專利名稱：接地故障斷路器的反接線保護裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及接地故障保護，特別涉及對接地的故障電流起作用的保護電路裝置。
隨著科學技術的發展，接地故障斷路器向高性能、多功能方向發展，以往的接地故障斷路器一般都不具備反接線保護功能，因而當使用者把輸入電源端與負載端反接時會造成不良的后果，而本反接線保護裝置是專門為了彌補這種缺陷的一種新發現，它使整個接地故障斷路器的功能更加完善，提高了接地故障斷路器的安全性能。
GFCI插座不僅可以通過頂蓋面板的插孔來連接負載，又可以通過負載接線螺釘來連接負載，因而在安裝和使用GFCI時往往會因為某些原因把GFCI的電源端(Line)和負載端(Load)反接，這樣，GFCI起不了應有的保護作用，而且會引起更不利的現象發生。
本發明目的在于提供一種具有由特殊脫扣器和相應控制電路構成的反接線保護裝置的接地故障斷路器。
為實現上述發明目的，本發明接地故障斷路器的反接線保護裝置包括拉桿、閘片、平衡架、脫扣線圈、接觸開關和控制電路，其中拉桿一端具有平臺、另一端具有復位按鈕并具有第一軸線，拉桿上套有復位彈簧，平臺具有第一表面和相對的第二表面，拉桿沿第一軸線在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，平臺的第二表面接觸閘片，同時拉桿使接觸開關接通，在第二位置，平臺的第一表面接觸閘片，使拉桿通過閘片而帶動平衡架；閘片具有大體成90°L形的第一部分和第二部分；平衡架可以在閘片帶動下沿第一軸線方向移動，從而帶動接地斷路器的動觸片以便使接地斷路器的動靜觸點接通和斷開；脫扣線圈包括線圈、脫扣彈簧和可沿垂直于第一軸線延伸的第二軸線移動的銜鐵，銜鐵的一端結合閘片的第二部分，從而帶動閘片沿第二軸線在鎖定位置和非鎖定位置之間移動，在鎖定位置，閘片的第二部分阻擋平臺的上表面或下表面，在非鎖定位置，銜鐵帶動閘片克服脫扣彈簧的彈力移動，從而釋放平臺；接觸開關可以使脫扣線圈通電或斷電；控制電路包括一個在接觸開關接通時，維持所述脫扣線圈(502)持續通電一定時間的通電保持電路。
平衡架具有分別沿第一軸線和第二軸線的第一開口和第二開口，拉桿包括延伸到第一開口內的部分，閘片的第二部分延伸到第一開口內以在鎖定位置結合拉桿的平臺。
拉桿具有平臺的一端帶有與接觸開關接觸的錐形末端，閘片的第一部分具有閘片狹槽，其第二部分具有一端為圓弧形、相對端為直線形的閘片鎖孔銜鐵的端部具有環形凹槽，閘片的狹槽兩側卡入環形凹槽而使端部與閘片結合，以便將銜鐵沿第二軸線方向的運動傳遞給閘片，并且使所述閘片隨拉桿)沿第一軸線方向移動。
通電保持電路包括一個可控硅和一個由電阻器和電容器構成的充電支路；其中充電支路與接觸開關串接，可控硅與所述脫扣線圈(502)串接，充電支路的電阻器與可控硅的觸發端連接。
通電保持電路的持續通電時間為20～40ms。
控制電路還包括一個接地故障保護電路。
使用本發明時，如果使用者誤把電源線與負載線反接時，GFCI不通電。因此本技術使接地故障短路器性能有較大提高，對使用者更加安全、可靠。
參照附圖和本發明實施例的詳細說明可以更清楚地理解上述目的、結構特征及其優點。
圖7為顯示觸點位置的部分橫截面圖；圖8為脫扣器閉合狀態橫截面圖；圖9為本發明的GFCI電路圖；圖10為本發明的GFCI面板插孔反接線時不帶電電路圖。
下面參照


詳細本發明的優選實施例。
圖1為是本發明GFCI插座的外觀立體圖。其中401為復位鍵(RESET)，402為測試鍵(TEST)，101為電源插孔，102為圓形接地插孔，304為安裝片(其中帶有綠色接地螺釘，圖1未顯示)，103為負載(Load)接地螺釘(其中另一只在GFCI對稱面，圖1未顯示)，104為電源(Line)接線螺釘(其中另一只在GFCI對稱面，圖1未顯示)，301為GFCI底蓋，302為GFCI機座，302為GFCI頂蓋。
