專利名稱：一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及配電系統(tǒng)中的漏電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，尤其是一種應(yīng)用于電力傳輸系統(tǒng)中的可檢測(cè)及中斷導(dǎo)線中漏電情況的電路，借以保護(hù)因人為疏忽或因地震、火災(zāi)所引起的漏電情況。
背景技術(shù)：
一般在家庭引起的電器災(zāi)害通常是使用者在如游泳池旁、浴缸旁或水池旁使用交流電的電器，當(dāng)水進(jìn)入到電器內(nèi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漏電。倘若漏電的電流流經(jīng)人體時(shí)，其結(jié)果可能會(huì)對(duì)人體造成傷害，甚至觸電死亡。雖然水是引起漏電的一個(gè)主要原因，但是若當(dāng)人在同一時(shí)間碰觸到不同電位(significantly different voltage potential)的導(dǎo)線時(shí)，電位一般稱為接地電壓(ground voltage)，漏電稱為接地故障(ground fault)，在美國(guó)，用以檢測(cè)及中斷接地故障的裝置，例如接地短路故障斷路裝置(GFCI，Ground Fault Current Interrupt)，在歐洲，也有類似的裝置例如剩余電流裝置(RCD，residual current devices)。
接地故障并不是唯一漏電的潛在因素，另一情況是在兩導(dǎo)線或是一導(dǎo)線和接地之間有明顯的放電(火星，spark)。此火星代表由空氣或是絕緣破損處放電，這是由高溫所產(chǎn)生的一個(gè)非偶然“電弧路徑”(arcing path)的副產(chǎn)品。電弧故障可能引起火災(zāi)，電弧故障地方也有可能會(huì)引起接地短路。事實(shí)上，若是因?yàn)榻拥胤烹姷年P(guān)系，電弧故障也有可能是接地短路。如此一來(lái)，用來(lái)預(yù)防接地短路的裝置某種程度上也可用來(lái)預(yù)防電弧障故。特別設(shè)計(jì)用來(lái)檢測(cè)及中斷電弧故障的裝置即稱為電弧故障電流斷路裝置(AFCI)。
雖然上述接地短路斷路裝置(GFCI)是用來(lái)防止人因觸電而死亡的裝置，電弧故障電流斷路裝置(AFCI)則是用來(lái)防止因更高的電流電弧所引發(fā)的火災(zāi)。接地短路斷路裝置(GFCI)的設(shè)置基本上是用來(lái)檢測(cè)及中斷5微安培或以上等級(jí)的電流，而電弧故障電流斷路裝置(AFCI)則設(shè)計(jì)用來(lái)檢測(cè)及中斷5安培或其以上等級(jí)的電流。
引起這一電弧的條件是3000V/mm，但是，也有可能在遠(yuǎn)低于此伏特?cái)?shù)的條件下引起電弧，這是因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)加熱電漿途徑傳導(dǎo)，其中有很多的電子可被傳導(dǎo)。即使在相對(duì)較低的電壓下，由兩供能的導(dǎo)線還是有可能會(huì)發(fā)生電弧的現(xiàn)象，若在高震動(dòng)的環(huán)境下，會(huì)反復(fù)、持續(xù)的產(chǎn)生多次電弧，此稱為噴濺電弧故障(sputterin arc fault)。在這種情況下，上述電弧所產(chǎn)生的熱也會(huì)使可燃物著火。
電弧故障可分為并聯(lián)或串聯(lián)電弧故障，串聯(lián)電弧故障的原因有可能因串聯(lián)至負(fù)載的載流路徑不小心受損。當(dāng)用品的電源線過(guò)度的卷曲也會(huì)引起其中的導(dǎo)線受損而導(dǎo)致開路，從而而引起電弧故障；并聯(lián)電弧的產(chǎn)生則是因?yàn)閮瑟?dú)立有電位差的導(dǎo)線間極度的接近或者是直接接觸在一起。換句話說(shuō)，串聯(lián)電弧故障的起因是兩條原應(yīng)該接觸或短路的導(dǎo)線分開，而并聯(lián)電弧故障的起因則是因?yàn)閮蓷l應(yīng)該分開的導(dǎo)線接觸在一起。雖然電弧故障被視為光及火所引起的，但是，在兩導(dǎo)線間所引起的漏電也有可能引起更高溫、高電流的電弧故障。這種發(fā)展趨勢(shì)，上述視為引發(fā)電弧故障的漏電，也可視為電弧故障。
在美國(guó)，接地短路斷路裝置(GFCI)的設(shè)置已見諸于建筑法規(guī)中，因此很多新的家庭及辨公大樓的浴室及室外插座都設(shè)置接地短路斷路裝置。這種裝置可檢測(cè)出一條用來(lái)傳出電流，另一條用來(lái)傳回電流的兩導(dǎo)線間電流不平衡(以下稱電流失衡)的情況，在接地系統(tǒng)中，第三條導(dǎo)線是用來(lái)提供在電源及負(fù)載對(duì)地的連接，因此在正常情況下是不傳輸電流的，上述兩條帶電導(dǎo)線間電流的不匹配是引起漏電的潛在因素。為此，接地短路斷路裝置(GFCI)會(huì)觸發(fā)斷路器或繼電器以防止電氣災(zāi)害。
傳統(tǒng)的GFCI電路，連接于交流電源端及負(fù)載的導(dǎo)線間會(huì)通過(guò)一差動(dòng)電流變壓器，借以啟動(dòng)此變壓器的主線圈，變壓器上具有復(fù)數(shù)圈的次線圈(secondary winding)流至一放大器上。在兩導(dǎo)線的系統(tǒng)中，若無(wú)漏電情況接地路徑產(chǎn)生時(shí)，所有的電流往返在兩條導(dǎo)線間平衡流動(dòng)，線圈所產(chǎn)生的磁通量也平衡，所以不會(huì)在次線圈產(chǎn)生任何信號(hào)。如電源接地或負(fù)載至地間，有任何漏電的情況發(fā)生時(shí)，就有電流失衡的情況產(chǎn)生，換句話說(shuō)就是在其中一條導(dǎo)線中的電流比另一條導(dǎo)線中的電流多，其余的電流流經(jīng)其它路徑，此時(shí)在變壓器中就會(huì)產(chǎn)生一凈磁通量并會(huì)在變壓器的次線圈產(chǎn)生電壓。二次測(cè)電壓(次線圈電壓)經(jīng)放大并經(jīng)濾波后啟動(dòng)繼電器或斷路器，使電力可從負(fù)載或漏電路徑中移除。
接地短路斷路裝置中運(yùn)用差動(dòng)變壓器去檢測(cè)失衡電流早已廣泛應(yīng)用，例如美國(guó)專利3683302號(hào)中，Butler等人公開了一種可檢測(cè)電流失衡的傳感器，其是借一差動(dòng)放大器達(dá)成。美國(guó)專利3736468號(hào)中，Reeves等人公開了一種使用差動(dòng)變壓器，其中次線圈被放大去觸發(fā)斷路器。其它包括美國(guó)專利3852642號(hào)(Engel等人)以及6381113B1(Legatti)公開了結(jié)合差動(dòng)感測(cè)線圈以及放大器去檢測(cè)接地故障。美國(guó)專利4216516號(hào)(Howell)以及5661623(MacDonald等人)公開了利用線圈組去中斷接地故障。
在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的GFCI電路無(wú)法檢測(cè)到漏電的情況，當(dāng)電源導(dǎo)線被切斷或絕緣的邊緣被磨損，絕緣處擊穿(islution)，例如電流從火線(hot line，未接地的導(dǎo)線)流至另一火線，或從一火線流至另一零線(接地的導(dǎo)線)就會(huì)發(fā)生并聯(lián)電弧。除了這些潛在的并聯(lián)電弧故障，若任何載流導(dǎo)線破損或者破損導(dǎo)線的兩端出現(xiàn)相關(guān)的高電阻路徑當(dāng)電流流經(jīng)這兩端間時(shí)，傳統(tǒng)的GFCI不能檢測(cè)到上述任何的電弧故障情況。
與上述有關(guān)的應(yīng)用，例如窗式空調(diào)機(jī)，通常在夏天時(shí)放置在房間的窗戶使用而在冬天收藏起來(lái)，通常窗式空調(diào)機(jī)既笨重又有銳利的邊緣，一些使用者會(huì)將窗式空調(diào)機(jī)收起來(lái)時(shí)卷繞電源線，會(huì)使電源線受損，此電源線會(huì)暴露在熱循環(huán)壓力(THERMAL CYCLING STRESS)下，這些累積的破損很可能會(huì)危及電源線的安全性并且導(dǎo)致在電源線中的導(dǎo)線漏電。
為了改善現(xiàn)存GFCI裝置的缺陷，美國(guó)專利3872355號(hào)(Klein等人)以及4903162(Kopelman)公開了使用熱感應(yīng)組件去檢測(cè)因高溫而引起的電弧，并觸發(fā)斷路器。問題是該發(fā)明并不實(shí)際也不符合成本，因?yàn)闊o(wú)法在每一處有可能發(fā)生電弧的地方都放置熱感應(yīng)器，更進(jìn)一步，在電弧發(fā)生觸及熱感應(yīng)器所檢測(cè)到的延遲時(shí)間也必須要考慮，其范圍從數(shù)秒到數(shù)分鐘。
美國(guó)專利4848054號(hào)、5510946號(hào)(Franklin)以及美國(guó)專利6388849B1號(hào)(Rae)公開了一種保護(hù)電路，其檢測(cè)到在正常運(yùn)作時(shí)若電流過(guò)載超過(guò)最大預(yù)期值時(shí)，此過(guò)載情況被視為電弧故障的特征。美國(guó)專利5224006號(hào)(Mackenzie等人)公開了一種可監(jiān)控電流大小及功率改變的系統(tǒng)，若功率的改變已成為可能發(fā)生電弧的特征，就會(huì)啟動(dòng)斷路電路。
另外如美國(guó)專利第4639817號(hào)(Cooper and South)、5047724(Boksinger等人)、5280404號(hào)(Ragsdale)、5185684(Beihoff等人)以及6407893B1(Neiger)。也公開了其它的電弧故障的檢測(cè)電路，用對(duì)應(yīng)于電弧故障的電流信號(hào)、電壓信號(hào)或者是磁通量信號(hào)來(lái)檢測(cè)故障。使用上述的電弧故障測(cè)量技術(shù)的濾波演算過(guò)程需要經(jīng)過(guò)多個(gè)周期。因此，其故障會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。更進(jìn)一步，這些技術(shù)相對(duì)的成本較高且較適合裝設(shè)在配電板中，這樣可保護(hù)在住所中或商業(yè)大樓的所有電路。不適于裝設(shè)在一部份電源線的插座上。
