CN101138139A - 漏电流检测和中断电路 - Google Patents

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CN101138139A CNA2005800489375A CN200580048937A CN101138139A CN 101138139 A CN101138139 A CN 101138139A CN A2005800489375 A CNA2005800489375 A CN A2005800489375A CN 200580048937 A CN200580048937 A CN 200580048937A CN 101138139 A CN101138139 A CN 101138139A
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Abstract

披露了一种电路，用于在检测到泄漏时断开电源(15)。该电路包括用于断开电源的断开开关(50)。初级电路(70)控制断开开关。次级电路(80)感测漏电流。光开关(90)互连初级电路和次级电路，用于在次级电路感测到漏电流时打开断开开关。该电路适于用作漏电流检测和中断电路，用于彻底电气断开和隔离电源以及从次级电路彻底电气断开和隔离初级电路。

Description

漏电流检测和中断电路
技术领域
本发明涉及电源电路，尤其涉及用于在检测到漏电流时断开电源连接的电路。
背景技术
现有技术中提出了各种类型的电气保护装置以降低危险电击的可能性以及电火灾的可能性。一大类现有技术的电气保护装置被统称为接地故障电路断流器(GFCI)。在检测到不希望出现的输电线路接地时，例如人无意中被连接到输电线路和地之间，接地故障电路断流器会断开电源连接。其他类型的电气保护装置包括电器漏电流断流器(ALCI)、设备漏电流断流器(ELCI)和浸水检测电路断流器(IDCI)。Underwriters Laboratories，Inc.在Reference StandardUL943A中将电气保护装置分类为漏电流保护装置。如下的美国专利代表了现有技术的漏电流保护装置。
授予Tsuchiya等人的美国专利4,131,927披露了一种电流浪涌，通常与一开始将标称交流电流施加到感性负载上有关，该专利用于防止感性负载的磁心被驱动到饱和。一开始，电流受到半波整流和限幅。限幅确保了磁心不会被驱动到饱和。跨接在感性负载两端的电压检测器仅仅感测极性与半波电流的极性相反的反电动势。当所感测到的电压达到预定值时，在交流电源和感性负载之间提供直接连接，绕过半波整流器和限幅器。
授予Baker等人的美国专利4,352,998披露了一种具有可变共模电压的电力开关***中的共模排斥耦合器，包括第一光学隔离器电路，用于接收输入信号并响应于其生成第一信号，第一信号正常情况下相对于共模电压被隔离。第二光学隔离器电路接收输入信号的补充并生成第二信号，第二信号正常情况下也相对于共模电压被隔离。第一和第二信号是彼此互补的。比较器接收第一和第二信号并产生输出信号，该输出信号仅在第一和第二信号状态互补时改变状态。提供用于比较器的反馈控制电路，以限制第一和第二信号之一中的瞬变，在共模电压变化导致第一和第二信号之一发生瞬变时，防止比较器改变输出状态。
授予Chang等人的美国专利4,424,544披露了一种以光学方式转换的双向常开开关，通过包括一对极性相反的晶闸管，保护其不受双边电压和双向电流浪涌的影响。一个版本在其主要路径上使用了大的结型场效应晶体管，在辅助路径上使用了一对较小的结型晶体管。光电二极管阵列控制着每个晶体管上的栅极电压，当受到光照时截止它们。辅助路径中的控制节点连接到SCR的栅极，使得该路径中过量的电流导通极性适当的晶闸管，以为电路提供额外的分路。
授予Norbeck等人的美国专利4,554,463披露了一种触发电路，用于选通半导体开关。通过采用恒定电流源来提供栅极触发电流，该触发电路中消耗的功率得到了最小化。这确保了足够的触发，而与电源电压变化或开关本征控制电压要求无关。通过仅仅提供驱动半导体开关使之接通所需的电流节省了功率，由此防止了过驱动。利用恒定直流栅极电流，提供了打开和闭合开关所需的精确量的功率，同时由于开关的栅极本征电压变化或输入线路电压变化而浪费了相对较少的能量。
授予Dumortier等人的美国专利4,717,841披露了一种具有电源开关元件的静态电源开关电路。该静态电源开关具有双向电源开关，其具有至少一个晶闸管或三端双向可控硅型的可控半导体，其功率端子连接到交流电源，交流电源与负载和用于控制电源开关元件的电路串联，该元件具有第一控制开关，其电流路径通过全波整流桥连接到功率半导体的栅极。该开关连接到能够响应于输入信号产生开关的控制能量的电路。
授予Bailey等人的美国专利5,262,691披露了一种设备，用于对栅极截止晶闸管中的短路栅极作出响应。利用可控开关将其栅电极连接到相对于晶闸管的阴极电势具有负电势的控制电压端子。布置可控开关以响应于晶闸管截止命令传导负栅极电流。将电压比较装置耦合到可控开关，以检测该开关何时传导相对较高幅度的负栅极电流。在晶闸管截止命令开始后的预定时间段定时装置是激活的，如果在该间隔结束时电压比较装置检测到高栅极电流，则逻辑装置工作，以使开关停止传导负栅极电流。
授予Ibarguengoitia的美国专利5,365,394披露了一种如下类型的保护性电子继电器，其包括具有单相变压器的反馈源、整流桥、滤波电容器和稳压器。在单相信号产生的地方、连接到一些二极管、连接到一些电容器和齐纳二极管的地方提供拾波器，以获得电压电平正比于受保护电动机的线路强度的整流后、滤波后和限幅的信号。连接到一些电阻器的多重微开关允许预先设定继电器的电压电平和标称触发强度。包括电阻器、电容器和另一多重微开关并可以以多种尺度定时的R-C网络允许调节触发时间常数，并在其倒相输入处于参考电压的运算放大器的非倒相输入处被应用到该电压电平。在运算放大器的非倒相输入由于对称的过载而达到参考电压时，运算放大器的输出转到逻辑状态1。这向晶闸管的栅极发送了正信号，驱动其导通并消除了晶体管基极的极性，使其从饱和转到截止。结果，触发了连接到晶体管的集电极的继电器，改变了其触点的状态并导致受保护的电动机断开连接。
