电线上产生火花时自动工作的断电设备 【技术领域】
本发明涉及一种当电线上产生火花时自动地工作的断电设备，更具体地，涉及一种断电设备，其根据控制信号自动地切断供应到漏电断路器(earthleakage breaker)或电子开关的电源，由此防止诸如由电火花(火焰)产生的电气火灾的灾难，所述控制信号通过检测电火花产生的电磁波而传送，所述电火花产生在处于诸如电气设备连接故障的异常状态的电线上。
背景技术
一般而言，漏电断路器是一种检测电路或用电设备是否漏电的电线线路(electrical wiring)设备，如果检测到大于特定电平的漏电流，就切断电源，由此防止人体因电击受伤，并且防止由漏电流导致的电气火灾发生。
据报道，最常见的电气火灾是由房屋(内部)线路漏电导致的；然而，由于漏电断路器在漏电流产生时工作，因此不能假设最常见的电气火灾是由漏电导致的。
实际上，最常见的电气火灾发生在产生电火花时，电火花由下述情况产生：线路接触故障，由接触点处发热导致的绝缘击穿，瞬时短路或高连接电阻。在这种情况下，漏电断路器可能无法工作，并且，如果电火花附近有易燃物，就会导致灾难。
但是，难以检查线路接触点处的接触故障，并且即使是有经验的专家，也只能通过实物检查或利用万用表检测出断路和短路。
尤其是，当电线管是由合成树脂(PVC)形成时，绝缘测量期间无法显示电线管中的电线之间的绝缘故障，并且在发生功能失常前无法检查出电线的连接或接触故障。
此外，由用电的电气设备的连接或接触故障导致的功能失常会在工业场所引起相当大的损失或灾难。但是，功能失常也很难检测。
同时，由于传统的漏电断路器在持续产生漏泄电流时或在电流超过额定电流时工作，因此不可能防止由于在低压房屋电线的接触点处的接触故障、瞬时短路或电线间形成放电路径(tracking)而导致的电气火灾。
在此，将描述上述的接触故障、瞬时短路或电线间形成放电路径，从而研究它们共有的特征。
首先，当发生接触故障时，由于接触故障产生的热量，使电线的绝缘材料变形，并且导致其接触表面被氧化。
因此，连接电阻越来越大，从而使得连接热量不断增加。结果是，绝缘材料逐渐被烧焦或变形，由此导致电线间的短路，并且，由连接热量导致的跳火(flashover)使邻近的易燃材料燃烧，由此引起火灾。
其次，通过由于绝缘涂层被烧坏导致的短路或由于操作错误导致的瞬时短路产生强电火花/电弧，由此引起火灾。
尤其是，因为电火花/电弧的有效电流小，漏电断路器的工作会被延迟或者漏电断路器不工作。
最后，通过电线间形成放电路径而产生的电火花/电弧和跳火使邻近的易燃材料燃烧，由此引起火灾，所述放电路径的形成是由绝缘故障导致的。
电线系统中发生的电气火灾伴随着过大的热量、电火花/电弧和跳火，因此在很短的时间内蔓延。
研究所述电流的特征发现，由于很大的电流在单位时间内快速变化，上升和下降角接近直角，并且该电流以若干次不规则的脉冲的形式流动，并且其有效电流很小。
当线路中的接触点处接触不良时，供应到负载端的电压具有不规则的脉冲，由此所述电流以不规则脉冲的形式流动，并且具有非常小的有效电流。因此，热断路器或电磁断路器难以执行断电操作。
就是说，当产生有效电流小的电火花/电弧时，无法进行漏电断路器的断路操作。
如上所述，由于传统的漏电断路器在过载或漏电状态操作，因此不可能防止由电火花/电弧(火焰)导致的灾难，所述电火花/电弧(火焰)产生在处于诸如连接故障的反常状态的电线上。
因此，必须防止由于产生在处于诸如连接故障地异常状态的电线上的电火花所导致的灾难，这是传统的漏电断路器和电子开关无法防止的。