另外有一些已知的技術(shù)已被公開來(lái)應(yīng)用于用品的電源在線，美國(guó)專利第3493815號(hào)(Hurtle)公開了一種保護(hù)電路，其中電源線中有二導(dǎo)線被絕緣包住，一導(dǎo)電護(hù)套電性耦合至負(fù)載端的外框或是外殼，該導(dǎo)電護(hù)套另連接至一閘流體的閘極上，該閘流體是跨接在一在線上，如果電源線被切斷、損毀或是其它原因毀壞時(shí)，此線的高處會(huì)與導(dǎo)電護(hù)套或外框外殼接觸，硅控二極管會(huì)被開啟，然后會(huì)啟動(dòng)斷路器或熔斷保險(xiǎn)絲，問題是硅控二極管本身有可能會(huì)在開路狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)斷路器之前就被破壞，使此保護(hù)方法失效，更進(jìn)一步，因?yàn)榇擞闷返碾娫淳€必須與對(duì)應(yīng)的保護(hù)電路相距一段距離，因此導(dǎo)線的阻值會(huì)限制電流值使其無(wú)法啟動(dòng)斷電器或熔斷保險(xiǎn)絲。
美國(guó)專利第3769549號(hào)(Bangert)及第6292337B1號(hào)(Legatti等人)公開電源線，其中每?jī)蓪?dǎo)線被絕緣包住及憑借一導(dǎo)電套連接至接地，在第3769549號(hào)中，此套體為一接地導(dǎo)體并且直接電性連接至該插座的第三‘接地’分支。導(dǎo)線的任何破損或機(jī)械性損壞都會(huì)引起電擊損壞，并在兩導(dǎo)電套間引起漏電情況，并且引起接地故障(Bangert)或感測(cè)到接地故障(Legatti等人)，然后觸發(fā)繼電器或斷路器將電力由損壞電源在線移除。其中問題是多層電源線的成本較高，每一導(dǎo)線外都包裹有絕緣并在外包裹一導(dǎo)線外殼，兩雙層導(dǎo)線放在一起然后再包裹第三絕緣，將兩外殼的兩端相接難度較高，此相接端是很重要的如果是應(yīng)用于一接地導(dǎo)線。
美國(guó)專利第4931894號(hào)(Legatti)以及美國(guó)專利第5642248號(hào)(Campolo等人)公開雙導(dǎo)線電源線中的接地故障斷路保護(hù)電路，在一單獨(dú)的護(hù)套中增加光纖接地導(dǎo)線，此光纖接地導(dǎo)線經(jīng)一電阻連接到電源導(dǎo)線上，當(dāng)漏電情況發(fā)生時(shí)，會(huì)在接地故障檢測(cè)電路的差動(dòng)變壓器上產(chǎn)生失衡并啟動(dòng)斷路器，并將電力由導(dǎo)線上移除。在導(dǎo)線上編織護(hù)套是一昂貴的過(guò)程，編織的外殼必須要經(jīng)過(guò)特別的制作，且多層電源線會(huì)有一定的厚度及重量，在線束中的破損導(dǎo)線若引起相當(dāng)?shù)臒崃坎舸┙^緣將會(huì)被感測(cè)，并引起護(hù)套的漏電，因此這些導(dǎo)線的配置相當(dāng)重要，而不是將這些導(dǎo)線封起來(lái)，此護(hù)套被視為單一的導(dǎo)線，并與電源線并聯(lián)，無(wú)法抵擋從電源導(dǎo)線至其它電源導(dǎo)線的電弧，以及火線或零線的破損。
美國(guó)專利第5943198號(hào)及5973896號(hào)(Hirsh等人)公開了一種可在不論是電器用品及配電系統(tǒng)的電源線中都可檢測(cè)接地故障以及電弧故障的電路裝置，借交流線引起零交越的衰減區(qū)(dead zone)保護(hù)導(dǎo)線上使用調(diào)節(jié)模塊，在衰減區(qū)間隔，如保護(hù)導(dǎo)線在電源端檢測(cè)到有電源，即暗示其在調(diào)節(jié)模塊上有漏電路徑產(chǎn)生，并會(huì)將電源移除。問題在于需要一或更多的調(diào)節(jié)模塊在電源線的負(fù)載上。
美國(guó)第09/394982號(hào)專利中，(Hirsh等人)公開一種設(shè)置電器用品中的電路裝置，其裝置可自動(dòng)的檢測(cè)到開路情況或是導(dǎo)線的移位，如果有任何連接地的故障或是接地和未接地的電源互換，那么至用品端的電源就會(huì)自動(dòng)的中斷，此裝置可檢測(cè)到損壞及零線開路情況以及損壞及接地開路情況，依據(jù)上述情況切斷電源，此裝置可提供某種程度上的電弧故障檢測(cè)，其特征為檢測(cè)其電壓差是否位于零線及接地的間，當(dāng)電壓超過(guò)一設(shè)定值時(shí)，即確定為破損導(dǎo)線并啟動(dòng)中斷供應(yīng)至用品的電源。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的就是提供一種在導(dǎo)線間可檢測(cè)漏電及斷路的電路裝置，特別是一種可檢測(cè)在電源線中或是延長(zhǎng)線中兩并聯(lián)導(dǎo)線的失衡電流以防止電弧故障的電路裝置，借此將一電線分成兩部分，可使流至用品端的電流均分成兩部分，如果用品的電源線因損壞而導(dǎo)致其中一部分漏電時(shí)，那么在兩分離導(dǎo)線中的電流就不會(huì)均衡的分在兩導(dǎo)線中。這樣會(huì)被檢測(cè)出來(lái)并啟動(dòng)斷路器，借以將電源依序從電源線移除。
當(dāng)使用接地檢錯(cuò)斷路電路時(shí)，可以對(duì)電源線中的下列情況進(jìn)行保護(hù)、未接地導(dǎo)線(火線)至地、火線至接地線(零線)、火線至火線、零線至地、及接地導(dǎo)線檢測(cè)/斷路(串聯(lián)電弧故障)。接地短路保護(hù)裝置(GFCI)只保護(hù)上述五種故障情況中的兩種，即是兩種接地的故障情況。
已知的電弧故障檢測(cè)/預(yù)防電路成本較高和/或反應(yīng)速度較慢和/或不能確實(shí)的檢測(cè)到電弧故障。當(dāng)其使用電磁感應(yīng)檢測(cè)時(shí)，其需要檢測(cè)多個(gè)周期的交流信號(hào)，所以其反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)其使用一種特殊的電纜護(hù)皮裝設(shè)在導(dǎo)線外殼時(shí)，需要昂貴的制造過(guò)程且較笨重，若只在所有導(dǎo)線外設(shè)護(hù)皮而不在單一導(dǎo)線外設(shè)護(hù)皮的話，那就無(wú)法檢測(cè)到護(hù)皮中導(dǎo)線間的漏電狀況，因此，當(dāng)將本實(shí)用新型應(yīng)用于用品電源線中、延長(zhǎng)線或是電力系統(tǒng)的導(dǎo)線中有下列優(yōu)點(diǎn)a.可檢測(cè)到任何未接地導(dǎo)線至地端及負(fù)載端的電流漏電情況，然后中斷電源。
b.可檢測(cè)到任何未接地導(dǎo)線至接地導(dǎo)線上的漏電情況，并根據(jù)上述情況中斷電源。
c.可檢測(cè)到在電源線中任何未接地導(dǎo)線至未接地導(dǎo)線上的漏電情況，并根據(jù)上述情況中斷電源。
d.可檢測(cè)到導(dǎo)線上的破損并在俗稱會(huì)產(chǎn)生高熱的”串聯(lián)電弧故障”發(fā)生前中斷電源。
e.花費(fèi)成本低，一些實(shí)施例僅需要結(jié)合接地短路保護(hù)裝置再加上一些其它的電路。


圖1是已知接地短路保護(hù)裝置的電路方塊示意圖；圖2是可用以檢測(cè)漏電的分離導(dǎo)線的方塊示意圖；圖3是具有不同感測(cè)變壓器的分離導(dǎo)線系統(tǒng)示意圖；圖4是一故障情況的對(duì)應(yīng)電路示意圖；圖5是說(shuō)明負(fù)載端的負(fù)載型態(tài)可分為兩種的示意圖；圖6是漏電感測(cè)系統(tǒng)的一較佳實(shí)施例圖；圖7是未使用一差動(dòng)感測(cè)變壓器的漏電檢測(cè)/感測(cè)系統(tǒng)圖；圖8是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例使用兩分離的導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)及串連的電弧故障檢測(cè)示意圖；圖9是具有接地短路保護(hù)電路的電弧短路保護(hù)電路圖；圖10是電弧短路保護(hù)電路結(jié)合接地短路保護(hù)在本較佳實(shí)施例中以單一感測(cè)變壓器實(shí)施的示意圖；圖11是一較佳實(shí)施例完全串聯(lián)及并聯(lián)的電弧短路保護(hù)電路圖；圖12是一電源線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是使用單一電流的全電源線電流漏電保護(hù)電路示意圖；圖14是用以調(diào)整漏電檢測(cè)電路的調(diào)諧電路圖；圖15是在一電熨斗內(nèi)的電源線短路保護(hù)電路一較佳實(shí)施例的示意圖；圖16是在一室內(nèi)空調(diào)器的電源線短路保護(hù)電路一較佳實(shí)施例的示意圖。相關(guān)符號(hào)說(shuō)明20～分支；21～插頭或插座；22、24～電源導(dǎo)線；26～電源感測(cè)變壓器；27～在電源線中的電源導(dǎo)線；28～電流感測(cè)變壓器中的次線圈；29～在電源線中的電源導(dǎo)線；30～檢測(cè)電路及斷路觸發(fā)電路；32、33～斷路電路接點(diǎn)；34～負(fù)載；36～螺線管； 38～導(dǎo)線至接地的漏電路徑；39～地； 40～負(fù)載至接地的漏電路徑；42～閘流體； 44～連接電源及用品間的電源線；46～電器用品；50～自我測(cè)試按鈕；52～故障測(cè)試電阻 54～電源導(dǎo)線間的并聯(lián)電弧故障56～點(diǎn)A及點(diǎn)B間有可能發(fā)生串聯(lián)電弧故障的可能位置；58～從電源線至接地的漏電路徑；60、62～接至插頭分支的電源導(dǎo)線
61～未分離電源導(dǎo)線；62～連接至插頭的電源導(dǎo)線63～電阻區(qū)塊； 64～并聯(lián)導(dǎo)線；66～并聯(lián)導(dǎo)線； 68～串聯(lián)電阻70～串聯(lián)電阻72～負(fù)載電阻74～負(fù)載電阻76～用品中的串聯(lián)電阻78～用品中的串聯(lián)電阻79～負(fù)載電流80～并聯(lián)電弧故障84～差動(dòng)變壓器86～電源線中導(dǎo)線的區(qū)塊電阻 88～電源線中導(dǎo)線的區(qū)塊電阻90～檢測(cè)電弧故障的副線圈94～電壓源96～觸發(fā)電阻98～濾波電容100～分支電阻 102～分支電阻103～地線 104～A點(diǎn)105～接地支腳 106～B點(diǎn)107～限流電阻 108～差動(dòng)放大器109～背對(duì)背稽納二極管 110～接自導(dǎo)線60的第一分離導(dǎo)線111～D點(diǎn)112～接自導(dǎo)線60的第二分離導(dǎo)線113～分壓電阻 114～接自導(dǎo)線62的第一分離導(dǎo)線115～對(duì)稱觸發(fā)二極管 116～接自導(dǎo)線62的第二分離導(dǎo)線117～分壓電阻 118～電流感測(cè)變壓器119～自用品的返回導(dǎo)線 120～插座122～插座 123～連接至接地分支的導(dǎo)線124～接地導(dǎo)線 125～分壓計(jì)126～插座的接地分支 128～電源線的未曝露區(qū)域134～五導(dǎo)線扁平電源線 135～連接至插頭136～負(fù)載中心 137～電路分支138～電源至插頭 139～輸入電源140～低電阻導(dǎo)線 142～高電阻導(dǎo)線144～低電阻導(dǎo)線 146～高電阻導(dǎo)線148～限流電阻 150～電流電阻152～調(diào)整電阻 154～導(dǎo)線142的主線圈156～差動(dòng)放大器的副線圈 160～電阻162～電阻 164～電阻166～電阻 168～金氧半場(chǎng)效晶體管