圖2為本發明GFCI插座的分解立體圖，為了便于清楚顯示整個插座的安裝位置關系，從兩個不同角度觀看，從而圖2a和圖2b兩個圖。由圖中可以看到，整個GFCI由底蓋301、基座302、頂蓋303、脫扣器部件B-5、動基-集成電路部件B-6、靜觸片316、靜觸銀點317、測試桿403、測試鍵402、復位件403、復位彈簧320、拉桿307、連接板304(附有接地螺釘、接地觸片、鉚釘)、負載接線螺釘103、壓線板106、緊固螺釘105等部件組成。其中脫扣器部件B-5通過接線針506與動基-集成電路部件B-6焊接在一起，并由下往上嵌入基座302的相應位置上，其他部件先后依次裝上，接觸開關k與動基-集成電路部件B-6相連并通過底蓋301上的圓柱孔使之定位；由于基座302上設有相應的脫扣器卡槽，因而當脫扣器部件B-5嵌入其中時就會受到相應的定位；此外，由于脫扣器部件B-5上的平衡架319的兩個掛臂剛好嵌在基座302上的卡槽內，而底蓋301上突起的圓柱頂端在插座處于脫扣狀態時正好頂在平衡架319底端的定位圓槽內，這樣就保證了拉桿307、平衡架319上的定位通孔、接觸開關裝配后始終固定在同一直線上；整個結構通過四個緊固螺釘連接在一起。其裝配位置關系詳見圖3。
圖3是表示反接線保護裝置在插座處于脫扣狀態時的裝配位置關系視圖，其中501為線圈骨架，502為脫扣線圈，503為脫扣彈簧、504為銜鐵，505為閘片，N1為中性磁環，N2為檢測磁環，319為平衡架、601為動基架、線圈骨架501由基座302上的卡槽橫向定位，由動基-集成電路部件B-6縱向定位，使得位于脫扣線圈502中心孔內的銜鐵504只能沿一個固定的水平面來回彈性移動。與銜鐵504相連的閘片505上設有一個滑動槽505a，銜鐵504的連接槽504a正好卡在這個滑動槽505a的兩側，使閘片505既可以由銜鐵504帶動來回移動，又可以由拉桿307帶動做上下移動。
下面詳細說明本發明GFCI中的反接線保護裝置的結構及其操作。
反接線保護裝置由特殊的脫扣器和相應的控制電路構成。
圖4為脫扣器立體圖，其中圖4a和4c是從兩個不同角度觀看的脫扣器分解立體圖，圖4b是組裝后的脫扣器立體圖。如圖所示，脫扣器由脫扣線圈502、脫扣彈簧503、銜鐵504、復位按鈕401、復位彈簧320、閘片505、接觸開關K及拉桿307構成，將金屬圓棒與復位按扭401熱注在一起而組成拉桿307，拉桿307下端有一平臺307′，其平臺307’上表面以“L”表示，平臺下表面以“R”表示。閘片鎖孔505b具有右垂直面D和左圓弧面H。當處于脫扣狀態時，閘片505的圓弧面H在脫扣彈簧503的回復彈力作用下而緊靠在拉桿307下端的錐體上，由于拉桿307下端上具有平臺307’，因此在復位按鈕401在脫扣線圈502不通電時不能復位。這是本發明GFCI起反接線保護作用的關鍵所在。下面說明其操作。
圖5為脫扣器脫扣狀態的橫截面圖。圖6為脫扣器由脫扣狀態到閉合狀態的橫截面圖。當對復位按鈕施加向下的壓力時，拉桿307沿箭頭P所示方向移動，當拉桿平臺307’的面R與閘片505接觸或即將接觸時，拉桿307的錐體使微型開關K接通，致使脫扣線圈502中通過電流，此電流產生磁力帶動銜鐵504沿箭頭A所示方向移動，由于閘片505與銜鐵504相連，閘片鎖孔505a也沿箭頭A所示方向移動，使原來緊靠拉桿307錐體的閘片H面離開錐體，當閘片505的H面移至一定位置時，此時由于P壓力的存在，閘片505突變到拉桿平臺307’的上表面L面。
