CN102439811B - 用于具有浮动的参考导体的it配电系统的保护系统 - Google Patents

Abstract

一种用于IT配电系统(EDS)(2)的保护系统(1)具有浮动的参考导体(3)和两个电导体，其中所述两个导体是以有源导体(5)和中性导体(6)的形式。系统(1)包括用于电连接到在系统(1)上游的MEN电源(10)的两个输入端子(7、8)。两个输出端子(11、12)经由相应的导体(5、6)电连接到电负载，该电负载是以具有金属机柜(16)的立式冷藏展柜(15)的压缩机(未显示)的电动机(14)的形式。电动机(14)在系统(1)的下游。以MCB(17)形式的保护设备将端子(7、8)电连接到相应的端子(11、12)以允许将来自源(10)的电力提供至电动机(14)。MCB(17)响应于在端口(18)处的故障信号，用于有选择地将端子(7、8)中的至少一个与相应的输出端子(11、12)断开电连接，以阻止提供电力。识别指示器单元(19)响应于在导体(3)中的大于预定的电流阈值的电流而在端口(18)上有选择地生成故障信号。

Description

用于具有浮动的参考导体的IT配电系统的保护系统

发明领域

本发明涉及保护系统，并且特别是涉及用于具有浮动的参考导体的IT配电系统的保护系统。

本发明的实施方式特别为一种用于具有浮动的参考导体和至少两个电导体的、用于提供来自源的电力的IT配电系统的保护系统而开发，并且本文中将参考该应用来描述。然而将认识到，本发明不限于这样的使用领域，并且可适用在更广的背景下。

背景

贯穿本说明书对背景技术的任何讨论绝不应被视为承认该技术是广泛已知的，或者形成了本领域中公知常识的一部分。

在电能被分配给家用设施和工业设施的超过一百年的时间里，存在安全的持续的发展和改进。最初，由配电系统(EDS)所造成的主要安全危险是火灾。随着配电系统的发展，分配电压也有所升高，并且触电死亡和电击的危险——特别是在使用AC电压时——成为了另一个主要的关注重点。

在所有的工业化国家中的配电系统，并且特别是低压(LV)网络和家用设施出于安全原因都是接地的。这种“接地”的意图是允许使用电保护设备作为配电系统的一部分，以便防止遭受电击和触电死亡。电保护设备提供了“电保护”，其在LV网络中需要执行两个主要功能：

·防止与通电的带电导体直接或间接接触的人员的触电死亡或严重的电击。

·在由配电系统所供电的设备的任何电绝缘失败之后，防止：对电设备的损害；以及可能的着火。

给定上述情况，已经在上个世纪开发出各种接地系统。国际公认的三种主要类型的接地系统是：

·TT系统：其中T指示了一点到地的直接连接。也就是说，“地-地”的系统。

·TN系统：其中T指示了一点到地的直接连接；而N指示中性点。也就是说，“地-中性点”的系统。

·IT系统：其中T指示了一点到地的直接连接；而I指示与地隔离的所有带电部分。也就是说，“与地隔离”的系统。

对具有接地连接的这些电源系统的更加详细的描述能够可在IEC60364-1：005标准中找到。

在本说明书中，术语“IT系统”或“IT网络”可互换地使用，除非对于上下文清楚地指示有相反情况的任何给定情况，上述术语指的是用于配电系统的接地方法或者使用该接地方法的配电系统。在本说明书中所做出的对信息技术系统或网络的提及使用缩写“IT&T系统”或者“IT&T网络”。

在许多工业化国家中，TN系统被广泛使用。接地路径或暴露的导电部件通过连接到配电中性点而被补充。这被称为多接地中性系统，或者更通常地被称为MEN系统。该系统利用了供电工具中性(supply utilityneutral)来改进，也就是降低接地路径电阻。在电设施上所包括的接地桩(earth stake)连接到在设施开关板处的工具中性点，并且该工具中性点也沿着其到子站变压器的路径以规律的间隔连接到地。在TN系统中，设施接地的完整性依赖于接地桩的可靠连接。

在TN系统中的绝缘故障转变成短路故障，并且该故障必须通过预先安装的保护设备得以消除。所使用的一般保护设备是剩余电流设备(RCD)。

虽然在TN系统中人员和设备安全保护的新式方法是使用在源(供电工具)和负载(家用设施)之间的低电阻接地连接，在配电系统和设施内不同位置处的通常大的接地电阻变化为人员和设备提供了不同的保护水平。在一些情况下，比如当接地桩是干燥的沙质土壤或者沙石时，普通土块(mass of earth)可具有固有地高的电阻，这将固有地或不被期望地增加接地电阻。

TN(或MEN)网络通常被认为是用于将来自生产源的电力传送至消费点的廉价并且可靠的机构。然而，这些网络不是没有风险的。例如，甚至在密度相对较低的人口聚集地比如澳大利亚，每年都有数十人死于触电。还有一些情况是，在涉及爆炸物或其他挥发性的材料的某些军事和矿业设施中禁止TN系统，这是由于这样的网络所造成的爆炸的风险。由于有极高的故障电流，当故障发生时TN网络也是易受影响的，从而引发火灾损失或者其他热损失。在环境方面，TN网络产生了比其他网络更多的电噪声，这主要是由于所生成的谐波。通常来说，3次谐波是最有问题，并且证明缓和或消除起来非常昂贵。由澳大利亚对TN网络的经验所产生的证据指示电故障促成了：

·全部建筑物火灾的10％。

·1000人因电击而入院。

·10,000次电器的损失和破坏。

TN系统中最常见的有两种类型的故障。这两种故障类型是故障电流路径在有源导体和地之间的“接地故障”。这两个类型是：

·短路电流故障：其中故障路径电阻抗低，并且所得故障电流极高。这些高故障电流应当迅速触发过电流保护，并且限制火灾发生和明显的设备损失的可能性。

·高阻抗故障：其中故障路径电阻抗高，并且故障电流相对较低。这些低电流可能在任何安装的过电流保护的触发水平以下，并且可持续长时间段而得不到检测，最终引发电弧放电和热损失的风险。

在可能的设备损坏方面，即使故障电流较低，这些故障类型中的第二个，即高阻抗故障是最危险的类型。

作为导致电击和触电死亡的最主要的故障类型的是“接地故障”，其涉及有源导体与地之间的故障电路。一种部分解决方案是利用IT系统。一般来说，比如这样的系统也被称为不接地的系统或者具有电分离的系统，例如，见澳大利亚和新西兰的标准AS/NZS 3000：2007-7.4.1。IT系统由国际标准和澳大利亚标准认可为一种提供免受“接地故障”所导致的电击和触电死亡的保护的可能装置。

IT系统通过移除来自设施的接地来防止危险的电击，因此被称为是“不接地”的系统。其他通用的名称包括浮动系统或隔离系统。因为“不接地”的系统移除在源和负载之间的接地连接，不存在故障电流——无论是电击电流还是故障过电流——返回电源的闭路。如果没有接地连接，则故障电流非常低，因为仅“接地”的路径通过一般的土块与金属壳之间的电容路径。这就给出了一非常高的阻抗路径并因此有非常低的故障电流。故障电流电平一般很低使得不会造成电击或加热以及火灾的风险。

不接地的系统曾在20世纪上半叶使用，以获得电源的较大可靠性的益处。这种可靠性来自于更强地适应故障的能力。例如，在分布式网络的一部分中的单个故障不需要关闭网络的其余部分的电源，因此没有故障电流对过流保护设备起作用。最近，IT系统被较少用在分布式的设施中，而更多地用在电源的可靠性很关键的设施中。这种设施的例子包括诸如铝熔炼和半导体制造厂、医院手术室、以及某些办公建筑物的工业设施。

不接地或者浮动的系统能够用在一设施中，尽管它从具有TN或TT系统的分布式网络馈电。然而，需要使该网络和设施通过不接地的隔离变压器彼此隔离。低电压隔离变压器被称为漏电保护设备(LPD)，并且是优于在手术室中和在涉及了医疗布线的澳大利亚和新西兰标准AS/NZS3003：2003所概述的领域中的RCD的优选保护方法。

IT系统具有大量缺点。例如，如果出现了产生到地的高阻抗路径的第一故障，该第一故障能够存在很长一段时间，而不被检测到，因为没有过电流状态。如果随后出现了产生到地的短路的第二故障——这是第一故障维持未被解决的可能后果——将会有高故障电流，有与TT和TN系统中所发生一样的所有相同的接触电势问题。出于该原因，国际标准IEC60364-4-41要求IT系统具有用于提供对第一故障存在的可视指示的绝缘监控器。

