CN101366161A - 提供持续过电压保护的插座 - Google Patents

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CN101366161A CNA2007800021504A CN200780002150A CN101366161A CN 101366161 A CN101366161 A CN 101366161A CN A2007800021504 A CNA2007800021504 A CN A2007800021504A CN 200780002150 A CN200780002150 A CN 200780002150A CN 101366161 A CN101366161 A CN 101366161A
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Abstract

一种用于电力电路的插座包括：插座外壳；线路端子，其被结构化为接收包括标称电压与较大的过电压中的一个的电压；负载端子；负载中性端子；可分离触点，其电气连接在线路与负载端子之间；操作机构，其被结构化为断开和闭合可分离触点；跳闸机构，其与操作机构协作，以便跳闸断开可分离触点。跳闸机构包含跳闸电路，其被结构化为检测与电力电路相关联的第一跳闸条件并做出响应地致动操作机构、从而跳闸断开可分离触点。跳闸机构还包含过电压电路，其被结构化为检测至少一个中性端子与线路或负载端子之间的持续过电压条件并做出响应地致动操作机构、从而跳闸断开可分离触点。

Description

提供持续过电压保护的插座
技术领域
本发明一般涉及电气开关设备，特别涉及插座。
背景技术
插座是出口(outlet)电路中断器，其旨在安装在支路出口处，例如出线盒处，以便提供例如负载的电弧故障和/或接地故障保护。
已知的插座典型地包括复位按钮和测试按钮。复位按钮用于激活复位周期(test cycle)，其试图重新建立输入与输出导电路径或导体之间的电连续性。在复位按钮被按下时，复位触点闭合以便使测试电路完整，从而激活测试周期。测试按钮也激活测试周期，其对电路中断机构的运行进行测试。
已知的120VRMS接地故障和/或电弧故障插座被设计为耐受施加240VRMS而不跳闸或不被损坏。然而，如果任何一个或一个以上的120VRMS负载位于下游和/或电气连接到该插座，则这样的负载很可能被持续的240VRMS过电压条件损坏或破坏。
持续过电压条件可能由于上游电网、负载中心或断路器的中性电气连接的丧失而造成。持续过电压条件也可由于某些电网故障而发生。例如，如果单极、双极或三极电力系统中中性点“丧失”(例如，由于电气问题；由于“白”中性线从电力母线断开)，则标称120VRMS线-中性点间电压可上升到208或240VRMS，由此使得插座中的线-中性点间MOV故障(即，由于足够持续时间的过电压条件)。
美国专利No.6,671,150公开了断路器中的使用模拟电路(例如MOV；交流用硅二极管；包括二极管的电路；齐纳二极管与两个电阻器)的过电压保护，以便通过跳闸线圈检测过电压条件并做出响应地激励此跳闸线圈。
插座等电气开关设备中存在改进的空间。
发明内容
这些以及其他需求通过本发明满足，本发明提供了一种保护电力电路免受持续过电压条件的插座。
根据本发明一实施形态，用于电力电路的插座包括：插座外壳；线路导体，其被结构化为接收包括标称电压与大于标称电压的过电压中的一个的电压；负载导体；至少一个中性导体；至少一组可分离触点，所述至少一组可分离触点中的一组电气连接在线路导体与负载导体之间；操作机构，其被结构化为断开和闭合所述至少一组可分离触点；跳闸机构，其与操作机构协作，以便跳闸断开所述至少一组可分离触点，跳闸机构包含第一电路与第二电路，第一电路被结构化为检测与电力电路相关联的第一跳闸条件并做出响应地致动操作机构、从而跳闸断开所述至少一组可分离触点，第二电路被结构化为检测所述至少一个中性导体与线路导体或负载导体之间的过电压条件并做出响应地致动操作机构、从而跳闸断开所述至少一组可分离触点。
线路导体或负载导体可包括所接收的电压；第二电路可包含电压传感器和处理器，该传感器被结构化为检测线路导体或负载导体的接收电压，该处理器被结构化为判断检测到的接收电压是否大于预定值长于预定时间，并做出响应地致动操作机构，从而跳闸断开所述至少一组可分离触点，其目的在于保护负载导体下游的负载免受过电压条件。