圖7為顯示觸點位置的部分橫截面圖。其中，由于控制電路作用，脫扣線圈502通電時間約為20-40mm。如上所述，當閘片505突變到拉桿平臺307’的上表面L時，脫扣線圈502中已沒有電流通過，磁力消失，這樣在脫扣彈簧503的作用下，銜鐵504沿箭頭A的反方向移動，使閘片505的H邊再次靠近拉桿307，除去壓力P后拉桿307在復位彈簧320作用下，帶動平衡架319上移，平衡架319再帶動動觸片321具有動觸銀點318的一端上移，使動觸銀點318與靜觸片316上的靜觸銀點317接觸，此時GFCI接通。動觸片321另一端固定在動基-集成電路部件的動基架601上。圖8為脫扣器閉合狀態橫截面圖。其中由于靜觸片316的定位和復位彈簧320的回復彈力作用，使動觸銀點317和靜觸銀點318始終保持良好接觸。
下面說明本發明反接線保護裝置的控制電路。
圖9為典型的GFCI電路圖。其中二極管D1～D4構成整流電路，其交流輸入端與GFCI電源端(Line)相連，電阻R4為濾波電阻，電容C5為濾波電容。接觸開關K與電阻R4、電容C5相連，接觸開關K另一端與電阻R2、電容C6相連，電阻R2、電容C6另一端與可控硅VD5控制極和電阻R3相連，可控硅陰極、電阻R3與D2、D4相連，脫扣線圈J一端與GFCI電源端相連，另一端與可控硅陽極相連，其他電路與GFCI的反接線保護裝置無關，將在下文中另作說明。另外，上述的接觸開關K最好是微型開關。
控制電路的電源與GFCI的電源端相連，當GFCI帶電時，GFCI控制電路同時帶電。如圖4所示當在復位鍵加下壓力時，拉桿307以箭頭P所示方向移動，當拉桿平臺307′的“R”面與閘片505接觸或即將接觸時，拉桿307錐體使接觸開關K接通，如圖9所示，可看到此時直流電源通過電容C6充電在電阻R3產生一個約有20～40ms的觸發信號，此信號使可控硅VD5導通，脫扣線圈502通過電流，其通電時間約20～40ms，也就是說脫扣線圈502會產生一個時間約為20-40ms的電磁力作用于銜鐵504。如上所述，充電電容C6與電阻R3構成充電支路，該支路與接觸開關K串接，可控硅VD5與脫扣線圈502串接，并且電阻R3與可控硅VD5的觸發端連接，這種電路安排實際上就構成了一個在接觸開關接通時，維持所述脫扣線圈502持續通電一定時間的通電保持電路。
當反接線時，電源與負載線(load)端相連，這樣在復位件403沒有閉合之前，控制電路不帶電，因此即使接通接觸開關，也不能使脫扣線圈502通電。在此情況下，脫扣線圈503不能產生一個相應的電磁力來作用于銜鐵504，因此銜鐵504不能帶動閘片505沿箭頭A所示方向移動，致使拉桿平臺307’無法通過閘片鎖孔505b，因而GFCI不會接通，從而達到反接線保護功能。
圖10是GFCI面板插孔反接線時不帶電電路圖。由于增加了兩個觸點，使與負載端相連的觸點與靜觸片斷開，這樣當反接線時，不僅整個GFCI的控制電路不通電，同時也保證了面板插孔也不帶電。其他都與圖9所示的GFCI電路相同，這里不另作說明。
下面對整個GFCI的電路原理進行詳細說明。
接地故障保護電路由傳感器、電子線路、脫扣檢測電路、測試機構和復位機構組成。
傳感器由檢測線圈、中性誤接地保護線圈組成。檢測線圈由高初導磁率的國內牌號為1J85、厚度為0.35mm的玻莫合金沖片疊層組成，每片間由硅脂粘結，外有塑料保護盒，用Φ＝0.085mm的漆包線繞制而成，其中繞制匝數約為850匝左右。中性誤接地保護線圈由寬溫度系數、高μ值錳鋅鐵氧體外涂塑料保護層，繞180匝漆包線構成。
