專利名稱：剩余電流保護器的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有模擬剩余電流測試電路的電子式剩余電流保護器，具體地說，涉 及用于判斷其剩余電流動作保護功能是否能正常工作的電流動作型剩余電流斷路器。
背景技術：
剩余電流保護器是電力系統中常用的一種低壓電器，剩余電流保護器是剩余電流 動作保護器的簡稱，以前稱漏電保護器。剩余電流保護器包括斷路器本體、剩余電流檢測裝 置、電子邏輯處理模塊、測試試驗裝置和電源電路。斷路器本體包括操作機構、觸頭系統和 脫扣器，用于執行主電路的接通或斷開。剩余電流檢測裝置，用于檢測剩余電流或接地故障 電流。電子邏輯處理模塊用于處理和判斷來自剩余電流檢測裝置的信號，當剩余電流或接 地故障電流達到一個預定限值時，電子邏輯處理模塊控制使脫扣器脫扣，通過斷路器本體 的觸頭系統使被控電路斷開。測試試驗裝置用于定期地檢查剩余電流保護器的動作性能和 判斷斷路器的剩余電流保護功能是否能正常工作，通過模擬存在的一個剩余電流，該模擬 剩余電流能被檢測裝置檢測到，并能報警和致使電子邏輯處理模塊控制脫扣器脫扣。當前，市售的低壓剩余電流保護器的測試裝置的測試回路的模擬剩余電流直接來 自主電路，最常用的方案有兩種一種是將功率型電阻、測試線圈和一個測試按鈕串接在主 電路的A、B、C三相中的任意兩相之間，通過人力按下測試按鈕接通電路，模擬存在一個剩 余電流，通過剩余電流檢測裝置輸出信號驅動斷路器斷開。另一種如專利申請CN1976158A 所公開的方案，是將功率電阻、測試線圈和一個按鈕型開關串接在整流側電源電路的輸入 端，然后通過人力按下按鈕型開關接通電路，從而形成了一個電流通路，使模擬剩余電流通 過剩余電流檢測裝置。采用以上兩種方案的最大缺點測試回路的功率型電阻需要過大的 尺寸和熱耗散，這樣不僅影響產品小型化設計的要求，而且更嚴重的是，由于測試回路安裝 在電源電路的任意兩相之間，因此會帶來測試回路的可靠性和耐用性問題。另外如果剩余 電流保護器進行下進線方式電力安裝，通過剩余電流測試回路測試時，斷路器本體斷開時 加載在測試回路兩端的電源是沒有斷開的，如果按住按鈕的時間過長，還可能會引起測試 電阻熱擊穿的危險。專利申請CN101207271A公開了一種剩余電流保護器，它的測試裝置采用單片機 (可控編程器)實現，從編程芯片的I/O端口模擬輸出高頻PWM脈沖波信號，該PWM脈沖波 的輸出信號將通過測試繞組線圈模擬存在一個剩余電流激磁信號。這種保護器實現起來電 路復雜，而且單片機成本較高。另外，常用LC振蕩電路產生的正弦波頻率較高，若要產生像 剩余電流信號這樣頻率較低的正弦振蕩，勢必要求振蕩回路要有較大的電感和電容，這樣 不但元件體積大、笨重、安裝不便，而且制造困難、成本高。況且，為了使剩余電流保護器產品能滿足各種跳閘靈敏度的要求，人們一般采用 跳閘靈敏度設定器，通過該設定器，在使用現場就可調試設定斷路器本體的跳間靈敏度。然 而由于在測試狀態下，現有的剩余電流保護器的跳間靈敏度與其跳間靈敏度設定器的設定 參數有關，所以在測試操作時需先設定跳間靈敏度設定器的參數，然后進行測試，如果不先
4設定可能會導致測試失敗，只能待測試完成后再將跳間靈敏度設定器的參數調回去，從而 對現場使用操作帶來極大的不方便。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述諸多缺陷，提供一種集檢測功能、測試功 能和靈敏度設定功能于一體的且性能更加優化的剩余電流保護器。為實現上述目的，本發明的一種剩余電流保護器包括剩余電流檢測裝置10，包 括環繞著初級線圈繞組的環形磁芯和多個次級線圈繞組，包含測試線圈4和檢測線圈2的 各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環形磁芯上，由檢測線圈2檢測的剩 余電流或者接地故障電流的電氣信號經信號調整電路40生成一個檢測信號。邏輯控制單 元6，根據來自信號調整電路40的檢測信號產生一個驅動脫扣器5動作的電控制信號，脫扣 器5驅動斷路器本體1實現電力線路分斷。直流電源裝置11包括限流模塊8、整流模塊9 和低壓直流輸出模塊3。模擬剩余電流發生器70包括限流電阻R7、隔直電容C5和三節RC 移相振蕩電路71，振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、剩余電流檢測裝置10的 測試線圈4的一端串聯連接，測試線圈4的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與 接地端g之間形成測試回路。