CN107534287B

CN107534287B - 电力安全装置以及包括其的装置和设备

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Publication number: CN107534287B
Application number: CN201680025012.7A
Authority: CN
Inventors: 罗文祐; 伍显鸿
Original assignee: Eton Solutions Ltd
Current assignee: Eton Solutions Ltd
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2036-04-29
Also published as: EP3289650A1; EP3289650B1; US10355473B2; EP3289650A4; WO2016174622A1; US20180294639A1; CN107534287A

Abstract

一种电力安全装置(100)，包括控制装置(140)、负载监测器(120)和开关电路，其中，开关电路可选地可操作在第一操作状态或第二操作状态下，在第一操作状态下，供电侧(S)和负载侧(L)通过低阻抗电力传导路径连接，在第二操作状态下，负载侧与供电侧之间的阻抗很高，以致阻止危险的操作电流从供电侧通过开关电路流向负载侧。负载监测器包括：电路装置，用于在检测到负载侧上的非危险负载状态或预定安全负载状态时确定和/或监测在第一操作状态下的负载状态。

Description

电力安全装置以及包括其的装置和设备

技术领域

本公开涉及电力控制装置，更具体地，涉及用于控制供电安全的电力安全装置。本公开还涉及包括供电安全管理装置的电力设备和电力系统。

背景技术

在现代生活中电几乎无处不在。然而，通过人体的超过阈值电平的电流的流动可能会引起电击。电击会是危险的，电击对人体造成的已知不良后果包括造成心室颤动或室颤、呼吸停止、神经损伤、窒息和灼伤。已知室颤是市电供电环境中由电击造成致命事故的主要原因。

当流过人体的电流达到“感知阈值(perception threshold)”时，人能够感觉到电流的流动。在典型的市电频率为50Hz或60Hz时，一般人体的典型感知阈值为约1mA。

当流过人体的电流达到“摆脱阈值(let go threshold)”时，电流可能引起不自主的肌肉收缩或抽搐。当这种情况发生时，受影响者将无法自主地控制肌肉以松开对危险的带电物体的紧握，这可能导致与带电物体的长时间接触。长时间暴露于摆脱阈值处或摆脱阈值附近的电击电流可能会导致人身伤害。女性典型的“摆脱阈值”在5mA至7mA之间，男性典型的“摆脱阈值”在7mA至10mA之间。对于68公斤(150磅)重的人来说，典型的“摆脱阈值”电流为约10mA。在典型的市电频率下，一般人体的典型“摆脱阈值”通常取值为约10mA。

当流过人体的电流达到“室颤阈值”时，将发生室颤。在典型的市电频率下，一般人体的典型室颤阈值为约100mA。实际室颤阈值取决于诸如人体的解剖结构、心脏功能的状态等生理参数，以及诸如电流的持续时间和路径的电参数。

因为如果电流流动持续超过一个心动周期，则室颤阈值显着降低，所以15Hz-100Hz的频率范围内的低频交流电(AC)(例如50Hz或60Hz的低频交流电(AC))被认为比直流电(DC)或高频AC更加危险。在这些低频下，摆脱阈值相对较低，并且电击电流可以容易地超过摆脱阈值，而不会传递足够的初始能量以使人脱离电源。

通过人体的高于室颤阈值的电流可能导致神经或组织损伤、灼伤和死亡。

本文的市电源(或简称“市电”或“市源”)是指通用的交流电(AC)电源，也被称为家庭用电、生活用电、家用电、电力线、生活电、墙壁电、线路用电、交流电、城市用电、街道用电、电网电力等。世界上大多数市电可以以50Hz(欧洲)或60Hz(US)正弦波的标准频率来操作。

发明内容

提供了一种电力安全装置和电力安全操作方法，以减轻电击对人体或活体造成的风险和危害。电力安全装置包括：判断电路，其用于判断在供电的负载侧是否存在人体或活体的身体接触；以及控制电路，其用于只有在负载侧未检测到人体或活体的身体接触时，才操作供电开关装置以建立低阻抗传导路径，从而允许操作电流从电源侧流向负载侧。电力安全操作方法包括：判断在供电的负载侧是否存在人体或活体的身体接触，以及只有在负载侧未检测到人体或活体的身体接触时，才操作供电开关装置以建立低阻抗传导路径，从而允许操作电流从电源侧流向负载侧。

在BSI(British Standards Institute)出版的标准文献PD 6519-1：1995和IEC479-1：1994中讨论了人体的电气特性。该文献或其更新和等同物通过引用并入本文中。

人体或活体的特征电气特性包括例如：

a)人体的阻抗不是恒量的，而是随着接触电压而变化。

b)人体的阻抗不是恒量的，而是随着电流通过的持续时间而变化。

c)人体的电阻不是恒量的，而是随着接触电压而变化。

d)当电流时，人体的阻抗呈现出由串联和并联的电阻元件和电容元件组成。

e)通过人体的电压和电流的关系不是线性的。

f)当暴露于不同的AC电压或DC电压时，人体总阻抗和电阻接近渐近值。

利用人体或活体的一个或多个可变特征电气特性来帮助或有助于判断在负载侧是否存在人体或活体的直接电身体接触。负载侧的人体或活体的直接身体电接触是不理想的，因为当电源足够强时，这可能会导致危险的电击。在本文中的直接电身体接触包括非绝缘接触或裸露皮肤接触。特征电气特性可以包括回应于电信号变化而变化或不变的特性。电信号的变化包括频率变化、电流变化和电压变化。