電子線路由直流電源、集成IC放大電路、中性誤接地保護電路、脫扣器控制電路和反接線控制電路組成。其中直流電路由二極管D1～D4組成，D1和D2的連接點、D3和D4的連接點構成交流輸入端與GFCI的電源(Line)端連接，D2、D4連接處為直流電源負載端，此處在以后敘述稱“地”。D1、D3連接處為直流電源正端，與濾波電阻電阻R4連接，電阻R4另一端與濾波電容C5一端連接，電容C5另一端與地連接，電容C5兩端26V左右的直流電壓為電子線路的直流電源。集成電路IC放大電路為美國仙童半導體公司(FIRCHILD SEMICOKDVCTOR)生產的GFCI專用集成電路RV4145A(或集成電路RV2145)。
檢測線圈的一個輸出端串聯電容C1，電容C1另一端與IC的一個輸入端腳連接，檢測線圈的另一端與IC的一個輸入端3腳連接構成變壓器耦合差動輸入電路。電阻R1為反饋電阻一端與IC腳1連接，另一端與IC輸出椴腳連接，電阻R1阻值大小決定IC放大倍數，即決定GFCI脫扣動作故障電流。
中性誤接地保護電路中性線圈N1兩端與電容C2并聯，其一端與電容C3連接，另一端接地，電容C3另一端與IC輸出端7腳連接。
脫扣控制電路脫扣線圈J的一端與GFCI的電源(Line)端連接，另一端與可控硅VD5的正極連接，可控硅VD5的觸發極與IC觸發信號輸出端5腳連接，可控硅負極接地，在可控硅觸發極與地之間并聯抗干擾電容C4。
反接線保護控制電路接觸開關K一端與正電源，另一端與電容C6和電阻R2連接處連接，電容C6與電阻R2另一連接處與可控硅觸發極、電阻R3一端連接，電阻R3另一端接地。
另外測試電路的測試電阻R0與電源端連接，電阻R0另一端與測試鍵(TEST)連接，測試鍵另一端與負載(Load)的另一端連接。測試電路是給GFCI提供8mA的故障電流，定期檢查GFCI工作狀態。
電源端并聯壓敏電阻Mov，當電源中突然有高電壓是可瞬間吸收高電壓，起到保護作用。
同時可設置GFCI接通指示電路其電路中發光二極管VD6一端與負載(Load)一端連接，VD6另一端與限電電阻R6一端連接，電阻R6另一端與負載(Load)另一端連接，當GFCI接通時，發光二極管發亮。
下面說明GFCI的故障電流檢測、中性誤接地保護的工作原理。
故障電流檢測二根電源線同時穿過檢測線圈N2，檢測線圈檢測兩根電源線通過電流的矢量和，平時無故障電流時此矢量和為零，當有故障電流時，此矢量和不為零，當故障電流增大到5mA時，檢測線圈二次會感應出約10mV左右的電壓信號，此信號經IC放大，當此信號達到設定閾值時，此閾值由電阻R1確定，IC的5腳輸出觸發信號，使可控硅VD5導通，脫扣線圈帶電，使脫扣器在規定時間內脫扣，GFCI斷開。
中性誤接地保護中性誤接地保護N1、N2構成變壓器耦合振蕩頻率約為5KHz的正弦波振蕩器，當有中性誤接地現象發生時，此振蕩器起振，當振幅達到IC閾值時，IC的5腳輸出觸發信號，脫扣器動作，GFCI斷開。
權利要求
1.一種用于接地斷路器的反接線保護裝置，包括拉桿(307)、閘片(502)、平衡架(319)、脫扣線圈(502)、接觸開關(K)和控制電路，其中所述拉桿(307)一端具有平臺(307’)、另一端具有復位按鈕(401)并具有第一軸線，所述拉桿(307)上套有復位彈簧(320)，所述平臺(307’)具有第一表面(L)和相對的第二表面(R)，所述拉桿(307)沿所述第一軸線在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述拉桿(307)使所述接觸開關(K)接通，在所述第二位置，所述平臺(307，)的所述第一表面(L)接觸所述閘片(505)，并使所述拉桿(307)通過所述閘片(505)而帶動所述平衡架(319)；所述閘片(505)具有大體成90°L形的第一部分(505a)和第二部分(505b)；所述平衡架(319)可以在所述閘片(505)帶動下沿所述第一軸線方向移動，從而帶動所述