【发明内容】
技术问题
本发明的提出意在解决上述关于现有技术的问题，本发明的目的是提供一种断电设备，其根据控制信号自动地切断供应到漏电断路器或电子开关的电源，因此提供了漏电断路器的固有功能，并且有效地防止由于在电线上产生的电火花所导致的诸如电气火灾的灾难，所述接地漏电断路器在过载或漏电状态下工作，所述控制信号通过检测电火花产生的电磁波的脉冲电流而传送，所述电火花产生在处于诸如电设备连接故障的异常状态的电线上。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种当电线上产生火花时自动地工作的断电设备，所述断电设备包括：三端双向可控硅开关电路，其与漏电断路器或电子开关的输出端电线连接，所述三端双向可控硅开关电路由电火花产生的电磁波的脉冲电流驱动，以提供电流；整流滤波电路，其与三端双向可控硅开关电路连接，用以对从三端双向可控硅开关电路提供的电流进行整流，将所述电流转化为直流电流，并且在电压下降后输出恒定电压；以及操作延迟电路，当电流已连续供应一段预定的时间时，所述操作延迟电路用于通过延迟由整流滤波电路提供的电流，操作用于漏电断路器的断电操作的开关元件。
三端双向可控硅开关电路包括：第一端脉冲变压器线圈，当由电火花产生的电流在电路中流动时，电磁波的脉冲电流驱动所述第一端(side)脉冲变压器线圈，在所述电路中，电容器和电阻器通过电路保护电阻器与漏电断路器的输出端电线并联；第二端脉冲变压器线圈，在第一端脉冲变压器线圈中流动的电流在第二端脉冲变压器线圈中产生感应电流；可变电阻器，用于控制第二端脉冲变压器线圈的输出电流；三端双向可控硅开关，由第二端脉冲变压器线圈的输出电流触发；以及电阻器，用于保护三端双向可控硅开关不受突变电流影响。
此外，整流滤波电路包括：二极管，用于对输入电流进行整流；滤波电容器，用于通过除去纹波(ripple)而将电流的交流分量从经二极管整流的电流中除去；电阻器和电容器，用于对由滤波电容器转化的直流电流进行降压；第一稳压二极管，当电容器完成充电时提供电流；第二稳压二极管，当电容器的充电后的电压大于预定值时，通过向电容器提供反向电流保持恒定电压；以及电阻器，用于限制在第二稳压二极管中流动的电流并调节恒定电压。
此外，操作延迟电路包括：电容器，通过所提供的电流对所述电容器进行充电；可变电阻器，用于控制对电容器进行充电所需的时间；单结晶体管，当电容器的电压增加到预定值并且作为发射极电压提供时触发；电阻器，用于当向单结晶体管提供电流时产生电压；可控硅整流器，其与电阻器连接，并且当从所述电阻器向可控硅整流器的栅极供应电流时，可控硅整流器被触发；二极管，当向可控硅整流器提供电流时，向二极管施加电压；以及，继电器，其与二极管并联。
优选地，三端双向可控硅开关电路进一步包括：电容器，用于触发三端双向可控硅开关；以及电阻器，用于控制所述电容器的浪涌电流。
更优选地，三端双向可控硅开关电路进一步包括电磁干扰(EMI)滤波器，所述电磁干扰滤波器用于除去输入到漏电断路器或电子开关输入端的电线中的电信号的噪声。
更优选地，三端双向可控硅开关电路进一步包括电压非线性电阻器，所述电压非线性电阻器用于通过吸收从漏电断路器输入端输入的高浪涌电压来保护电路。
此外，继电器包括线圈和开关，当线圈被激励时，打开所述开关。
此外，操作延迟电路包括半导体无触点开关，诸如La-SCR或La-SCS，作为用于漏电断路器断电操作的开关元件。
适当地，操作延迟电路进一步包括指示灯或告警设备，所述指示灯或告警设备与开关元件连接并且在电线上产生电火花时工作。