公开了一种包括控制器和供电连接电路的电力安全装置。供电连接电路在电源侧与负载侧之间限定可切换供电连接路径；其中，供电连接电路通过控制器可切换以在第一操作状态或导通状态中或者在第二操作状态或关断状态中操作，在第一操作状态或导通状态中，电源侧与负载侧之间的状态阻抗非常低以允许操作电流流过供电连接电路，在第二操作状态或关断状态中，电源侧与负载侧之间的状态阻抗非常高以阻断操作电流流过供电连接电路。当供电连接电路处于关断状态时，控制器将操作以将至少一种类型的探测信号发送到负载侧，并且评估和判断来自负载侧的一个回应信号或多个回应信号是否包含表示在负载侧的人体或活体的直接电接触的多个人体特征回应中的至少一个。如果确定回应信号不包含负载侧的直接的人体接触或动物体接触的显示或合理显示，则控制器将操作以将供电连接电路从关断状态切换到导通状态。

多个人体特征回应可以包括以下可变电气特征：频变电阻或频率相关电阻以及频变阻抗或者频率相关阻抗、压变电容或电压相关电容、时变电阻或时间相关电阻以及时变阻抗或时间相关阻抗、时变电容或时间相关电容、时变电流密度或时间相关电流密度。

人体特征回应包括以下可变电气特征中的至少一个：随着探测电压在至少一个探测电压范围内的增加而显著或实质减小的电阻、随着探测电压在至少一个探测电压范围内的增加而显著或实质减小的阻抗、随着探测频率在至少一个探测频率范围内的增加而显著或实质减小的电阻、随着探测频率在至少一个探测频率范围内的增加而显著或实质减小的阻抗、以及随着探测时间的增加而显著或实质减小的电流或电流密度。

探测电压范围可以在10伏与200伏之间，例如，10伏或20伏至100伏或200伏、10伏或20伏至50伏之间，或者由以下探测电压中的任意组合所形成的范围：10伏、15伏、20伏、25伏、30伏、35伏、40伏、45伏、50伏、55伏、60伏。在电压高于例如36伏的情况下，更短的探测时间优选用来减少意外电击。本文中的电压可以是直流电压或均方根交流电压。10v、18v和25v的探测电压是有用的示例。

探测频率范围可以是在25Hz至30kHz之间的范围，包括20Hz或25Hz至100Hz、150Hz或20kHz之间、以及20Hz或25Hz至2kHz之间的范围，或者由下列探测频率的任意组合形成的范围：20Hz、50Hz、100Hz、150Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、1kHz、1.5kHz、2kHz、2.5kHz、3kHz、5kHz、10kHz、15kHz、20kHz、25kHz和30kHz。

探测时间可以具有10ms至1秒之间、10ms至100ms或200ms或更高的范围。例如，如果对是否存在活体接触有初步怀疑，则探测时间可以延长到几秒。对于典型应用来说，探测时间优选在20ms至50ms之间，或在20ms至100ms之间，或在20ms至200ms之间。

人体特征回应可以包括以下可变电气特征中的一个或多个：相比于更高的探测电压，在较低的探测电压处，随着探测电压的增加，电阻和/或阻抗的减小速率更快；相比于更高的探测频率，在更低的探测频率处，随着探测频率的增加，阻抗的减小速率更快；探测频率高于2kHz至5kHz或低于25Hz的渐进阻抗；相比于更高的探测电压，在更低的探测电压处，随着探测频率的增加，阻抗的减小速率更快；以及初始10秒比前10秒之后更快的阻抗减小速率。

电力安全装置可以包括：探测信号源，其通过控制器可操作以将至少一种类型的探测信号发送到负载侧；以及负载监测器，其监测负载侧的多个回应信号，所述回应信号包括例如在不同时间的回应电压和回应电流，并且当供电连接路径处于高阻抗状态时，控制器将操作探测信号源以将探测信号发送到负载侧，并且将通过负载监测器来采集和评估回应信号，所述回应信号是回应于探测信号而在负载侧产生的信号。

为了帮助判断在负载侧上是否存在直接身体接触，监测负载侧，并且从负载侧采集一个或多个电信号，以判断在负载侧是否存在人体或活体的一个或多个特征可变电气特性。要采集的电信号可以是在负载侧回应于被发送到负载侧的测试信号或探测信号而产生的一个或多个回应信号。该回应信号可以包括在探测时间期间取得的多个电压信号和/或多个电流信号。

如果一个或多个回应信号包含显示在负载侧检测到人体或活体的可能的直接身体接触的符号或信号，则对负载侧供应操作功率可能是危险的，并且不会提供操作功率以降低电击的风险。