一個測試按鈕41連接在三節RC移相振蕩電路71的VCC輸 入端和低壓直流輸出模塊3之間，控制由低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發生器70的 三節RC移相振蕩電路71提供的低壓直流電源的通斷，當三節RC移相振蕩電路71與低壓 直流輸出模塊3接通時，所述三節RC移相振蕩電路71向測試線圈4輸出波形為交流正弦 波的激磁信號。所述的三節RC移相振蕩電路71包括反相放大器和移相反饋網絡，反相放大器從 三極管VT、運算放大器或場效應管中任選其一，移相反饋網絡是由三個諧振電容Cl、C2和 C3、三個諧振電阻R3、R4和R5組成的三級RC超前型或滯后型移相反饋，正反饋從放大器的 輸出端出發，通過移相反饋網絡直接接回放大器的反相輸入端。所述的三節RC移相振蕩電 路71中構成所述移相反饋網絡的三個諧振電阻R3、R4和R5、三個諧振電容C1、C2和C3的 參數為R3 = R4 = R5，Cl = C2 = C3。所述的三節RC移相振蕩電路71是并聯電阻式RC移 相振蕩電路710、并聯電容式RC移相振蕩電路711或運算放大器RC移相振蕩電路712中的 一種。為實現上述目的，本發明的另一種剩余電流保護器包括剩余電流檢測裝置10， 包括環繞著初級線圈繞組的環形磁芯和多個次級線圈繞組，包含測試線圈4和檢測線圈2 的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環形磁芯上，用于檢測剩余電流 或者接地故障電流的電氣信號并生成一個檢測信號，邏輯控制單元6，根據來自剩余電流檢 測裝置10的檢測信號產生一個驅動脫扣器5動作的電控制信號，脫扣器5驅動斷路器本體 1實現電力線路分斷，直流電源裝置11包括限流模塊8、整流模塊9和低壓直流輸出模塊3。一個性能優化裝置7，包括測試開關73、模擬剩余電流發生器70、跳間靈敏度設定 器72和參數調節電阻RS，所述的參數調節電阻RS并聯連接在檢測線圈2的兩端。測試開 關73為雙路控制開關，其中一路控制節點a與節點b之間的接通/斷開，另一路控制節點c 與節點d之間的接通/斷開；在正常狀態下，節點a與節點b接通，而節點c與節點d斷開； 在測試狀態下，節點a與節點b斷開，而節點c與節點d接通。模擬剩余電流發生器70包
5括三節RC移相振蕩電路71、限流電阻R7和隔直電容C5，所述的RC移相振蕩電路71的振 蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測試線圈4的一端串聯連接，測試線圈4的另 一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與接地端g之間形成測試回路。跳閘靈敏度設 定器72的選擇端h與測試開關73的節點b連接，并接端i與檢測線圈2的一端連接并接 地，檢測線圈2的另一端與測試開關73的節點a連接，邏輯處理模塊6的信號輸入端與測 試開關73的節點a連接。所述的RC移相振蕩電路71的Vcc輸入端e與測試開關73的節 點d連接，低壓直流輸出模塊3的輸出端與測試開關73的節點c連接，測試開關73控制由 低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發生器70的三節RC移相振蕩電路71提供的低壓直 流電源的通斷，當三節RC移相振蕩電路71與低壓直流輸出模塊3接通時，所述三節RC移 相振蕩電路71向測試線圈4輸出波形為交流正弦波的激磁信號。所述的三節RC移相振蕩電路71的起振時間是通過調節諧振電阻R3、R4、R5和諧 振電容Cl、C2、C3與Vcc輸入端e的低壓直流電源的匹配值來實現調整。所述的跳閘靈敏度設定器72是由四個電阻值不同的電阻RT并聯連接組成的分檔 開關，所述四個電阻RT的一端并聯連接在一起形成并聯端i，四個電阻RT的另一端相互斷 開，該相互斷開的RT斷開端可供跳閘靈敏度設定器72的選擇端h有選擇地選其中一個電 阻RT和Rs并聯連接，所述電阻RS和RT共同實現剩余電流斷路器的動作靈敏度的調節。所 述的雙路開關73構成與直流電源裝置11和電阻RT相互聯鎖的接通結構，不會同時與直流 電源裝置11和電阻RT接通，使在測試狀態下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度與所述的跳 閘靈敏度設定器72的設定參數無關。