国际标准和澳大利亚标准还将IT系统的使用限制到每个隔离变压器/发电机仅1类设备的一项，除非有通过在有故障的情况下自动断开连接的额外的保护。这种额外的保护包括RCD。然而，RCD还具有一些缺点，因为除了别的以外，RCD依赖于规则的跳闸测试来使其操作生效。在英国和美国，在RCD的一些研究中，已经发现在测试时多达10％的RCD都不在工作状态下。此外，RCD依赖于具有承载可被生成的剩余电流的电路径。如果没有接地路径，则RCD将没有任何剩余电流来操作。对于未建立接地连接的应用或者接地连接并不容易可用的应用而言，比如便携式的发电设备例如在工地和临时位置处的发电机和逆变器，RCD的使用可能让人员和设备处于危险。此外，RCD不能够检测DC剩余电流。

即使在RCD正确安装并且工作的地方，并且成功操作的所有先决条件都可用，可用的商业产品也一般工作缓慢，并且允许大的故障电流在发生对故障的隔离之前流过。这些电流的大小和持续时间大大地增加了导致故障或者与故障接触的人员的触电死亡和触电受伤的风险。

给出以上RCD的限制，当利用一设施中的IT系统时，不得不作出修正以允许RCD提供所需要的保护。实际上，这导致了所述设施从IT系统转变成TN系统。虽然在转换之后能够获得一些可靠性的益处，但却违背了为保护人员和保护具有IT系统的设备而改进的安全性质的目的。

其他的保护电路也被用在TT EDS比如电压检测安全(ELCB)中。这些设备被设计成主要用于TT EDS，并且需要接地路径用于正确操作。因此，当被包括在例如具有接地电极的家用设施中的时候，这些设备是经由该接地电极接地的负载电路的一部分。在一些管辖范围中，负载电路还需要具有第二接地电极，其在距第一接地电极大约2米处接地，并且直接连接到ELCB本身。例如，见澳大利亚标准AS3000-1981。这种接线配置是一种部分解决方案，其消除了ELCB响应于在附近的负载电路比如在相邻房屋中的负载电路中的电故障的假跳闸。其他的假跳闸事件包括电源浪涌或者附近的雷击。对ELCB的其他限制包括：

·未检测到不通过地线到达接地电极的故障。

·单个建筑物不易分成具有独立故障保护的多个负载电路。

·通过连接到接地系统的设施所承载的外部电压容易受到误触发的影响。这种设施的例子是金属管道。

在最近几年，为尝试解决上述缺点，一般用RCD取代ELCB。虽然RCD根据故障电流操作并且被视为一项卓越的技术，但反过来，其又如以上所述提供了不完全的保护并且也易受假跳闸的影响。

发明概述

本发明的目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一个，或者提供有用的备选方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于具有浮动的参考导体和至少两个电导体的IT配电系统的保护系统，该保护系统包括：

至少两个输入端子，其用于电连接到在保护系统上游的电源；

至少两个输出端子，其用于经由相应的电导体电连接到在保护系统下游的负载；

保护设备，其用于将输入端子中的一个或多个电连接到相应的输出端子以允许将来自源的电力提供到负载，其中保护设备响应于故障信号用于有选择地将输入端子中的至少一个与相应的输出端子断开连接，以阻止提供电力；以及，

识别指示器单元(sentinel unit)，其用于响应于在参考导体中的大于预定的电流阈值的电流来有选择地生成故障信号。

在一实施方式中，保护系统包括用于容纳端子和保护设备的壳体。

在一实施方式中，壳体完全容纳保护设备。

在一实施方式中，壳体容纳识别指示器单元。

在一实施方式中，识别指示器单元在壳体外部。

在一实施方式中，识别指示器单元限制在参考导体中的电流。

在一实施方式中，识别指示器单元将参考导体中的电流限制为不大于预定的电流阈值。

在一实施方式中，预定的电流阈值小于大约10mA。

在一实施方式中，预定的电流阈值小于大约8mA。

在一实施方式中，识别指示器单元从位于保护设备下游的IT配电系统提取电力。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于具有浮动的参考导体和至少两个电导体的IT配电系统的识别指示器单元，IT配电系统用于将来自源的电力经由电保护设备提供到负载，其中：保护设备响应于故障信号，用于将负载与源电隔离；并且识别指示器单元响应于在参考导体中的大于预定的电流阈值的电流来有选择地生成故障信号。

在一实施方式中，预定的电流阈值小于大约10mA。

在一实施方式中，预定的电流阈值小于大约5mA。

在一实施方式中，识别指示器单元包括用于限制参考导体中的电流的限制电路。

在一实施方式中，限制电路将参考导体中的电流限制为不大于预定的电流阈值。

在一个实施方式中，识别指示器单元响应于在参考导体中的大于预定的电流阈值的电流和在参考导体中的大于预定的电压阈值的电压来有选择地生成故障信号。

在一实施方式中，预定的电压阈值小于大约40伏特。

在一实施方式中，预定的电压阈值小于大约35伏特。

在一实施方式中，预定的电压阈值小于大约30伏特。

在一实施方式中，预定的电压阈值小于接触电势。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于保护具有浮动的参考导体和至少两个电导体的IT配电系统的方法，该方法包括：

将至少两个输入端子电连接到电源；

将至少两个输出端子经由相应的电导体电连接到负载；

将输入端子中的一个或多个通过保护设备电连接到相应的输出端子，

用于允许将来自源的电力提供至负载，其中保护设备响应于故障信号，用于有选择地将输入端子中的至少一个与相应的输出端子断开电连接，以阻止提供电力；以及

响应于在参考导体中的大于预定的电流阈值的电流，使用识别指示器单元有选择地生成故障信号

根据本发明的第四方面，提供了一种用于监控具有浮动的参考导体和至少两个电导体的IT配电系统的方法，IT配电系统用于将来自源的电力经由电保护设备提供至负载，其中：保护设备响应于故障信号用于将负载与源电隔离；并且该方法包括响应于参考导体中的大于预定的电流阈值的电流有选择地生成故障信号的步骤。

贯穿本说明书对“一个实施方式”、“一些实施方式”或“一实施方式”的提及意味着关于实施方式描述的特定特性、结构、或者特征被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在不同位置上出现的短语“在一个实施方式中”、“在一些实施方式中”或者“在一实施方式中”并不一定都指的是相同的实施方式，而是可以都指的是相同的实施方式。此外，正如从本公开中对本领域中的普通技术人员明显的，在一个或多个实施方式中，特定的特性、结构或特征可以按任何适当的方式进行组合。

正如此处所使用的，除非另有说明，为描述通用对象所使用的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等仅指示相似对象的不同实例被提到，并且不是用来暗示这样描述的对象必须是按时间上的、空间上的、等级上的、或者以任何其他方式的给定顺序。

在以下的权利要求和此处的描述中，措辞“包括”、“由…组成”、或者“其包括”中的任何一个是开放式的措辞，其意味着至少包括随后的元件/特征，而不排除其他的元件/特征。因此，当在权利要求中使用措辞“包括(comprising)”时，其不应被解释为限于其后所列装置或元件或步骤。例如，表达“包括(comprising)A和B的设备”的范围不应被限制到仅由元件A和B所组成的设备。如此处所使用的措辞“包括(including)”或“其包括(which includes)”或“这包括(that includes)”中的任何一个也是开放式的措辞，其也意味着至少包括在该措辞之后的元件/特征，但不排除其他的元件/特征。因此，包括(including)与包括(comprising)同义，并且意思是包括(comprising)。

附图的简要说明

现在将作为例子参考附图来描述本发明的优选实施方式，其中：

图1是根据本发明一实施方式的保护系统的示意图；

图2是根据本发明另一个实施方式的保护系统的示意图；

图3是图2的MCB和识别指示器单元中所选择元件的截面示意图；

图4是示出了单元内的子电路的图2的识别指示器单元的放大示意图；

图5是一配电系统的示意图，该配电系统包括两个独立受保护的并联布置的负载电路，并且这二者都通过单个公共隔离变压器连接到电源；

图6是一配电系统的示意图，该配电系统包括两个独立受保护的并联布置的负载电路，并且这二者通过相应的隔离变压器连接到电源；

图7是一配电系统的示意图，该配电系统包括两个独立受保护的并联布置的负载电路，并且这二者都通过单个公共隔离变压器连接到电源，其中负载电路中的一个包括两个嵌套的子电路；

