭合，单片机u1控制q1、q6和q3、q10关闭，断开负载输出。为确保四个mos场效应管q1、q6和q3、q10，免受瞬间峰值电压电流的冲击，四个mos场效应管q1、q6和q3、q10的栅极g直流开关信号，进行交流过零开启，交流过零关闭的辅助控制，即不论是控制输出负载开还是关，都是在交流过零时控制动作，交流过零检测通过双运算放大器lm393构成的过零比较器得到与电网输入相电压信号同步的方波信号，该信号被送到mcu芯片的中断脚后进行过零控制。当零线与火线直接短路时漏电保护器在0.01秒内断开电路，达到过零保护防止火灾发生，在故障排除后漏电保护器会在30秒内自动恢复供电。

该漏电保护器还包括浪涌电流抑制电路，浪涌电流抑制电路包括变压器t1和ntc热敏电阻器，变压器t1的初级线圈一端连接供电端v+，另一端连接三极管q8的集电极，变压器t1的次级线圈一端连接ntc热敏电阻器，另一端接地，ntc热敏电阻器连接光耦u6的输入端，光耦u6的输出端连接三极管q6的基极，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极连接三极管q6的集电极且两者的连接点连接至供电端v+，三极管q8的基极连接三极管q6的发射极。ntc热敏电阻器依次连接vcc端和vdd端，vcc端连接单片机u1的vcc端，ntc热敏电阻器和vdd端的连接点连接至稳压二极管d1的阴极，稳压二极管d1的阳极接地，vcc端和vdd端之间连接电容c16的正极，c16的负极接地，vdd端与ntc热敏电阻器的连接点连接电容c3的正极，电容c3的负极接地。

变压器t1串联一个ntc负温度系数热敏电阻器，用于电源抑制浪涌在电路电源接通瞬间，电路中会产生比正常工作时高出许多倍的浪涌电流，而ntc热敏电阻器的初始阻值较大，可以抑制电路中过大的电流，从而保护其电源电路及负载。d1稳压二极管电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，构成起稳压作用。由c16和c3并联滤波得到一个稳定的电压供给mcu。当电路进入正常工作状态时，热敏电阻器由于通过电流而引起阻体温度上升，电阻值下降至很小，不会影响电路的正常工作。

该漏电保护器还包括过压及欠压检测电路，过压和欠压控制电路包括全波整流器u4和光耦u5，全波整流器u4的两个ac输入端分别连接在220v交流电输入端子j1的火线和零线上，全波整流器u4的v+端和v-端连接光耦u5的输入端，光耦u5的输出端经端子j3的j3_8口连接单片机u1的p1.1端口，设置默认150v-270v为正常输出，超出这个值范围继电器会断开输出。上电后保护器自动进行检测输出输入端过压、欠压、漏电、短路故障。当输入端零火线间的电压大于270v或设定值时，自动关闸保护并声光警告。欠压保护：当输入端零火线间的电压小于150v或设定值时，自动关闸(关闭继电器k1、k2)保护并声光警告，直至电压恢复正常后自动合闸供电。

本实施例提出的一种漏电保护器一种浸水防触电漏电保护器，可以根据检测到的触电信号进行分析以智能识别出是物理漏电或人体漏电，物理漏电保护电流30-50ma，人体漏电保护电流0.5-20ma，保护分断时间5-10毫秒，确保人身安全。当零线与火线直接短路时漏电保护器在0.01秒内断开电路，达到过零保护防止火灾发生，在故障排除后漏电保护器会在30秒内自动恢复供电。可以把普通插座放入水中，人体触碰水是不会有触电感觉，当在漏电电流在0.5ma以上或设定值时保护器自动与电源断开，确保人身安全。上电后保护器自动进行检测输出输入端过压、欠压、漏电、短路故障，当输入端零火线间的电压大于270v或设定值时，自动关闸保护并声音警告。欠压保护：当输入端零火线间的电压小于150v或设定值时，自动关闸保护并声光警告，直至电压恢复正常后自动合闸供电。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。