170～感測(cè)放大器172～電容器174～同步器176～充電電阻178～充電儲(chǔ)存電容 180～比較器182～二極管184～限流電阻188～回流線190～放大器192～差動(dòng)放大器194～電熨斗196～控制器198～負(fù)載組件200～負(fù)載組件 202～電線剖面區(qū)域204～護(hù)線環(huán)206～端子座208～空調(diào)器外殼210～空調(diào)器負(fù)載212～鍬形凸緣實(shí)施方式圖1是方塊示意圖，其主要是敘述目前接地短路保護(hù)裝置(GFCI)應(yīng)用在一用品內(nèi)的電源線或延長(zhǎng)線，接地短路保護(hù)裝置的檢測(cè)及斷路電路是完整組合置于一插頭21中，在插頭21及電器用品46的間連接有一電源線44，該插頭(或插座)21是一容置空間，且此容置空間內(nèi)包含有導(dǎo)電支腳20以及內(nèi)部包含檢錯(cuò)(fault sense)及斷路(interrupt)并連接至該電源線44上。由電源插座供電的插座支腳20將電源輸出至系統(tǒng)上，其電源導(dǎo)線是22及24，電源插座中其中一導(dǎo)線必須經(jīng)電源線接至配電盤并接地，此對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線即為”零線”(neutral conductor)，在此系統(tǒng)中，未接地的導(dǎo)線則被稱為”火線”，導(dǎo)線22及24由斷路器的接點(diǎn)32、33連接至導(dǎo)線27及29，導(dǎo)線27及29由一差動(dòng)電流感測(cè)變壓器(diffrerential current sense transformer)26并借此變壓器動(dòng)作，須注意的是導(dǎo)線27及29是由相同方向經(jīng)過(guò)此變壓器26，該電流感測(cè)變壓器26的次線圈28是連接至該檢測(cè)電子及電路斷路觸發(fā)器(detection electronics and circuitbreaker trigger)30，可用以濾波和/或放大和/或由電流感測(cè)變壓器26的次線圈28進(jìn)行其它的電壓處理過(guò)程，去產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)以開啟該斷路器接點(diǎn)32、33，實(shí)施的電路例如電路方塊30，而其差動(dòng)感測(cè)變壓器的界面已早為已知并為專業(yè)技術(shù)人員熟知(例如Gill所公開的美國(guó)第5,224,007號(hào)專利)。
正常操作情況下，電流由正常情況下為關(guān)閉的斷路器接點(diǎn)32、33傳送至負(fù)載端34，負(fù)載端34的阻抗是電阻性阻抗、電抗性阻抗、電容性阻抗或是幾種結(jié)合而成。雖然在圖1中的負(fù)載直接描繪在電源線的末端，但是圖1可以任何形式其用品的插頭所取代。
當(dāng)缺乏接地檢錯(cuò)裝置時(shí)，若有等量的反向電流在導(dǎo)線27及29時(shí)，在該差動(dòng)電流感測(cè)變壓器26的磁通量是零及在該變壓器次線圈28的電壓是零，而當(dāng)在導(dǎo)線27及地39間有一漏電路徑38時(shí)，或在導(dǎo)線29及地39間存在有一漏電路徑58時(shí)，或在負(fù)載端34及地39間存在有一導(dǎo)電路徑40時(shí)，在導(dǎo)線27及29間存在有一失衡電流(current imbalance)，即為，當(dāng)經(jīng)過(guò)電流感測(cè)變壓器26后，在導(dǎo)線27及導(dǎo)線29間有不同的電流值，會(huì)在該差動(dòng)感測(cè)變壓器26間引起一凈磁通量(net magnetic flux)，并在次級(jí)28產(chǎn)生一非零電壓(nonzero voltage)。
該檢測(cè)電子裝置30接著接收電壓信號(hào)并定義其在足夠的數(shù)值和/或時(shí)間下是否為一失衡電流(current imbalance)(對(duì)應(yīng)至一故障(fault))，若該檢測(cè)電子裝置30定義其在足夠的量值和/或時(shí)間下是一故障(fault)，接著就會(huì)觸發(fā)一閘流體(thyristor)42接收由螺線管(電磁閥)36而來(lái)的電流并呈導(dǎo)通，借以開啟斷路器的接點(diǎn)32、33將電源線44至該用品46的電源移除。
在一接地零線系統(tǒng)，兩導(dǎo)線22、24其中一條趨近接地電位，因此，從零線至地的漏電路徑將不會(huì)導(dǎo)致大電流的產(chǎn)生，此情況可能為此檢測(cè)電子裝置及電路斷路觸發(fā)器30所未檢測(cè)到的，因此，一些實(shí)施例中接地短路保護(hù)裝置(GFCI)會(huì)加入一第二差動(dòng)感測(cè)變壓器(圖1未示)，以檢測(cè)這種所謂的“零線至接地故障”，實(shí)施上是借注入一信號(hào)至零線引起一震蕩如果反饋是由反饋提供完成由零線至接地故障，此一反饋經(jīng)接地短路保護(hù)裝置的放大后會(huì)被認(rèn)定為故障的情況，此一零線至接地的保護(hù)通常是應(yīng)用于接地短路保護(hù)裝置的插座端因?yàn)榭梢苑乐乖摻拥囟搪繁Ｗo(hù)裝置電路斷路器其負(fù)載端的零線接地。因該零線至地甚少大于1伏，所以此零線接地故障即使在地震或火災(zāi)的狀況下較少發(fā)生。
測(cè)試鍵50是對(duì)于該故障感測(cè)/斷路電路進(jìn)行一自我測(cè)試動(dòng)作，此鍵在正常情況下是呈開路(OPEN)狀態(tài)，當(dāng)使用該測(cè)試鍵50時(shí)，其會(huì)在差動(dòng)感測(cè)電流感測(cè)變壓器26的周邊形成一電性漏電路徑藉以仿真一故障情況，并借此故障測(cè)試電阻52的電阻值定義出漏電量，檢測(cè)裝置30感測(cè)到失衡電流后驅(qū)動(dòng)該閘流管(thyristor)42，并由閘流管42驅(qū)動(dòng)螺線管36，并開啟斷路器接點(diǎn)32、33。使用者可啟動(dòng)其測(cè)試鍵50自我測(cè)試接地短路保護(hù)裝置并根據(jù)繼電器32、33去開啟和/或當(dāng)作一指示器(例如在許多實(shí)施例中，一重置按鈕會(huì)跳出)。
在圖1中的電路無(wú)法測(cè)試兩種電路故障，第一，它無(wú)法檢測(cè)在電源線中兩導(dǎo)線間的并聯(lián)電弧故障54(parallel arc fault)，原因是從該插頭21此并聯(lián)電弧故障54會(huì)當(dāng)作一負(fù)載并與正常的負(fù)載并聯(lián)，因此在此差動(dòng)變壓器26上并不會(huì)產(chǎn)生失衡電流，所以并不會(huì)發(fā)生。第二種無(wú)法檢測(cè)的故障，如果在導(dǎo)線中例如圖1中的A點(diǎn)及B點(diǎn)間發(fā)生一斷路56，，如此會(huì)對(duì)應(yīng)至一串聯(lián)電弧故障(series arc fault)，因?yàn)榇艘淮?lián)電弧故障在差動(dòng)變壓器26中并不會(huì)產(chǎn)生失衡電流，因此此一串聯(lián)電弧故障也不會(huì)在插頭21中被檢測(cè)出來(lái)。
圖2是導(dǎo)線的排列方式，使本實(shí)用新型中的電弧故障可被檢測(cè)出來(lái)，如前所述，此系統(tǒng)是包括一插頭21，一電器用品46，在插頭21及電器用品46之間連接有一電源線44，在插頭21的附屬支腳20中連接有導(dǎo)線60及62。導(dǎo)線60從插頭支腳直接連接至用品46中的負(fù)載端34。導(dǎo)線60具有一分配電阻，例如一集總電阻63。例如，電源線60是一規(guī)格16導(dǎo)線，是趨近每呎4毫歐姆(milliohms)，所以假如此導(dǎo)線60有6呎長(zhǎng)，那么阻抗將會(huì)趨近24毫歐姆(milliohms)。導(dǎo)線62分成兩并聯(lián)的導(dǎo)線64及66，每一導(dǎo)線64及66都有對(duì)應(yīng)的電阻值，此一電阻值是由于所有導(dǎo)線接具有非零分配電阻，加上任何機(jī)械連接至架子、電路板或其它導(dǎo)線。
在圖2中，在導(dǎo)線66中的電阻具有三部分，其中在插頭21中的部分其電阻標(biāo)號(hào)是68，此用以表示在插座21中因卷曲、焊接或制造時(shí)蓄意設(shè)成一可變電阻。在電源線44中的電阻為標(biāo)號(hào)為88，是連接于插頭21及用品46間。在用品46中的電阻標(biāo)號(hào)為78，此用以表示在插座21中因卷曲、焊接或制造時(shí)蓄意設(shè)計(jì)外加的電阻。相同的，導(dǎo)線64的電阻也可分成三部分70、86、76。
導(dǎo)線64及66于導(dǎo)線62處連接在一起，經(jīng)過(guò)一差動(dòng)變壓器84后與該用品46中復(fù)連接在一起；雖然導(dǎo)線64及66載有相同電流，但經(jīng)該差動(dòng)變壓器84時(shí)是呈相對(duì)方向。如此由導(dǎo)線64的電流在變壓器84中的磁通量將會(huì)與由導(dǎo)線66所引起的磁通量呈相對(duì)的方向，雖然在圖2中，該導(dǎo)線64及66被描述是在單一時(shí)間通過(guò)差動(dòng)變壓器84，他們可在的多數(shù)時(shí)間中形成循環(huán)以增加敏感度。該差動(dòng)變壓器84用以當(dāng)作一感測(cè)組件以去導(dǎo)線64及66中電流的失衡(imbalance)，以保證在該兩分離導(dǎo)線中，其中存在有一明顯的電阻區(qū)域是重要的。在接下來(lái)的圖示中會(huì)看到，電阻76，78對(duì)本實(shí)用新型的操作是重要的，是用以保證在用品46中的所有電源的安全，例如如果設(shè)計(jì)時(shí)使用十呎長(zhǎng)的電源線，連接在該插頭21及該用品46間的電源線的長(zhǎng)度是9呎，剩下的1呎則置于該用品46間。在此實(shí)施例中，電阻78的電阻值至少為在電源線電阻88的電阻值的10％。