如果一个或多个回应信号不包含显示在负载侧检测到人体或活体的可能的直接身体接触的符号或信号，则认为电击的风险较低，并且允许将操作功率提供至负载侧。

除了在负载侧检测到可能的直接身体接触之外，还可以检测负载侧的额外安全操作状态，并将其作为额外的安全措施。

例如，如果在负载侧检测到开路或短路，则负载侧将被分别分类为处于非操作状态和不可接受状态，并且不供应操作功率。如果负载侧的阻抗不对应或不匹配于预期或目标的阻抗或阻抗范围，在该范围内电力安全装置用于指定、特定、或目标应用，则负载侧将被分类为处于不安全状态，且不供应操作功率。

为了帮助判断在负载侧是否存在人体或活体的一个或多个特征电气特性，则可以发送一个或多个测试信号或探测信号到负载侧，采集来自负载侧的一个对应的回应信号或多个对应的回应信号进行评估和后续判断。

示例性测试信号或探测信号可以是这样的信号，该信号被设置为产生电气特性可变的模拟电信号，例如，信号频率可变、信号电流可变或信号电压可变。

将测试信号或探测信号发送到负载侧，并且采集回应于探测信号而产生的回应信号进行评估和判断。如果采集的回应信号包含表示人体的特征电气特性的信息，则有强烈的迹象表明直接身体接触是可能的，并且不允许操作电流的流动。

测试信号或探测信号可以由探测信号源产生。

供电开关装置可以由控制器(例如，微处理器或MPU、微控制器或MCU或其他程序控制装置)来操作，以允许和阻断操作功率流。

在权利要求中阐述了根据本公开的电力安全装置和电力安全操作方法及示例。

附图说明

将参考附图通过示例的方式来描述本公开，附图中：

图1是示意性地示出了示例性电力安全装置的框图，

图1A是描绘使用中的示例性电力安全装置的示意图，

图1B是描绘在探测操作中的示例性电力安全装置的流程图，

图2是示出根据实施例的示例性电力安全装置的示意图，

图2A是描绘图2的电力安全装置的示例性供电电路的示意图，

图2B1和图2B2是描绘图2的电力安全装置的信号采集装置的示例性连接的示意图，

图2C是描绘图2的电力安全装置的示例性信号处理电路的示意图，

图2D是描绘图2的电力安全装置的示例性漏电检测电路的示意图，

图2E是描绘图2的电力安全装置的放大部分的示意图，

图2F是示出图2的电力安全装置的示例性操作流程的示例性流程图，

图2G是示出图2的电力安全装置的示例性操作流程的示例性流程图，

图2H是描绘图2的示例性电力安全装置的示例性电路实施方式的电路图，

图2I和图2J是描绘图2的示例性电力安全装置的变型示例的示意图，

图3是描绘示例性电力安全装置的示例性电路实施方式的混合电路图，以及

图4是描绘图3的示例性电力安全装置的示例性电路实施方式的另一电路图。

具体实施方式

本公开的电力安全装置包括控制器和供电连接电路。供电连接电路限定了将电源侧与负载侧连接起来的可切换供电连接路径。供电连接电路可切换以在第一操作状态或导通状态中或者在第二操作状态或关断状态中操作。在导通状态下，电源侧与负载侧之间的阻抗非常低以允许操作电流以最小损耗流过供电连接电路。在关断状态下，电源侧与负载侧之间的阻抗非常高以阻断操作电流流过供电连接电路。控制器被提供和配置为促进安全电气操作并减轻负载侧潜在的危险电气状态，诸如对用户的电击。

为了促进安全操作，控制器被配置为首先判断在负载侧是否存在身体接触(例如，人体或动物体电接触)的真实或合理的可能性，并且如果判断结果是在负载侧不存在直接活体接触的可能性(意味着不存在真实或合理的可能性)，则将供电连接电路从关断状态切换为导通状态。

如图1所示，示例性电力安全装置100包括开关电路110、负载监测器装置120、探测信号源130、控制装置140、供电连接电路和供电电路160。

电力安全装置100包括用于连接到电源的第一装置侧(或电源侧S)和用于连接到电负载的第二装置侧(或负载侧L)。供电连接电路包括连接到第一装置侧S的第一电流传导部分P1、连接至第二装置侧L的第二电流传导部分P2、以及在第一电流传导部分P1与第二电流传导部分P2之间的供电开关装置SW1。供电开关装置SW1可在具有非常低阻抗的第一操作状态与具有非常高阻抗的第二操作状态之间切换。当供电开关装置SW1处于非常低阻抗的第一操作状态(或“导通状态”)时，在第一装置侧S和第二装置侧L之间建立非常低阻抗的电流传导路径，以便于操作电流在第一装置侧S和第二装置侧L之间流动。当处于这种导通状态时，第一装置侧S和第二装置侧L可操作地连接以用于负载操作，并且操作负载电流将流过电力安全装置100。当供电开关装置SW1处于非常高阻抗的第二操作状态(或“关断状态”)时，在第一装置侧S和第二装置侧L之间存在非常高的阻抗。当处于这种关断状态时，第一装置侧S和第二装置侧L可操作地断开，第一装置侧S和第二装置侧L之间的操作负载电流的流动将被阻断。电流在该关断状态期间流过电力安全装置100的情况下，该电流将受到供电开关装置SW1的非常高的关断状态阻抗的限制，并且该电流将被限制为可忽略的和/或低于安全限度的非操作负载电流。本文的操作负载电流是指特定负载或预定负载的预期或预定的电流大小。对于电气负载，操作负载电流可以是负载的额定电流或额定操作电流。在本文中，术语“导通状态(ON state)”可与术语“ON状态(ON-state)”、“接通状态(on state)”、“通路状态(on-state)”、“闭合状态(closed state)”互换使用，术语“关断状态(OFFstate)”可与术语“OFF状态(OFF-state)”、“断开状态(off state)”、“断路状态(off-state)”或“开路状态(open state)”互换使用。