图8是包括了主IT EDS的配电系统的示意图，该配电系统用于将来自源的电力提供至两个分离且单独保护的IT EDS；

图9(a)是源、EDS和负载的一个例子的示意图；

图9(b)是源、EDS和负载的另一个例子的示意图；

图9(c)是源、EDS和负载的又一个例子的示意图；

图10是本发明的优选实施方式中的一个的识别指示器单元内的电子元件的详细示意图；

图11是提供了对包括在图10的电路中的微处理器的操作的总览的流程图；

图12是与可编程的建筑物管理系统一起部署的本发明一实施方式的示意图；以及

图13是本发明一实施方式的特征和两个现有技术的设备的比较表格。详细描述

参考图1，其中示出了用于IT配电系统(EDS)2的保护系统1。EDS2具有浮动的参考导体3和以有源导体5与中性导体6的形式的两个电导体。系统1包括两个输入端子7和8，其用于电连接到在系统1上游的MEN电源10。两个输出端子11和12经由相应的导体5和6电连接到电负载，该电负载是以具有金属机柜16的立式冷藏展柜15的压缩机(未显示)的电动机14的形式。将认识到，电动机14在系统1的下游。以MCB 17形式的保护设备将端子7和8电连接到相应的端子11和12以允许将来自源10的电力提供至电动机14。MCB 17响应于在端口18处的故障信号，用于有选择地将端子7和8中的至少一个与相应的输出端子11和12断开电连接，以阻止提供电力。识别指示器单元19响应于在导体3中的大于预定的电流阈值的电流而在端口18上有选择地生成故障信号。

源10是单相的50Hz 240VAC电源，其产生经由具有有源导体23和中性导体24的MEN配电系统(EDS)22来进行分配的电能和电力。然而，出于清楚的目的，省略了接地连接，将认识到，该接地连接固有地包含在任何MEN系统中。使用无接地的隔离变压器26，其具有用于分别连接到导体23和24的输入端子27和28，以及用于分别连接到系统1的端子7和8的输出端子29和30。

在另一个实施方式中，源10提供了在不同的供电频率处的供电电压。在大约50VAC至260VAC的范围内并且具有在大约10Hz至400Hz的范围内频率的供电电压由单元19所适应。在所使用的电压在该范围以外的其他实施方式中，使用了对这些电压被优化的不同的识别指示器单元。

本领域中的技术人员将认识到，在其他的实施方式中，EDS 22不同于MEN系统。其他的例子包括IT EDS或TT EDS。当使用不同于MEN系统的EDS时，省略了变压器26。

还将认识到，本发明的实施方式也可适用于多相配电系统，以及适用于利用了不同供电电压的配电系统。此外，本发明的实施方式可适用于宽范围的电流负载和应用。虽然本实施方式已被特别开发以适应6安培至63安培的240VAC负载，但是其他的实施方式可被设计成用于其他的负载。

还已经发现，本发明的实施方式适合于使用不同于50Hz或60Hz的供电频率。例如，这些实施方式已经被应用于400Hz配电系统，比如海军和空军应用中所使用的配电系统。

单元19包括直接连接到导体3的传感器端口36，以及直接连接到相应的导体5和6的有源端口37和中性端口38。单元19监控在端口36与38之间的电压，并因此监控在参考导体3与中性导体6之间的电压。如果该电压足以使导体3中流动的电流大于预定的阈值，则单元19在端口18处生成故障信号，并且MCB 17跳闸以将端子11和12与端子7和8隔离。也就是说，一旦MCB 17跳闸，负载14将与来自源的电力的供应断开或者隔离。

MCB 17和单元19一般是与任何其他的电保护电路以及在设施处使用的测量系统或监控系统一起安装和装配在配电箱中的DIN轨道(rail)。在MCB 17的下游，导体3、5和6限定了用于在设施处的负载电路的受保护的IT配电系统。导体被捆绑到一起，并且在设施周围共同扩张。导体电连接到在设施内的电源插座的相关端子。在该实施方式中，使用三个引脚的插座(未显示)，其中导体5和6具有到插座的有源端子和中性端子的一般连接，而导体3则连接到剩余的端子，其在常规上被使用为接地连接。电负载比如电动机14通过电导线40与插座电连接。如图1所示，导体3电连接到金属机柜16。将认识到，虽然在MCB 17的下游仅示出了单个负载和负载电路，在其他实施方式中则包括了多个负载和负载电路。单个绝缘的负载或者一些负载将具有任何金属壳体、柜或者其他元件，其通常连接到导体3。对于仅连接到有源导体5和中性导体6而不连接到导体3的双绝缘导体，系统1仍防止免受电伤害，正如将在下面更详细地进行描述的。

系统1包括安装有DIN轨道的壳体45，其在图1中由虚线示意性地表示，用于容纳端子7和8以及MCB 17。更加具体地，壳体45完全包含MCB 17和单元19。然而在其他实施方式中，单元19布置在壳体45外部。

在该实施方式中，设施在一零售商店中，并且柜16被用于展示在该零售商店中出售的冷冻的货物。按照正常的使用，当将冷冻的货物从柜中取出和将其放入柜中时、当进行清洁时、以及类似的使用情况下，柜16实际上是由顾客和零售商店的员工使用的。因此，对于所有人的安全而言很重要的是确保柜16不会暴露于危险的且不期望有的电压下，并且该功能是由系统1所提供的。例如，电机14具有绝缘的绕组。然而，这种绝缘逐渐地损坏，并且可最终导致在绕组之间或在处于柜16或冷藏展柜15的其他部分上的电压之间的短路。因为柜16连接到导体3，在该柜上的任何电压，例如由以其身体的一部分接触冷藏展柜15的有故障但“带电”的表面而同时以其身体的其他部分接触柜16的人置于柜上的电压，也将出现在该导体中。单元19将监控在导体3中产生的电压和电流。在该实施方式中，预定的电流阈值是大约5mA，并且一旦达到了该阈值，电机14将与源10隔离。通过使用该低电流阈值，有可能隔离故障同时减小对人员伤害的风险。

在其他实施方式中，使用了其他的预定的电流阈值。然而，优选的是阈值小于30mA，并且更加优选的是小于10mA。在另一个具体实施方式中，使用大约8mA的预定的电流阈值，而在另一个具体实施方式中，预定的电流阈值是大约4.5mA。在其他实施方式中，使用了较低的阈值。然而，对于这些在EDS 2包括电容性元件例如延长导线的家用部署而言，已经发现预定的电流限制应当是至少大约4mA，以便提供降低对单元19的误触发的裕度。

系统1被配置成用于快速识别和隔离在MCB 17下游的故障。在图1的实施方式中，系统1能够在故障电压出现在导体3上的少于10ms的时间内将端子11和12与端子7和8隔离，所述故障电压出现在导体3上将引起在该导体中大约5mA的电流流动。因此，不仅有对能够导致电伤害的电流的最小限度，而且在出现故障的情况下，将仅在很短的时间内有电流流动。

能够在导体3中流动的电流实际上是故障电流，因为它为可用来造成伤害的电流。在本实施方式中，该电流极小且持续时间短，而且远小于由电动机14所提取的负载电流，并且与该负载电流无关。这有别于常规的故障电流，常规的故障电流一般远大于最大负载电流，并且必须大于最大负载电流，这更难控制，并且对人员更为危险。

除了检测导体3中的电流达到预定的阈值以外，单元19将电流限制到预定的阈值。也就是说，在检测到故障时和在MCB 17工作以将源10从系统1下游的电路隔离开时之间的时间期间，故障电流将被抑制到不超过大约8mA。这应足以阻止对和柜16以及任何“带电”表面同时接触的任何人的电伤害。

本领域中的技术人员将认识到，在系统1下游，EDS 2是纯IT EDS。使用系统1以提供对EDS 2的保护消除了将现有技术EDS转换成MEN系统的需要。这就简化了在设施中所需的接线。此外，因为免掉了对好的接地连接的依赖，这消除了保护的易变性。

单元19从MCB 17下游的EDS 2提取电力。这样所具有的优势在于，单元19仅在负载电路是活动的时操作并且提取电力。如果没有电源连接到负载，则单元19保持休眠状态直到重新应用了电源为止。单元19在上电时的操作将在下面更详细地被描述。

在该实施方式中，MCB 17是安装有63安培1极DIN轨道的小型断路器，其由Pulset Pty Ltd所制造(见：http://www.pulset.com/)，型号为MCB6/163。在其他实施方式中使用了其他保护设备，包括其他MCB。