有益效果
根据与本发明一致的断电设备，漏电断路器根据控制信号自动地工作，因此防止了由电火花(火焰)导致的诸如电气火灾的灾难，所述控制信号通过检测由电火花产生的电磁波的脉冲电流而传送，所述电火花产生在处于诸如电气设备连接故障的异常状态的电线上。
尤其是，根据本发明，由于断电设备提供了漏电断路器的固有功能，因此可以有效地防止由电火花导致的诸如电气火灾的灾难，所述接地漏电断路器在过载或漏电状态下工作，并且所述漏电断路器通过产生在电线上的电火花工作。
【附图说明】
图1是根据本发明的断电设备的电路图；以及
图2至图4是示出构成根据本发明的断电设备的各个电路的电路图，其中图2示出三端双向可控硅开关电路，图3示出整流滤波电路，以及图4示出操作延迟电路。
【具体实施方式】
在下文中，将参照附图描述根据本发明的优选实施例。提供优选实施例是为了使本领域的技术人员可以充分地理解本发明，但是可以对所述优选实施例进行各种形式的改进，并且本发明的范围不限于所述优选实施例。
图1是根据本发明的断电设备的电路图，图2至图4是示出构成根据本发明的断电设备的各个电路的电路图，其中图2示出三端双向可控硅开关电路，图3示出整流滤波电路，以及图4示出操作延迟电路。
市场上有售的漏电断路器(ELB)，其通过外部输入的信号，在过载或漏电状态下自动地工作以切断电源，所述漏电断路器可用于本发明。此外，本发明提供一种断电设备，其被插入漏电断路器中，用以提供漏电断路器的固有功能，由此防止由电火花导致的诸如电气火灾的灾难。
一般而言，漏电断路器包括测试按钮开关，所述测试按钮开关用于确定漏电断路器是否处于正常工作状态。仅需按下测试按钮开关，就可以容易地确定漏电断路器是否正常工作。当测试按钮开关的接触点被打开时，布置在漏电断路器中的切断电路短路，并且由此切断电源。
根据本发明的断电设备被插入到漏电断路器输出端的电线中，用以切断电线上产生的电火花。
根据本发明的断电设备包括：三端双向可控硅开关电路(图2所示)，其通过由电火花产生的电磁波的脉冲电流触发并且提供电流；整流滤波电路(图3所示)，其与三端双向可控硅开关电路连接，用以对三端双向可控硅开关电路提供的电流进行整流，通过除去纹波将所述电流完全转化为直流电流，并且输出恒定电压；以及操作延迟电路(图4所示)，仅当不断产生电火花时，所述操作延迟电路通过延迟流过整流滤波电路的电流来启动继电器(NR)。
下面将描述本发明的断电设备的各个电路。
首先，将更详细地描述三端双向可控硅开关电路。
在漏电断路器输出端的电线上产生电火花的情况下，电磁波沿所述输出端的电线传播，三端双向可控硅开关电路被电磁波的脉冲电流驱动。
作为优选实施例，三端双向可控硅开关电路的输入端通过电磁干扰滤波器与漏电断路器输出端的电线连接，所述电磁干扰滤波器包括：电容器Cs和线圈Ls，电路保护电阻器R1，用于脉冲电流供应电路的电阻器R11和R12，以及用于控制浪涌电流的陶瓷电容器C1和C2。三端双向可控硅开关电路包括：第一端脉冲变压器线圈L1，缠绕在铁氧体线圈上，所述铁氧体线圈与陶瓷电容C1和C2及电阻R11和R12并联；第二端脉冲变压器线圈L2，与第一脉冲变压器线圈L1一起缠绕在铁氧体线圈上，在第一端脉冲变压器线圈L1中流动的电流在第二端脉冲变压器线圈L2中产生感应电流；可变电阻器R3，用于控制第二端脉冲变压器线圈L2的输出电流；以及三端双向可控硅开关Q1，其由第二端脉冲变压器线圈L2的输出电流触发。