探测信号源130用于产生探测信号。探测信号源130可操作地产生探测信号，并通过探测信号开关SW2连接到负载侧L。探测信号开关SW2可在低阻抗的导通状态与高阻抗的关断状态之间切换。当探测信号开关SW2闭合时，探测信号开关SW2处于导通状态，由探测信号源产生的探测信号将流向负载侧L。当探测信号开关SW2断开时，探测信号开关SW2处于关断状态，由探测信号源产生的探测信号将不会流向负载侧L。

为使控制器可以获得和处理信息或数据以判断是否存在活体与负载侧直接或裸露的电接触的可能性，控制器将执行负载探测操作。在负载探测操作的示例中，控制器将操作探测信号源，以向负载侧产生负载探测信号，并评估回应于探测信号而从负载侧接收到的一个回应信号或多个回应信号，以判断回应信号是否含有或带有活体的特征特性。在负载探测操作期间，探测信号开关SW2闭合，而供电开关装置SW1断开，在探测信号源130与第二电流传导部分P2之间建立探测信号路径，由探测信号源130产生的探测信号流到负载侧L。在非探测操作期间，探测信号开关SW2断开，在探测信号源130与第二电流传导部分P2之间的探测信号路径断开，以将探测信号源130与第二电流传导部分P2隔开，由探测信号源130产生的探测信号不会流到负载侧L。在一些示例中，探测信号开关SW2可以是探测信号源130的一部分。

负载监测器装置120包括检测电路，其被配置成从负载侧L采集电信号(特别是回应信号)。检测电路可以包括诸如整形电路、放大电路、滤波电路等信号处理电路和其他有用的电路来处理从负载侧L采集的电信号以进行后续输出。在一些实施例中，检测电路可以包括决策电路，其用于在从信号处理电路接收到信号时，提供一个决策输出或多个决策输出。在一些实施例中，检测电路包括用于采集负载侧的回应信号的装置。回应信号是回应于探测信号而产生的信号。

作为示例性控制器的控制装置140包括控制电路。控制电路包括被配置为管理和/或控制电力安全装置100的操作的控制装置和/或控制电路装置。控制电路可以包括微处理器、存储器和诸如输入端口、输出端口和控制端口的外围电路。控制装置140连接到负载监测器装置120，以用于接收源自负载侧L的电信号。控制装置140被连接以控制供电开关装置SW1和探测信号开关SW2两者的开关操作。

包括供电开关装置SW1和探测信号开关SW2的开关电路110由控制装置140可操作地控制。例如，控制装置140可以单独地或同步相反地操作或控制供电开关装置SW1和探测信号开关SW2，使得当一个开关导通时，另一个开关关断。在一些实施例中，控制装置140可以连接到探测信号源130，以控制其信号产生操作。供电开关装置SW1和探测信号开关SW2中的每一个可以实现为使用MOSFET、晶闸管或SCR的固态继电器。

供电电路160包括用于将操作电力提供至电力安全装置100的各种元件的供电电路。该供电电路包括诸如变压器和功率调节器的供电电路装置，其被配置为将调节后的电源提供至电力安全装置100的耗电元件，诸如负载监测器装置120、探测信号源130和/或控制装置140。供电电路160的输入端连接到第一装置侧S，而供电电路160的输出端连接到耗电元件。

在典型的应用中，如图1A所示，电力安全装置100连接到电力供应或电源，第一装置侧S连接到诸如AC市电的电源，而第二装置侧L连接到负载。因此在本文中，第一装置侧S也被称为“电源侧”，第二装置侧L被称为“负载侧”。负载可以是任何电气设备、电气装置或电气工具。在一些示例中，电力安全装置100可以由独立于电源侧电源的电源来操作。

使用时，电力安全装置100最初被设置为处于待机模式。当发现或确定负载侧L的状态对应于安全操作状态时，电力安全装置100随后将被设置为电力操作模式。本文中的安全操作状态包括人体或动物体与负载侧无直接身体接触的状态。这也是对于人类用户、附近的旁观者或动物而言安全的状态，使得在负载操作期间用户遇到造成电击的伤害(诸如室颤)的风险很小或者没有真正的这种风险。