雖然在圖2中所有的電阻都混和在一起，事實(shí)上，它們也可為分散的。更進(jìn)一步的說(shuō)，雖然接下來(lái)所有的討論都只關(guān)于電阻，所有電流的流動(dòng)的”阻抗”應(yīng)可包含頻率組件例如電感及電容。為了電路分析需要的緣故，需要將其總合為阻抗，在此前更復(fù)雜的電路模型也使用此方式表示，此應(yīng)為熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人員所應(yīng)熟知的。
在正常操作情況下，該負(fù)載電流IL79是由導(dǎo)線60流進(jìn)負(fù)載端34，經(jīng)過(guò)負(fù)載端34后分為兩相同的電流，其中一部分是由導(dǎo)線64流進(jìn)，而另一部分流進(jìn)導(dǎo)線66，(a)設(shè)導(dǎo)線64中的串聯(lián)電阻70、86及76的總電阻與導(dǎo)線66中的串聯(lián)電阻68、88及78的總電阻是相同，如此兩部份的電流才會(huì)相同，(b)導(dǎo)線64及66間相對(duì)流進(jìn)電流感測(cè)變壓器的圈數(shù)相同。此兩相同電流互相平衡及在該差動(dòng)變壓器84中無(wú)網(wǎng)絡(luò)磁通量及在此電流感測(cè)變壓器84的次線圈90中無(wú)電壓生成。然而，如果在導(dǎo)線60及兩分離導(dǎo)線64其中一導(dǎo)線中(在本較佳實(shí)施例中是導(dǎo)線64)形成一并聯(lián)電弧故障，如此即會(huì)在該負(fù)載端34導(dǎo)致一電流漏電路徑，及當(dāng)其經(jīng)過(guò)該感測(cè)變壓器84時(shí)，流進(jìn)導(dǎo)線64的電流會(huì)較流進(jìn)導(dǎo)線66的電流多，如此會(huì)在差動(dòng)變壓器84中引起一磁通失衡的狀態(tài)而且會(huì)在次線圈90處產(chǎn)生一電壓并觸發(fā)一斷路器(圖中未示)，并從系統(tǒng)中將電源移除。
在圖2中，一并聯(lián)電弧故障80會(huì)發(fā)生在任何分散的線電阻中，在本圖中此并聯(lián)電弧故障80是顯示于連接于電阻63及86之故障間。依據(jù)此故障在導(dǎo)線60及64間的哪里，可以此種方式將每一導(dǎo)線分成兩部分。
在圖2中，此兩分離的導(dǎo)線64及66是在同一時(shí)間以不同的方向流進(jìn)差動(dòng)變壓器84中，流進(jìn)的圈數(shù)有時(shí)較不定。導(dǎo)線64及66是等效于裝配兩線圈組或任意數(shù)目的線圈，在此實(shí)施例中，一平衡系統(tǒng)(即為，在現(xiàn)存的故障中，其在變壓器次線圈90的電壓是零伏特)，如果在其中一分離的導(dǎo)線的總電阻值是其它分離導(dǎo)線電阻值的數(shù)倍，即為具有較高電阻值的導(dǎo)線纏繞在差動(dòng)感測(cè)變壓器的圈數(shù)是較低電阻值的分離導(dǎo)線纏繞圈數(shù)的數(shù)倍。在現(xiàn)存的故障中，一平衡系統(tǒng)其關(guān)鍵是在差動(dòng)變壓器中的安培匝數(shù)(即為，一組件的電流乘上匝數(shù))，由于其中一分離的導(dǎo)線(不論是64或66)可完全被其它的導(dǎo)線的安培匝數(shù)抵銷。
圖3是圖2的系統(tǒng)中無(wú)電弧故障存在時(shí)的示意圖，其在導(dǎo)線60及62間提供一電壓源94。導(dǎo)線62再分成導(dǎo)線64及66，然后兩導(dǎo)線以相對(duì)方向經(jīng)過(guò)一差動(dòng)變壓器84。如圖2所示，導(dǎo)線64中的電阻分為三部分。其中RP170代表在串聯(lián)電阻中在插頭中的部分，Z186代表在串聯(lián)電阻中在電源線中的部分，RA176代表在串聯(lián)電阻中存在用品中的部分。前面導(dǎo)線64及66間是成電氣連接，因此相同的導(dǎo)線66的電阻也可分成三部份，RP2、Z2及RA2。
電流IL79流經(jīng)導(dǎo)線電阻W 63，然后經(jīng)過(guò)負(fù)載端34后，再流經(jīng)兩并聯(lián)的導(dǎo)線64及66。流經(jīng)該差動(dòng)電流變壓器84的導(dǎo)線64及66(需注明的是兩導(dǎo)線方向是相對(duì))。
根據(jù)已知的電流分流定律，在導(dǎo)線64及66中的分流是I1=IL×RA2+Z2+RP2RA2+RA1+Z1+Z2+RP1+RP2,]]>I2=IL×RA1+Z1+RP1RA2+RA1+Z1+Z2+RP1+RP2---(1)]]>雖然在圖3中描述從導(dǎo)線64、66流入相同的差動(dòng)電流變壓器84中，導(dǎo)線64至變壓器84上所纏繞的匝數(shù)可為N1匝，同樣的，導(dǎo)線66在相對(duì)方向于變壓器84所纏繞的匝數(shù)為N2，當(dāng)兩分離的導(dǎo)線安培匝數(shù)貢獻(xiàn)相同時(shí)其電壓是零，即N2I2＝N1I1，利用演算式(1)，則下列情況成立N2(RA1+Z1+RP1)＝N1(RA2+Z2+RP2)(2)和該負(fù)載電阻RL34阻值是不相關(guān)的，演算式(2)永遠(yuǎn)滿足若N1＝N2，RA1＝RA2，Z1＝Z2，及RP1＝RP2，然而，這不是唯一可滿足演算式(2)的組合，在制造設(shè)計(jì)時(shí)，較可行的方式為先建立一嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范，然后根據(jù)用品再調(diào)整演算式(2)中的組件。
在建立此分離的導(dǎo)線中，較困難的是確保隨時(shí)滿足演算式(2)的情況，電源導(dǎo)線會(huì)老化并會(huì)因氧化而影響電阻值，導(dǎo)線中的金屬線會(huì)有扭曲或破損的情況，而此情況會(huì)影響該平衡，當(dāng)兩支腳的電阻不能互相符合時(shí)，可根據(jù)下列步驟改善電阻不協(xié)調(diào)的狀況，電阻RA1及RA2是設(shè)于用品中，因此一般不會(huì)暴露在外，也不會(huì)受到外界影響損耗。同樣的，電阻RP1及RP2則受控制的設(shè)于插頭組件中。因此，其使用時(shí)最主要的因素還是改變Z1及Z2，如此的狀況還是應(yīng)該可以減輕如果該電源線是建立于使維持于同一相關(guān)的電路拓樸中(例如使用一扁平形式的電源線例如俗稱的SPT型電源線)。在此例中，外界對(duì)其中一分離導(dǎo)線的影響極容易對(duì)其它分離導(dǎo)線產(chǎn)生同樣的影響。
初始的部分架構(gòu)中，借增加RA1+RP1(等效于RA2+RP2)，其Z1(Z2)的改變對(duì)所有導(dǎo)線電阻值的影響減小。因此，電阻RA1、RA2、RP1及RP2會(huì)減低組件的敏感度。在上述電阻中的任何增加，滿足演算式(2)隨時(shí)間改變Z1+Z2將會(huì)降低該電路平衡的敏感度。
圖4是描述在導(dǎo)線60及導(dǎo)線64間并聯(lián)電弧故障(parallelrc fault)的情況，請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D2，其電弧分別在各別的電阻63及86發(fā)生，一部份發(fā)生于80的負(fù)載端，另一發(fā)生在80的源端，在圖4中，假設(shè)該電弧故障是每單位距離γ。若電弧發(fā)生在由電源線進(jìn)入至用品處，那么γ＝1，若電弧發(fā)生在由插頭離開電源線的方向處，那么γ＝0。
下列是節(jié)點(diǎn)a，b及c其delta(Δ連結(jié))至wye(Y連結(jié))的轉(zhuǎn)換，其輸入電壓源94的總電流是I=VRS+R1*R2R1+R2---(3)]]>其中R1=F[(1-γ)Z1+RA1]F+RL+(1-γ)Z1+γZ1+RP1,R2=F[(1-γ)Z1+RA1]F+RL+(1-γ)Z1+RA2+Z2+RP2]]>及RS=F*RLF+RL(1-γ)Z1]]>使用分流定律，其在感測(cè)變壓器84其安培匝數(shù)的改變可導(dǎo)出ΔNI=N1I1-N2I2=VN1R2-VN2R1RS(R1+R2)+R1R2---(4)]]>其中N1是變壓器84其導(dǎo)線64的主線圈，N2是變壓器84其導(dǎo)線66的主線圈。在變壓器中的磁通量是和ΔNI成比例，由磁性連接至變壓器84的次線圈(圖4未示)，ΔNI產(chǎn)生一電壓及電流這樣會(huì)檢測(cè)到發(fā)生情況。
由演算式(4)中可知，在差動(dòng)感測(cè)變壓器84的不同安培匝數(shù)感測(cè)在系統(tǒng)參數(shù)中是一復(fù)雜的方程式，其中ΔNI是一個(gè)具有11參數(shù)的算式，分別為RA1、RA2、RP1、RP2、Z1、Z2、N1、N2、RL、F及γ。由模擬測(cè)試不同的情況后可知，大致上有幾種情況；第一，電弧故障發(fā)生越接近插頭時(shí)，分離導(dǎo)線的失衡越大，因其在導(dǎo)線上的電弧故障發(fā)生位置及電壓源的距離縮短所以是合理的，第二，該電流失衡百分比代表該電弧故障的嚴(yán)重度。低電阻故障更加嚴(yán)重并會(huì)導(dǎo)致更多由電源所流進(jìn)的電流以及在分離導(dǎo)線上更多的失衡電流。第三，電阻RA1及RA2對(duì)識(shí)別出電弧故障發(fā)生是重要的。
從第4圖中可知，對(duì)用品中串聯(lián)電阻76及78的建議為，第一，如果這些電阻值為零及γ＝1時(shí)，從負(fù)載端34處無(wú)法區(qū)別出故障發(fā)生80；換句話說(shuō)，用品的串聯(lián)電阻RA1、RA2(76及78)必須不能為零。第二，如果RA1、RA2的大小與Z1、Z2；RP1、RP2的大小極為相關(guān)，那么故障發(fā)生80即會(huì)對(duì)失衡電流ΔI有極大的影響，因此較容易被檢測(cè)出來(lái)，因此，增加RA1、RA2的電阻值會(huì)增加一系統(tǒng)其并聯(lián)電弧故障發(fā)生80的敏感度。
一些用品中包含有電阻式熱源，例如電熨斗、暖氣機(jī)或吹風(fēng)機(jī)，可輕易的達(dá)成本實(shí)用新型的技術(shù)特征，這是因?yàn)檫@些熱負(fù)載可再細(xì)分。舉例來(lái)說(shuō)，將負(fù)載電阻34分成兩部分，每一部分連接至其中一導(dǎo)線上，當(dāng)用品端連接至插頭的導(dǎo)線越來(lái)越老化時(shí)，會(huì)同步降低系統(tǒng)中的失衡電流并使增加故障發(fā)生的敏感度。如圖5所示的系統(tǒng)，其中顯示兩并聯(lián)的電阻RL172及RL274，上述負(fù)載電阻的值遠(yuǎn)大于連接至用品46的插頭導(dǎo)線的負(fù)載電阻的值；因此此系統(tǒng)可視為負(fù)載電阻僅為RL172及RL274。