线路导体的接收电压可以为包括多个线路周期(line cycle)的交流电压；处理器可被结构化为由检测得到的接收电压确定积分半周期峰值电压、平均电压以及RMS电压中的一个；预定值可以为积分电压值、平均电压值和RMS电压值中的一个；预定时间至少可以为至少一个线路周期的持续时间。
作为本发明的另一实施形态，用于电力电路的插座包含：插座外壳；线路导体，其被结构化为接收包括标称电压与大于标称电压的过电压中的一个的电压；负载导体；至少一个中性导体；至少一组可分离触点，所述至少一组可分离触点中的一组电气连接在线路导体与负载导体之间；操作机构，其被结构化为断开与闭合所述至少一组可分离触点；第一电路，其被结构化为检测与电力电路相关联的第一跳闸条件，并做出响应地致动操作机构，从而跳闸断开所述至少一组可分离触点；第二电路，其被结构化为检测所述至少一个中性导体与线路导体或负载导体之间的持续过电压条件，并做出响应地致动操作机构，从而跳闸断开所述至少一组可分离触点。
附图说明
结合附图阅读下面对优选实施例的介绍可获得对本发明的充分理解，在附图中：
图1为根据本发明的插座的框图；
图2为由图1的处理器执行的程序的流程图。
具体实施方式
联系电弧故障/接地故障插座对本发明进行介绍，然而，本发明适用于宽广范围的插座。
参照图1，用于电力电路4的插座2包括：插座外壳6；线路导体，例如端子8，其被结构化为接收包括标称电压与大于标称电压的过电压中的一个的电压10；负载端子12；一个或一个以上的中性端子，例如14和/或16。设置一组或两组可分离触点18、20。一组可分离触点18电气连接在线路端子8和负载端子12之间。另一组可分离触点20可电气连接在中性端子14与负载中性端子16之间。操作机构22被结构化为断开和闭合可分离触点18、20。跳闸机构24与操作机构22协作，以便跳闸断开可分离触点18、20。跳闸机构24包括第一电路26和第二电路28，第一电路26被结构化为检测与电力电路4相关联的第一跳闸条件，并做出响应地致动操作机构22，以便跳闸断开可分离触点18、20，第二电路28被结构化为检测负载中性端子16(或中性端子14)与线路端子8或负载端子12之间的过电压条件，并做出响应地致动操作机构22，以便跳闸断开可分离触点18、20。
实例1
示例性跳闸机构24包括微控制器30、电源32、信号调节电路33、跳闸螺线管34。微控制器30包括模拟至数字转换器(ADC)电路36和具有固件程序40的微处理器38。ADC电路36包括多个传感器，例如用于检测分别对应于线路端子8(线路)、负载端子12(负载)、测试按钮50(测试)以及一个或一个以上的接地端子52、54的电压的ADC输入42、44、46、48。ADC电路36还包括多个传感器，例如ADC输入56、58、60，用于检测分别对应于中性分流器62(电流)和来自接地故障电流互感器64的两个输入(检测)的电压。微控制器30和多个电压参照于节点66上的中性分流器62的负载中性侧的电路地(电路_接地(circuit_ground))。
中性分流器62包括对应于流经可分离触点20的电流的电压(电流)。ADC输入56检测电压(电流)，并为图2的步骤76提供该检测电压，如将在下面讨论的那样。
电流互感器64包括与流经可分离触点18以及负载端子12的电流和流经可分离触点20以及负载中性端子16的电流之间的差对应的信号。ADC输入58、60检测此电压，并为图2的步骤76提供该对应值。
实例2
参照图2，示出了固件程序40。在于70中开始之后，计时器(例如硬件；固件)值在72中被设置为零。接下来，在74中，微处理器38读取并适当处理对应于ADC输入42、44、46、48、56、58、60的多个电压。于是，在76中，电弧故障/接地故障跳闸逻辑被执行，以便处理与ADC输入56相关联的电流值以及在ADC输入58、60上来自接地故障电流互感器64的两个检测输入。在电弧故障或接地故障跳闸条件下，微处理器38设置数字输出77，其向跳闸螺线管34提供TRIP信号，以便跳闸断开可分离触点18、20。接下来，在78中，判断与ADC输入42相关联的线路电压或与ADC输入44相关联的负载电压是否大于预定值。