当处于待机模式时，不允许在时间和电流上超过安全阈值的电流从电源侧S向负载侧L流过电力安全装置100。为此，供电开关装置SW1在待机模式下被设置为关断状态，并且仅在满足负载侧的安全操作状态的判断之后被随后切换到操作模式。当在电力操作模式下时，将允许超过安全阈值时间和安全阈值电流的正常操作电流从电源侧S流向负载侧L，并且流过电力安全装置100。为了有助于允许操作电流流动的此操作，供电开关装置SW1在电力操作模式下被设置为导通状态。

在典型配置或示例性配置中，每当电力安全装置100连接到活性电源时，电力安全装置100被设置为待机模式，并且将保持在待机模式，直到被激活以在操作模式中操作。

在典型配置或示例配置中，在每次使用或完成电力操作周期之后，电力安全装置100被重置为待机模式。电力操作周期意味着操作电流已经在最小的操作持续时间内流过电力安全装置100，随后是没有操作电流流过的时段超过预定阈值暂停时段。示例性阈值暂停时段可以被设置为几秒或几分钟。

当处于待机模式时，控制装置140将在预供电操作模式中操作。在预供电操作模式期间，对负载侧L电气状态进行监测和评估，以判断负载侧是否处于安全操作状态。当在该预供电操作模式中时，控制装置140将操作以从负载侧采集电信号，并判断所采集的电信号是否表示负载侧的安全电气状态。在本文中预供电操作也被称为预激活模式或监测模式。

在示例性监测模式操作中，控制装置140将操作以将所采集的电信号与参考电信号或参考电参数相比较，以判断负载侧的电气特性是否对应于安全操作的电气特性。本文中的安全电气状态或安全操作的电气特性包括在人类用户与负载侧之间没有低阻抗路径的状态，一旦负载侧连接到电源侧，该低阻抗路径将引起危险的电击。

在示例性或典型的监测操作中，供电开关装置SW1处于关断状态，探测信号开关SW2处于导通状态，并且由探测信号源产生的探测信号将作为探测信号被发送到负载侧，并且作为参考信号被发送到控制装置140。在评估所采集的探测信号并且与参考信号或相对于参考信号进行比较后，控制装置140将能够判断负载侧的电气特性是否对应于安全操作的电气特性。

在示例性监测模式操作流程中，如图1B所示，控制装置140处于初始状态或复位状态，并且操作以发送探测信号到负载侧。然后控制装置140操作以评估从负载侧采集的回应信号，并且通过参考回应信号和/或探测信号来判断负载侧是否满足安全操作状态。如果负载侧对于操作来说安全，则控制装置140将继续在下一个控制模式中操作。下一个控制模式可以是电力操作模式、进一步检查的模式和/或进一步评估的模式。如果负载侧对于操作来说不安全，则控制装置140将返回到对负载侧无操作电力供应的初始状态或复位状态。

当在使用时供电电路160连接到电源侧S以获得市电来操作时，电力安全装置100可以例如通过电池操作而进行直流操作。在对电力安全装置100进行直流操作的情况下，供电电路可以包括DC-DC转换器和/或DC-AC转换器。在一些应用中，不失一般性，电力安全装置100可以由电池和市电二者来双重操作。

图2的示例性电力安全装置200包括开关电路210、负载监测器装置220、探测信号源230、控制装置240和供电电路260，如图2所示。电力安全装置200包括与图1的电力安全装置100相同功能的元件，在适当的情况下在做出必要修改以后将对图1的电力安全装置100的元件进行的描述并入本实施例中，且附图标记增加了100。

在示例性电力安全装置200中，供电电路260包括串联连接的两个220v至9v变压器以形成220v至18v变压器。变压器的整流输出是由包括电压调节器的电力调节装置262进行调节的电压。变压器输出包括两个输出路径，即，18V交流电的第一输出路径，以用作探测信号；以及第二输出路径，其连接到全波整流器以提供直流电源来操作电力安全装置200的元件。如电路图图2A和图2H所示，整流输出连接到第一电压调节器7808。第一电压调节器7808包括两个输出端，即，8V直流输出的第一电压输出端，用于驱动运算放大器(Op-amp)；以及第二电压输出端，其连接到第二电压调节器7805，来为微处理器操作和外围设备操作提供5V直流输出的电压输出。

负载监测器装置120包括作为信号采集装置的示例的两个电流互感器222a、222b。在图2B1和图2B2中更详细地描述了电流互感器222a、222b的连接。电流互感器222a、222b中的每一个具有5A/5mA的变流比和额定值。

电流互感器222a(或第一电流互感器)用于检测流经第二电流传导部分P2的电流。虽然在图1和图2中示出了单个电线，但是P1和P2中的每一个实际上还包括如图2B1和图2B2所示的带压线或火线和中性线。