根據(jù)上述，如圖5(b)所示，上述分離的導(dǎo)線中其中一導(dǎo)線的電阻值是不變的，當(dāng)此路徑中是由該第二分離導(dǎo)線及故障電阻80所并聯(lián)時(shí)具有一降低的電阻。在電流感測(cè)變壓器84中其主線圈其安培匝數(shù)中的失衡數(shù)值為(amount of imbalance)為失衡值(Imbalance)＝V*N1/(F‖RL1)-V*N2/RL2其中N1是圍繞分離導(dǎo)線64其變壓器84的圈數(shù)，N2是圍繞分離導(dǎo)線66其變壓器84的圈數(shù)。
任何現(xiàn)存具有不變負(fù)載RL，可更換電流的用品，由選擇一RL1＝RL的導(dǎo)線可以檢測(cè)到漏電，及增加一第二”分離”的導(dǎo)線其末端是位于用品中，且電阻值RL2＝N*RL；然后在插頭中，兩導(dǎo)線會(huì)纏繞在此差動(dòng)感測(cè)變壓器中，并和主線圈的匝數(shù)N有一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
請(qǐng)回到圖3，其顯示在一分支導(dǎo)線64中斷路或開路的電路會(huì)引起失衡電流，這是因?yàn)橐皇軗p的導(dǎo)線在線電阻Z186上會(huì)增加，并會(huì)導(dǎo)致大部分的電流會(huì)選擇通過(guò)較低電阻的導(dǎo)線66而不由導(dǎo)線64流過(guò)。此受損的導(dǎo)線并不完全是開路的，例如在一般導(dǎo)線中一些甚至大部分都已受損時(shí)，此電阻也會(huì)增加，如此的失衡在此差動(dòng)變壓器84也會(huì)被視為“故障”的情況，一部分受損或是完全受損的導(dǎo)線是一串聯(lián)電弧故障發(fā)生的前兆，因此，本實(shí)用新型其分離導(dǎo)線的設(shè)計(jì)可檢測(cè)到其串聯(lián)電弧故障發(fā)生及中斷此情況。
圖6是在其分離導(dǎo)線中檢測(cè)到電弧故障發(fā)生的具體實(shí)施例，其中該插頭21包括斷路器接點(diǎn)32及33，借觸發(fā)螺線管36以提供從該電源線44及用品46處移走電源，導(dǎo)線64及66是由相對(duì)方向流經(jīng)該差動(dòng)感測(cè)變壓器84以致于在兩導(dǎo)線間任何失衡的狀況都會(huì)在變壓器84中引起一凈磁通變化。當(dāng)變壓器84中有磁通變化時(shí)，會(huì)在次線圈90處產(chǎn)生一電壓，此電壓會(huì)由一觸發(fā)電阻96以及一濾波電容98的濾波。以及，若在足夠的強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間下，啟動(dòng)該閘流管42，當(dāng)閘流管42被啟動(dòng)后，供給螺線管36能量，使斷路器接點(diǎn)32及33斷路，如此可使電力從電源線及用品移走。
圖7是在其分離導(dǎo)線中檢測(cè)到電弧故障發(fā)生的第二具體實(shí)施例，此實(shí)施例中不需電流感測(cè)變壓器來(lái)測(cè)量在分離導(dǎo)線中64及66的失衡。除此之外，橫跨在分流電阻100及102上的電壓被放大并用以觸發(fā)其電路斷路螺線管36。若由導(dǎo)線66所中的電流大小與導(dǎo)線64中的電流大小相同(即上述電流平衡)的話，那么在節(jié)點(diǎn)A104及節(jié)點(diǎn)B106上的(對(duì)應(yīng)的VA及VB)將會(huì)相同以及不會(huì)發(fā)生電路斷路器觸發(fā)的情況。然而，若兩者的電流失衡(不相同)的話，那么將會(huì)由一差動(dòng)放大器108以與反饋電阻131其值成比例的增益而放大。
在實(shí)際操作上，此系統(tǒng)中很多不同的組件都會(huì)發(fā)生不同的失衡情況。
因此，為此故障原因，此時(shí)需要去調(diào)整分壓計(jì)121使輸出系統(tǒng)的電位為零，使由放大器108所輸出的電壓為0伏。
如果在分流節(jié)點(diǎn)A104及B106間有明顯的電壓差，那么從差動(dòng)放大器108所輸出的電壓將足以觸發(fā)該閘流體42，此閘流管42是由螺線管36所觸發(fā)以去使斷路器接點(diǎn)32及33呈開路。
在圖7中的電源線44包含有一俗稱為地線“103”的組件，此地線103一般是連接至用品的電源線中并連接至其插頭中的第三支腳105(是插入一墻上插座的接地插槽)，一般是連接至用品46的四周或底盤上，此地線103一般并不帶電流除了有故障的情況發(fā)生。如先前所討論到的，上述分離導(dǎo)線可檢測(cè)到若其中一導(dǎo)線的破損所產(chǎn)生的串聯(lián)電弧故障發(fā)生，這是因?yàn)槠渲幸粚?dǎo)線破損會(huì)在其中一導(dǎo)線產(chǎn)生一高阻抗，因?yàn)橐回?fù)載電流衰減所引起的電流差?，F(xiàn)在，所有的串聯(lián)電弧故障測(cè)試都在電源線44中完成，用以測(cè)試無(wú)分離的導(dǎo)線60有無(wú)破損。
在一具有零線或接地線的導(dǎo)線中，所有在電源導(dǎo)線中的電源電弧故障檢測(cè)，都可借特定的分離導(dǎo)線(圖7中的64以及66)去接收從電源火線(hot line，非接地端)所傳輸?shù)碾娫矗粺o(wú)分離導(dǎo)線60是連接至電源的零線端。然后，在一正常的操作下，因?yàn)樵撾娮璧牡碗娮柚?，在電?3以及該節(jié)點(diǎn)D111的間的跨壓將會(huì)極小(趨近于接地電位)，因此在地線103上將不會(huì)有電流，然而，若在導(dǎo)線60處有破損情況出現(xiàn)，即等效于電阻值63會(huì)增大，然后在節(jié)點(diǎn)D111的電壓會(huì)超過(guò)接地電位增加一有效數(shù)值，背對(duì)背齊納二極管(back to back zener diode)會(huì)定義一臨界電壓(threshold)使電流流至接地，如果在節(jié)點(diǎn)D111的電壓超過(guò)臨界電壓時(shí)，那么電流就會(huì)經(jīng)齊納二極管109及經(jīng)限流二極管107流至地線103，并有可能會(huì)被一接地故障斷路電路(圖中未示)檢測(cè)引起一接地故障，此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，如果插頭插錯(cuò)插孔的話(例如將火線以及地線錯(cuò)接的話)，將會(huì)從電阻107至接地端產(chǎn)生一電流，并會(huì)產(chǎn)生一接地故障，借以觸發(fā)該電路斷路器進(jìn)行一錯(cuò)接檢測(cè)。
圖8是顯示兩導(dǎo)線在其電源線中再分成兩并聯(lián)的導(dǎo)線，即指此電源線有4條導(dǎo)線(如果增加地線則有5條)。從該插頭支腳20，導(dǎo)線60分成兩分離的導(dǎo)線110以及112。此分離的導(dǎo)線110以及112是以相對(duì)方向流進(jìn)差動(dòng)變壓器84中并會(huì)因此而產(chǎn)生一磁通量，也就是說(shuō)，若在分離導(dǎo)線110及112之間有一相當(dāng)?shù)牟粎f(xié)調(diào)狀態(tài)(失衡狀態(tài))的話，將會(huì)在差動(dòng)放大器84端產(chǎn)生一非零的磁通量，因此同前所述的會(huì)在次線圈(圖中未示)產(chǎn)生一電壓并被放大及濾波后觸發(fā)一電路斷路器(圖中未示)借以移走系統(tǒng)中的電力。相同的，導(dǎo)線62可再分成導(dǎo)線114以及116，是以相對(duì)方向流進(jìn)差動(dòng)變壓器84并重新連結(jié)至用品46中并連接至負(fù)載34的另一端，此種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是若在電源線44中的任何導(dǎo)線有破損的話都會(huì)出現(xiàn)電流失衡的情況并會(huì)觸發(fā)斷路電路。
因此，此設(shè)計(jì)會(huì)提供在電源線44內(nèi)的所有串聯(lián)電弧故障發(fā)生的檢測(cè)，此檢測(cè)及斷路電子裝置在此處并未顯示但在前段已有述及，雖然這4條分離導(dǎo)線110、112、114及116通過(guò)差動(dòng)放大器時(shí)僅有一圈，但是實(shí)際上，在主線圈中擁有不同線圈數(shù)或許更佳，借以確保從一分離導(dǎo)線至另一分離導(dǎo)線由感測(cè)變壓器84所引起的磁通量并不會(huì)被自身抵銷掉。
圖9是顯示本實(shí)用新型一可感測(cè)電弧故障發(fā)生結(jié)合一接地短路保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，其接地短路保護(hù)裝置可提供來(lái)檢測(cè)及抵擋任何由導(dǎo)線至接地端的漏電電流，該電弧故障感測(cè)電路可在電源線44內(nèi)提供保護(hù)以抵擋電流從一導(dǎo)線流至另一導(dǎo)線(并聯(lián)電弧故障)，或者是在分離導(dǎo)線中有導(dǎo)線受損(并聯(lián)電弧故障)。因此，結(jié)合本實(shí)用新型的電弧故障檢測(cè)/斷路電路與已知的接地短路保護(hù)裝置電路可以達(dá)到抵擋逆向電流發(fā)生的目的。
在圖9中，電流輸入的導(dǎo)線22以及24對(duì)應(yīng)連接至電路斷路接點(diǎn)32以及33，然后輸出至導(dǎo)線60以及62。其導(dǎo)線60以及62相同方向流經(jīng)差動(dòng)電流放大器26。接著，導(dǎo)線62再分成導(dǎo)線64以及66，依序流經(jīng)差動(dòng)電流感測(cè)放大器84后，再流出至電源線然后流至用品46端中串聯(lián)的電阻74及72，然后在負(fù)載端處34連接在一起。在本實(shí)施例中，該未分離導(dǎo)線60從該電源線輸出至負(fù)載34的其它端。
該二電流感測(cè)變壓器(26及84)對(duì)應(yīng)次線圈28以及90是呈串聯(lián)，所以其任一所引起的電壓可被感測(cè)電路斷路器30觸發(fā)。一足夠強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間的接地故障會(huì)在變壓器的次線圈28產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的電壓，然后會(huì)啟動(dòng)閘流管42并接著開啟斷路器接點(diǎn)32及33借以將電源從電源在線移除。