授予McDonald的美国专利5,418,678披露了一种改进的接地故障电路断流器(GFCI)装置，其在一开始连接到交流电源或电源中断终止之后，需要人工设置。该改进的GFCI装置利用了受控的开关器件，该开关器件对负载功率信号作出响应，允许GFCI的继电器触点组仅在可以在输出或负载端子处获得功率时闭合。该受控开关器件优选包括光学隔离器或其他类型的开关器件，当继电器触点组打开时它们在GFCI输入和输出端子之间提供隔离。该改进的GFCI装置可以结合到便携式单元中，例如插头或线路软线单元中，用于不受保护的交流插座。
授予Kato的美国专利5,459,336披露了一种由光发射元件和光接收元件构成的半导体光电耦合器。所发射的光的波长根据光发射元件的激励电流强度而变化，光接收元件的电容根据所接收光的波长而变化并在所接收的光消失时停止容量变化。利用光接收元件中的存储器动作以电流-光-电容型传输方式传输信号。
授予Love的美国专利5,463,521披露了一种保护电子电路元件不受有害电压损伤的设备。该设备包括电能源，其产生具有预定能量水平的电能。电负载连接到该电能源并响应地接收电能。信令装置从电能源接收电能并响应于接收到大于预定能量水平的电能而产生过压信号。NMOSFET连接到电负载，并可控制地调节流经电负载的电流。控制装置接收过压信号并响应性地控制NMOSFET的运行。
授予Cooke等人的美国专利5,528,445披露了一种用于牵引车辆推进***的故障电流保护***，包括具有电枢和磁场绕组的同步发电机和功率调节电路，功率调节电路利用正常充电的电容器将发电机电枢线圈连接到牵引电动机，响应于发电机电枢线圈中的过量电流导致的故障信号，该电容器被电气切换为与连接到发电机磁场绕组的激励电流源并联，从而通过发电机磁场绕组放电并变换激励电流源的方向。
授予McDonald等人的美国专利5,661,623披露了一种接地故障电路断流器(GFCI)线路软线插头，该插头利用了电子闩锁的继电器而不是断路器或其他类型的机械闩锁装置，从而在发生接地故障状态时中断交流负载功率。为了降低继电器的尺寸并使GFCI插头的成本和复杂度最小化，将固定和可动的继电器触点结构直接安装到承载着GFCI电路的其余元件的电路板上。在优选实施例中，固定继电器触点结构是和GFCI插头的插头片一体的。可动继电器触点结构优选包括弹性弹簧臂，在继电器触点处于打开位置时该弹簧臂被预加负载，以便控制接触间隙，在继电器触点处于闭合位置时，该弹簧臂弯曲通过触点闭合点，以便增大闭合力。GFCI插头的主要电气元件，包括继电器触点、继电器线圈和感测变压器，以通常的前后直排或一列式布置安装在电路板上以便使插头的尺度最小化。
授予Esakoff等人的美国专利6,002,563披露了一种改进的***式电源模块，用于向一个或多个远程照明器材或其他负载提供受控量的电功率。配置该模块以感测接地故障或负载处的其他电流不均衡，并响应性地触发模块的断路器使之打开并且向中心位置报告发生了这种接地故障。该电源模块没有不适当地增加模块的复杂度或尺寸而实现了这些重要功能。
授予Jones的美国专利6,218,647披露了一种冰雪融化***，至少包括一个传感器，用于感测与周围环境相关的温度或湿度并提供表示温度或湿度的信号。用于融化冰雪的加热器包括加热器线、基本围绕加热器线的绝缘层以及基本围绕绝缘层的传导罩。接地故障电路断流器与加热器的罩耦合。接地故障电路断流器检测加热器线和传导罩之间的接地故障状态并提供表示故障的信号。自动控制器连接到该至少一个传感器。控制器包括加热器控制电路，用于接收传感器信号和接地故障电路断流器信号中的每一个。加热器控制电路根据传感器信号和接地故障电路断流器信号选择性地控制加热器的运行。
授予Morris等人的美国专利6,252,365披露了一种组合断路器/电动机启动器，包括断路器启动单元，该单元具有微处理器和至少一个可移除地连接的接触器或其他功能模块。该功能模块用标识符编码，使得微处理器能够针对功能模块的特定应用确定功能模块的类型和适当的配置参数，例如启动时间。在电动机过载或短路状态期间连续向启动单元供电。
授予Guido，Jr.等人的美国专利6,404,265披露了一种触发电路，用于触发具有控制端子的硅器件，其中硅器件会遇到本征控制要求的变化。该触发电路包括直流(DC)电压源以及直流到直流电流模式降压转换器(Buck converter)，该转换器用于将电源电压转换成不受电源电压变化导致的不希望的变化影响的输出直流电流，该降压转换器向控制端子供应最小的电流以导通硅器件，即使本征控制要求有变化也是如此。该硅器件可以包括具有栅极端子、阳极端子和阴极端子的硅受控整流器(SCR)，其中控制端子为栅极端子，且其中本征控制要求的变化是本征的栅极到阴极控制电流和电压要求的变化。
授予Haun等人的美国专利6,414,829披露了一种***，用于在电路中发生电弧时产生模拟的接地故障。该***包括监测电路的传感器。电弧故障检测电路响应于传感器判定是否出现了电弧故障，并响应于电路中出现电弧故障的判决产生启动信号。接地故障模拟电路响应于启动信号产生模拟的接地故障。
授予Bonilla等人的美国专利6,697,238和美国专利申请20020145838披露了一种具有辅助测试开关触点的GFCI。如果基本测试开关触点闭合未能启动GFCI，则辅助测试开关触点随后闭合，导致GFCI的AC输入端子之间短路。短路使得设置于GFCI线路侧的熔丝熔断。熔丝熔断使GFCI失效和/或提示用户GFCI出故障了。
授予George等人的美国专利申请20030202310披露了一种方法和设备，用于通过将输入保护电路耦合到输出部分来改善监测电路的故障保护。输入保护电路可以包括可熔器件，该可熔器件限制或消除在输入保护电路的输入处出现的故障状况。例如，该可熔器件可以是可复位的正温度系数(″PTC″)器件，其被配置为一旦其达到预定温度，就将流经其的电流限制到预定的水平。可以将电阻元件热耦合到该PTC器件以辅助其达到预定温度。监测电路还可以用于响应于故障状况产生传感信号。
授予Kim的美国专利申请20040037018披露了一种GFCI布线故障探测器，包括一组用于AC源的输入端子和一组用于AC负载的输出端子。该组输出端子导电连接到该组输入端子。GFCI电路具有一个或多个开关，所述开关在发生接地故障时选择性地中断该组输入端子和该组输出端子之间的连接。即使在电流流动中没有不平衡，在AC源电耦合到该组输出端子长达第一时间间隔时，布线故障探测电路使GFCI电路的该一个或多个开关打开。此外，当AC源电耦合到输入端子长达第二时间间隔时，抑制电路抑制布线故障探测电路的运行。第二时间间隔小于第一时间间隔。