接地斷路器的動觸片(321)以便使所述接地斷路器的動靜觸點(318、317)接通和斷開；所述脫扣線圈(502)包括線圈(502)、脫扣彈簧(503)和可沿垂直于所述第一軸線的第二軸線移動的銜鐵(504)，所述銜鐵(504)的一端結合所述閘片(505)的所述第二部分(505a)，從而帶動所述閘片(505)沿所述第二軸線在鎖定位置和非鎖定位置之間移動，在所述鎖定位置，所述閘片(505)的所述第二部分(505b)阻擋所述平臺(307’)的所述上表面(L)或所述下表面(R)，在所述非鎖定位置，所述銜鐵帶動所述閘片(505)克服脫扣彈簧(503)的彈力移動，從而釋放所述平臺(307’)；所述接觸開關(K)可以使所述脫扣線圈(502)通電或斷電；所述控制電路包括一個在接觸開關接通時，維持所述脫扣線圈(502)持續通電一定時間的通電保持電路。
2.根據權利要求1所述的反接線保護裝置，其特征在于所述平衡架具有分別沿所述第一軸線和所述第二軸線方向的第一開口和第二開口，所述拉桿(307)包括延伸到所述第一開口內的部分，所述閘片(505)的第二部分(505b)延伸到所述第一開口內以在所述鎖定位置結合所述拉桿(307)的所述平臺(307’)。
3.根據權利要求1或2所述的反接線保護裝置，其特征在于所述拉桿(307)具有平臺(307’)的一端帶有與所述接觸開關(K)接觸的錐形術端，所述閘片(505)的所述第一部分(505a)具有閘片狹槽(505a)，其所述第二部分(505b)具有一端為圓弧形(H)、相對端為直線形(D)的閘片鎖孔(505b)。
4.根據權利要求3所述的反接線保護裝置，其特征在于所述銜鐵(504)的所述端部具有環形凹槽(504a)，所述閘片(505)的狹槽(505a)兩側卡入所述環形凹槽(505)內而使所述端部與所述閘片(505)結合，以便將所述銜鐵(504)沿所述第二軸線方向的運動傳遞給所述閘片(505)，并且使所述閘片(505)隨所述拉桿(307)沿所述第一軸線方向移動。
5.根據權利要求1-4任一項所述的反接線保護裝置，其特征在于當所述臺面(307’)的所述第二表面(R)接觸或即將接觸閘片(505)時，所述接觸開關(K)接通，當所述臺面(307’)所述第一表面(L)接觸閘片(505)時，所述接觸開關(K)斷開。
6.根據權利要求1所述的反接線保護裝置，其特征在于所述通電保持電路包括一個可控硅和一個由電阻器和電容器構成的充電支路；其中充電支路與接觸開關串接，可控硅與所述脫扣線圈(502)串接，充電支路的電阻器與可控硅的觸發端連接。
7.根據權利要求1、6所述的反接線保護裝置，其特征在于所述的通電保持電路的持續通電時間為20～40ms。
8.根據權利要求1所述的反接線保護裝置，其特征在于所述控制電路還包括一個接地故障保護電路。
9.根據權利要求1-4任一項所述的反接線保護裝置，其特征在于所述的接觸開關K是一個微型開關。
全文摘要
一種用于接地斷路器的反接線保護裝置，包括脫扣器和控制脫扣器閉合和斷開的控制電路，脫扣器具有帶平臺(307’)的拉桿(307)、呈L形的閘片(502)、與閘片(502)結合并隨拉桿上下移動的平衡架(319)、帶動閘片以便鎖定和釋放拉桿的脫扣線圈(502)、和使脫扣線圈通電和斷電的接觸開關(K)，使接地故障斷路器具有新保護功能，即當使用者不小心而將電源線與負載線接反時接地故障斷路器不能復位，而在正確安裝時故障短路器才能正常工作。
文檔編號H02H3/32GK1397973SQ0212589
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月1日 優先權日2002年8月1日
發明者王銀賢, 吳志新, 王富 申請人:浙江東正電氣有限公司