相同的，一足夠強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間的電弧故障也會(huì)在變壓器的次線圈28產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)的電壓，然后會(huì)啟動(dòng)閘流管42并接著開啟斷路器接點(diǎn)32及33借以將電源從電源在線移除。
在圖9中，即使差動(dòng)放大器26以及84其主線圈僅有一圈(即主線圈流經(jīng)變壓器中心時(shí)并未再循環(huán))，但是在變壓器26及84的主線圈中擁有多圈數(shù)或許更佳，借著其它不變的常數(shù)，此可使各別的接地故障(使用變壓器26)及電弧故障(使用變壓器84)的靈敏度有差異。以相同的情況，也可調(diào)整變壓器次線圈28及90的線圈數(shù)以調(diào)整其靈敏度。圖9設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在電源線中在電弧檢錯(cuò)電路中增加接地短路保護(hù)裝置并不需太多額外的組件或者花費(fèi)，僅需另加一差動(dòng)變壓器84以及在一電源線84中增加一分離導(dǎo)線。
圖9也顯示在一未接地電力系統(tǒng)的電源線44中提供一保護(hù)全部串聯(lián)電弧故障的結(jié)構(gòu)，是借提供一由未分離導(dǎo)線處連接一由負(fù)載端46至插頭21的回流線(return wire)。在插頭21中，由電阻113以及117由節(jié)點(diǎn)E形成一分壓，當(dāng)電阻113以及一電阻117被設(shè)定有相同電阻值時(shí)，導(dǎo)線無(wú)受損時(shí)，節(jié)點(diǎn)E的電壓將會(huì)非常接近接地電壓，然而，若導(dǎo)線60受損時(shí)，節(jié)點(diǎn)E的電壓將會(huì)不同于接地電壓，如果在節(jié)點(diǎn)E的電位大小超過(guò)背對(duì)背齊納二極管109時(shí)，那么即會(huì)有電流由導(dǎo)線123流至接地處。此即被認(rèn)定為接地故障并會(huì)觸發(fā)電路斷路器的接點(diǎn)，使其從電源線44及用品46間移除電源。
需注明的是圖9中并未顯示在用品端有接一地線，如果另加此地線的話，那么用來(lái)分配電壓的電阻113、117以及被對(duì)被齊納二極管109可以選擇性的配置在用品46中。
圖10是顯示本實(shí)用新型設(shè)在一配電系統(tǒng)中，是顯示基本設(shè)計(jì)的配置，此系統(tǒng)代表在一住宅或商業(yè)大樓的電路分支137連接至一負(fù)載中心136可防止電弧故障的電氣插頭120。在此實(shí)施例中，電弧故障防護(hù)是結(jié)合一傳統(tǒng)的接地短路保護(hù)裝置。在此設(shè)計(jì)中，同一差動(dòng)變壓器118可用來(lái)檢測(cè)電弧故障以及接地故障，借調(diào)整主線圈數(shù)的比例，可控制接地檢錯(cuò)以及電弧檢錯(cuò)的對(duì)應(yīng)靈敏度，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是并不需要在傳統(tǒng)的接地短路保護(hù)裝置上再增加電路，其增加只是在多數(shù)條導(dǎo)線上形成并聯(lián)的導(dǎo)電路徑，為了調(diào)整此兩種故障的相關(guān)敏感度，需要調(diào)整其主線圈上的相關(guān)匝數(shù)，例如為了要提高接地故障相對(duì)于電弧故障的敏感度，其返回導(dǎo)線(incoming conductor)60以及62則需要在該感測(cè)變壓器上纏繞多數(shù)圈線圈，除了用品負(fù)載端的外1圖10有顯示一插座122，雖然在圖中僅有顯示一插座122，但是一般可以并聯(lián)方式并聯(lián)多個(gè)插座將不會(huì)有電性損耗。在圖10中，此負(fù)載可為一或更多內(nèi)部的電子組件，每一電子組件都有一插頭及一插座122，圖10的系統(tǒng)中兩電源導(dǎo)線都未接地，在此系統(tǒng)中，其接地電位(groundpotential)會(huì)極趨近于兩輸入電壓的中間值，以提供導(dǎo)線140中串聯(lián)電弧故障的檢測(cè)/斷路，在負(fù)載處提供有一分壓器125，此分壓器125可為高電阻值以及匹配的電阻，如果在在線的跨壓(等效上，輸入電源139的跨壓)為220V，那么其合理的電阻值應(yīng)為10KΩ/2watt。也可使用0.22uF的電容。利用對(duì)稱的組件，可令此分壓器125的中心維持在趨近于接地的電位。若在導(dǎo)線140上有破損的情況時(shí)，那么因?yàn)榇似茡p所引起的潛在電壓降就會(huì)反映在分壓器125的中心，并引起電壓的位移。如果電壓的位移量超過(guò)對(duì)稱觸發(fā)二極管115(diac)，那么就會(huì)進(jìn)行放電將電流傳至接地并使接地故障斷路檢測(cè)到一故障發(fā)生并開啟該電路斷路接點(diǎn)32、33。
圖11是顯示本實(shí)用新型中的實(shí)施例，可完全且嚴(yán)密的的提供串聯(lián)及并聯(lián)的電弧故障保護(hù)，導(dǎo)線61以及62以相同方向流經(jīng)感測(cè)變壓器26將所有電流無(wú)誤的傳至負(fù)載端。任何兩導(dǎo)線間的失衡電流都會(huì)被變壓器次線圈28以及被放大器190所放大，導(dǎo)線62再分成兩并聯(lián)導(dǎo)線64以及66，當(dāng)導(dǎo)線64以及66沒有破損或漏電的情況時(shí)，此兩導(dǎo)線中的電流趨近于相等，跨在分流的電阻100及102上的電壓會(huì)相同，因此放大器輸出趨近為零，放大器190以及108的輸出結(jié)合經(jīng)過(guò)放大器192。所以，不論是放大器190或是放大器108所檢測(cè)到的并放大的信號(hào)，都會(huì)在放大器192端輸出一非零的信號(hào)VO。并會(huì)觸發(fā)閘流管42，激發(fā)螺線管36以開啟斷路器接點(diǎn)32及33。需注明的是圖11中的放大器192是一加法放大器，其很容易的利用如運(yùn)算放大器和/或晶體管做成。
為了可在未分離導(dǎo)線60中檢測(cè)到電線的破損，在插座21以及負(fù)載46間可使用一回流線(return wire)，電阻184是用來(lái)控制在回流線188中的電流，所以回流線188中的電流在正常情況下應(yīng)很小，其口徑應(yīng)較輕細(xì)。回流線188是并聯(lián)于導(dǎo)線61，若導(dǎo)線61未破損時(shí)，多數(shù)的由插頭流至負(fù)載的電流接會(huì)由導(dǎo)線61。舉例來(lái)說(shuō)，若導(dǎo)線61有16呎長(zhǎng)及由規(guī)格14的gauge wire所制成。其電阻值應(yīng)為0.015歐姆，若電阻184的電阻值設(shè)為1000Ω時(shí)，那么電流就會(huì)下降，正常情況下，在導(dǎo)線188中所載的電流應(yīng)小于導(dǎo)線61以及用品中的電流值的0.002％，另一方面，若導(dǎo)線61傳輸完全時(shí)，其電阻值提升，使導(dǎo)線188中有更多電流，此電流流經(jīng)感測(cè)變壓器26，因此造成電流失衡。即為，電流由導(dǎo)線62進(jìn)入感測(cè)變壓器，及完全(或部分)的經(jīng)導(dǎo)線188返回。此在變壓器的次線圈28產(chǎn)生一電壓，并觸發(fā)斷路器接點(diǎn)32、33。因此，導(dǎo)線188是用來(lái)檢測(cè)在導(dǎo)線61中有無(wú)破損(串聯(lián)電弧故障)。即使在正常情況下，仍然會(huì)有小量的電流流進(jìn)導(dǎo)線188，但是此電流太小了，因此在感測(cè)變壓器26中的電流失衡是可以忽略的。雖然上述情況是假設(shè)返回線188并未通過(guò)感測(cè)變壓器26，仍可借導(dǎo)線61經(jīng)過(guò)一反向的感測(cè)增進(jìn)其敏感度，借使用復(fù)數(shù)線圈，可增進(jìn)對(duì)破損或損壞的導(dǎo)線61的靈敏度，如果返回線188被切斷，也不會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電弧故障發(fā)生因?yàn)殡娮?84會(huì)限制電流，圖11的實(shí)用新型提供了一可完全檢測(cè)關(guān)于此電力系統(tǒng)的串聯(lián)及并聯(lián)電弧故障發(fā)生。且并不需要接地零線，雖然在此圖有顯示接地線103，但在正常功能下并不需要。
圖12是顯示電器用品的電源線中，可行的電路配置。此可對(duì)應(yīng)至例如圖11的電路。所有的檢錯(cuò)電路都設(shè)在插頭21中，此電源線是一扁平SPT形式的電源線，內(nèi)含五條導(dǎo)線，其中分離導(dǎo)線64及66，在正常情況下具有相同的對(duì)地電位；導(dǎo)線103是一接地導(dǎo)線；導(dǎo)線61是一無(wú)分離導(dǎo)線其用以傳輸由分離導(dǎo)線64及66傳至負(fù)載端的大部分電流；該返回線188的直徑相對(duì)較小，是用來(lái)感測(cè)一破損導(dǎo)線61。該分離導(dǎo)線64以及66可使用相同線徑以確保導(dǎo)線的阻值相同，或者也可選擇不同線徑，借不對(duì)稱的設(shè)計(jì)為了可在一較低電阻值的導(dǎo)線上串聯(lián)較高電阻值的組件，或者故障在該分離導(dǎo)線的較高電阻導(dǎo)線的電流感測(cè)變壓器上使用較多線圈數(shù)。以確保其用品的串聯(lián)電阻值是足夠且平衡的，為了使本實(shí)用新型的功能正常，此用品的電源線必須要有一定的長(zhǎng)度以確保安全，而未暴露的長(zhǎng)度(圖12中虛線右邊的區(qū)域128)是電源線長(zhǎng)度的10％。例如，如果電源線有60英時(shí)長(zhǎng)的話，那么未暴露的長(zhǎng)度則為6英時(shí)。在此電源線位于負(fù)載端處，導(dǎo)線64以及66會(huì)相連接而導(dǎo)線60以及188會(huì)相連接，而這些線束134(corset)的功能，圖12中的線束如為用品中的電線的一部分的話會(huì)有可能發(fā)生接地故障及電故障發(fā)生，因此當(dāng)連接至用品上時(shí)要確定區(qū)域128的電源線彼此間沒有短路情況，沒有卷曲以及絕緣被破壞，而此電源線會(huì)提供可用來(lái)接至用品上的暴露端子(expose leads)。在此實(shí)施例中，此設(shè)備必須要在連接這些分離導(dǎo)線前提供串聯(lián)電阻后才能接至負(fù)載。
圖13是顯示本實(shí)用新型一可利用分離導(dǎo)線檢錯(cuò)的實(shí)施例，在此實(shí)施例中，插座中的導(dǎo)線分為兩部分，每一部分都有兩條載流導(dǎo)線，其中一部分中導(dǎo)線的電阻較高，另一部分導(dǎo)線的電阻較低。在一些應(yīng)用中，在插頭21以及用品46間會(huì)連接一用以接地的第五條導(dǎo)線，但在圖13中并未公開，在此電路中有無(wú)地線并不會(huì)影響電路的正常運(yùn)作。