電阻RS的取值范圍為2K 3. 9K，電阻RT的取值范圍為7. 6歐姆 619歐姆，使 在測試狀態下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度高于在正常狀態下的剩余電流保護器的跳 閘靈敏度。所述的三節RC移相振蕩電路71是并聯電阻式RC移相振蕩電路710、并聯電容式 RC移相振蕩電路711或運算放大器RC移相振蕩電路712中的一種。本發明的剩余電流保護器裝置，模擬剩余電流來自性能優化裝置內的模擬電流發 生器，而模擬電流發生器由直流電源裝置的低壓直流輸出端供電，測試過程中測試靈敏度 與靈敏度設定器的設定值無關，從而無需采用昂貴的電子元器件，大大縮小了產品體積，減 小了產品的重量，簡化了電路的結構，改善了產品的安全可靠性和使用壽命。與現有裝置相 比，本發明具有以下突出優點1、測試試驗裝置小型化、元器件數量少且成本低。2、測試試驗裝置通過控制振蕩電路的起振時間實現抗干擾、防誤動功能。3、通過測試回路與檢測回路的解耦，能以較小的測試電流實現測試功能。


圖1示意性地圖示按照本發明第一實施例的剩余電流保護器的測試裝置。圖2是按照本發明的模擬剩余電流發生器第一實施例的電路示意圖，圖中的三節 RC移相振蕩電路為并聯電阻式RC移相振蕩電路。圖3是按照本發明的模擬剩余電流發生器第二實施例的電路示意圖，圖中的三節 RC移相振蕩電路為并聯電容式RC移相振蕩電路。
圖4是按照本發明的模擬剩余電流發生器第三實施例的電路示意圖，圖中的三節 RC移相振蕩電路為運算放大器RC移相振蕩電路。圖5示意性地圖示按照本發明第二實施例的剩余電流保護器的測試裝置。圖6是按照本發明第二實施例的剩余電流保護器的性能優化裝置的電路示意圖， 圖中的三節RC移相振蕩電路為并聯電阻式RC移相振蕩電路。圖7是按照本發明第二實施例的剩余電流保護器的電路工作原理示意圖，圖中的 電路處于人力按下的“測試”狀態。圖8是按照本發明第二實施例的剩余電流保護器的電路工作原理示意圖，圖中的 電路處于沒有人力按下的“正常”狀態。圖9是本發明的RC移相式振蕩電路模擬產生的輸出波形圖，圖中示出的模擬剩余 電流為正弦交流電。
具體實施例方式根據以下對僅作為非限制性例子給出的并結合附圖中示出的本發明的具體實施 例的描述，本發明的特性和優點將變得更加清楚和更易于理解。圖1、5中是按照本發明第一和第二實施例實現的剩余電流保護器的整體結構示 意圖。圖1、5中的斷路器本體1，用于接通或分斷電力線路A、B、C。剩余電流檢測裝置10 在本實施例中是一個零序電流互感器，可用于檢測剩余電流或者接地故障電流。如圖1所 示的剩余電流檢測裝置10包括環形磁芯、初級線圈繞組和多個次級線圈繞組，初級線圈繞 組由二相或者多相電流導體組成，它們被環形磁芯所環繞，圖1中主電路的三相電力線A、 B、C穿過零序互感器10的環形磁芯。所述次級線圈繞組包括檢測線圈2和測試線圈4，各 個次級線圈繞組分別直接繞制在零序互感器10的環形磁芯骨架上。直流電源裝置11包括 限流模塊8、整流模塊9和低壓直流輸出模塊3。圖1的第一實施例的剩余電流保護器中的信號調整電路40的信號輸入端與檢測 線圈2串聯連接形成檢測回路，當檢測線圈2感應到剩余電流信號時，信號調整電路40接 收來自于檢測線圈2的檢測信號，并對該檢測信號進行信號處理，信號調整電路40的信號 輸出端與邏輯處理模塊6連接，通過邏輯處理模塊6判斷后輸出電控制信號，驅動電磁式脫 扣器5動作，電磁式脫扣器5推動斷路器本體1的機械機構動作分斷電力線路。如圖1所 示，模擬剩余電流發生器70的輸出端與測試線圈4串聯連接形成測試回路，剩余電流發生 器70的電源輸入端經測試按鈕41與低壓直流輸出模塊3串聯連接。當人為按下測按鈕41 時，低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發生器70提供低壓直流穩壓電源，使模擬剩余電 流發生器70產生并輸出正弦交流電流，用于模擬存在一個剩余電流，該電流就是從測試線 圈4中流過的模擬剩余電流。檢測線圈2感應到該模擬剩余電流信號后，同樣將其送到信 號調整電路40，經邏輯處理模塊6判斷并驅動脫扣器5動作。本發明的剩余電流保護器的模擬剩余電流發生器70的低壓直流電源裝置11由高 壓電源電壓經過降壓、整流、穩壓處理后得到，低壓直流電源裝置11通過RC移相式振蕩電 路產生模擬激磁電流信號，并且該激磁信號為正弦交流信號，可用于各類型剩余電流保護 斷路器的模擬激磁信號。