授予Gershen等人的美国专利申请20040070895披露了一种用于对线圈点火的SCR。该线圈使用接地导体和二极管作为回路来为线圈点火，以中断来自负载的电压。使用完全屏蔽的电缆检测导体的断裂。延伸线的插头或插座中的LED指示器证明保护是可用的。提供测试按钮来测试屏蔽连续性并检查正常的电路运行。
授予Gershen等人的美国专利申请20040070899披露了浸水检测电路断流器(IDCI)的基本检测和中断元件，与线路结合，延长线或电器线路的中性屏蔽导体提供了一种新的改进型的检测器。漏电流检测器中断器(LCDI)在于线路或电缆的中性导体和屏蔽导体之间检测到漏电流时中断流向负载的电流。新的改进的LCDI检测器提供了如下单个或组合的优点：如果装置变得不能工作，防止LCDI被复位(复位锁定)；提供延长线或电器线中屏蔽的完整性的指示；除了测试LCDI功能之外，测试延长线或电器线中屏蔽的完整性；除了现有的检测来自相位导体的漏电流之外，如果在屏蔽和中心之间，或屏蔽和地之间检测到电连接，则中断流向负载的电流；利用接地连接作为跳闸线圈的回路线，允许LCDI在打开的中心条件下跳闸；和/或除了保护不受漏电故障影响外，在延长线的插座端提供浸水检测。
授予Tidwell等人的美国专利申请20040190686披露了一种设备，该设备通过谨慎地***和检测来自中央办公显卡位置的接地故障，判断用于分布式供电的远程数字用户环线单元是否正常连接到地。扩大该分布供电远程单元，以在具有跨度供电环和接地引脚的电路中放置可控导通路径。如果接地引脚已经正确连接到地，则施加导电路径将会在跨度上产生接地故障，该故障由中央办公线卡中的接地故障检测器检测到。如果接地故障检测器没有响应于施加导电路径检测到接地故障，则线卡向测试中心转发负接地故障事件消息，从而可以派出维护技术人员到远程单元纠正问题。
因此，本发明的目的是提供一种在检测到漏电流时断开电源的电路，该电路对现有电气技术作出了显著的改进。
本发明的另一个目的是提供一种在检测到漏电流时断开电源的电路，该电路在检测到漏电流时彻底隔离电源。
本发明的另一个目的是提供一种在检测到漏电流时断开电源的电路，该电路在检测到漏电流时利用光耦合器彻底隔离电源。
本发明的另一个目的是提供一种在检测到漏电流时断开电源的电路，该电路需要的电气元件数量降低。
本发明的另一个目的是提供一种在检测到漏电流时断开电源的电路，该电路可以结合到现有的线路软线封装中。
以上简介了本发明的一些较为相关的目的。这些目的应当被理解为仅仅表示本发明的一些较为相关的特征和应用。通过以不同的方式使用所披露的发明或修改发明可以获得许多其他有益的效果。因此，通过参考发明内容以及描述本发明实施例的具体实施方式，可以获得对本发明的完整理解中的其他目的。
发明内容
在附图中示出了本发明的特定实施例。出于总结本发明的目的，本发明涉及一种在检测到漏电时断开电源的电路。该电路包括用于断开电源的断开开关(disconnect switch)。初级电路位于断开开关的初级侧，用于控制断开开关。次级电路位于断开开关的次级侧，用于感测漏电流。光开关互连初级电路和次级电路，用于在次级电路感测到漏电流时打开断开开关。
在本发明的另一个实施例中，本发明包括一种电路，用于在检测到漏电流时断开电源。该电路包括用于断开电源的断开开关。初级电路位于断开开关的初级侧，用于控制断开开关。次级电路位于断开开关的次级侧，用于感测漏电流。光开关互连初级电路和次级电路，用于在次级电路感测到漏电流时打开断开开关。
在本发明的一个实施例中，本发明涉及一种电路，用于在检测到来自连接至电源的导线的漏电流时断开所述电源。该电路包括***于连接到电源的导线之内的断开开关。初级电路位于断开开关的初级侧，用于控制断开开关。次级电路位于断开开关的次级侧，用于感测来自导线的漏电流。光开关互连初级电路和次级电路，用于在次级电路感测到来自导线的漏电流时打开断开开关。
在本发明的一个实施例中，本发明涉及一种电路，用于在检测到来自连接至电源的导线的漏电流时断开所述电源。该电路包括***于连接到电源的导线之内的断开开关。初级电路位于断开开关的初级侧，用于控制断开开关。次级电路位于断开开关的次级侧，用于感测来自导线的漏电流。光开关互连初级电路和次级电路，用于在次级电路感测到来自导线的漏电流时打开断开开关。
在本发明的一个实例中，所述断开开关包括螺线管操作的开关。优选地，所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关以及闩锁(latch)，该闩锁用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。在特定实例中，所述闩锁包括机械闩锁机构，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
在本发明的另一实例中，所述次级电路包括用于感测来自所述导线的漏电流的发光装置。次级电路可以包括邻近连接至电源的导线的感测导体。发光装置感测导线和感测导体之间的漏电流。在替换方案中，次级电路包括位于连接至电源的导线附近的屏蔽感测导体。发光装置感测导线和屏蔽感测导体之间的漏电流。
所述光开关包括光耦合到光电导开关的发光装置，用于在打开所述断开开关时彻底电隔离所述电源。所述光开关包括发光装置，其电连接到所述次级电路，用于感测来自所述导线的漏电流。光电导开关连接到初级电路，用于控制断开开关。所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。在本发明的一个实例中，光开关包括光耦合器开关，该光耦合器开关具有光耦合到光电导开关的发光装置。
在本发明的又一实例中，漏电流检测和中断电路在检测到导线和第一和第二导线之一的屏蔽之间的漏电流时，从负载断开电源，所述电源和所述负载通过分别具有第一和第二屏蔽的第一和第二导线互连。所述电路包括***于所述第一和第二导线之内的断开开关，用于从所述负载断开所述电源。初级电路位于所述断开开关和所述电源之间，用于控制所述断开开关。次级电路位于所述断开开关和所述负载之间，用于感测所述导线和所述第一和第二导线之一的屏蔽之间的漏电流。光开关互连所述初级电路和所述次级电路，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关，以彻底地从所述负载电气断开所述电源并彻底地电气断开所述初级电路和所述次级电路。