在图2中示出了另一个保护系统51，在该图中，相应的特征由相应的参考数字表示。特别是，系统51不包括单个壳体，而相反地，MCB 17和单元19分别包括安装有分离的DIN轨道的壳体53和54。正如最好地在图3中所示的，壳体53和54包括相应的侧壁55和56，它们彼此相对并且紧紧相邻。在使用时，MCB 17和单元19被彼此靠近地固定安装在公共的电板上。然而，在其他实施方式中，MCB 17和单元19通过一框架或其他结构相对于彼此固定地定向。在另一些其他的实施方式中，MCB 17和单元19通过联接器比如螺钉、螺母和螺栓、以及胶粘剂中的一个或多个来彼此固定。

壳体54的侧壁56包括圆形的端口57，其用于可移动地容纳圆柱形的金属致动器58，该金属致动器58在壳体54外部的第一端59和壳体54外部的第二端60之间延伸。

壳体53的侧壁55将端口18限定为实质上具有与端口57相同的周长的圆形口径，端口18用于可移动地容纳致动器58的端部60。

单元19包括电感器L1，其通过致动信号有选择地被激励。在正常工作期间，致动信号为零或者很小，并且电感器不被激励。因此，致动器58保持在所示位置上，在该位置处端部60贯穿端口57和端口18延伸，并且正好在侧壁55内部终止。单元19响应于故障来提供致动信号以激励电感器L1。这反过来又使致动器58在箭头61的方向上轴向前进，使得端部60机械地接合并触发MCB 17内的开关62。MCB 17响应于开关62的触发来使端子7和8与端子11和12电隔离，并因此中断将来自源10的电力提供至电动机14。一旦故障被消除，并且电感器L1被去激励，致动器58就返回图3中所示的位置。

在该实施方式中，机械地提供故障信号，以便于在构造受保护的ITEDS时使用现有的MCB。将认识到，可用的MCB具有用于手动触发与之相互作用的单元19的装置。允许现货供应的MCB与单元19的合并便于将本发明的实施方式改装为非IT设施，并且有助于对改装的设施或者最新投产的设施的成本限制。

将认识到，在本领域中的技术人员将理解的基础上，图3排除了在MCB 17内所包括的许多元件。特别地，开关62连接到了相关的电路(未显示)，其响应于开关的闭合以导致MCB 17的触发。

在其他实施方式中，保护设备和识别指示器单元被更加完全地整合，并且容纳在安装有单个DIN轨道的壳体中。在这些其他的实施方式中，故障信号是机械信号、电信号、光信号、以及另一信号中的一个或多个。

在另一实施方式中，由识别指示器单元所提供的故障信号包括两个或多个分离的信号，以便提供冗余度并且进一步促成识别指示器单元和EDS2的故障安全操作。

为确保在故障状态存在的情况下的迅速操作，单元19对导体3中的电压并且特别是电流状态高度敏感。虽然供电电压为240VAC并且供电电流高达大约100安培AC，但是单元19将在故障电流不多于大约5mAAC时提供故障信号。常规知识建议，单元19因此对误触发高度敏感。然而，单元19包括瞬态响应电路(未显示)，其允许将不想要的瞬态解释为没有故障信号正产生。有可能在导体2上产生瞬态电流的一般瞬态包括配电系统2的电容性元件。例如，已经发现，元件比如导线40充当电容性元件，特别是导线很长时。还存在其他的瞬态，比如静电。所有这些瞬态能够引起在导体3上相对高的电压，但是一般仅仅是非常小的电流。因此，瞬态响应电路过滤出高频电压以降低误触发的风险。

允许单元19敏感的另一个因素是，它监控导体，也就是导体3，其在正常工作期间有很少或者没有电流流过该导体。这有别于常规的故障保护电路，常规的故障保护电路更通常监控负载电流，并且不会触发，直到负载电流完全超过最大的可允许值为止。因此，这样的最大值即使不是几十安培也是十安培，当故障发生时，人员被置于相当大的死亡和/或受伤的风险。

因为EDS 2是真实的IT EDS，任何环境感应的电压将一般表现为在所有的导体3、5和6上实质上相等。因此，系统1较不容易受由这些电压导致的误触发的影响。

现在对图4作出参考，其中示意性地示出了单元19的更加详细的表示，其中相应的特征通过相应的参考数字来表示。单元19包括两个监控电路71和72，其用于分别监控在导体3中的任何AC电压和电流的正半波和负半波。将认识到，在使用时，导体3连接到单元19的端口36。测量相对于在端口38处连接到单元19的中性导体6的电压和电流。单元19还经由端口37连接到有源导体5，并且与单元19中的其他电路一样，电路71和72从导体5和6提取电力。

如果电路71或72中的任何一个检测到导体3中的电流，在该导体3中电流路径通过导体3、端口36、电路71或72中的一个，并且到达通向导体6的端口38，所述电流达到5mA的阈值，则该电路提供致动信号。该信号被提供至致动电路73，该致动电路73又反过来在端口57处提供故障信号。如以上关于图3所述的，在该实施方式中，电路73包括电感器L1。然而，在其他实施方式中，不同的元件和元件的组合在电路73中使用，以接收致动信号并且提供故障信号。

虽然一旦达到5mA阈值就生成致动信号，但是故障电流可远早于MCB 17将导体5和6从源10断开连接之前就升高。在该实施方式中，单元19被配置成在任何时刻将故障电流限制为8mA。这具有连续阻止将导致肌肉收缩的故障电流的出现的优势。因此，即使一个人是整个故障电流的电流路径的一部分，也应当不足以导致其肌肉收缩，并且这个人将不会以这种方式被制止能够从带电的表面或元件推开。单元19将故障电流限制为8mA的这种工作还提供了人员安全，假定MCB 17失灵，并因此在检测到故障之后，不将导体5和6与源10断开连接。

将认识到，单元19从位于保护设备(MCB 17)下游的导体5和6提取电力。因此，单元19仅在电力被提供至导体5和6时工作，并且仅从源10提取电力。

单元19还包括控制电路74，其用于和电路71与72通信，并有选择地响应于那些通信用于向电路73提供致动信号。

单元19还包括通信模块75和通信端口76，其用于有选择地允许到和来自单元19的通信。在一个实施方式中，通信是与建筑物管理系统进行的，而在另一个实施方式中，通信是与用于多个单元19的中央控制器进行的，所述多个单元19在设施周围间隔开。在另一实施方式中，单元19与其他识别指示器单元直接通信。例如，在特定的设施中，每个单元19能够与紧接着在其上游的识别指示器单元通信。模块75经由专用的通信总线(未显示)与外部元件通信。该总线与EDS 2中的其他导体捆绑到一起。在其他实施方式中，通信经由导体3、5和6中的一个或多个来实现。

在一个实施方式中，单元19能够从端口76提供通信信号，以便传递单元19的状态。例如，该状态能够指示正常工作、故障状态、或者单元的子管辖已经检测到电路中的一个或多个失效。在另一个实施方式中，单元19包括一个或多个处理器和存储器，并且通信是到和来自单元19，用于允许存储器被选择性地读取或写入。

在一个实施方式中，单元19包括一个或多个外部状态指示器(未显示)，用于提供对单元19的状态的可视化显示。这样的指示器的例子包括被安装至壳体45的LED阵列，并且这些LED由电路74驱动以提供所期望的显示。

以上的电路组合实质上有助于单元19的故障安全和快速操作。例如：

·在正半波或负半波中任一个上的故障的出现将分别由电路71和72迅速检测。

·如果电路71和72中的一个失灵，则与电路74的通信将中断，并且电路74将致动信号提供至电路73。

·电路74将周期性的测试信号提供至电路73以确定其功效。如果该测试信号失灵，电路74发出激活信号和/或经由端口76传递报警信号。

·即使电路73不能工作，单元19仍将继续把故障电流限制为不多于8mA，该故障电流在发生肌肉收缩的点以下。

对图13做出参考，其将本发明一实施方式的单元19的特征与两个现有技术的设备RCD和GFCI进行了比较。

现在对图5至9作出参考，其中示出了本发明的很多其他实施方式。图5的实施方式类似于图1的实施方式，但是包括两个并联连接的负载电路，并且这二者由变压器26的端子29和30供电。每个负载电路包括相应的保护系统1，其中每个系统1独立地工作以保护相应的负载电路。也就是说，负载中的一个处的故障将仅触发用于该负载的相应保护设备，而不触发用于另一负载的保护设备。连接到单个公共变压器26的多个受保护的负载电路的使用提供了优于现有保护系统的相当大的优势。将认识到，在另一个实施方式中，一个或多个额外的负载电路与所示负载电路并联，其中额外的一个电路或一些电路通过相应的保护设备1受到独立保护。