本發明采用RC移相式振蕩電路來實現剩余電流保護斷路器的測 試實驗功能，由于模擬剩余電流發生器70采用低壓直流供電，不用通過高壓電源模擬實現激磁信號，而是通過RC移相式振蕩電路將低壓直流穩壓電壓轉換成交流形式通過繞組線 圈形成激磁信號，所以不僅體積小，而且電子元件的發熱量小，從而克服了現有技術的功率 電阻導致的保護器的耐用性和安全可靠性差的問題。圖2-4所示的是本發明的剩余電流保護器的模擬剩余電流發生器70的三個實施 方式。如圖2第一實施例的電路示意圖所示，模擬剩余電流發生器70包括限流電阻R7、隔 直電容C5和在三極管VT的共發射電路中加入的三節RC移相振蕩電路71。在圖2和3中， 電容C5主要起隔直作用，它與電阻R7 —起起調整阻抗的作用，用于調整測試線圈4中電流 的大小。所述的三節RC移相振蕩電路71具有Vcc輸入端e、振蕩電流輸出端f、接地端g。 Vcc輸入端e為低壓直流電源輸入端，它經測試按鈕41和低壓直流輸出模塊3串聯連接。 振蕩電流輸出端f用于輸出振蕩電流，它與隔直電容C5、限流電阻7、測試線圈4、接地端g 串聯連接形成測試回路。當人為按下測試按鈕41使其接通時，所述剩余電流保護器進入測 試狀態，此時低壓直流輸出模塊3向模擬剩余電流發生器70提供低壓直流電，模擬剩余電 流發生器70向測試線圈4輸出模擬剩余電流，該模擬剩余電流為正弦交流電。在無人為按 下測試按鈕41時，此時上述測試回路被斷開，測試線圈4中無電流，所述剩余電流保護器進 入正常狀態。如圖2所示，本發明的剩余電流保護器的三節RC移相振蕩電路71由反相放大器 和移相反饋網絡組成。圖2所示實施例中，反相放大器為一個三極管VT，在其他實施例中還 采用運算放大器或場效應管等來代替三極管VT實現放大功能。移相反饋網絡是由第一電 容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6組成的三級RC超 前型移相反饋，其中第一電容Cl、第二電容C2和第三電容C3與反饋回路串聯，即上述三電 容串聯在三極管VT的基極和集電極之間，三個電阻R1、R2、R6為偏置電阻，用于驅動和限定 三極管VT的集電極、基極和發射極的電流，其中Rl，R2構成三極管的基極驅動偏置。三個 電阻R3、R4、R5為諧振電阻，R3、R4、R5要大于R6的三倍，以滿足構成放大電路的要求。三 個電容Cl、C2、C3為諧振電容，三個諧振電阻R3、R4、R5與三個諧振電容Cl、C2、C3組成三 節諧振電路。低壓直流輸出模塊3是所述RC移相式振蕩電路71的直流電源，確定振蕩器頻 率的元件是R1、R4、R5和C1、C2、C3組成的移相網絡，正反饋從放大器的輸出端出發，通過移 相反饋網絡直接接回放大器的反相輸入端。由于放大器的反相作用，提供180°的移相，為 了滿足振蕩的相位平衡條件，移相網絡再提供180°的移相，每級RC電路所能提供的最大 相移為90°，但此時R或C必須為零，所以移相電路至少要采用三級組成，每級移相60°， 即在共發射電路中加了三節串聯的RC移相電路形成反饋網絡。在超前時間網絡中，電容與 反饋回路串聯，這樣就可以使得在全部電阻周圍產生的反饋信號超前于放大器信號；在滯 后型中，反饋回路串聯的是電阻，并且這些電阻與電容是并聯的，從而可以產生滯后的反饋 信號。圖2是使用了超前型RC振蕩電路的實施例，圖3是使用了滯后型RC振蕩電路的實 施例。通過調整RC(諧振電阻R3、R4、R5和諧振電容C1、C2、C3)和Vcc的匹配值，可達到 調節三節RC移相振蕩電路71的起振時間的目的，從而提高保護器的抗干擾和防誤動作的 能力。為了滿足移相要求，需設諧振電阻的參數相等，即R3 = R4 = R5，以及設諧振電容的 參數相等，即Cl = C2 = C3。從圖2可見，三個諧振電阻R3、R4、R5之間按并聯方式連接， 而三個諧振電容Cl、C2、C3之間按串聯方式連接，這里將這種連接特征的三節RC移相振蕩