电流互感器222b(或第二电流互感器)用于检测流过第二电流传导部分P2及其相关的中性线部分N的不平衡电流。

如图2C所示，在端子X2处，由第一电流互感器采集的电信号被馈送到负载监测器装置120的第一信号处理电路。参照图2C，从第一电流互感器采集的电信号将由具有低通滤波器Q2的AC耦合反相放大器放大，其中Q2处的电压输出(V_out)为V_out＝[-(R19/R16)×Vin(p-p)]+V_bias，其中在该示例中，V_bias＝V(Q2-pin3)＝4V。低通频率被设置为约70Hz～80Hz，C11＝0.022μf，R19＝100K，输入耦合器C10为10μf(10E-6)单片陶瓷电容器，且R16应不小于400Ω。然后，放大后的输出信号通过C12耦接到Q4，Q4用作将AC信号转换为DC信号的全波整流器。然后DC信号通过包括R7和C15的R/C滤波器而被输出到微处理器的A/D转换器。为了防止过冲，在A/D转换器的输入端处连接5.1v的齐纳二极管(Zener diode)，以将输入电压上限为5V。

如图2D所示，在端子X1处，由第二电流互感器采集的电信号被馈送到负载监测器装置120的第二信号处理电路。第二信号处理电路与第一信号处理电路基本相同，但具有由R9和R10设置的较高增益，以及添加在Q7的引脚1与C7之间的附加放大器级以提高灵敏度。

参考图2E，示例性供电开关装置SW1包括第一微型继电器和第二微型继电器，它们分别位于第二电流传导部分P2及其相关的中性线部分N上，示例性探测信号开关装置SW2包括分别被标记为Q7和Q8的第一微型继电器和第二微型继电器。

在这种配置中，18V变压器作为供电电路260和探测信号源230二者操作。

在使用中，电力安全装置200初始被设置为在待机模式下操作，其中SW1的两个微型继电器断开以阻断操作电流的流动，而SW2的Q7和Q8闭合以用于使探测信号通过。当Q7和Q8都闭合时，源自18v变压器的交流电压信号将在通过Q7和Q8之后作为探测信号被传输到负载侧。由电流互感器222a、222b采集的电信号将由第一信号处理电路处理，并且处理后的信号将由控制装置240使用以确定所采集的电信号带有与负载侧上的安全操作相对应的特性。

在待机模式期间的示例性探测操作中，Q7和Q8闭合0.1秒(或100ms)，并且在该探测时段期间由第一电流互感器采集的电信号由控制装置240分析。在探测时段之后，开关SW1和SW2都断开短暂的暂停持续时间，使得探测电流和操作电流都不会通过电力安全装置200。如果采集的电信号的分析结果是肯定的或令人满意的，即，采集的电信号对应于负载侧的安全操作或负载状态，则控制装置240将在开关SW1和SW2最后断开之后经过例如0.2秒后操作以闭合供电开关装置SW1，而探测信号开关SW2将保持断开。供电开关装置SW1将由控制装置240保持在闭合状态，直到操作电流停止流动达阈值预设暂停时间，并且当发生这种情况时，电力安全装置200将被重置为待机模式。电力安全装置200包括过零检测电路Q9，使得在电源侧S过零时接入到负载侧的电源。

如果所采集的电信号的分析结果为否定的或不令人满意的，即，所采集的电信号对应于负载侧的不安全操作状态或异常操作状态或不安全或异常负载状态，则在探测操作周期期间，控制装置240将在开关SW1和SW2最后断开经过休眠时段(例如0.6秒)之后操作以再次闭合探测信号开关SW2达0.1秒，而供电开关装置SW1将保持断开。该探测操作将重复，直到达到阈值探测时间限制为止，并且探测周期将结束，可能发出警报信号以提醒用户危险或故障。如图2F的示例性操作流程所示，在探测操作结束之前，已经设置了最大数量400次的探测周期。

在供电开关装置SW1已经闭合以允许操作之后，当操作电流流过电力安全装置200时，控制装置240将在操作期间继续监测负载侧的电气状态。在图2G的流程图中描绘了操作中监测的示例性操作流程。参照图2G，第二电流互感器的输出带有漏电信息，并且该漏电信息将由控制装置240分析以判断是否存在任何漏电。如果存在明显的漏电，则控制装置240将断开供电开关装置SW1以停止操作电流流动，并且可能产生报警信号。

控制装置240可以被设置为操作以改变探测信号频率来产生信号频率可变的探测信号。

作为示例性变型例，如图2I所示，探测信号源230可以连接到功率调节装置262的输出端，而不是直接连接到变压器的AC输出端。在探测信号源230连接到功率调节装置262的DC输出端的情况下，探测信号频率可以由微处理器240来控制和改变。由于典型的微处理器将具有以几兆赫(MHz)运行的主时钟，因此探测信号频率可以被设置在几Hz、几百Hz、几kHz或几十kHz或几百kHz，或者可以在选定的频率范围内变化，而不失一般性。当探测信号源是DC源时，探测信号将包括一串方波脉冲。

在另一示例性变型例中，如图2J所示，探测信号源230可以例如通过由控制装置240操作的开关来选择性地连接到功率调节装置262的输出端和变压器的AC输出端二者。当提供这种信号源选择性时，变压器的AC输出端、功率调节装置262的输出端或其组合可以用作探测信号源。