如果不是，则没有过电压条件，执行在74中恢复。否则，存在过电压条件，在80中，判断计时器(例如硬件；固件)是否被启动。如果不是，则计时器在82中被启动。否则，或者在82之后，判断计时器值是否大于预定时间。如果不是，则执行在78中恢复。另一方面，如果计时器值大于预定时间，则已经有适当时间和大小的持续过电压条件(例如相对于中性电压(电路_地)的负载电压；相对于中性电压(电路_地)的线路电压)。因此，在这样的持续过电压条件下，在86中，微处理器38设置数字输出77，其将TRIP信号提供给跳闸螺线管34，以便跳闸断开可分离触点18、20。微处理器38和固件程序步骤78-86因此提供了基于微处理器的电子过电压保护电路28，同时，微处理器38和固件程序步骤76提供基于微处理器的电子电弧故障/接地故障保护电路26。步骤76(在电弧故障或接地故障的情况下)和步骤86通过经由数字输出77向跳闸螺线管34发布跳闸信号来致动操作机构22，以便跳闸断开可分离触点18、20，并保护负载端子12下游的负载(未示出)免受持续过电压条件。
实例3
线路端子8的接收电压10可以为包括多个线路周期的交流电压。在步骤74中，微处理器程序40可被结构化为从ADC输入42的检测到的接收电压确定积分半周期峰值电压、平均电压和RMS电压中的一个。
实例4
在步骤78中，预定值可以为积分电压值、平均电压值、RMS电压值(例如但不限于大约150VRMS)中的一个。在步骤84中，预定时间可以至少为至少一个线路周期的持续时间(例如但不限于60Hz时的大约16.67ms)。因此，如果检测到预定时间的高于预定阈值的持续过电压，则插座2断开一组或两组可分离触点18、20，以便将任何所附着负载或下游负载从过电压源断开。
实例5
保护电路26可以为例如电弧故障保护电路和接地故障保护电路中的一个或二者。例如，在美国专利No.5,224,006中，用美国专利No.5,691,869中描述的优选类型，公开了电弧故障检测器的非限制性实例，其并入此处作为参考。接地故障检测器的非限制性实例在美国专利No.5,293,522、5,260,676、4,081,852、3,736,468中公开，其并入此处作为参考。
实例6
尽管步骤78可使用线路电压和负载电压中的一个或二者，优选为，至少线路电压被检测，以便判断正常、非过电压条件或是过电压条件。
实例7
按照传统，操作机构22优选为包含：适当的复位机构，例如复位按钮88，其被结构化为机械闭合可分离触点18、20。
实例8
按照传统，跳闸机构24优选为包含合适的测试机构，例如测试按钮50，其被结构化为发起电弧故障保护测试与接地故障保护测试中的一个或二者。如果ADC输入46处的测试信号有效，则合适的信号(未示出)被发送到控制电路90，以便施加模拟故障信号(未示出)，从而测试电弧故障/接地故障保护。例如，测试按钮50可测试美国专利No.5,982,593所公开的双重功能电弧故障与接地故障跳闸逻辑76，该专利并入此处作为参考。
实例9
尽管示出了两组可分离触点18、20，插座2可包括一组可分离触点(例如可分离触点18，其电气连接在线路与负载端子8、12之间)。
实例10
插座2优选为包括适当的指示电路92，其被结构化为对不同的故障条件进行指示。例如，电路92包括由微处理器输出95驱动的第一LED 94以及由微处理器输出97驱动的第二LED 96。
实例11
比实例10进一步地，LED 96是红色的，并被结构化为指示过电压条件、电弧故障跳闸条件以及接地故障跳闸条件中的至少一个，LED 94是绿色的，其在点亮时，指示没有故障的正常插座条件。
实例12
比实例10进一步地，LED 96在点亮时被结构化为指示电弧故障跳闸条件，LED 94在点亮时被结构化为指示接地故障跳闸条件。
实例13
比实例12进一步地，LED 94、96中的一个，例如94，可被结构化为通过闪烁对应的模式(pattern)来指示过电压条件，并通过连续点亮来指示电弧故障跳闸条件与接地故障跳闸条件中的一个。
实例14
比实例12进一步地，LED 94、96二者在点亮时可被结构化为指示过电压条件。
实例15
电源32优选为从负载端子12和线路端子8二者(例如通过一个或一个以上的auctioneering二极管(未示出))供电，以便保护正常与相反馈送条件下的下游负载。或者，电源22可从端子8、12中的至少一个供电。