上文已经概述了本发明相当宽泛且较为相关和重要的特征，以便后面的详细说明可以得到更好的理解，从而可以更全面地了解对现有技术的贡献。在下文中将描述本发明的其他特征，它们形成了本发明的主题。本领域的技术人员的应当理解，可以很容易地根据所公开的概念和具体实施例修改或设计其他结构，用于实现与本发明相同的目的。本领域的技术人员还应当理解，这些等价构造没有脱离本发明的精神和范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明的本质和目的，应当结合附图参考以下详细说明，在附图中：
图1为将电源连接到被示为空调机组的负载的本发明的电路的正视图；
图2为图1的一部分的放大图，示出了本发明的电路的电插头外壳；
图3为图2的侧视图；
图4为用于在检测到漏电流时断开电源的本发明的电路的方框图；
图5为处于闭合位置的断开开关的立体图；
图6为处于打开位置的图5的断开开关的立体图；
图7为处于闭合位置的图5的断开开关的侧截面图；
图7A为图7中所示的断开开关的侧视图；
图8为处于部分打开位置的图5的断开开关的侧截面图；
图8A为图8中所示的断开开关的侧视图；
图9为处于完全打开位置的图5的断开开关的侧截面图；
图9A为图9中所示的断开开关的侧视图；
图10为图5的断开开关的侧截面图，示出了闩锁继电器(latchrelay)的复位，且闩锁处于打开位置；
图10A为图10中所示的断开开关的侧视图；
图11为图5的断开开关的侧截面图，示出了复位到闭合位置的闩锁继电器；
图11A为图11中所示的断开开关的侧视图；
图12为图4的电路的第一实施例的电路图；
图13为将图12的电路连接至电源的电路图；
图14为类似于图13的电路图，示出了由电路检测漏电流；
图15为类似于图12的电路图，示出了从负载断开电源；
图16为类似于图12的电路图，示出了测试电路的运行；
图17为图1-4的电路的第二实施例的电路图；
图18为图1-4的电路的第三实施例的电路图；
图19为图1-4的电路的第四实施例的电路图；
图20为图1-4的电路的第五实施例的电路图；
图21为图1-4的电路的第六实施例的电路图；以及
图22为图1-4的电路的第七实施例的电路图。
在附图的所有图中类似的附图标记表示类似的部分。
具体实施方式
图1为用于在检测到漏电流时断开电源15的本发明的电路10的正视图。在该实例中，电源15被示为常规的电气插座17。电路10包含在电气插头形式的外壳20中，该插头适于***常规电气插座17中。负载30被示为安装于窗户34中的空调机组32。导线组件40将外壳20中的电路10连接到负载30。
图2和3为图1的一部分的放大图，进一步示出了外壳20中包含的电路10。外壳20支撑常规的第一和第二电气接线片21和22以及接地接线片23，用于***常规电气插座17中。电路10将电气接线片21-23连接到导线组件40的第一和第二导线41和42以及接地导线43。以常规方式，第一和第二绝缘44和45包围第一和第二导线41和42，而绝缘46包围接地导线43。
第一和第二屏蔽47和48包围第一和第二导线41和42。如下文将要更详细描述的，在检测到来自第一和第二导线41和42以及第一和第二屏蔽47和48的任一个的漏电流时，电路10将电源15从负载30断开。此外，在检测到从接地导线43到第一和第二屏蔽47和48的任一个的漏电流时，电路10将电源15从负载30断开。在替换方案中，常规的非绝缘导线(未示出)可以沿着第一和第二导线41和42以及接地导线43延伸，作为传感器线，用于检测来自第一和第二导线41和42和/或接地导线43的任一个的漏电流。
图4为用于在检测到导线组件40中的漏电流时从负载30断开电源15的本发明的电路10的方框图。在该实例中，电源15被示为常规的110伏交流(AC)电源。第一端子21为线路端子，而第二端子22为中性点端子。虽然电源15被示为常规的110伏交流(AC)电源，但是本领域的技术人员应当理解，本发明实际上可以适于任何类型的电源。
电路10包括***在第一和第二导线41和42之间的断开开关50，用于将电源15从负载30断开。在该实例中，闩锁60与断开开关50协作，下文将对此进行更详细描述。
初级电路70连接到断开开关50，用于控制断开开关50。在次级电路80感测到来自第一和第二导线41和42之一的漏电流时，初级电路70打开断开开关50。
次级电路80位于断开开关50和负载30之间，用于感测第一和第二导线41和42之一与第一和第二屏蔽47和48之间的漏电流。次级电路80感测图2和3中所示的接地导线43与第一和第二屏蔽47和48之一之间的漏电流。
第一和第二屏蔽47和48起到屏蔽感测导体的作用，使次级电路80能够感测第一和第二导线41和42之一与第一和第二屏蔽47和48之间的漏电流。在替换方案中，如图18所示，可以提供单个非绝缘线作为感测导体，用于感测来自第一和第二导线41和42的任一个的漏电流。
光开关90互连初级电路70和次级电路80，用于在次级电路80感测到导线组件40内的漏电流时打开断开开关50，以彻底地从负载30电气断开电源15并彻底电气断开初级电路70和次级电路80。
图5和6分别为示出为闭合和打开位置的图4的断开开关50的例子的立体图。在该实例中，断开开关50包括第一和第二开关51和52，其被示为安装于弹性金属导体53和54上的弹性继电器触点51和52。弹性金属导体53和54将第一和第二开关51和52偏置到打开位置。
图7-11示出了断开开关50和闩锁60的操作的各种位置。绝缘开关操作器55互连第一和第二开关51和52，用于协调地移动第一和第二开关51和52。绝缘开关操作器55包括限定肩部(shoulder)57的孔 56。断开开关50包括用于操作柱塞59的电磁线圈58。柱塞50被定位以邻近绝缘开关操作器55中的孔 56运动。
在该实例中，闩锁60被示为机械闩锁，其包括具有回位弹簧64的复位按钮62。复位按钮62从如图1和2所示的外壳20延伸。具有闩锁肩(latch shoulder)68的闩锁栓(latch bar)66连接到复位按钮62。