图6示出另一实施方式，其中两个隔离变压器被用于将来自源的电力提供至受单独保护的IT EDS。例如，在使用接地链路产生伪IT EDS的场合，对于每个负载电路将有一单独的变压器。有可能对本发明的保护设备进行改装，并且将接地转换成浮动参考，以便有成本效益地将伪IT EDS转换成具有有效保护的真实IT EDS。

图7示出使用了本发明的保护设备的负载电路的配置的另一个例子。特别地，有可能单个源为多个负载电路供电，所述多个负载电路经由相同的或分离的变压器被供电。此外，并且如所示，有可能有嵌套的并且还受单独且独立保护的负载电路。

在源是IT EDS的场合，不需要有在源和受保护的EDS之间的隔离变压器。这种布置在图8中示出。

将认识到，本发明的实施方式可适用于大范围的部署。作为例子，图9示出了各种元件，这些元件能够是源、受保护的EDS以及负载。在不同的实施方式中，一元件可具有不同的作用。例如，在一个实施方式中，线变压器限定了源，也就是说，保护设备布置在变压器下游，而在另一个实施方式中，变压器限定了负载的一部分，也就是说，保护设备布置在变压器上游。

一些实施方式部署在用于UPS系统的负载电路中。除了别的以外，还有例如用于IT服务器机房、关键的制造工艺、医院病房和/或手术室的那些电源。其他的实施方式被部署在具有开关方式电源的负载电路中。例如，电源控制系统将单元系统地接通/断开以阻止负载中的电压和/或电流的浪涌。这特别与电感性的负载比如电机有关。

其他的实施方式被部署在具有空气调节单元的多层建筑物、使用许多电机的制造工厂、以及大型发电系统的负载电路中。

其他的实施方式被部署在具有辅助电源的负载电路中。

实施方式的部署还包括：

·医院。

·在身体保护区域和心脏保护区域中的保护。AS/NZS3003。

·故障监控和报警系统。

·采矿业务。

·洗选厂。

·用于所有以上接地应用的浮动系统。

·加工制造业。

·超级市场。

·与BMS集成的或者集成到以太网触屏监视器的临界电流故障监控。

·致冷单元的可靠安全的电源。

·船只、海军工业以及海上平台。

·在IT系统中的故障检测和故障监控。

·应急服务。

·广播和数据。

·接地的移除安全地提供电干扰的移除。

·国防和航空航天。

·便携式发电机和逆变器。

·本国产品。

使用可编程的建筑物管理系统部署的例子在图13中示出。在该图中，保护系统1被表示为“iFS”，其为关于本发明一实施方式的由申请人使用的命名。

本发明的实施方式允许以下项中的一个或多个：

·用于多个负载电路的单个隔离变压器。

·真实的IT EDS：其特别与发电机、逆变器、以及目前对现有技术保护设备需要接地桩以正确地工作的其他移动设备。

·每个电源插座能够由本发明的保护设备分离地保护。反过来这又提供了诊断的容易，并且需要更少的寻找和补救电故障的停机时间。

·在人员暴露于电容性瞬态之前要使其消散，并且不会导致保护电路的误触发。

·仅隔离发生故障的负载电路。

·在宽供电电压范围上有效工作。因为单元19在大约50至280VAC的电压范围内有效地工作，它与现有技术RCD不同，不会受到一般的过压和欠压状态的影响。这些状态出现在例如截止/电压不足期间，以及转换到UPS期间。在这些状态下，现有技术RCD通常将隔离负载电路，然而单元19不会这样，即使供电电压降至零。

·不需要接地连接来为人员提供免受电击和触电死亡的有效保护的EDS。

这些实施方式的优势包括：

·大量减少了并且在一些部署中消除了假跳闸事件。

·减少了由于闪电事件的跳闸的敏感度。

·提供与周围的建筑材料或所使用的施工技术的质量或性质无关的受保护负载电路的能力。

·因为避免了电弧放电，所以降低了导致火灾的风险。

·由于没有对接地的参考，所以大约10mA的最小故障电流。

·增加了对人员和设备的电保护。

将认识到，本发明的实施方式使用了浮动参考，例如导体3，并且它们的功能不依赖于接地路径。浮动参考被连结或者以其他方式电连接到负载电路中的每件设备的框架或其他暴露的导电元件。因此，识别指示器单元监控框架上电压的任何改变，并在需要时立即隔离负载电路。

现在对图10作出参考，其中示出了本发明一实施方式的识别指示器单元的电路101的示意图。该图显示了在电路101内的电子元件的特定性质和布置。在所示出的配置中使用的实际元件在以下图表中阐明，并且通过图10中所使用的参考标记来识别。

两个电阻器R8和R12是激光微调后的电路部件以便为识别指示器单元提供期望的触发阈值。在该具体实施方式中，R8被激光微调以逐步增加R8的阻值，直到T2以4.5mA的正电流接通为止。R12随后被激光微调直到T1以4.5mA的负电流接通为止。这设定了流经那些电阻器的、将触发相应的三端双向可控硅开关元件的电流的水平。该电流实际上等于导体3中的故障电流。虽然对于电路101而言理论的故障电流阈值为5mA，但是可使用4.5mA校准来为三端双向可控硅开关元件的温度可变性提供裕度。当在较低温度的环境中使用电路101时，在触发之前三端双向可控硅开关元件通常需要略高的电压，并因此有较高的故障电流。其中，电路101用于部署在温度更加稳定的应用中，R8和R12被微调，使得相应的三端双向可控硅开关元件以大于4.5mA的电流接通。

电路101提供了除通信模块75之外的图4中的单元19的功能。

电路101提供了大量的功能，这些功能大体上被分类为一方面是保护功能，在另一方面是管辖功能。保护功能或监控功能目的在于感测电路101的一个或多个外部特征，并且响应于这些特征用于有选择地生成故障信号。管辖功能或管理功能目的在于感测电路101的一个或多个内部特征，并响应于这些内部特征用于有选择地生成故障信号。

电路101连接到有源导体5和中性导体6。因为这些导体在保护设备的下游，它们都容易在两个状态之间转换，在一个状态下它们连接到源10，而在另一个状态下它们从源10断开连接。因此，这些导体5和6被分别称为开关有源导体和开关中性导体，或者分别简称为开关有源(switchedactive)和开关中性(switched neutral)。将认识到，端子7和8经由导体23和24连续地连接到源——仅受到任何上游保护设备触发，导体23和24分别被简单地称为有源导体和中性导体。

在导体5和6与源10断开连接的情况下，电路101将不被加电，并因此将不会工作。当导体5和6与源10连接时，电路101将在几毫秒内迅速上电，并随后开始和持续地执行管辖功能。重要的是，虽然在所提供的管辖功能中有短暂的延迟，电路101将在任何时间——包括瞬时上电阶段——提供所需的保护功能。

电路101包括相当大的对称性和冗余度，以有助于快速且可靠的操作。这种速度和可靠性与管辖功能和保护功能有关，并且与电路101所提供的整体故障安全特征有关。

转向电路101，将认识到：

·邻近图10的底部右手侧的开关有效的标签“端口”相应于图1中的端口37。

·邻近图10的中央右手侧的开关中性的标签“端口”相应于图1中的端口38。

·在图10的顶部右手侧的标签“端口”和相邻标签“传感器”相应于图1中的端口36和导体3。

在导体5上，也就是在开关有源上的电压被施加到R20的一侧，并且由于组合的二极管Z6和Z7的操作，在R20与Z6的接合点处提供了±15V的方波电压信号。该方波经由R21应用到晶体管Q7和Q8的基极。在方波的正半周期和负半周期中，Q8和Q7分别是导电的，并且(与相关的元件结合)起作用来限制在这些半周期中的电流。该受限制的电流是从导体3流过相应的晶体管Q8和Q7并到达开关中性的电流。

由于Q7和Q8的偏压，任何在导体3中流动的电流表现为通过电阻器R22和R19的被修正的正弦波电流。在该电路中，R19的尺寸调整提供了用于确定导体3中受限制的电流的临界值。因此，选择R19的阻值以便在正常状态下的电路所经历的可能最大电压处提供期望的最大电流。对于240V的正常AC电压，选择R19的值为1.5kΩ，使得最大故障电流，也就是在导体3中的最大电流被限制到8mA。在其他实施方式中，使用不同的电流限制和/或不同的电压，相应地选择R19的阻值。