实例16
如图1所示，MOV 100可布置在负载端子12与负载-中性端子16之间，以便提供暂态电压保护。
通过相对于合适的电路接地基准(例如中性电压)检测线路和/或负载电压，所公开的插座2有利地提供自动电子过电压保护。如果持续检测电压(例如积分半周期峰值、平均、RMS)高于预定值(例如但不限于150VRMS)达预定时间(例如但不限于一个线路周期、多个周期、适当的时间)，则将下游负载从过电压源断开。
尽管详细介绍了本发明的具体实施例，本领域技术人员将会明了，在本公开的总体教导下，可对这些细节开发出多种修改和替代。因此，所公开的具体装置意味着仅仅是示例性的而不是对本发明的范围进行限制。本发明的范围由所附权利要求与其任何以及所有等价内容的全部宽度给出。

Claims (20)

1.一种用于电力电路(4)的插座(2)，所述插座包括：
插座外壳(6)；
线路导体(8)，其被结构化为接收包括标称电压与过电压中的一个的电压(10)，所述过电压大于所述标称电压；
负载导体(12)；
至少一个中性导体(14，16)；
至少一组可分离触点(18，20)，所述至少一组可分离触点中的一组(18)电气连接在所述线路导体与所述负载导体之间；
操作机构(22)，其被结构化为断开和闭合所述至少一组可分离触点；以及
跳闸机构(24)，其与所述操作机构协作，以便跳闸断开所述至少一组可分离触点，所述跳闸机构包含：
第一电路(38，26，56，62)，其被结构化为检测与所述电力电路相关联的第一跳闸条件并做出响应地致动所述操作机构、从而跳闸断开所述至少一组可分离触点，以及
第二电路(38，28，42，44)，其被结构化为检测所述至少一个中性导体与所述线路导体或所述负载导体之间的过电压条件并做出响应地致动所述操作机构、从而跳闸断开所述至少一组可分离触点。
2.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述线路导体或所述负载导体包括所述接收电压；其中，所述第二电路包含电压传感器(42，44)和处理器(38)，所述传感器被结构化为检测所述线路导体或所述负载导体的接收电压，所述处理器被结构化为判断所述检测到的接收电压是否大于预定值长于预定时间，并做出响应地致动所述操作机构，以便跳闸断开所述至少一组可分离触点，从而保护所述负载导体下游的负载免受所述过电压条件。
3.根据权利要求2的插座(2)，其中，所述线路导体的接收电压为包括多个线路周期的交流电压；其中，所述处理器被结构化为由所述检测到的接收电压确定积分半周期峰值电压、平均电压以及RMS电压中的一个；其中，所述预定值为积分电压值、平均电压值和RMS电压值中的一个；且其中，所述预定时间至少为至少一个所述线路周期的持续时间。
4.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第二电路包含电压传感器(44)，所述传感器被结构化为检测所述负载导体与所述至少一个中性导体之间的电压，以便检测所述过电压条件。
5.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第二电路包含：电压传感器(42)，其被结构化为检测所述线路导体与所述至少一个中性导体之间的电压；处理器(38)，其被结构化为将所述检测电压与预定值进行比较，以便检测所述过电压条件的不存在。
6.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第一电路为电弧故障保护电路(26)。
7.根据权利要求6的插座(2)，其中，所述第二电路包括与所述至少一组可分离触点的所述一组串联电气连接的分流器(62)和电压传感器(56)，所述分流器包括与流经所述至少一组可分离触点的所述一组的电流对应的电压，所述电压传感器被结构化为检测与流经所述至少一组可分离触点的所述一组的电流对应的所述电压，并将所述检测电压提供给所述电弧故障保护电路。
8.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第一电路为接地故障保护电路(26)。