图7和7A示出了处于闭合位置的图5的断开开关50。闩锁栓66的闩锁肩68与由开关操作器55的孔限定的肩57啮合。选择回位弹簧64使其强于将第一和第二开关51和52偏置到打开位置的弹性金属导体53和54。回位弹簧64与弹性金属导体53和54的推动相对地使第一和第二开关51和52保持在闭合位置。
图8和8A示出了处于部分打开位置的断开开关50。经过电磁线圈58的电流使柱塞59伸长以移动闩锁栓66。柱塞59移动闩锁栓66，以使闩锁栓66的闩锁肩68从开关操作器55的肩部57脱离。闩锁肩68从肩部57脱离允许弹性金属导体53和54将第一和第二开关51和52偏置到打开位置。
图9和9A为处于完全打开位置的断开开关50的侧截面图。弹性金属导体53和54将第一和第二开关51和52推动到打开位置。第一和第二开关51和52保持在打开位置直到人工复位断开开关50为止。
与之伴随地，回位弹簧64将复位按钮62移动到伸出位置。复位按钮62从如图1和2所示的外壳20伸出。闩锁栓66和闩锁肩68与复位按钮62一致地移动。
图10和10A示出由操作者移动复位按钮62以复位断开开关50。对抗回位弹簧64的推动按下复位按钮62。闩锁栓66的闩锁肩68再次与开关操作器55的肩部57啮合。
图11和11A示出了完全复位的断开开关50。回位弹簧64对抗弹性金属导体53和54的推动将第一和第二开关51和52移动到闭合位置。
虽然断开开关50被示为通常打开的、闩锁闭合的螺线管机构，但是本领域的技术人员应当理解，可以在本发明中使用各种类型的机械和/或电开关来提供断开开关50的结构和功能。
图12为图4的电路10的第一实施例的电路图。从外壳20延伸的第一和第二端子21和22连接到导线组件40的导线41和42。被示为金属氧化物变阻器26的浪涌抑制器跨接在第一和第二导线41和42的两端。金属氧化物变阻器26的功能和操作应当是本领域的技术人员公知的。
断开开关50***在导线组件40中，且第一和第二开关51和52位于第一和第二导线41和42之内。断开开关50被示为处于闭合或复位状态。
初级电路70位于断开开关50的初级侧，用于控制断开开关50。在次级电路80感测到来自导线41和42之一的漏电流时，初级电路70打开断开开关50。由初级电路70通过电磁线圈58控制断开开关50。二极管68通过断开开关50的电磁线圈58供电到导体69以为初级电路70供电。电磁线圈58连接到包括电阻器72和电阻器73的分压器网络71。电容器75跨接在分压器网络71的电阻器73的两端。导体69连接到被示为晶闸管或硅可控整流器76的开关。
分压器网络71连接到光耦合器90的光电晶体管91的集电极。线圈77将光电晶体管91的发射极连接到晶闸管76的栅极。下拉电阻器78和电容器79连接到晶闸管76的栅极。
次级电路80包括形成分压器网络83的电阻器81和82。分压器网络83连接到光耦合器90中的发光二极管92和93。连接器84将发光二极管92和93连接到包围第二导线42的屏蔽48。连接器85将包围第二导线42的屏蔽48连接到包围第一第二导线41的屏蔽47。
可以包括可选的测试电路100用于测试电路10。可选的测试电路100包括连接到导线组件40的导线42的电阻器101。瞬时开关102通过导体103将电阻器101连接到包围第一第二导线41的屏蔽47。
图13为连接到电源15的图12的电路10的图。通过将从外壳20延伸的第一和第二端子21和22***图1所示的电气插座17，来为电路10供电。当加电时，常规电流从二极管68通过电磁线圈58流到分压器网络71。二极管68与电磁线圈58结合为初级电路70提供了直流(DC)电压。
导体69向分压器网络71和晶闸管76的阳极供电。电容器75辅助降低分压器网络71中的交流(AC)电压波动。分压器网络71向光电晶体管91的集电极提供工作电压。选择分压器网络71的电阻器72和73的总电阻，以建立通过电磁线圈58的较小的常规电流。通过电磁线圈58的较小电压不足以致动断开开关50。
次级电路80的分压器电路83向发光二极管92和93提供工作电压。通过导体84将发光二极管92和93连接到包围第二导线42的屏蔽48并通过导体85将其连接到包围第一导线41的屏蔽47。
在第一导线41和包围的屏蔽47之间没有漏电流且在第二导线42和包围的屏蔽48之间没有漏电流的情况下，发光二极管92和93不会照射光耦合器90的光电晶体管91。不照射光电晶体管91会使晶闸管76的栅极保持在低电压状态。下拉电阻器78和电容器79与线圈77结合防止电气瞬变无意中致动晶闸管76。只要晶闸管76处于未导通状态，断开开关50就保持在闭合或复位状态。
图14为图13的电路10，且在第一导线41和屏蔽47之间产生了漏电流R1。优选地，分压器电路83为漏电流R1建立小于0.001安培的阈值，但是应当理解用于漏电流R1的阈值可以建立在任何适当的值。当第一导线41上出现AC电压的正半周期时，常规电流从第一导线41经过泄漏电阻器R1，经过发光二极管92流到分压器电路83。当第一导线41上出现AC电压的负半周期时，常规电流从分压器电路83经过发光二极管93，经过泄漏电阻器R1流到第一导线41。
如果在第二导线42和屏蔽48之间产生漏电流(未示出)，那么电路10会经历如下的电流。当第一导线41上出现AC电压的正半周期时，常规电流从分压器电路83经过发光二极管93，经过泄漏电阻器R流到第二导线42。当第一导线41上出现AC电压的负半周期时，常规电流从第二导线42经过泄漏电阻器R，经过发光二极管92流到分压器电路83。
第一导线41和屏蔽47之间的漏电流通过发光二极管93和94之一传导。通过发光二极管93和94之一传导漏电流照射了光电晶体管91。当照射光电晶体管91时，光电晶体管91将常规电流从集电极传导到发射极。在光电晶体管91导通时，电容器75上的电荷通过光电晶体管91流动，提高了晶闸管76的栅极上的电压，以开始导通晶闸管76。晶闸管76的导通导致通过电磁线圈58的较大的常规电流。通过电磁线圈58的该较大的常规电流致动柱塞59，以如图9所示地打开断开开关50。
图15为图14的电路10，示出了在打开断开开关50时从负载30断开电源15。打开断开开关50彻底从负载30隔离了电源15。光电晶体管91和发光二极管82及93之间的光耦合彻底从次级电路80电隔离了初级电路70。
图16为图12的电路10，示出了可选的测试电路100的操作。瞬时按压瞬时开关102使常规电流从第二导线42经过电阻器101和导体103流到屏蔽47。由于屏蔽数字47通过连接器85连接到屏蔽48，因此开关102的闭合在第二导线42和屏蔽48之间产生了电流。