将电容器C4与R22并联放置，使得在故障状态期间，正弦波电流被形成为不但降低流过Q7和Q8的平均电流，而且保持峰值电流值。这具有大量优势。首先，通过降低通过晶体管Q7和Q8的平均电流，有可能使用更小且更快速的晶体管。在电路101的背景下，其中所有元件被容纳在具有1英寸x 0.825英寸的覆盖区的单个电路板上，使用更小的晶体管的能力是有重大意义的。其次，故障电流——也就是流过导体3并且人员要暴露于的电流——也将被限制到5mA的峰值以及比纯正弦波低的平均电流。

电容器C3帮助降低瞬时电压的影响。一般来说，这些电压将仅仅具有短的持续时间，并且将不会引起大的电流流动。然而，这些电压通常是现有技术的设备中误触发的源头。对于电路101，当瞬时电压出现在开关有源上时，R20和C3为流向开关中性的因而产生的电流提供了相对低的阻抗路径。瞬时电流的频率越高，将通过C3提供的阻抗便越小。如果C3两端的高频电压大大增加，那么Z5和Z6也将导电以便为瞬时电流提供更加低的阻抗路径。

电容器C2还起作用来瞬时地提高电路101的性能。在C3为瞬时电流提供低阻抗路径以防止该瞬时电流对任何故障电流有影响时，C2的作用主要是过滤在电路101中内部流过的电流，并且特别是过滤流过R7和R9的电流，以便降低误触发三端双向可控硅开关元件T1和T2的风险。该电容器具有将存在于导体3上的任何高频电流短接到中性的影响，并作为结果，所述高频电流流过电阻器R19。

在正半周期中流过R19的电流还将流过D9、Z7和R7，并随后流到开关中性。在负半周期中，电流将改为流过D10、Z8和R9，并随后流到开关中性。如果该电流的幅值大于4.5mA，则在正半周期中R7两端的电压和在负半周期中R9两端的电压将足以分别触发三端双向可控硅开关元件T2和T1。对这些三端双向可控硅开关元件中任一个的触发将使螺线管线圈L1的低端有效地短接到开关中性，并使线圈以完全的电源电压激励。如上所述，例如根据图2所描述，这将导致生成故障信号。

因为正半周期和负半周期都被独立地监控，所以一旦感测到故障状态，就能够异常迅速地提供故障信号。为了产生故障信号，仅开关三端双向可控硅开关元件T1和T2中的一个就足够了。

如果在半周期中很晚才发生三端双向可控硅开关元件之一的触发，则有可能线圈L1将不能够被充分激励以产生故障信号。但是在此时，开关有源上的电压将会很低，并因此任何人员应处于低电击风险。因为大部分故障是出现在两个半周期中的，即使在第一个半周期中未提供故障，其将会出现在随后的半周期中。

已经发现，电路101结合MCB在与50Hz、240VAC的电源一起使用时提供了小于10ms的平均开关时间。将认识到，这样一个电源的半周期是10ms。

如果三端双向可控硅开关元件T1或T2中的一个失灵，则还会在其他的开关中导致故障状态，并因此还将产生故障信号。在这种情况下，可认为电路101的响应时间和MCB的随后触发将会用稍长些的时间。然而，电路101包括额外的元件以提供测试功能和管辖功能，并且这些功能中的一个是有规律地测试三端双向可控硅开关元件T1和T2。如果在出现故障的同时三端双向可控硅开关元件中的一个失灵，电路101操作以在两个半周期期间触发其他的三端双向可控硅开关元件，以便补偿失灵的三端双向可控硅开关元件。因此，有效地形成故障信号。另外，如果一个三端双向可控硅开关元件测试失败，并且不存在故障状态，电路101通过触发其他的三端双向可控硅开关元件来直接生成故障信号。这些功能在下面将被更详细地描述。

在装配电路101之后，并且在部署之前，正DC参考电压位于C4和R22的接合点处，同时R8被激光微调直到T2触发为止。随后，相同幅度的负DC参考电压位于C4和R22的接合点处，同时R12被激光微调直到T1触发为止。因此激光微调的精度适应于具体电路，并且有助于三端双向可控硅开关元件的极其可靠且可重复的操作，并因此有助于在提供故障信号时电路101的极其可靠且可重复的操作。

电阻器R10具有双功能，其中之一是对微处理器U1和U2启动电源，而另一个是给这些微处理器提供定时信号以便指示在开关中性上的电压的零交叉点。

R10将开关有源连接到Q5和Q6的栅极的接合点。在正半周期期间，电流将流过R8并随后流过两条路径，这两条路径一方面通过D8和C1/R6限定，而另一方面则通过Z4和Z3限定。这种组合为微处理器U2的引脚1(V_DD)提供了电源。在负半周期期间，电流将流过R8并随后流过两条路径，这两条路径一方面通过D7和C5/R18限定，而另一方面通过Z4和Z3限定。这种组合为微处理器U1的引脚8(V_SS)提供了电源。

在R10与Q5和Q6的栅极的接合点处的电压开或关这些晶体管以便为U1的引脚3和U2的引脚2提供相应的信号。该信号为U1和U2提供了在开关有源上的电压的零交叉点的指示。该定时指示器由微控制器所使用，并且将在下面被详细地描述。

位于二极管Z1和Z2的大约中心的电路是用于提供±30V电力轨道(power rail)的电源。这些轨道主要在电路101内使用，以协助管辖功能，并且特别是向内部的晶体管电路加偏压，使得例如测试能够发生。

本领域中的技术人员将认识到，当三端双向可控硅开关元件比如T1或T2被触发或者接通时，也就是说，在栅极和电源线端子之间施加电压之后切换到低电阻状态时，在电源线端子之间两端的电压降相对较小。还将认识到，一旦在电源线端子之间的电流落到一阈值以下，正如将对零DC偏移的电源正弦波信号出现的，三端双向可控硅开关元件将关断，并且实际上在电源线端子之间将为开路。三端双向可控硅开关元件的这些特征在电路101中被使用以提供管辖功能的一部分。特别地，用于管辖功能的偏压电路包括晶体管Q1、Q2、Q3和Q4。Q1和Q2操作以向晶体管Q8的基极和集电极加偏压，同时Q3和Q4操作以向Q7的基极和集电极加偏压。

当零交叉信号被提供至U1引脚3和U2的引脚2时，微处理器U1和U2使用零交叉信号来相应地在引脚6处生成偏压信号，该偏压信号在正半周期和负半周期期间被应用到Q4和Q2的基极。该偏压信号不是在每个半周期期间都被应用，而是仅仅每2秒或3秒应用一次。这些信号被定时为在其会出现的相应半周期中稍晚，并且一般是在该半周期的最后一毫秒内。由于这些偏压被施加到相关晶体管，在相应的半周期中稍晚，通过在U1的引脚7和U2的引脚3处生成随后将被应用到T1和T2的栅极的触发信号，微处理器U1和U2触发相应的三端双向可控硅开关元件T1和T2。虽然足以触发相应的三端双向可控硅开关元件，但是这些触发信号对于由此产生的电流何时流过线圈L1而被定时，该电流将会很小以至于L1将不能够被激励并且故障信号将不会生成。尽管如此，三端双向可控硅开关元件的触发将导致R1和T1/T2的接合点被连接到有源中性，并因此在Q5和Q6的栅极处将出现一电压降，其将经由电阻器R13和R14分别由电压U2和U1检测到。如果相关的三端双向可控硅开关元件不触发，则该电压降将不会出现在Q5和Q6的栅极处，并且U2和U1将不会检测到任何改变。

如果三端双向可控硅开关元件被测试为正确地操作，则进行该测试的微处理器将正面结果通过由R15、R16、R17、R37、C10和微处理器本身形成的控制子电路传达至其他微处理器。在连续的成功的测试被传达时，微处理器U1在引脚2发出脉冲，其结果是D11发出定期的闪烁。