9.根据权利要求8的插座(2)，其中，所述第二电路包含电压传感器(58，60)以及与所述至少一组可分离触点的所述一组有效关联的电流互感器(64)，所述电流互感器包括与流经所述至少一组可分离触点的所述一组的电流和流经所述至少一个中性导体的电流之间的差对应的信号，所述电压传感器被结构化为检测所述电流互感器的信号并将所述检测信号提供给所述接地故障保护电路。
10.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述操作机构包含复位机构(88)，所述复位机构被结构化为机械闭合所述至少一组可分离触点。
11.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第一电路包含电弧故障保护电路(26)和接地故障保护电路(26)中的至少一个。
12.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述至少一组可分离触点包括第一组可分离触点(18)和第二组可分离触点(20)；其中，所述至少一个中性导体包括中性导体(14)和负载中性导体(16)；其中，所述第一组可分离触点电气连接在所述线路导体与所述负载导体之间；且其中，所述第二组可分离触点电气连接在所述中性导体与所述负载中性导体之间。
13.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述第一电路包括：电弧故障跳闸电路(26)，其被结构化为响应于电弧故障跳闸条件跳闸断开所述至少一组可分离触点；接地故障跳闸电路(26)，其被结构化为响应于接地故障跳闸条件跳闸断开所述至少一组可分离触点。
14.根据权利要求13的插座(2)，其中，所述跳闸机构还包含至少一个指示器(92)，所述指示器被结构化为指示所述过电压条件、所述电弧故障跳闸条件、所述接地故障跳闸条件中的至少一个。
15.根据权利要求14的插座(2)，其中，所述至少一个指示器包含：第一指示器(96)，其被结构化为指示所述电弧故障跳闸条件；第二指示器(94)，其被结构化为指示所述接地故障跳闸条件。
16.根据权利要求14的插座(2)，其中，所述至少一个指示器为一个指示器(94)，该指示器(94)被结构化为通过闪烁一模式来指示所述过电压条件，并通过一直点亮来指示所述电弧故障跳闸条件和所述接地故障跳闸条件中的至少一个。
17.根据权利要求1的插座(2)，其中，所述跳闸机构还包含电源(32)，所述电源由所述线路导体和所述负载导体中的至少一个来供电。
18.一种用于电力电路(4)的插座(2)，所述插座包含：
插座外壳(6)；
线路导体(8)，其被结构化为接收包括标称电压与大于所述标称电压的过电压中的一个的电压(10)；
负载导体(12)；
至少一个中性导体(14，16)；
至少一组可分离触点(18，20)，所述至少一组可分离触点中的一组电气连接在所述线路导体与所述负载导体之间；
操作机构(22)，其被结构化为断开与闭合所述至少一组可分离触点；
第一电路(38，26，56，62)，其被结构化为检测与所述电力电路相关联的第一跳闸条件，并做出响应地致动所述操作机构，从而跳闸断开所述至少一组可分离触点；以及
第二电路(38，28，42，44)，其被结构化为检测所述至少一个中性导体与所述线路导体或所述负载导体之间的持续过电压条件，并做出响应地致动所述操作机构，从而跳闸断开所述至少一组可分离触点。
19.根据权利要求18的插座(2)，其中，所述线路导体与所述负载导体中的至少一个包括所述接收电压；其中，所述第二电路包含电压传感器(42，44)和处理器(38)，所述电压传感器被结构化为检测所述接收电压，所述处理器被结构化为判断所述检测到的接收电压是否大于预定值长于预定时间，并做出响应地致动所述操作机构，以便跳闸断开所述至少一组可分离触点，从而保护所述负载导体下游的负载免受所述持续过电压条件。
20.根据权利要求19的插座(2)，其中，所述线路导体的接收电压为包括多个线路周期的交流电压；其中，所述处理器被结构化为由所述检测的接收电压自动确定积分半周期峰值电压、平均电压和RMS电压中的一个；其中，所述预定值是积分电压值、平均电压值、RMS电压值中的一个；且其中，所述预定时间至少为至少一个所述线路周期的持续时间。
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