對澳式剩余電流保護的墻壁開關的設計研究

王磊 鄭開維 金新華 鄭益淼 熊杰

摘要：做好澳式剩余電流保護的墻壁開關設計，有助于我國開關產品產業(yè)打開澳大利亞市場?；诖?，本文詳細闡述了電路運行原理定位、整體結構設計、保護裝置安裝設計、性能實測設計、這幾項澳式剩余電流保護墻壁開關設計環(huán)節(jié)，希望能夠為開關產品性能水平的發(fā)展提供助力。

關鍵詞：澳式保護;剩余電流;墻壁開關

引言：在墻壁開關產品進入澳洲市場之前，其必須先通過SAA安全認證，而開關的剩余電流保護性能水平，作為影響其SAA安全認證考核結果重要因素，應根據澳洲SAA安全認證條件，制定相應的開關剩余電流保護電路設計方案，以保證墻壁開關性能順利達到澳式標準，實現對澳洲開關市場的開拓。

1設計目的

SAA安全認證是指在插頭、電路補償裝置、墻壁開關等設施進入新西蘭與澳大利亞銷售市場之前，需要滿足的安全性能條件。其內容包括AS/NZS3112、AS/NZS3123、AS/NZS3197等，廠家需具備配套的SAA安全認證批準證書號碼、標志，才能在澳洲市場銷售墻壁開關產品，否則會被認定為犯罪，因此，為了有效開拓國外市場，擴展墻壁開關的銷售渠道，產品設計者需要針對澳洲市場，圍繞SAA安全認證標準，開展相應的開關設計，以確保自身產品的合法銷售。在此過程中，SAA安全認證標準以對開關安全性能的要求為主，而剩余電流引起墻壁開關安全問題的主要因素，設計者必須要為開關設計相應的剩余電流保護系統，以避免開關使用過程中，剩余電流對使用者造成安全威脅，因此，在此次設計中，設計者的主要目的，是通過設計相應的保護結構，來消除剩余電流危險，保證墻壁開關產品順利通過安全認證。

2設計過程

2.1開關電路運行原理定位分析

經過對SAA安全認證條件、常規(guī)開關電路的研究，設計者對墻壁開關電路運行原理進行了定位。其中，兩條電源線會連接零序電流互感器，并經過該互感器，輸入到RV中，然后RV內部的運算放大器，將其會將電壓放大，然后在輸出端與單向可控硅的控制極連接，此時，如果經過放大后，電路電壓高于RV中的比較器基準電壓，那么RV輸出端的腳跳，就會呈現出高電平的狀態(tài)，使可控硅導通，并借此，將電磁線圈附近的通地迅速降為0。在此情況下，線路中的電磁線圈就會失效，并釋放脫扣器的鐵芯，使輸出端與觸頭相互分離，達到切斷電源，消除剩余電流的效果。此外，設計者根據SAA認證標準，將運行原理定位基礎條件設置為，額定電壓220V、額定電流13A、分斷時間30ms以內、動作電流10mA，以保證該運行原理，符合澳式要求。

2.2整體結構設計分析

基于上述運行原理，設計者構建了配套的墻壁開關電路結構，以落實整體結構的設計環(huán)節(jié)。在該項設計環(huán)節(jié)中，設計者在常規(guī)的剩余電流保護電路結構的基礎上，加設了一個電阻，以及一個測試電路，以深入優(yōu)化墻壁開關產品的安全性能，使其得以順利達到安全認證標準。在此過程中，設計者將電阻用于內部運算放大器的負反饋，以決定放大器的放大量。其中，設計者通過調節(jié)電阻的組織，即可實現動作電流的設置，一般來說，電阻的阻值越大，放大器的增益量就越大，動作電流就越小，剩余電流保護系統的靈敏度就越高，同時，該電阻結合負反饋電容器，還可以化解高頻尖脈沖干擾對電流的影響。在整體結構中，測試電路主要包括電阻和按鈕組成保護器兩個部分，在按下TEST按鈕之后，電源的兩個輸出端輸出的電流會經過測試電路中的電阻，此時，形成的剩余電流，即可用作判定檢驗保護器的工作性能。

2.3保護裝置安裝設計

為了保證墻壁開關配套的剩余電流保護裝置能夠正常發(fā)揮效用，設計者還為其設計了相應的安裝方案，以完善整體設計，增強設計工作效果。在此過程中，根據剩余電流保護裝置中各個組成元件的運行需求，設計者需要說明，其安裝位置應當為干燥、無有害氣體侵蝕的位置，且需與電路中的交流裝置保持20cm以上的距離，防止附近的導線、電氣設備對其造成磁場干擾。在安裝中，設計者還要注明，在接線安裝時，要用紗帶、膠布，將保護線路扎緊，再將其穿過零序電流互感中心，然后，將互感器圓孔前后的20cm內線束扎緊，防止其散開，同時，還要做好外殼接地，以深入優(yōu)化系統的安全性能。此外，整體線路導線材質應該為銅導線材料。

2.4性能實測環(huán)節(jié)

在性能實測環(huán)節(jié)，設計者主要進行了以下幾項操作：

第一，向輸出插座中接入燈泡、負載，然后將其的電源線，接入220～240V的電源上;第二，在關閉開關電源的情況下，將產品的后蓋打開，并使其壓在測試工裝上;第三，按下TESET按鈕，查看指示窗口紅色是否消失、負載是否斷電，如果此次設計方案成功，那么紅色窗口就會消失，同時負載也會斷電;第四，多次重復上述操作，再關閉電源開關，以測試墻壁開關的剩余電流保護系統性能是否穩(wěn)定，以及系統有效運行次數，進而完善該項設計方案的相關說明，保證設計工作的完整性。

此外，在上述的性能實測操作中，設計者還要將操作過程、實測參數、實測效果等信息一一進行記錄，以備后續(xù)的分析，增強設計方案的可靠性。

3結果分析

在此次設計研究中，設計者從多次的重復實測操作中，隨機抽取了10次操作的測試結果參數，如表1，由此可見，動作電流均在10mA以內，動作時間也保持在了30ms以內，因此，該設計方案達到了預期的設計效果。此外，在實測的基礎上，設計者還進行了加速壽命試驗、離子色譜測試、熱循環(huán)試驗，試驗結果顯示，該產品能夠適應澳洲的氣溫環(huán)境，且在工作電壓120%以內都能有效實現自身的剩余電流保護效用，同時，具有良好的熱可靠性，整體產品性能能夠順利達到SAA安全認證標準，有助于生產廠家打開澳洲銷售市場，提升自身的產品銷售收益。

結論：綜上所述，增強設計工作落實效果，能夠保證開關性能順利達到SAA安全標準。經過上述設計環(huán)節(jié)，設計者基于剩余電流防護原理，進行了墻壁開關電路設計，并完成了相應的性能實測。實測結果顯示該墻壁開關性能能夠滿足SAA安全認證要求，從業(yè)者可以利用該設計方案，開拓澳洲市場。

參考文獻：

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