8電路稱之為并聯電阻式RC移相振蕩電路710。如圖3所示，本發明的剩余電流保護器的三節RC移相振蕩電路71采用并聯電容 式RC移相振蕩電路711實現。與圖2所示的并聯電阻式RC移相振蕩電路710相比，除三 個諧振電阻R3、R4、R5與三個諧振電容C1、C2、C3的連接方式不同外，圖3所示的并聯電容 式RC移相振蕩電路711的其余電路結構都相同。上述連接方式的區別是并聯電容式RC 移相振蕩電路711的三個諧振電容C1、C2、C3之間按并聯的方式連接，而三個諧振電阻R3、 R4、R5之間按串聯的方式連接。如圖4所示，本發明剩余電流保護器的三節RC移相振蕩電路71的另一種可替代 的方案是采用運算放大器RC移相振蕩電路712，用運算放大器代替三極管實現放大功能。 該運算放大器RC移相振蕩電路712由運算放大器700、電阻RF、電阻R1、三個諧振電阻R3、 R4和R5、三個諧振電容C1、C2和C3構成。由運算放大器700、電阻Rl和電阻RF替代了由 圖2或圖3所示的三節RC移相振蕩電路中的三極管VT、電阻R1、R2、R6和電容C4。如圖4 所示，三個諧振電阻R3、R4、R5之間按并聯方式連接，而三個諧振電容Cl、C2、C3之間按串 聯方式連接，因此它是屬于并聯電阻式運算放大器RC移相振蕩電路。如果將圖4的諧振電 阻電容的連接改成三個諧振電容Cl、C2、C3之間按并聯方式連接，三個諧振電阻R3、R4、R5 之間按串聯方式連接，那么就組成了并聯電容式運算放大器RC移相振蕩電路。由此，本發 明的運算放大器RC移相振蕩電路既可指并聯電阻式運算放大器RC移相振蕩電路，或可指 并聯電容式運算放大器RC移相振蕩電路。應該說明的是，由于直接替換為集成運放的運算 放大器RC移相振蕩電路，要比圖2和圖3所示的三極管RC移相振蕩電路成本高，因此，本 發明優選采用三極管RC移相振蕩電路。圖5是本發明的剩余電流保護器的第二實施例的整體結構框圖。與圖1所示的本 發明的剩余電流保護器相比，在圖5所示的實施例中，除了包括斷路器本體1、零序互感器 10、分別繞在零序互感器10上的檢測線圈2和測試線圈4、脫扣器5、邏輯處理模塊6、直流 電源裝置11外，還包括一個性能優化裝置7，它解決了采用模擬剩余電流發生器后進一步 改善和優化產品性能的問題，使得模擬剩余電流發生器的設計與裝配調試更加容易，保護 器產品使用操作更方便。如圖6至圖8所示的性能優化裝置7包括檢測線圈2、模擬剩余電流發生器70、跳 閘靈敏度設定器72、參數調節電阻RS以及測試按鈕41的測試開關73的雙路常開和常閉中 的一路常閉觸點。所述的測試開關73為雙路控制開關，其上設有四個開關節點a、b、c、d，其 中一路控制節點a與節點b之間接通或斷開，另一路控制節點c與節點d之間接通或斷開。 在正常狀態下，也就是不在測試狀態下，節點a與節點b接通，而節點c與節點d斷開。在 測試狀態下，節點a與節點b斷開，而節點c與節點d接通。保護器的正常狀態與測試狀態 之間的轉換靠人為控制。當人為按下測試開關73時，保護器由正常狀態轉換為測試狀態； 當人為撤去對測試開關73的控制，即測試開關處在自然狀態下，保護器自動恢復到正常狀 態。與第一實施例相同，模擬剩余電流發生器70包括三節RC移相振蕩電路71、限流電阻R7 和隔直電容C5。與第一實施例相同，RC移相振蕩電路71具有三個電連接端，即Vcc輸入端 e、振蕩電流輸出端f、接地端g。所述的Vcc輸入端e與測試開關73的節點d連接，振蕩電 流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測試線圈4的一端串聯連接，測試線圈4的另一端 接地。跳閘靈敏度設定器72由四個電阻值不同的電阻RT并聯連接組成，四個電阻RT的一端并聯連接在一起形成并聯端j，并聯端j與檢測線圈2的一端連接并接地，檢測線圈2的 另一端與測試開關73的節點a連接。四個電阻RT的另一端相互斷開，該相互斷開的斷開 端可供跳間靈敏度設定器72的選擇端h有選擇地與其中一個連接，這種分檔選擇是為了滿 足可選擇不同的跳閘靈敏度的要求，由現場的操作人員人為完成設定跳閘靈敏度的分檔操 作。跳閘靈敏度設定器72的選擇端h與測試開關73的節點b連接，參數調節電阻RS的兩 端并聯連接在檢測線圈2的兩端，邏輯處理模塊6的信號輸入端與測試開關73的節點a連 接，低壓直流輸出模塊3的輸出端與測試開關73的節點c連接。 下面結合圖5至8進一步說明本發明的第二實施例的工作原理。測試按鈕41采 用雙路開關73，按鈕的雙路開關73的結構構成相互聯鎖的關系。這里聯鎖關系是指要么是 與低壓直流穩壓電源接通，要么是與電阻RT接通，不會同時兩路都接通。電阻RT是靈敏度 分檔用的，本發明通過分檔開關72選靈敏度電阻RT中的一個電阻和Rs并聯，RS和RT均 屬于性能優化裝置7，它們共同用來實現剩余電流斷路器的動作靈敏度的調節。靈敏度電阻 RS的取值范圍為2K 3. 9K，4個靈敏度調節電阻RT的取值范圍為7. 6歐姆 619歐姆。 在正常狀態下，測試開關73的節點a與節點b接通，而節點c與節點d斷開。節點a與節 點b的接通，使得跳閘靈敏度設定器72的電阻RT與參數調節電阻RS并聯，且并接在檢測 線圈2的兩端，故而剩余電流保護器的跳閘動作靈敏度取決于電阻RS和電阻RT 二者，這 在設計中是很方便調節實現的。