此外，三端双向可控硅开关电路包括：电压非线性电阻器(ZNR)，所述电压非线性电阻器通过吸收从漏电断路器的负载输入的高浪涌电压来保护电路；电阻器R2，用于保护三端双向可控硅开关Q1不受突发电流(瞬时峰值电流)影响；薄膜电容器C3，在触发三端双向可控硅开关Q1期间，当由于栅极电流不足而导致不能激活触发器时，薄膜电容器C3能够利用三端双向可控硅开关Q1的阴极和阳极产生的电压触发三端双向可控硅开关Q1；以及电阻器R4，用于控制薄膜电容器C3的浪涌电流。
当输入电源的电流通过电路保护电阻器R1、陶瓷电容器C1和C2及电阻器R11和R12流入本发明的上述三端双向可控硅开关电路的第一端脉冲变压器线圈L1时，第一端脉冲变压器线圈L1被激励并且因此与第二端脉冲变压器线圈L2互相感应，所述输入电源的电流是从漏电断路器输出端的电线提供的，即，从漏电断路器的负载端提供的。因此，通过与第二端脉冲变压器线圈L2连接的可变电阻器R3调整输出电流。
此时，仅通过电磁波的脉冲电流的峰值波长驱动第一端脉冲变压器线圈L1，所述电磁波是由从漏电断路器的负载输入的电火花产生的。根据可变电阻器R3的阻值而输出的电流流入三端双向可控硅开关Q1的栅极，用以触发三端双向可控硅开关Q1，并因此流过电路保护电阻器R1和三端双向可控硅开关保护电阻器R2的电流流入三端双向可控硅开关Q1。
这里，EMI滤波器(噪声滤波器)的电容器Cs减弱频率高于电流频率的噪声，所述电流是由输入到漏电断路器或电子开关的输出端电线的电信号的火花产生的。因此，可以防止由外部电线的电火花电流导致的功能失常，并且防止内部火花电流流出。
流过按照上述方式工作(触发)的三端双向可控硅开关Q1的电磁波的脉冲电流被提供到整流滤波电路。整流滤波电路包括：二极管D1和D2，用于对流过三端双向可控硅开关Q1的电流进行整流；滤波电容器C4，用于从经二极管D1和D2整流的电流中除去电流的交流分量；压降电阻器R5和电解电容器C5，用作滤波器；第一稳压二极管D4，用于控制流入操作延迟电路的电流；以及第二稳压二极管D3和电阻器R6，用于向操作延迟电路供应恒定电压。
提供的交流电流中的被去掉的分量是被二极管D1和D2除去的并且被整流为纹波。由于电流的交流分量被整流电容器C4除去，因此所述纹波被转化为稳定的直流电流，所述整流电容器C4并联在二极管D1和D2之间。压降电阻器R5的高阻值产生很大的压降，所得到的电流对电解电容器C5进行充电。在这种情况下，连接到电解电容器C5的第一稳压二极管D4控制流入操作延迟电路的电流，直到电解电容器C5充电完毕。
当电解电容器C5的充电后的电压高于预定值时，通过向电解电容器C5提供反向电流，第二稳压二极管D3和电阻器R6向操作延迟电路供应恒定电压。此时，用于调节恒定电压的电阻器R6限制在第二稳压二极管D3中流动的电流以保护第二稳压二极管D3，所述第二稳压二极管D3易于被所提供的电流损坏，并且，电阻器R6调节供应到操作延迟电路的电压。
操作延迟电路包括：电阻器R7和可变电阻器R8，流过第一稳压二极管D4的电流流入其中；电解电容器C6，其充电时间由电阻器R7和可变电阻器R8控制；单结晶体管Q2，由电解电容器C6的电压触发；电阻器R9和R10，连接到单结晶体管Q2的基极B1和B2；可控硅整流器Q3，其栅极和阴极连接到电阻器R10的两端；二极管D5，连接到可控硅整流器Q3的阳极；以及继电器NR，其与二极管D5并联。
继电器NR包括线圈L3和开关SW，所述线圈L3和开关SW与二极管D5并联。