因?yàn)樗械膶?dǎo)線都有其對(duì)應(yīng)的電阻值，因此在圖13中導(dǎo)線的每一區(qū)段都有其相關(guān)的電阻值，在此以電阻158、160、162及164代表。雖然圖13中以代表性的電阻顯示在圖中，但是實(shí)際上其電阻是分散在導(dǎo)線上，部分位于用品中。
在圖13中，電源由兩電源連接件136及138輸入至插頭中，從連接件136的電力由分離導(dǎo)線140及142流入負(fù)載端34，導(dǎo)線140及144的電阻較低，因此可傳送大量的電流進(jìn)入負(fù)載34。導(dǎo)線142及146的電阻較高，因此用來(lái)當(dāng)做感測(cè)變壓器84的主線圈，該限流電阻148以及150用來(lái)限制電流以確保導(dǎo)線140以及144可以傳送大量的電流，調(diào)整電阻152則用來(lái)平衡電流，此電阻152是在操作期間動(dòng)態(tài)調(diào)整以維持一平衡的狀態(tài)。此一用以平衡的調(diào)整電阻152是在無(wú)故障發(fā)生時(shí)確保電路的平衡，使其在感測(cè)變壓器84上的磁通量以及次線圈上的磁通量為零。
導(dǎo)線142是纏繞在感測(cè)變壓器84上，其纏繞的匝數(shù)設(shè)定為N，電阻148、150以及152是用來(lái)使導(dǎo)線142其主線圈的安培匝數(shù)等于導(dǎo)線144其主線圈的安培匝數(shù)，此代表一平衡狀態(tài)。
上述感測(cè)電壓器84上的次線圈156用來(lái)檢測(cè)因故障發(fā)生情況而在變壓器中所產(chǎn)生的磁通量，跨在次線圈156上的電壓被檢測(cè)電路及斷路觸發(fā)器30放大和/或?yàn)V波后啟動(dòng)一斷路電路(圖中未示)以中斷在電源線的電流。
圖13是顯示此系統(tǒng)一安裝實(shí)施例，假設(shè)此系統(tǒng)中的電阻設(shè)為Radjust+R2+Rlimit1＝99*R1及R4+Rlimit2＝9*R3借已知的分壓定律，導(dǎo)線144中的電流為負(fù)載輸出電流的90％，而導(dǎo)線142中的電流為負(fù)載輸出電流的1％，因此兩者的比值為90。因此，導(dǎo)線142上的主線圈154數(shù)為導(dǎo)線144上主線圈數(shù)的90倍，在電源線44中，如果在對(duì)地或是在兩導(dǎo)線的中出現(xiàn)一故障的電阻值，然后產(chǎn)生一明顯的電流時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生失衡并在變壓器84處產(chǎn)生一凈磁通量變化，并進(jìn)而在變壓器的次線圈156處產(chǎn)生一電壓，經(jīng)放大濾波后觸發(fā)一斷路器電路，借以從系統(tǒng)上移走電源。
圖14是顯示一可動(dòng)態(tài)調(diào)整圖13中的系統(tǒng)的電路實(shí)施例，可變電阻152是包含一閘極控制金氧場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)168，其漏極至源極間的電阻值可根據(jù)晶體管168中柵極的控制而改變；一直流供應(yīng)電壓VCC，可由該交流(AC)電壓產(chǎn)生，MOS晶體管上有一偏壓VrEF，是借一包含有電阻RV1，RV2，RV3及RV4的分壓器分壓成電壓VCC的一半，變壓器84是用來(lái)感測(cè)導(dǎo)線中的電流失衡(導(dǎo)線并未示于圖14中)，變壓器84的次線圈156是當(dāng)感測(cè)到一失衡情況時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生一電壓。從次線圈156所輸出的電壓是一交流形式，是和電壓源所輸入的基本頻率相同(一般為50至60HZ)，此信號(hào)饋入一非反相放大器170中然后被放大，輸出后饋入一電容172中以將直流成分移除，輸出的AC波形再由一同步裝置174進(jìn)行同步整流并產(chǎn)生一與AC線輸出信號(hào)同相的信號(hào)(如果需要減小可變電阻152)或者產(chǎn)生一與AC線輸出信號(hào)不同相的信號(hào)(如果需要增加可變電阻152)，充電儲(chǔ)存電容178用以儲(chǔ)存維持MOS晶體管168其柵極電位，充電電阻176是用來(lái)控制電容178充/放電的速度，一比較器窗口180(window comparater)是用來(lái)接收在MOS晶體管168的柵極電壓并與一由分壓電阻RV1至RV4所形成的高參考電壓及低參考電壓進(jìn)行比較；若柵極電壓超過(guò)此高參考電壓及低參考電壓的范圍時(shí)，即會(huì)開啟閘流管42，并借以驅(qū)動(dòng)螺線管(圖中未示)并使一斷路器(圖中未示)呈開路狀態(tài)。實(shí)際上，圖14中的電路是一檢測(cè)電路及斷路觸發(fā)電路(圖13的標(biāo)號(hào)30)及調(diào)整電阻(圖13的標(biāo)號(hào)152)的實(shí)施電路。
圖15是顯示將本實(shí)用新型設(shè)于一電熨斗中的較佳實(shí)施例，電熨斗及一些電器用品在單獨(dú)使用時(shí)常會(huì)使電源線持續(xù)卷曲，此動(dòng)作有可能會(huì)導(dǎo)致熨斗內(nèi)部的電線受損，導(dǎo)致在線束中的導(dǎo)線有電弧發(fā)生情況而引起火災(zāi)。其它的電器負(fù)載例如電熱器、燙發(fā)夾或是吹風(fēng)機(jī)有可能造成危險(xiǎn)，因?yàn)楫?dāng)熱意外的傳到電源在線時(shí)，有可能會(huì)引起電源線絕緣件的損壞。在圖15的實(shí)施電路中，其在插頭21中的電力配置是完全與二導(dǎo)線接地?cái)嗦冯娐废嗤?，電力由二分?0(prong)輸入插頭中，然后連接至斷路器接點(diǎn)32、33以及耦接至導(dǎo)線60、62，此兩導(dǎo)線60及62以相同方向一經(jīng)過(guò)一電流感測(cè)變壓器118，如果導(dǎo)線60、62以兩導(dǎo)線的電源線直接經(jīng)過(guò)用品上(在此為電熨斗194)，那么運(yùn)用此種漏電斷路電路的插頭21中的也可輕易的于其它的電器用品例如美制的吹風(fēng)機(jī)中找到，其價(jià)格相當(dāng)?shù)停虼爽F(xiàn)已設(shè)置于成千上萬(wàn)的用品中，然而，借將導(dǎo)線62分成兩導(dǎo)線64及66，然后以相對(duì)方向經(jīng)過(guò)相同匝數(shù)的感測(cè)線圈，除了接地檢錯(cuò)的保護(hù)之外，更可增加一電弧檢錯(cuò)的保護(hù)。在插頭21及熨斗194之間連接有三條導(dǎo)線，其中兩條分擔(dān)負(fù)載電流，第三條為返回導(dǎo)線；此熱負(fù)載再被負(fù)載組件198及200所分?jǐn)偅M件198及200扮演多重角色，在正常情況下，其可確保導(dǎo)線64及66間的平衡；另外，他們可當(dāng)做用品中檢錯(cuò)的電阻，所以并不需要強(qiáng)迫要有一段長(zhǎng)度的電源線設(shè)置于熨斗194中。在圖15中，控制器196代表任何在電熨斗中可使用的電力控制裝置。這些可包括恒溫器、熱熔絲、開關(guān)或電力控制裝置。
圖15中的實(shí)施例可檢測(cè)以及中斷任何由導(dǎo)線64、66或60至接地端的漏電，圖15會(huì)檢測(cè)及中斷從負(fù)載198,200至接地的漏電。如圖15中所述的實(shí)施例也可檢測(cè)及中斷由導(dǎo)線64或66至導(dǎo)線60間的漏電(一并聯(lián)電弧故障)，圖15的實(shí)施例可檢測(cè)及中斷任何導(dǎo)線64或?qū)Ь€66的破損。
雖然上述，假設(shè)負(fù)載198以及負(fù)載200間是平衡的，但是可輕易推斷出負(fù)載198、200間可能是不同的，在該感測(cè)變壓器118中，每一分離導(dǎo)線64及66的安培匝數(shù)是呈平衡的。例如，如果負(fù)載組件198是20歐姆的話；負(fù)載組件200是10歐姆的話，那么導(dǎo)線66纏繞于變壓器118的線圈數(shù)必須為導(dǎo)線64的兩倍。雖然上述是應(yīng)用于一電熨斗，但是本實(shí)用新型也可運(yùn)用于其它分成兩部分的電力負(fù)載上。
圖16是顯示將本實(shí)用新型應(yīng)用于可檢測(cè)室內(nèi)空調(diào)器的電線組漏電的示意圖，其中該電線134已于圖12中述及，具有5條導(dǎo)線，嵌入一絕緣外殼中使其外觀看起來(lái)像一傳統(tǒng)三線的扁平導(dǎo)線，從其剖面202可看出其有5條導(dǎo)線在其中，其中一組有2條導(dǎo)線、一單一導(dǎo)線及另一組也為2條導(dǎo)線，該插頭容置部21是將本實(shí)用新型的漏電檢測(cè)/斷路電路容納于其中，在該容置部21中，導(dǎo)線A及B連接在一起成一并聯(lián)路徑，兩者的電位相同，將電源同向的傳送至空調(diào)器210的負(fù)載端，導(dǎo)線E是傳輸由空調(diào)器負(fù)載端210上的返回電源，及導(dǎo)線C在正常情況下保持一接地電位，在正常情況下并不帶電，導(dǎo)線D是用來(lái)檢測(cè)導(dǎo)線E有否破損的感測(cè)端。
該空調(diào)器外殼208是圍繞在壓縮機(jī)、風(fēng)扇、控制裝置及傳輸管的板狀金屬，這些板狀金屬是電性連接至電源線134的接地導(dǎo)線上，此電源線134由護(hù)線環(huán)204(grommet)進(jìn)入該空調(diào)器的外殼208中，此護(hù)線環(huán)204是用來(lái)防止電源線被外殼208磨損或切割，或進(jìn)一步可防止從空調(diào)器上的電源線134被拉扯松脫。在一些實(shí)施例中，除了護(hù)線環(huán)之外，更有可能有在入口凹槽穿孔的設(shè)計(jì)，在空調(diào)器外殼208內(nèi)為一接頭206，其可將電源線連接至空調(diào)器的電力負(fù)載上。在護(hù)線環(huán)204以及接頭206之間為一特定長(zhǎng)度的電源線，其可確保在并聯(lián)電力傳輸路徑上的電阻值，借以可對(duì)在插頭21及空調(diào)器208間的每一處進(jìn)行檢錯(cuò)。