當人為操作選擇RT的電阻值即人為操作設定跳閘靈敏度 時，剩余電流保護器的跳閘靈敏度會改變。當主電路的三相電力線A、B、C出現剩余電流故 障時，檢測線圈2會感應到剩余電流信號，該剩余電流信號輸入到邏輯處理模塊6，邏輯處 理模塊6對該剩余電流信號處理，當該剩余電流信號超過一定門限時，邏輯處理模塊6控制 脫扣器5發出脫扣動作；在此狀態下，節點c與節點d斷開，使模擬剩余電流發生器70不工 作，也就是測試線圈4內無電流流過。本發明的測試裝置模擬剩余電流動作的靈敏度和實 際剩余電流動作靈敏度是相互解耦的。這里所說的解耦是指測試按鈕回路的靈敏度電阻比 較容易選型，而和靈敏度電阻RT是無關的。具體地說，在測試狀態下，當開關按鈕按下，低 壓直流電源和RC移相式振蕩電路接通，測試開關73的節點a與節點b斷開，而節點c與節 點d接通。節點a與節點b的斷開，使得跳閘靈敏度設定器72不參與工作，故而剩余電流 保護器的跳閘靈敏度只取決于參數調節電阻RS，RT電阻網絡中的電阻沒有一個會接入檢 測線圈繞組的二次側，也就是說，當按下測試回路開關按鈕，則靈敏度電阻RT從回路中斷 開，串接在檢測線圈2中的就只有靈敏度電阻Rs，也可以說在此狀態下，測試按鈕回路動作 的靈敏度電阻就只剩下Rs，測試按鈕回路的靈敏度和靈敏度電阻RT沒有直接的關系，Rs選 的越大就越靈敏，RC移相振蕩電路輸出較小就能使得斷路器動作。由于剩余電流保護器的 跳閘靈敏度與跳閘靈敏度設定器72無關，所以實現了其解耦。此時節點c與節點d接通， 使得模擬剩余電流發生器70產生模擬剩余電流，該模擬剩余電流流過測試線圈4，使檢測 線圈2感應到剩余電流信號，該剩余電流信號輸入到邏輯處理模塊6，邏輯處理模塊6控制 脫扣器5發生脫扣動作，使斷路器本體1跳閘并斷開主電路。從以上關于工作原理的說明 不難看出，本發明的剩余電流保護器的性能優化裝置7的顯著貢獻在于在測試狀態，跳閘 靈敏度設定器72不工作，剩余電流保護器的跳間靈敏度與跳間靈敏度設定器72所設定的 參數無關，這不僅大大方便了現場的測試操作，而且還大大方便了電路設計和調試，從而大 大降低了產品的制造難度和生產成本。由于跳閘靈敏度設定器72的電阻RT與參數調節電阻RS采用并聯連接，所以在測試狀態下的跳閘靈敏度高于正常狀態下的測試靈敏度，也就 是測試狀態下的跳閘響應速度要比正常狀態下的跳閘響應速度更快，從而避免了長時間按 下測試開關73所導致的電子元器件過熱損壞的情況發生，提高了的安全測試的等級，大大 改善了保護器的安全性與可靠性。圖6所示的三節RC移相振蕩電路71與圖2所示的第一實施例中的三節RC移相 振蕩電路71相同，都是并聯電阻式三節RC移相振蕩電路710。與第一實施例一樣，可替代 第二實施例的并聯電阻式RC移相振蕩電路710的另一種方案是如圖3所示的并聯電容式 RC移相振蕩電路711，或者是如圖4所示的運算放大器RC移相振蕩電路712。即圖2_4所 示的三節RC移相振蕩電路71可適用于圖1和圖5的本發明的剩余電流保護器。圖9是本發明的模擬剩余電流發生器70所輸出的模擬剩余電流的波形圖，由圖9 所示的模擬剩余電流是正弦交流激磁信號，可以用于各類型剩余電流保護斷路器的激磁信 號模擬測試。其中，T代表振蕩電路穩定輸出的正弦波的周期時間，TD代表起振時間，TL代 表穩定起振的時間。為了減少人為誤操作而導致斷路器誤分斷，需要根據斷路器的實際功 能要求對RC移相式振蕩電路的電路起振時間TD進行分別設定，可以通過圖2所示的諧振 電阻R3、R4、R5和諧振電容Cl、C2、C3的RC參數調節進行選配。以上是本發明的剩余電流保護器的兩個實施例，其中第二實施例的跳閘靈敏度設 定器72采用了并聯形式，即四個電阻RT的一端并聯連接，形成并聯連接端j，而另一端作為 開端與選擇端h配合選擇連接。另一種可替代的等效電路可以是串聯形式，即四個電阻RT 串聯連接形成串聯電路，串聯電路的一端為連接端j，另一端和兩個相鄰電阻之間的引出端 作為開端，與選擇端h配合選擇連接。此外，本發明的第一實施例或第二實施例的模擬剩余電流發生器70中的隔直電 容C5，在以下兩種情況下可以省去第一種情況是降低對模擬剩余電流的交流特性的要 求，即允許模擬剩余電流中存在較大的直流成份的使用場合；第二種情況是三節RC移相振 蕩電路71輸出的振蕩電流的交流特性很好，即在不隔直的情況下也能用作模擬剩余電流， 但采用C5會使模擬剩余電流的交流特性更好，這種情況如在采用運算放大器型的三節RC 移相振蕩電路的方案中有可能出現。