当第一稳压二极管D4的阳极和整流滤波电路的二极管D2的两端保持有能够驱动具有上述结构的操作延迟电路的恒定电压时，流过第一稳压二极管D4的电流被提供到电阻器R7和可变电阻器R8上，然后缓慢地对电解电容器C6充电，所述电阻器R7和可变电阻器R8与第一稳压二极管D4的阳极连接。然后，当电解电容器C6的电压逐渐增加并达到能够驱动用于触发单结晶体管Q2的栅极的电压时，单结晶体管Q2工作，因此电流流入单结晶体管Q2的基极B1和B2。
此时，电阻器R7和可变电阻器R8控制电解电容器C6的充电速度，从而调节电解电容器C6所需的充电时间。就是说，调节可变电阻器R8的阻值以控制电解电容器C6的充电速度，由此延迟驱动单结晶体管Q2所需的时间。因此，由电火花产生的电磁波的脉冲电流在作为输入信号提供几秒后，单结晶体管Q2被驱动。这样做的目的是防止在开关SW打开/关闭期间产生的瞬时火花电流等导致的功能失常。
在单结晶体管Q2被驱动之后，电流从单结晶体管Q2的基极B2经由与第一稳压二极管D4连接的电阻器R9提供到单结晶体管Q2的基极B1，并且因此在控制可控硅整流器Q3的栅极电流的电阻器R10两端产生电压。因而，电流流入连接到电阻器R10两端的可控硅整流器Q3的栅极和阴极之间，用以触发可控硅整流器Q3。在已触发的可控硅整流器Q3中，电流从阳极流到阴极，并且因此，能够驱动继电器NR的电压被施加到所述二极管的两端。所述电压是指从第一稳压二极管D4和二极管D2两端的电压中减去可控硅整流器Q3的瞬时压降所获得的电压。
当然，可以用具有其它结构的半导体电路替代操作延迟电路。
利用二极管D5的电压，激励继电器NR的线圈L3，并且由此打开开关SW。结果是，关闭与继电器NR连接的漏电断路器的测试按钮开关，并由此关闭漏电断路器。
操作延迟电路的继电器NR是用于漏电断路器的断电操作的开关元件，并且可以用诸如La-SCR或La-SCS的半导体无触点开关替代继电器NR。
对于过载断路器来说，提供电磁螺线管设备，以便压按切断按钮，并且通过电路的继电器控制所述电磁螺线管设备。
这样，仅用长波长的电磁波的脉冲电流驱动本发明的断电设备，所述长波长的电磁波由电线上的电火花产生。此外，由于噪声被陶瓷电容器C1和C2及电阻器R11和R12减弱，因此不驱动第一脉冲变压器线圈L1，并且不触发三端双向可控硅开关电路，其中，所述噪声的频率高于电火花产生的电流波长的频率，所述陶瓷电容器C1和C2及电阻器R11和R12位于三端双向可控硅开关电路的脉冲电流供应电路(超低频信号的直通电路(throughcircuit)，即，冲击波)中。
同时，由于当整流滤波电路输出的电压未达到预定大小时，第一稳压二极管D4不会向操作延迟电路提供电流，因此，当(第一稳压二极管D4)未达到操作电压时，电流被切断，由此防止功能失常。
对于间歇的电火花来说，操作延迟电路不打开继电器NR的开关SW。就是说，只有当电火花持续产生了预定的一段时间时，操作延迟电路才会打开继电器NR的开关SW，用以关闭漏电断路器，由此防止由间歇的电火花导致的功能失常。
换言之，当持续了预定的一段时间的电火花所产生的恒定电压足够提供到操作延迟电路时，操作延迟电路打开与漏电断路器的测试按钮开关连接的继电器NR，从而打开漏电断路器的测试按钮开关，由此切断漏电断路器的电源。
同时，利用本发明的电路可以设置指示灯或告警设备，所述指示灯或告警设备在电线上产生电火花时工作。
此外，本发明的电路可以插入诸如电源插座的电线设备中，从而在电线上产生电火花时自动地断电。
已参照本发明的优选实施例详细描述了本发明。本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改进，本发明的范围由后附的权利要求及其同等物确定。