例如，如果三端双向可控硅开关元件T2测试失败，微处理器U2将不会给U1提供确认信号。U2将随后前进，以便在这样一个测试的下一个预定时间为T2管理另一个类似的测试。如果在三个这样的测试之后结果依然是负面的——因为U1仍然未经由控制子电路接收到确认信号——则U2将经由引脚3提供一系列以3ms为间隔的脉冲，以确保三端双向可控硅开关元件T2被触发，并且如果必要的话被再次触发。(一旦电源电压进入下半周期，三端双向可控硅开关元件就将关断。)如果三端双向可控硅开关元件T2正常操作，它将提供低阻抗，并且螺线管L1将被迅速激励。同时，U1将接通T1——通过经由C9将一系列电脉冲应用到T1的栅极。其结果是生成了故障信号，因为至少T1并且很可能T1和T2将接通。在验证测试期——一般为大约10秒——期间，但在生成故障信号之前，D11的闪烁率将降低。一旦生成了故障信号，D11就将停止闪烁，因为电路101将与电源隔离。

螺线管L1仅仅需要大约四分之一周期的激励来触发MCB 17。在其他实施方式中，更敏感的螺线管被用于提供更加迅速的开关时间。

微处理器还监控连续的零交叉信号的定时，以及当没有这类信号的情况下在多于三秒内使故障信号产生。

电路101具有许多为故障安全操作提供的特征。这些特征中的一些转到内部监控，而其他的转到故障的检测和负载电路的保护，以便即使在电路101未能正确运行时也能防止高故障电流。例如：

·如果微处理器中的任何一个失灵，在它们之间将不会有确认三端双向可控硅开关元件的成功测试的通信，并且其他微处理器将使故障信号在大约十秒内被生成。在干预期内，假如故障出现，运行的微处理器将继续为负载提供保护，因为两个三端双向可控硅开关元件能够(通过相关的微处理器)被控制为在两个方向上转换。

·如果三端双向可控硅开关元件T1和T2中的任何一个失灵，在微处理器之间将没有完整的通信以确认成功的测试，并且控制运行的三端双向可控硅开关元件的微处理器将使故障信号在大约十秒内被生成。在干预期内，假如故障出现，运行的三端双向可控硅开关元件微处理器将继续为负载提供保护，因为剩余的三端双向可控硅开关元件能够(通过相关微处理器)被控制为在两个方向上转换。

·在螺线管线圈L1因变成开路而失灵的情况下，将生成故障信号，因为零交叉信号将消失。

·在螺线管线圈L1因短路而失灵的情况下，电路101将不能够运行以提供故障信号，并且MCB或其他保护设备将不会移动以将负载和电源隔离。然而，在该时间期间，电路101继续操作以将任何故障电流——也就是在导体3中的电流——限制成小于8mA。

·故障状态的检测迅速地发生，用于监控在正半周期和负半周期上出现的故障状态。

·用于确定故障状态的参考是浮动的导体3，其应当在相对于开关中性的低电势上。识别指示器单元将导体3连接至开关中性，并且监控在这两个之间的电压，这引起大约5mA的电流。零参考——也就是在导体3和开关中性之间的电压和电流——的使用允许电路101快速行动并且是准确的。

·在上电时，假如故障存在，限制电路101的功能的电流立即操作。

·微处理器提供了电路101的管辖功能，并且假如发现电路101的关键元件是有故障的或者未正确地操作，则提供故障信号。

·如果两个微处理器都失灵，则仅仅管辖功能将停止。电路101将继续监控负载电路，并且将在有故障的情况下限制故障电流。(在以上实施方式中，故障电流被限制为8mA)。

本发明的优选实施方式提供了一种受保护的IT EDS。因为不需要接地连接，所以该EDS是真实的IT EDS。其有别于现有技术伪IT EDS，其必须包括接地连接或保护系统——一般包括将无法操作的一个或多个RCD，并且现有技术EDS将是不受保护的。

本发明的优选实施方式还允许多个分离地受保护的负载电路由单个隔离变压器供电。这允许特别对于大型装置而言，用于降低相关基础设施的总量和花销，而同时增加可用于财产和人员的保护。

以上所描述的优选实施方式的另一个优势在于，识别指示器单元连续地监控与故障相关的负载电路，并且当检测到故障时自动启动相关的保护设备，所述保护设备在图1中是MCB。也就是说，不需要手动监控或手动干预以隔离负载电路。

优选的实施方式中的识别指示器单元的又一个优势在于，其能够与其他的识别指示器单元嵌套在一起以保护给定负载电路中单独的子电路。已经发现，因为预定的电流阈值很低，紧接着故障上游的识别指示器单元提供故障信号并在任何上游识别指示器单元这么做之前隔离相关的子电路。因此，仅在故障发生处的子电路与电源隔离，而剩余的子电路能够继续正常操作。目前应理解，在识别指示器单元的嵌套配置中的操作序列由以下因素促成：被考虑的低故障电流；参考导体中的电阻；以及所捆绑的导体的电容。

除非另有说明，正如从以下讨论中明显的，要认识到，在本说明书的讨论中自始至终使用的术语比如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”、“分析”或类似术语指的是计算机或计算系统或者类似的电子计算设备的行动和/或处理，所述电子计算设备将被表示为物理量比如电子量的数据操纵和/或转换成为被类似地表示为物理量的其他数据。

以类似的方式，术语“处理器”可以指处理例如来自寄存器和/或存储器的电子数据的任何设备或设备的一部分，以便将该电子数据转换成例如可存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据。“计算机”或“计算机器”或“计算平台”可包括一个或多个处理器。

在一个实施方式中，此处所描述的方法可通过一个或多个处理器执行，该处理器接受包含了一组指令的计算机可读(也称为机器可读)代码，当这组指令由处理器中的一个或多个执行时可实现此处所描述的方法中的至少一个。任何处理器能够执行一组指令(连续的或以其他方式的)，其指定所包括的要采取的动作。因此，一个例子是包括了一个或多个处理器的典型的处理系统。每个处理器可包括CPU、图形处理单元和可编程DSP单元中的一个或多个。该处理系统还可包括存储器子系统，所述存储器子系统包括了主RAM和/或静态RAM、和/或ROM。可包括用于在元件之间的通信的总线子系统。处理系统还可以是分布式处理系统，其具有通过网络连接的处理器。如果处理系统需要显示器，可以包括这样的显示器，例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)显示器。如果需要手动的数据录入，处理系统还包括输入设备，比如字母数字输入单元比如键盘、指示控制设备比如鼠标等中的一个或多个。如果从背景中是清楚的并且除非另外明确地说明，此处所使用的术语“存储器单元”也包括储存系统，比如磁盘驱动单元。在一些配置中，处理系统可包括声音输出设备和网络接口设备。存储器子系统因此包括载有计算机可读代码(例如软件)的计算机可读载体介质，所述计算机可读代码包括了一组指令，以使当由一个或多个处理器执行时实现此处所述的方法中的一个或多个。注意，当方法包括若干元素例如若干步骤时，除非另有明确说明，否则不暗示这些元素的顺序。软件在其通过处理系统执行期间可驻留在硬盘中，或者也可完全地或至少部分地驻留在RAM内和/或处理器内。因此，存储器和处理器也构成了载有计算机可读代码的计算机可读载体介质。

此外，计算机可读载体介质可形成或被包括在计算机程序产品中。

在可选的实施方式中，一个或多个处理器作为独立的设备操作或者可在一个联网的部署中连接例如联网到其他的处理器，一个或多个处理器可在服务器-用户网络环境中在服务器或者用户计算机的能力内或者作为在对等网络环境或分布式网络环境中的对等机操作。一个或多个处理器可形成个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、web设备、网络路由器、交换机或网桥、或者能够执行规定计算机所采取的动作的一组指令(连续或以其他方式)的任何计算机。

注意，虽然一些图仅显示了单个处理器和载有计算机可读代码的相应的单个存储器，但是本领域中的技术人员将理解，以上所描述的许多元件中可被包括，而没有被明确地显示或描述，以便不使创造性的方面不清楚。例如，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”还应当被视为包括了单独地或共同地执行一组(或多组)指令以执行此处所讨论的方法中的任何一个或任何多个的机器的任何集合。

因此，此处所描述的方法中的每一个的一个实施方式是以载有一组指令的计算机可读载体介质的形式，所述指令例如是用于在一个或多个处理器上执行的计算机程序，所述一个或多个处理器例如是作为web服务器装置的一部分的一个或多个处理器。因此，正如本领域中的技术人员将认识到的，本发明的实施方式可被体现为一种方法、一种装置比如专用装置、一种装置比如数据处理系统、或者一种计算机可读载体介质例如计算机程序产品。计算机可读载体介质载有计算机可读代码，包括一组指令，当在一个或多个处理器上执行这些指令时使一个处理器或一些处理器实现一方法。因此，本发明的方面可采用方法、全部硬件实施方式、全部软件实施方式、或者组合了软件和硬件方面的实施方式的形式。此外，本发明可采用载体介质的形式(例如，在计算机可读储存介质上的计算机程序产品)，所述载体介质载有在介质中体现的计算机可读程序代码。