本發明提供的剩余電流試驗電路將低壓直流穩壓電源通過RC移相振蕩電路實現 模擬存在的剩余電流，剩余電流保護斷路器可以方便的進行上下進線的電力線安裝，而不 影響其安全可靠性。不僅解決了測試回路熱設計的問題，且滿足剩余電流保護器下進線安 裝的要求，并可設定RC振蕩電路起振延時時間，同時滿足A型、AC型、B型剩余電流保護器 的測試試驗功能，具有電路簡單，成本低，可靠性高，適用范圍廣的優點。RC移相振蕩電路模 擬激磁信號，還可以簡單的通過改變RC的數值大小獲得所需要的動作靈敏度要求，同時采 用不同的RC數值振蕩電路有不同的起振時間，根據功能要求可以設定所需要的電路起振 時間，減少人為誤操作而導致驅動斷路器斷開。本發明采用RC移相振蕩電路實現剩余電流 保護的測試試驗電路，其輸出穩定振蕩波信號為交流正弦波信號，并且輸出信號幅度穩定， 適用于各種類型剩余電流保護斷路器測試回路的模擬激磁信號。應該理解到的是，上述實施例只是對本發明的說明，而不是對本發明的限制，任何 不超出本發明實質精神范圍內的發明創造，均落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種剩余電流保護器，包括剩余電流檢測裝置10，包括環繞著初級線圈繞組的環形磁芯和多個次級線圈繞組，包含測試線圈4和檢測線圈2的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環形磁芯上，由檢測線圈2檢測的剩余電流或者接地故障電流的電氣信號經信號調整電路40生成一個檢測信號，邏輯控制單元6，根據來自信號調整電路40的檢測信號產生一個驅動脫扣器5動作的電控制信號，脫扣器5驅動斷路器本體1實現電力線路分斷，直流電源裝置(11)包括限流模塊(8)、整流模塊(9)和低壓直流輸出模塊(3)，其特征在于模擬剩余電流發生器(70)包括限流電阻R7、隔直電容C5和三節RC移相振蕩電路(71)，振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、剩余電流檢測裝置10的測試線圈(4)的一端串聯連接，測試線圈(4)的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與接地端g之間形成測試回路，一個測試按鈕(41)連接在三節RC移相振蕩電路(71)的VCC輸入端和低壓直流輸出模塊(3)之間，控制由低壓直流輸出模塊(3)向模擬剩余電流發生器(70)的三節RC移相振蕩電路(71)提供的低壓直流電源的通斷，當三節RC移相振蕩電路(71)與低壓直流輸出模塊(3)接通時，所述三節RC移相振蕩電路(71)向測試線圈4輸出波形為交流正弦波的激磁信號。
2.根據權利要求1所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節RC移相振蕩電路 (71)包括反相放大器和移相反饋網絡，反相放大器從三極管VT、運算放大器或場效應管中 任選其一，移相反饋網絡是由三個諧振電容C1、C2和C3、三個諧振電阻R3、R4和R5組成的 三級RC超前型或滯后型移相反饋，正反饋從放大器的輸出端出發，通過移相反饋網絡直接 接回放大器的反相輸入端。
3.根據權利要求2所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節RC移相振蕩電路(71)中構成所述移相反饋網絡的三個諧振電阻R3、R4和 R5、三個諧振電容Cl、C2和C3的參數為R3 = R4 = R5，Cl = C2 = C3。
4.根據權利要求1或2所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節RC移相振蕩 電路(71)是并聯電阻式RC移相振蕩電路(710)、并聯電容式RC移相振蕩電路(711)或運 算放大器RC移相振蕩電路(712)中的一種。