第二导线42和屏蔽48之间的电流通过发光二极管92和93之一传导，以照射光电晶体管91。光电晶体管91的导通开始了晶闸管76的导通，结果产生通过电磁线圈58的较大的常规电流。流过电磁线圈58的该较大的常规电流致动柱塞59，以如图9所示地打开断开开关50。通过按压复位按钮82可以使电路10返回闭合和复位位置。
图17为图1-4的电路的第二实施例110的电路图。类似的部分用类似的加上数字100的参考数字标注。在该实例中，电源115被示为常规220伏交流(AC)电源。虽然电源115被示为常规220伏交流(AC)电源，但是本领域的技术人员应当理解本发明实际上可以适用于任何类型的电源。
在该实例中，在第一导线141和二极管168之间串联***降压电阻器167。在该实例中，分压器网络171由电阻器172和齐纳二极管173形成。降压电阻器167与包括电阻器172和齐纳二极管173的分压器网络171的组合提供了通过电磁线圈158的较小常规电流，以为光电晶体管191提供集电极电压。电路110的第二实施例的操作基本上与图3-16所示的第一实施例的操作相同。
图18为图1-4的电路的第三实施例210的电路图。在本发明的这一实施例中，在电源215和负载230之间***断开开关250。初级电路270通过导体271和272从断开开关250的初级侧或电源侧接收操作功率。次级电路280通过导体281和282从断开开关250的次级侧或负载侧接收操作功率。次级电路280通过光耦合器290以光学方式连接到初级电路270。
在该实例中，导体292将传感器294连接到次级电路280。传感器294感测来自第一或第二导线241和242的任一个的漏电流。传感器294可以是一般包括在常规110伏交流电源软线中的地线。
当传感器294感测到来自第一或第二导线241和242的任一个的漏电流时，次级电路280光学地致动初级电路270以打开断开开关250。断开开关250可以是任何类型的用于从负载230断开电源215的适当开关，包括电气、电子或机电开关。
图19为图1-4的电路的第四实施例310的电路图。在本发明的这一实施例中，断开开关350***于电源315和负载330之间。初级电路370通过导体371和372从断开开关350的初级侧或电源侧接收操作功率。次级电路380通过导体381和382从断开开关350的次级侧或负载侧接收操作功率。次级电路380通过光耦合器390光学地连接到初级电路370。
在该实例中，导体392将传感器394连接到次级电路380。传感器394感测来自负载330的任何泄漏。当传感器394感测到来自负载330的泄漏时，次级电路380光学地致动初级电路370以打开断开开关350。
图20为图1-4的电路的第五实施例410的电路图。类似的部分标以加上数字400的类似的参考标记。在该实施例中，电路的初级电路470和次级电路480位于开关440的次级侧。开关440的次级侧位于开关440和负载430之间。电路的第五实施例410的其余部分基本上与图3-16所示的电路的第一实施例10相同。
该电路410可以用于希望在打开开关440时从电源420断开初级电路470和次级电路480的地方。电路的第二实施例110的操作与图3-16所示的第一实施例的操作类似。
断开开关450限定了连接到电源415的初级侧450P和连接到负载430的次级侧450S。通常打开的断开开关450机械地闭合以将第一和第二端子421和422连接到导线组件450的第一和第二导线451和452。
当加电时，常规电流从断开开关450的次级侧450S经过电磁线圈458流到分压器网络471，以为初级电路470和光耦合器490的光电晶体管491的集电极提供直流(DC)电压。
次级电路480的分压器电路483连接到断开开关450的次级侧450S以向发光二极管492和493提供工作电压。发光二极管492和493通过导体484连接到屏蔽447和448。
在第一和第二导线441和442的任一个与相应的屏蔽447和448之间没有任何漏电流的情况下，发光二极管92和93将不会照射光耦合器490的光电晶体管491。晶闸管476保持在不导通状态，断开开关450保持在闭合或复位状态。
在第一和第二导线441和442的任一个与相应的屏蔽447和448之间有漏电流的情况下，发光二极管92和93将照射光耦合器490的光电晶体管491。光耦合器490的光电晶体管491使晶闸管476导通以打开断开开关450。打开断开开关450彻底从负载430隔离了电源415。
与图1-19中所示的前述实施例相比，在打开断开开关440时，初级电路470和次级电路480二者都从电源415断开。在初级电路470从电源415断开时，初级电路470就不能电气复位或闭合断开开关450了。
图21为图1-4的电路的第五实施例510的电路图。在本发明的这一实施例中，断开开关550***于电源515和负载530之间。初级电路570通过导体571和572从断开开关550的初级侧或电源侧接收操作功率。次级电路580通过导体581和582从断开开关550的次级侧或负载侧接收操作功率。次级电路580通过光耦合器590光学连接到初级电路570。
在该实例中，导体592将传感器594连接到次级电路580。传感器594感测来自第一或第二导线541和542的任一个的泄漏。传感器594可以是一般包含在常规110伏交流电源软线中的地线。
当传感器594感测到来自第一或第二导线541和542的任一个的泄漏时，次级电路580光学地致动初级电路570以打开断开开关550。断开开关550可以是用于从负载530断开电源515的任何类型的适当开关，包括电气、电子或机电开关。
图22为图1-4的电路的第六实施例610的电路图。在本发明的这一实施例中，断开开关650***于电源615和负载630之间。初级电路670通过导体671和672从断开开关650的初级侧或电源侧接收操作功率。次级电路680通过导体681和682从断开开关650的次级侧或负载侧接收操作功率。次级电路680通过光耦合器690光学地连接到初级电路670。
在该实例中，导体692将传感器694连接到次级电路680。传感器694感测来自负载630的泄漏。当传感器694感测到来自负载630的泄漏时，次级电路680光学地致动初级电路670以打开断开开关650。