软件可进一步经由网络接口设备在网络上传输或接收。虽然在示例性的实施方式中载体介质被示为单个介质，但是术语“载体介质”应当被视为包括单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式的数据库，和/或相关的高速缓冲存储器和服务器)，这些介质存储了一组或多组指令。术语“载体介质”也应当被视为包括任何介质，该介质能够存储、编码、或载有由处理器中的一个或多个所执行的一组指令，并且所述指令使一个或多个处理器执行本发明的方法中的任何一个或任何多个。载体介质可采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘、磁盘和磁光盘。易失性介质包括动态存储器，比如主存储器。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线子系统的线。传输介质还可以采用声波或光波的形式，比如在无线电波通信和红外线数据通信期间所产生的声波或光波。例如，术语“载体介质”应相应地被视为包括但不限于固态存储器——在光介质和磁介质中体现的计算机产品；承载了可由一个或多个处理器中的至少一个检测到的并且代表在被执行时实现一方法的一组指令的传播信号的介质；承载了可由一个或多个处理器中至少一个处理器检测到的并且代表所述一组指令的传播信号的载波，一被传播的信号并且代表所述一组指令；以及承载了可由一个或多个处理器中的至少一个处理器检测到的并且代表所述一组指令的传播信号的在网络中的传输介质。

将理解，所讨论的方法的步骤在一实施方式中由执行在储存器中所存储的指令(计算机可读代码)的处理系统(也就是计算机系统)中的一适当的处理器(或一些适当的处理器)来执行。还将理解，本发明不限于任何特定的实现或编程技术，并且本发明可使用用于实现此处所描述的功能的任何技术来实现。本发明不限于任何特定的编程语言或操作系统。

贯穿本说明书对“一个实施方式”或“一实施方式”的提及意味着关于实施方式所描述的特定特性、结构或特征被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在不同位置上出现的短语“在一个实施方式中”或者“在一实施方式中”并不一定都指的是相同的实施方式，而是可以都指的是相同的实施方式。此外，正如从本公开中将对本领域中的普通技术人员明显的，在一个或多个实施方式中，特定的特性、结构或特征可以按任何适当的方式进行组合。

类似地，应当认识到，在以上对本发明的示例性实施方式的描述中，出于简化本公开和帮助理解各种创造性方面中的一个或多个的目的，在单个实施方式、图、或其描述中有时将本发明的各种特征分组到一起。然而，这种公开方法不被解释为反映了被主张的发明需要比在每个权利要求中明确地列举出的更多的特征这一意图。相反地，正如以下权利要求所反映的，创造性的方面在于少于单个上述公开的实施方式的所有特征。因此，在详细描述之后的权利要求由此被明确地并入本详细描述，其中每个权利要求独立地作为本发明的单独的实施方式保持有效。

此外，虽然此处描述的一些实施方式包括了在其他实施方式中所包括的一些而不是其他特征，正如将由本领域中的技术人员所理解的，不同实施方式的特征的组合意味着在本发明的范围内，并且形成了不同的实施方式。例如，在以下权利要求中，所主张的实施方式中的任何一个能够以任何组合被使用。

此外，一些实施方式在此处被描述为能够由计算机系统中的处理器或者通过执行功能的其他装置来实现的方法或方法的元素组合。因此，具有执行这样的方法或方法的元素所必需的指令的处理器形成了用于执行该方法和方法的元素的装置。此外，装置实施方式的此处所描述的元件是用于执行由该元件为实现本发明所执行的功能的装置的例子。

在此处所提供的描述中，阐明了大量具体细节。然而，应理解，本发明的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在其他实例中，未详细显示众所周知的方法、结构和技术，以便不使对本描述的理解不清楚。

类似地，应注意，当在权利要求中使用时，术语“电连接”不应被解释为仅限于直接连接。可使用术语“连接”和“耦合”及其派生词。应当理解，这些术语不是用作彼此的同义词。因此，表述“设备A电连接到设备B”的范围不应被限制于其中设备A的输出直接电连接到设备B的输入的设备或系统。这意味着在A的输出和B的输入之间存在电路径，其可以是包括其他设备或装置的路径。“连接”可意味着两个或多个元件直接物理接触或者直接电接触，或者两个或多个元件虽不是彼此直接接触但仍彼此合作或互动。

因此，虽然已经描述了被认为是本发明的优选实施方式的实施方式，但是本领域中的技术人员将认识到，可对其作出其他的或进一步的修正而不偏离本发明的精神，并且旨在主张所有这些改变和修正落于本发明的范围内。例如，以上给出的任何方案仅代表了可使用的程序。可以向框图中添加功能或者从中删除功能，并且可以在功能块之间交换操作。可以向在本发明的范围内所描述的方法添加步骤或者从中删除步骤。

Claims (20)

1.一种用于具有浮动的参考导体和包括有源导体和中性导体的至少两个电导体的IT配电系统的保护系统，所述保护系统包括：

至少两个输入端子，其用于电连接到在所述保护系统上游的电源；

至少两个输出端子，其用于经由相应的电导体电连接到在所述保护系统下游的负载；

保护设备，其用于将所述输入端子中的一个或多个电连接到相应的输出端子以允许将来自所述电源的电力提供到所述负载，其中所述保护设备响应于高阻抗低电流故障信号有选择地将所述输入端子中的至少一个与所述相应的输出端子断开连接，以阻止提供电力；以及

识别指示器单元，其用于响应于相对于所述中性导体的所述参考导体中的电流大于预定的电流阈值来有选择地生成所述故障信号，其中所述预定的电流阈值小于10mA。

2.如权利要求1所述的保护系统，其中所述故障信号是响应于相对于所述中性导体的在所述参考导体上的电压大于预定的电压阈值来有选择地生成的。

3.如权利要求2所述的保护系统，包括用于容纳所述端子和所述保护设备的壳体。

4.如权利要求3所述的保护系统，其中所述壳体完全容纳所述保护设备。

5.如权利要求3所述的保护系统，其中所述壳体容纳所述识别指示器单元。

6.如权利要求3所述的保护系统，其中所述识别指示器单元在所述壳体外部。

7.如权利要求2所述的保护系统，其中所述识别指示器单元限制在所述参考导体中的电流。

8.如权利要求7所述的保护系统，其中所述识别指示器单元将所述参考导体中的电流限制为不大于所述预定的电流阈值。

9.如权利要求7所述的保护系统，其中所述预定的电流阈值小于8mA。

10.如权利要求2所述的保护系统，其中所述识别指示器单元从位于所述保护设备下游的所述IT配电系统提取电力。

11.一种用于具有浮动的参考导体和包括有源导体和中性导体的至少两个电导体的IT配电系统的识别指示器单元，所述IT配电系统用于将来自源的电力经由电保护设备提供到负载，其中：所述电保护设备响应于高阻抗低电流故障信号，用于将所述负载与所述源电隔离；并且所述识别指示器单元响应于相对于所述中性导体的在所述参考导体中的电流大于预定的电流阈值来有选择地生成所述故障信号，其中所述预定的电流阈值小于10mA。

12.如权利要求11所述的识别指示器单元，其中所述故障信号是响应于相对于所述中性导体的在所述参考导体上的电压大于预定的电压阈值来有选择地生成的。

13.如权利要求12所述的识别指示器单元，其中所述预定的电流阈值小于5mA。

14.如权利要求12所述的识别指示器单元，包括用于限制所述参考导体中的电流的限制电路。

15.如权利要求14所述的识别指示器单元，其中所述限制电路将所述参考导体中的电流限制为不大于所述预定的电流阈值。

16.如权利要求12所述的识别指示器单元，所述识别指示器单元响应于所述参考导体中的电流大于所述预定的电流阈值和在所述参考导体中的电压大于预定的电压阈值来有选择地生成所述故障信号。

17.如权利要求16所述的识别指示器单元，其中所述预定的电压阈值小于40伏特。

18.如权利要求16所述的识别指示器单元，其中所述预定的电压阈值小于35伏特。

19.如权利要求16所述的识别指示器单元，其中所述预定的电压阈值小于30伏特。

20.如权利要求16所述的识别指示器单元，其中所述预定的电压阈值小于接触电势。