5.一種剩余電流保護器，包括剩余電流檢測裝置10，包括環繞著初級線圈繞組的環形磁芯和多個次級線圈繞組，包 含測試線圈4和檢測線圈2的各次級線圈繞組分別直接繞在剩余電流檢測裝置10的環形 磁芯上，用于檢測剩余電流或者接地故障電流的電氣信號并生成一個檢測信號，邏輯控制單元6，根據來自剩余電流檢測裝置10的檢測信號產生一個驅動脫扣器5動 作的電控制信號，脫扣器5驅動斷路器本體1實現電力線路分斷，直流電源裝置(11)包括限流模塊(8)、整流模塊(9)和低壓直流輸出模塊(3)，其特征在于一個性能優化裝置(7)，包括測試開關(73)、模擬剩余電流發生器(70)、跳間靈敏度設 定器(72)和參數調節電阻RS，所述的參數調節電阻RS并聯連接在檢測線圈(2)的兩端，測試開關(73)為雙路控制開關，其中一路控制節點a與節點b之間的接通/斷開，另 一路控制節點c與節點d之間的接通/斷開；在正常狀態下，節點a與節點b接通，而節點 c與節點d斷開；在測試狀態下，節點a與節點b斷開，而節點c與節點d接通，模擬剩余電流發生器(70)包括三節RC移相振蕩電路(71)、限流電阻R7和隔直電容 C5，所述的RC移相振蕩電路(71)的振蕩電流輸出端f與隔直電容C5、限流電阻R7、測試線 圈⑷的一端串聯連接，測試線圈⑷的另一端與接地端g連接，在振蕩電流輸出端f與接 地端g之間形成測試回路，跳閘靈敏度設定器(72)的選擇端h與測試開關(73)的節點b連接，并接端j與檢測 線圈(2)的一端連接并接地，檢測線圈(2)的另一端與測試開關(73)的節點a連接，邏輯 處理模塊(6)的信號輸入端與測試開關(73)的節點a連接，所述的RC移相振蕩電路(71)的Vcc輸入端e與測試開關(73)的節點d連接，低壓直 流輸出模塊⑶的輸出端與測試開關(73)的節點c連接，測試開關(73)控制由低壓直流 輸出模塊(3)向模擬剩余電流發生器(70)的三節RC移相振蕩電路(71)提供的低壓直流 電源的通斷，當三節RC移相振蕩電路(71)與低壓直流輸出模塊(3)接通時，所述三節RC 移相振蕩電路(71)向測試線圈(4)輸出波形為交流正弦波的激磁信號。
6.根據權利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節RC移相振蕩電路(71)的起振時間是通過調節諧振電阻R3、R4、R5和諧振電容Cl、C2、C3與Vcc輸入端e的 低壓直流電源的匹配值來實現調整。
7.根據權利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的跳閘靈敏度設定器(72)是由四個電阻值不同的電阻RT并聯連接組成的分檔開關，所述四個電阻RT的一端并 聯連接在一起形成并聯端j，四個電阻RT的另一端相互斷開，該相互斷開的RT斷開端可供 跳閘靈敏度設定器(72)的選擇端h有選擇地選其中一個電阻RT和Rs并聯連接，所述電阻 RS和RT共同實現剩余電流斷路器的動作靈敏度的調節。
8.根據權利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的雙路開關(73)構成與 直流電源裝置(11)和電阻RT相互聯鎖的接通結構，不會同時與直流電源裝置(11)和電 阻RT接通，使在測試狀態下的剩余電流保護器的跳間靈敏度與所述的跳間靈敏度設定器 (72)的設定參數無關。
9.根據權利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于電阻RS的取值范圍為2K 3. 9K，電阻RT的取值范圍為7. 6歐姆 619歐姆，使在測試狀態下的剩余電流保護器的跳 閘靈敏度高于在正常狀態下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度。
10.根據權利要求5所述的剩余電流保護器，其特征在于所述的三節RC移相振蕩電 路(71)是并聯電阻式RC移相振蕩電路(710)、并聯電容式RC移相振蕩電路(711)或運算 放大器RC移相振蕩電路(712)中的一種。
全文摘要
剩余電流保護器，包括零序互感器、檢測線圈、信號調整電路、邏輯處理模塊、脫扣器、測試線圈、直流電源裝置。它采用由測試開關、模擬電流發生器、跳閘靈敏度設定器、參數調節電阻RS構成性能優化裝置，模擬電流發生器采用三節RC移相式的振蕩電路，測試開關控制向RC移相振蕩電路提供的低壓直流電源的通斷，當接通時，RC移相振蕩電路向測試線圈輸出波形為交流正弦波的激磁信號。不僅優化了模擬電流發生器由低壓直流電源供電的供電方式，而且使測試狀態下剩余電流保護器的跳閘靈敏度與跳閘靈敏度設定器的設定參數無關，而且高于正常狀態下的剩余電流保護器的跳閘靈敏度，從而大大簡化了電路結構，縮小了產品的體積，改善了產品的安全可靠性和耐用性。
文檔編號H02H3/32GK101888082SQ20101022293
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者徐澤亮, 柴愛軍, 江紅, 高平 申請人:上海諾雅克電氣有限公司