已经以优选形式示出了本发明，该优选形式用于形式为电插头的外壳20中所含的电路中。不过，应当理解，本发明可应用于各种保护装置，用于保护所有类型的电软线、电传输线和电路。此外，本发明被示为以空调机组32作为负载30，但是应当理解本发明的电路10适于供很多种电源和负载使用，这对本领域的技术人员来说是明显的。
虽然以一定的具体程度以其优选形式描述了本发明，但是应当理解优选形式的本公开仅仅是借助实例进行的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行构造细节以及部件组合和布置方面的多种变化。

Claims (48)

1.一种用于在检测到漏电流时断开电源的电路，包括：
连接至所述电源的断开开关；
用于控制所述断开开关的初级电路；
用于感测漏电流的次级电路；以及
互连所述初级电路和所述次级电路的光开关，用于在所述次级电路感测到漏电流时打开所述断开开关。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述断开开关包括螺线管操作的开关。
3.如权利要求1所述的电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
闩锁，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述次级电路包括用于感测漏电流的发光装置。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述次级电路包括感测导体；以及
用于感测来自所述感测导体的漏电流的发光装置。
6.如权利要求1所述的电路，其中所述次级电路包括屏蔽感测导体；以及
用于感测来自所述屏蔽感测导体的漏电流的发光装置。
7.如权利要求1所述的电路，其中所述次级电路包括用于为所述次级电路供电的分压器电路；以及
连接至所述分压器电路、用于感测漏电流的发光装置。
8.如权利要求1所述的电路，其中所述光开关包括光耦合到光电导开关的发光装置，用于在打开所述断开开关时彻底电隔离所述电源。
9.如权利要求1所述的电路，其中所述光开关包括发光装置，其电连接到所述次级电路，用于感测漏电流；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
10.如权利要求1所述的电路，其中所述光开关包括光耦合器开关，该光耦合器开关具有电连接到所述次级电路用于感测漏电流的发光装置；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述光耦合器开关具有发光装置，所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
11.一种用于在检测到漏电流时断开电源的电路，包括：
连接至所述电源的断开开关；
位于所述断开开关的初级侧的初级电路，用于控制所述断开开关；
位于所述断开开关的次级的次级电路，用于感测漏电流；以及
互连所述初级电路和所述次级电路的光开关，用于在所述次级电路感测到漏电流时打开所述断开开关。
12.如权利要求11所述的电路，其中所述断开开关包括螺线管操作的开关。
13.如权利要求11所述的电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
闩锁，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
14.如权利要求11所述的电路，其中所述次级电路包括用于感测用于感测漏电流的发光装置。
15.如权利要求11所述的电路，其中所述次级电路包括感测导体；以及
用于感测来自所述感测导体的漏电流的发光装置。
16.如权利要求11所述的电路，其中所述次级电路包括屏蔽感测导体；以及
用于感测来自所述屏蔽感测导体的漏电流的发光装置。
17.如权利要求11所述的电路，其中所述次级电路包括用于为所述次级电路供电的分压器电路；以及
连接至所述分压器电路、用于感测漏电流的发光装置。
18.如权利要求11所述的电路，其中所述光开关包括光耦合到光电导开关的发光装置，用于在打开所述断开开关时彻底电隔离所述电源。
19.如权利要求11所述的电路，其中所述光开关包括发光装置，其电连接到所述次级电路，用于感测漏电流；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
20.如权利要求11所述的电路，其中所述光开关包括光耦合器开关，该光耦合器开关具有电连接到所述次级电路用于感测漏电流的发光装置；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述光耦合器开关具有发光装置，所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
21.一种用于在检测到来自连接至电源的导线的漏电流时断开所述电源的电路，包括：
***于连接到电源的导线之内的断开开关；
位于所述断开开关的初级侧的初级电路，用于控制所述断开开关；
位于所述断开开关的次级侧的次级电路，用于感测来自所述导线的漏电流；以及
互连所述初级电路和所述次级电路的光开关，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关。
22.如权利要求21所述的电路，其中所述断开开关包括螺线管操作的开关。
23.如权利要求21所述的电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
闩锁，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
24.如权利要求21所述的电路，其中所述次级电路包括用于感测来自所述导线的漏电流的发光装置。
25.如权利要求21所述的电路，其中所述次级电路包括与连接至所述电源的导线相邻设置的感测导体；以及
用于感测用于感测所述导线与所述感测导体之间的漏电流的发光装置。
26.如权利要求21所述的电路，其中所述次级电路包括位于连接至所述电源的所述导线附近的屏蔽感测导体；以及
用于感测所述导线与所述屏蔽感测导体之间的漏电流的发光装置。
27.如权利要求21所述的电路，其中所述次级电路包括位于连接至所述电源的所述导线附近的屏蔽感测导体；
互连所述屏蔽感测导体和所述导线的分压器电路；以及