单片微处理器(例如，以5V运作、16MHz运行的ATMega328^TM8位微控制器)用作控制装置140、240的核心CPU或MPU。

图3和图4的示例性电力安全装置300包括开关电路310、负载监测器装置320、探测信号源330、控制装置340和供电电路360，如图3所示。电力安全装置300包括与图1的电力安全装置100相同的主要功能元件，在适当的情况下在做出必要修改后将对图1的电力安全装置100的元件的描述并入本实施例中。

在该实施例中，开关电路310包括：一对继电器，其可操作作为探测信号开关以将负载侧L与探测信号源或与第二电流传导部分P2连接；以及供电开关装置SSR，其在被切换为低阻抗的导通状态时，将第二电流传导部分P2与第一电流传导部分P1连接。

探测信号源330是独立的信号产生器，其被配置为产生一个选中频率或多个选中频率的一串方波形式的探测信号。方波示例性探测信号为24伏特(均方根)，频率在0和2kHz之间变化。在探测操作期间，持续时间为40ms的探测信号的组被发送到负载侧。

负载监测器装置320包括一对霍尔效应传感器(Hall effect transducers)，其用于采集来自负载侧的回应电信号，霍尔效应传感器的输出在到达控制装置340之前被低通放大。负载监测器装置320包括另一对霍尔效应传感器，其用于采集来自负载侧且带有操作电流的特性的电信号。类似地，霍尔效应传感器的输出在到达控制装置340之前被低通放大。

作为变型例，不失一般性，独立的信号源可以是正弦信号产生器，或者可以是可被设置为选择性地产生方形探测信号、正弦探测信号或锯齿探测信号的信号产生器。

下面的表1列出了人群的三种百分比时的人体(手-手电流路径，大接触表面)的人体总阻抗(Ω)相对于50/60Hz的AC接触电压(Vt)的示例性变化：

Vt	5％	50％	95％
				25	1750	3250	6100
50	1450	2625	4375
				75	1250	2200	3500
100	1200	1875	3200
				125	1125	1625	2875
220	1000	1350	2125
				700	750	1100	1550
渐近值(Ω)	650	750	850

表1(来源：英国标准PD6519-1:1995；IEC 479-1:199)

从表1可以注意到，人体总电阻的值随着DC接触电压大小的增加而减小。

下面的表2列出了人群的三种百分比时的人体(手-手电流路径，大接触表面)的人体总阻抗(Ω)相对于DC接触电压(Vt)的示例性变化：

表2(来源：英国标准PD6519-1:1995；IEC 479-1:199)

从表2可以注意到，人体总电阻的值随着相同频率的接触电压大小的增加而减小。作为参考，报告的测量结果表明，手-脚电流路径的人体总电阻或阻抗比手-手电流路径的人体总电阻或阻抗低10％至30％。

注意，当相同频率的接触电压从非常低的值增加到高达200伏时，人体总电阻值和人体总阻抗值中的每一个都非常快地减小，当相同频率的接触电压从非常低的值增加到高达75伏时，减小速率显著更快，并且当相同频率的接触电压从非常低的值增加到高达50伏时，减小速率甚至显著更快。

注意，人体的人体初始电阻和人体初始阻抗比表1和表2的渐近值低。普遍接受的人体初始电阻和人体初始阻抗为约500Ω。该人体初始电阻限制了当接触电压发生时流过人体的电流的峰值。该人体初始电阻用于通过限制初始电流峰值来提供对抗短脉冲电击的电阻。初始电阻Ro主要取决于电流路径，而在较小程度上取决于接触的表面积。

人体通常被建模为包括电阻(“R”)和电容(“C”)这两个特征的RC梯形网络。由于电容特性，人体总阻抗被预期为随着频率的增加而减小。然而，注意，人类模型并不是简单的RC梯形网络，在该简单的RC梯形网络中，电阻分量元件的值和/或电容分量元件的值是恒量的，或者在与接触电压接触时将保持恒量。注意：i)人体的电阻和/或阻抗随着频率的增加而减小，ii)人体的电阻和/或阻抗随着接触电压的增加而减小，iii)随着接触电压频率的增加而减小的阻抗的减小速率取决于接触电压，iv)对于更低的接触电压，随着接触电压频率的增加，阻抗的减小速率更高，而对于更高的接触电压，随着接触电压频率的增加，阻抗的减小速率较低，v)某接触电压下的接触电流密度随着接触时间而减小，以及vi)某接触电压下的接触电流密度在初始接触期间更快地减小，而在初始接触时段之后以基本上较慢的速率减小。不失一般性，上述特性在本文中被共同和单独地称为“活体的特征可变电气特性”，且每个可变特性被称为“活体的特征可变电气特性”。

