漏電限流保護安全插座

廣東省佛山市三水區工業中專電工電子實習教研室（三水技工學校電工電子教研室）張陳旸

一、前言

本人從事多年的學生電工電子實習教學，經常感受學生通電實習安全的壓力，總是擔心學生出現短路、漏電或者是電子元件燒壞等危險情況的發生。一方面是學生要學習專業知識，需要大量的動手通電時間實踐，另一方面是教師擔心學生通電安全，希望學生減少通電時間，為改善這種矛盾的出現，決定改進設備設施，一方面是增強總電源短路、漏電保護的靈敏度，另一方面是設計一個安全電路，安裝在學生每一個工位插座里面，實現各個工位的漏電保護、限制負荷用電等功能。

圖1 漏電限流保護電路基本結構圖

限制學生負荷用電是根據學生用電需要，提供合適的負荷電流，并不是減少學生實習通電的時間，而是保證學生安全用電，不限次數去通電實習操作。如一個直流36v/30w調光電路，電路需要的電流并不多，只要幾十毫安到幾百毫安不等，在實際供電中只要提供1安培的電流給學生用電，就已經完全滿足學生在此電路的正常通電實習，如果學生在通電過程出現接錯元件造成局部元件過載，或者是短路故障的發生時，電路的電流會緩慢或急劇增大，如果沒有保護，就會出現燒壞元件現象。學生在強電實習容易出現漏電安全事故，因此在電路中也增加了漏電保護的功能。

本電路除在220v/380v生產實習能實現用電安全應用外，甚至是日常家用電器也可以達到安全用電的目的。

二、漏電限流保護插座電路控制原理

1、基本結構圖

如圖1所示：通過檢測電路實時監測負荷用電電流狀態，實時發出反饋信號Uf與設定信號Ui進行比較，如果用電負荷發生過載、短路或漏電現象時，即U f＞U i情況，比較放大電路發出信號Uo，控制驅動電路工作，使執行元件斷開主電源電路，實現防止工作人員觸電、保護設備的功能。

由于電路是加裝在插座里面，插座空間有限，因此電路元件體積、數量，要盡量簡化。因此電路電源不用變壓器變壓，達到節省空間目的，通過阻容電路分壓，橋式電路整流濾波，12v穩壓二極管穩定電源供電電壓。檢測電路通過兩個電流互感器，分別取樣火線負載電流狀況（監測負荷用電狀態）和地線是否有電流流過（監測是否漏電），通過轉換電路，實時將取樣電流信號轉換成反饋電壓信號。利用差動放大器電路原理，采用LM393差動放大器。在本電路中，通過給定電壓信號Ui與反饋電壓信號Uf的比較，如果發生反饋電壓信號Uf大于給定電壓信號Ui情況，就是說明負荷出現過載（運行電流超過額定電流）、短路和漏電現象，那么差動放大器就會輸出電壓控制信號Uo，觸發晶閘管（驅動電路）的導通，控制12v直流繼電器開關（執行元件）動作，實現220伏電路斷開，停止供電，直到故障恢復，才通過插座開關K接通供電電源，保護電路又進入保護工作狀態。

2、漏電限流保護安全插座電路原理分析

圖2 漏電限流保護安全插座電路原理圖

如圖2所示，電源供電電路是由元件R1、C1、D1～D4、R2、C2、V1等組成，C1為降壓限流電容，電容采用無極性電容，絕對不能采用電解電容.而且電容的耐壓須在400V以上，R1為C1的放電電阻、D1～D4組成橋式整流電路、R2限流電阻、C2為100uF/50V的電解電容實現濾波功能、V1為12V穩壓二極管，為電路提供12V穩定電壓。

檢測電路分兩部分，一是負載限流檢測電路，二是漏電監測電路，負載限流檢測電路由帶鐵芯的ab線圈、D5、R4、C3、R5、R6等元件組成，其中ab線圈實時感應火線交流電流大小，通過D5二極管的整流，C3濾波成直流電流，再通過R4、R5轉換成電壓信號，通過R6送入LM393比較放大器2腳正向輸入端，由于檢測感應的電流很小，所以R5電阻值取值較大。而D6、R9、C4、R11、R10組成了漏電監測電路，D6與D5、C4與C3、R9R11與R4R5元件功能相同，信號通過R10送入LM393比較放大器5腳正向輸入端。給定電壓信號值由500K電位器RP通過電源12v分壓取得，通過R7送入LM393比較放大器3腳反向輸入端。

LM393為電壓比較放大器集成電路，專門用于處理負載反饋信號與給定信號、漏電反饋信號等關系。LM393集成電路8腳為正電壓輸入，4腳為接地端，如圖2所示，給定電壓信號輸入3腳反相端、負載取樣電壓輸入2腳正向端，如果負載取樣電壓大于給定電壓信號，LM393的1腳輸出電壓信號；而LM393的5、6、7腳組成過零比較電路，當輸入5腳的電壓信號出現時，LM393的7腳就會輸出電壓信號。

晶閘管V2為直流12V繼電器J（執行元件）的驅動元件，LM393的1、7腳分別輸出控制電壓，通過R8、R9和R13、R14的分壓限流作用輸入晶閘管V2的控制極。有信號時，晶閘管V2導通，繼電器線圈J得電，繼電器常閉開關J-1、J-2斷開，實現220V電源斷電，常開開關J-3閉合，指示燈發光二極管LED點亮，表明電路正處于被保護狀態。220V電源斷電后，檢測線圈檢測信號為零，LM393的1、7腳分別停止輸出電壓，但由于采用晶閘管驅動繼電器，220V電源繼續保持斷電狀態，直到故障恢復，通斷插座開關K一次，就可以恢復正常供電。

三、電路安裝調試注意事項

1、限流電容C1必須接于火線L，耐壓要足夠大（大于400V），并加串防浪涌沖擊兼保險電阻和并放電電阻。

2、電流互感器線圈采用微型電流互感器，微型電流互感器已在市場應用廣泛，各種電流變比的電流互感器都可以找到。

3、電流設定值是由電位器RP調節，但由于檢測電路檢測信號較為靈敏，因此電流設定值與負載實際電流值需要反復對應調教，確定電位器旋鈕刻度對應電流值。

[1]清華大學電子學教研組編.模擬電子技術基礎簡明教程[M].高等教育出版社.

[2]黃俊主編.半導體變流技術(第2版)[M].機械工業出版社.

[3]沈大林等編.彩色電視機原理與維修技術[M].新時代出版社.