此電源線的5條導(dǎo)線接出至對(duì)應(yīng)的三鍬形連接凸緣212上，其中導(dǎo)線A、B連接到其中一凸緣，導(dǎo)線D、E連接到一第二鍬形凸緣，導(dǎo)線C是提供用作地線，并且連接至一第三鍬形凸緣，由上述可知有三端子，因此連接在插頭21上的電源線由外觀看起來(lái)是三線電源線，其中兩條導(dǎo)線用以載流而另一條導(dǎo)線則用來(lái)接地，此電源線連接至端子座206的方式是和傳統(tǒng)三線電源線的方式相同，例如在一接地零線系統(tǒng)中(ground neutral system)，一鍬形凸緣是連接至零線、一鍬形凸緣是連接至火線及第三鍬形凸緣是連接至接地。這些鍬形凸緣是以螺絲鎖螺固定，在一些實(shí)施例中，端子座206可能僅能容納兩端子，接地端子則直接連接至空調(diào)系統(tǒng)的容室中。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例公開如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何專業(yè)技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，可作各種的改進(jìn)與變動(dòng)，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由后面所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于該裝置包括其中至少兩導(dǎo)線用以當(dāng)作并聯(lián)的導(dǎo)電路徑，以傳送電力至附屬的電力負(fù)載端的多個(gè)導(dǎo)線；斷路電路；用以檢測(cè)該并聯(lián)導(dǎo)電路徑中電流失衡的組件；以及當(dāng)檢測(cè)到該電路路徑中的失衡電流時(shí)啟動(dòng)斷路電路，從而停止對(duì)該附屬電力負(fù)載端供電的組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該并聯(lián)導(dǎo)電路徑基本上是維持一相同的電壓基準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該并聯(lián)導(dǎo)電路徑是一起連接至該附屬負(fù)載端的一端處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該電力負(fù)載端是一電器用品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該多個(gè)導(dǎo)線中的一部分固定于該電器用品中，用以確保各該并聯(lián)導(dǎo)電路徑中的電阻值大于一預(yù)定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該斷路電路、該等檢測(cè)電流失衡的組件以及該等啟動(dòng)該斷路電路的組件是組合于在一插頭的容納空間中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該并聯(lián)導(dǎo)電路徑是電性連接在該插頭的容置空間中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，更進(jìn)一步包括使用一電流感測(cè)變壓器檢測(cè)來(lái)自該插頭容納空間兩電性傳遞支腳的電流失衡的組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一電子放大器以觸發(fā)該斷路電路對(duì)不論是該并聯(lián)導(dǎo)電路徑所感測(cè)的失衡電流或是從該電性傳遞支腳的電流中所感測(cè)的失衡電流，該電子放大器包含有由多個(gè)閘流管、晶體管以及運(yùn)算放大器所組成選擇的組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該檢測(cè)失衡電流的組件包含一用以檢測(cè)一差動(dòng)電流變壓器的次線圈電壓的組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該失衡電流等效于該差動(dòng)變壓器中的失衡安培匝數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用以檢測(cè)失衡電流的組件包括有跨在串接的分流電阻上及該并聯(lián)導(dǎo)電路徑上用以比較電壓的組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用以檢測(cè)該失衡電流的裝置包含有檢測(cè)該并聯(lián)導(dǎo)電路徑中預(yù)定義的電流分配發(fā)生變化的組件。
14.一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于該裝置包括一具有三載電流導(dǎo)線的電源線，且該電源線連接至一用品負(fù)載端的一插座上，并進(jìn)一步包括多個(gè)用以檢測(cè)該三載電源導(dǎo)線中二導(dǎo)線其失衡電流的組件；以及多個(gè)依據(jù)檢測(cè)該失衡電流以中斷電流流動(dòng)的組件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該三載電源導(dǎo)線中二導(dǎo)線是互相電性連接至該插座上，借以維持一相同的電壓基準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用品負(fù)載端分成二部分，且各部分都連接至該三載電源導(dǎo)線中二導(dǎo)線的一導(dǎo)線中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用品是一電熨斗或一電爐。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該多個(gè)依據(jù)檢測(cè)該失衡電流以中斷電流流動(dòng)的組件可包含使用一電流感測(cè)變壓器或是比較跨于電流分流器的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，更進(jìn)一步包含一設(shè)計(jì)用來(lái)接地的第四導(dǎo)線，且在正常情況下是不帶電的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，更進(jìn)一步包含一接地檢錯(cuò)及斷路電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該插座中三載電源導(dǎo)線中的二導(dǎo)線經(jīng)過(guò)一在相對(duì)方向的整流器并電性連接至該插座中的一附屬支腳。
22.一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于該裝置包括具有四條導(dǎo)線的電源線連接至一用品其負(fù)載端的插座上，其中該四條導(dǎo)線中第一及第二導(dǎo)線具有相同的電位，且自該插座提供所有至用品負(fù)載端的單向電源；該四條導(dǎo)線中其第三及第四導(dǎo)線具有相同的電位，且自該插座提供所有至用品負(fù)載端的返向電源；以及還包含多個(gè)用以檢測(cè)該第一及第二導(dǎo)線失衡電流及電路中斷的組件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用以檢測(cè)失衡電流的組件包括檢測(cè)在第一及第二導(dǎo)線間預(yù)定義的電流分配發(fā)生改變的組件。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，還包含多個(gè)用以檢測(cè)該第三及第四導(dǎo)線其失衡電流及電路中斷的組件。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用以檢測(cè)失衡電流的組件包括檢測(cè)在第三及第四導(dǎo)線間預(yù)定義的電流分配發(fā)生改變的組件。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該第三導(dǎo)線攜帶了自該插頭容納部至該用品負(fù)載端的所有由第一、第二及第四導(dǎo)線所傳出的反向電源，并用以檢測(cè)第三導(dǎo)線中的故障。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，當(dāng)其第四導(dǎo)線上的電位不同于第三導(dǎo)線上的導(dǎo)線且超過(guò)一預(yù)定電位時(shí)，即觸發(fā)一斷路器，借以中斷電路傳遞以防止如果第三導(dǎo)線破損而發(fā)生串聯(lián)電弧故障發(fā)生的情況。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該預(yù)定電位是利用選定的組件包括二極管、齊納二極管、雙邊觸發(fā)二極管。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，更包含一設(shè)計(jì)用來(lái)接地的第五導(dǎo)線，且在正常情況下不帶電。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該用品負(fù)載端包含一室內(nèi)空調(diào)機(jī)。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，其特征在于，該附屬電力負(fù)載端是包括一室內(nèi)空調(diào)機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線漏電檢測(cè)及斷路裝置，涉及配電系統(tǒng)中的漏電檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括其中至少兩導(dǎo)線用以當(dāng)作并聯(lián)的導(dǎo)電路徑，以傳送電力的多個(gè)導(dǎo)線；斷路電路；用以檢測(cè)該并聯(lián)導(dǎo)電路徑中電流失衡的組件；及用以檢測(cè)在該電路路徑中的失衡電流，借以防止輸送至該附屬電力負(fù)載端的電力啟動(dòng)斷路電路的組件。將本實(shí)用新型應(yīng)用于用品電源線、延長(zhǎng)線或是電力系統(tǒng)的導(dǎo)線中，可檢測(cè)到任何未接地導(dǎo)線至地端及負(fù)載端的電流漏電情況；可檢測(cè)到任何未接地導(dǎo)線至接地導(dǎo)線上的漏電情況及可檢測(cè)到在電源線中任何未接地導(dǎo)線至未接地導(dǎo)線上的漏電情況并在上述場(chǎng)合下中斷電源；花費(fèi)成本低，僅需要結(jié)合接地短路保護(hù)裝置再加上一些其它的電路。
文檔編號(hào)H02H3/32GK2684433SQ0320644
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月5日
發(fā)明者戴維C·尼莫, S·荷什 斯坦利 申請(qǐng)人:X-L新納基有限責(zé)任公司