[发明专利]剩余电流保护装置及断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种剩余电流保护装置，尤其涉及一种带有延时动作功能的剩余电流保护装置。本发明还提供了具有这种剩余电流保护装置的断路器。

背景技术

剩余电流断路器用于在检测到电路中发生剩余电流时，控制执行机构(如断路器的脱扣机构)断开电路或发出警报。剩余电流断路器通常利用剩余电流保护装置的检测单元(例如零序电流互感器ZCT)来检测得到反应剩余电流(或称“漏电电流”)大小的采样信号，并将该信号输入一个控制电路中放大，并将放大后的采样信号与参考阈值对比，当放大后的采样信号等于参考阈值时，控制电路输出一个触发信号，使执行机构动作。目前上述控制电路通常集成为一个集成电路(例如IC M54123)。

在一些如采用多级漏电开关保护的情况下，当下级漏电开关出现漏电情况，将会引起上下级漏电开关同时动作，从而导致整个系统失电。为了避免这种情况出现，需要上级漏电开关具有反时限动作特性，以延长漏电开关的动作时间。中国专利申请CN101741049A公开了一种剩余电流保护装置的控制器。图1是该剩余电流保护装置(RCD)的结构图。如图所示，该RCD包括剩余电流检测器110、控制电路120、执行机构130。控制电路120具体包括一个放大电路121、一个触发电路123和一个反时限延时电路125，其中一般情况下放大电路121和触发电路123集成在一个集成电路上，例如IC M54123。剩余电流检测器110可检测到供电线路发生的剩余电流，并输出一个采样信号S_r至集成电路的引脚1和引脚2，即，放大电路的输入端。根据需要，采样信号S_r还可以经过一个限幅电路，以使得其输出信号的大小适于输入到集成电路的引脚1和引脚2。在集成电路中的放大电路121将采样信号差分放大，并通过集成电路的引脚4输出一放大脉冲信号S₁至反时限延时电路125。反时限延时电路125利用电容C10对来自引脚4的信号进行充电延时，并向集成电路的引脚5输出一个驱动信号S₂，即电容C10上的电压大小。当该驱动信号S₂达到集成电路中设置的第一预设值，触发电路123通过引脚7输出一个触发信号(S_T)给执行机构130，以便执行脱扣动作。一般情况下，反时限延时电路的延时时间在0～40ms内可调，典型值为10ms。

图2中的(A)至(D)显示了如图1所示的剩余电流检测器110(如，零序电流互感器)中采样到的电流值随实际剩余电流的变化关系。图2中(A)显示了剩余电流存在但数值较小时，剩余电流检测器110检测到的电流波形，此时，剩余电流检测器，即零序电流互感器的磁芯工作在线性区域，且剩余电流检测器中的电流波形为正弦波。图2中的(B)显示了剩余电流较大时，剩余电流检测器中的电流波形，此时零序电流互感器的磁芯工作在线性区域，且剩余电流探测电路中的电流波形为正弦波，和图(A)相比，图(B)中剩余电流检测器中的电流的幅值增加。图2中的(C)显示了剩余电流进一步增大时，剩余电流检测器中的电流波形，此时零序电流互感器的磁芯饱和，且剩余电流检测器中的电流波形为畸变正弦波，相比与图(B)，图(C)中剩余电流检测器中的电流的有效值减小。图2中的(D)显示了剩余电流再进一步增大时，剩余电流检测器中的电流波形，此时零序电流互感器的磁芯深度饱和，且剩余电流检测器中的电流波形为畸变的类脉冲型正弦波，相比与图(C)，图(D)中剩余电流探测电路中的电流的有效值急剧减小。

图3显示了集成电路引脚4输出的脉冲宽度随检测到的剩余电流大小的变化关系。如图所示，在零序电流互感器的磁芯饱和以前，随着剩余电流的增加，零序电流互感器检测到的剩余电流增加，从而放大后的信号脉冲宽度随之增加，但当零序电流互感器的磁芯饱和后，随着剩余电流的增加，零序电流互感器检测到的电流的有效值减小，从而放大后的信号脉冲宽度减小。而且，如果存在限幅电路，则会进一步加快出现剩余电流增大而引脚4输出的脉冲宽度减小的情况。

图4显示了实际剩余电流大小与反时限延时电路的延时时间的变化关系。一般情况下，零序电流互感器的磁芯在非饱和状态下工作，随着剩余电流的增加，集成电路引脚4输出的放大脉冲信号宽度的增加，反时限延时电路的延时时间则因充电电流的加大而相应减小。但如果零序电流互感器的磁芯在遇到较大的剩余电流时，磁芯瞬间饱和，此时如图3所示，虽然实际剩余电流还在增加，但是引脚4输出的放大后的脉冲信号宽度变小，这进而使得反时限延时电路的延时时间相应增加，从而断路器的断开时间很可能超过安全标准的规定而带来危险。

发明内容