连接至所述分压器电路的发光装置，用于感测所述导线与所述屏蔽感测导体之间的漏电流。
28.如权利要求21所述的电路，其中所述光开关包括光耦合到光电导开关的发光装置，用于在打开所述断开开关时彻底电隔离所述电源。
29.如权利要求21所述的电路，其中所述光开关包括发光装置，其电连接到所述次级电路，用于感测来自所述导线的漏电流；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
30.如权利要求21所述的电路，其中所述光开关包括光耦合器开关，该光耦合器开关具有电连接到所述次级电路用于感测来自所述导线的漏电流的发光装置；
光电导开关，其连接至所述初级电路，用于控制所述断开开关；并且
所述光耦合器开关具有发光装置，所述发光装置光耦合到光电导开关，用于从次级电路电隔离所述初级电路。
31.一种漏电流检测和中断电路，用于在检测到来自互连电源和负载的导线的漏电流时断开所述电源，所述电路包括：
***于所述导线内的断开开关，用于从所述负载断开所述电源；
位于所述断开开关和所述电源之间的初级电路，用于控制所述断开开关；
位于所述断开开关和所述负载之间的次级电路，用于感测来自所述导线的漏电流；以及
光开关，所述光开关具有电连接到所述初级电路的光电导开关和电连接到所述次级电路的发光装置；并且
所述发光装置光耦合到所述光电导开关，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关，以彻底地从所述负载电气断开所述电源并彻底地电气断开所述初级电路和所述次级电路。
32.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括螺线管操作的开关。
33.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关。
34.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
闩锁，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
35.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
机械闩锁机构，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
36.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述初级电路包括硅可控整流器，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关。
37.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述次级电路包括用于感测用于感测来自所述导线的漏电流的发光装置。
38.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述次级电路包括位于互连所述电源和所述负载的导线附近的屏蔽感测导体；以及
用于感测用于感测所述导线与所述屏蔽感测导体之间的漏电流的发光装置。
39.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述次级电路包括位于互连所述电源和所述负载的导线附近的屏蔽感测导体；
互连所述屏蔽感测导体和所述导线的分压器电路；和
连接至所述分压器电路的发光装置，用于感测用于感测所述导线与所述屏蔽感测导体之间的漏电流。
40.如权利要求31所述的漏电流检测和中断电路，其中所述光开关的所述光电导开关包括光电晶体管，且所述发光装置包括发光二极管。
41.一种漏电流检测和中断电路，用于在检测到导线和分别具有第一和第二屏蔽的第一和第二导线之一的屏蔽之间的漏电流时，从负载断开电源，所述电源和所述负载通过所述第一和第二导线互连，所述电路包括：
***于所述第一和第二导线之内的断开开关，用于从所述负载断开所述电源；
位于所述断开开关和所述电源之间的初级电路，用于控制所述断开开关；
位于所述断开开关和所述负载之间的次级电路，用于感测所述导线和所述第一和第二导线之一的屏蔽之间的漏电流；以及
互连所述初级电路和所述次级电路的光开关，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关，以彻底地从所述负载电气断开所述电源并彻底地电气断开所述初级电路和所述次级电路。
42.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括螺线管操作的开关。
43.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
闩锁，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
44.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述断开开关包括通常闭合的螺线管操作的开关；以及
机械闩锁机构，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时将所述断开开关保持在打开状态。
45.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述初级电路包括硅可控整流器，用于在所述次级电路感测到来自所述导线的漏电流时打开所述断开开关。
46.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述次级电路包括用于感测用于感测来自所述导线的漏电流的发光装置。
47.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述次级电路包括互连所述屏蔽感测导体和所述导线的分压器电路；以及
连接至所述分压器电路的发光装置，用于感测所述导线与所述屏蔽感测导体之间的漏电流。
48.如权利要求41所述的漏电流检测和中断电路，其中所述光开关的所述光电导开关包括光电晶体管，且所述发光装置包括发光二极管。
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