例如，在10v的探测电压下，50Hz时的示例性人体平均阻抗是在2kHz时的人体平均阻抗的约4-8倍；在18v的探测电压下，50Hz时的示例性人体平均阻抗为2kHz时的人体平均阻抗的约4.8-13倍；在25v的探测电压下，50Hz时的示例性人体平均阻抗为2kHz时的人体平均阻抗的约4.4至13倍。另一方面，在500Hz(探测电压为10v、18v和25v)时的人体平均阻抗仅为50Hz时的人体平均阻抗的约35-40％，在2kHz时的人体平均阻抗(探测电压为10v、18v和25v)仅为50Hz时的人体平均阻抗的约13-15％，且仅为500Hz时的人体平均阻抗的35％。例如，已经观察到，在50Hz时的平均阻抗(探测电压为10v、18v和25v)是在2kHz时的阻抗的约6-8倍，在50Hz时的阻抗为500Hz时的阻抗的约2.5-3倍，且500Hz时的阻抗是2kHz时的阻抗的约3-4倍。

例如，在接触电压暴露的初始5至10秒期间，接触电流密度呈现急剧下降，并且在初始5至10秒之后下降基本较慢。例如，在前5秒内的下降速率比接下来5秒内(即，6-10秒)的下降速率快至少约4倍，比初始10秒后的下降速率快10倍。

还要注意，当相同接触电压大小的频率从25Hz增加到5000Hz(或5kHz)时，人体总阻抗非常快地减小。在50Hz到2500Hz的频率范围内下降更快，在50Hz到1000Hz的频率范围内下降甚至更快。注意，人体总阻抗的最快变化速率发生在50Hz到150Hz之间的区域。例如，当频率从50Hz增加到100Hz时，观察到约20％的下降(即，每Hz约2％)，当频率从50Hz增加到500Hz时，观察到总下降52％(即，每Hz约1.2％)。还要注意，低于50Hz的下降和高于1000Hz的下降比50Hz和1000Hz之间的下降慢。当接触电压为10v和25v时，观察到这些变化趋势和特性，并被认为与10v至50v之间的接触电压或高达100v的接触电压相当。

研究已经表明，对于15Hz至100Hz之间的AC电流，低于0.5mA的人体电流大小是不能感知的，而在0.5mA与安全可感知的人体电流-时间极限之间的人体电流是可感知且安全的。对于2秒以上的持续时间，可感知人体电流-时间极限为10mA；对于2秒或2秒以下的持续时间，可感知人体电流-时间极限为200mA减去与持续时间相关的递减系数。例如，对于2秒的持续时间，可感知人体电流-时间极限为10mA；对于10ms的持续时间，可感知人体电流-时间极限为200mA。超过可感知人体电流-时间极限的人体电流时间可能会达到“摆脱阈值”并且变为危险。

对于DC，这些趋势和特性有些类似。例如，低于2mA的人体电流量大小是不可感知的，而2mA与安全可感知的人体电流时间极限之间的人体电流是可感知且安全的。对于2秒以上的持续时间，可感知人体电流-时间极限为10mA；对于2秒或2秒以下的持续时间，可感知人体电流-时间极限为200mA减去与持续时间相关的递减系数。例如，对于2秒的持续时间，可感知人体电流时间极限为30mA；对于10ms的持续时间，可感知人体电流时间极限为200mA。超过可感知人体电流时间极限的人体电流时间可能会达到“摆脱阈值”并且变为危险。

本文所述的可变电气特性是可以用来判断在负载侧人体或活体是否存在直接电接触的特征电气特性。可以使用一个或多个人体电气特性(即，活体的特征可变电气特性)和相关特征来判断负载侧是否安全。例如，一个或多个负载侧电气特性和/或特征可以被测量和/或确定来识别是否存在显示活体接触的任何特征电气特性：

(a)负载侧的初始电阻(或负载侧电阻)。可以通过对负载侧施加DC探测电压并测量来自负载侧的DC电流回应，或者通过对负载侧施加DC探测电流并测量来自负载侧的DC电压回应，来测量或确定初始电阻。

(b)负载侧的初始阻抗(或负载侧阻抗)。可以通过对负载侧施加AC探测电压并测量来自负载侧的AC电流回应，或者通过对负载侧施加AC探测电流并测量来自负载侧的AC电压回应，来测量或确定初始阻抗。

(c)随DC电压大小变化而改变的负载侧电阻变化。可以通过将不同电压大小的DC探测电压施加至负载侧并通过测量负载侧的DC电流回应，或者通过将不同电流大小的DC探测电流施加至负载侧并通过测量来自负载侧的DC电压回应，来确定负载侧电阻变化。

(d)随AC电压大小变化而改变的负载侧阻抗变化。可以通过将不同电压大小、相同频率的AC探测电压施加到负载侧并通过测量负载侧的AC电流回应，或者通过将不同电流大小、相同频率的AC探测电流施加到负载侧并通过测量来自负载侧的AC电压回应，来确定随AC电压大小变化而改变的负载侧阻抗变化。

(e)随AC频率变化而改变的负载侧阻抗变化。可以通过将恒量电压大小、不同频率的AC探测电压施加到负载侧并通过测量负载侧的AC电流回应，或者通过将恒量电流大小、不同频率的AC探测电流施加到负载侧并通过测量负载侧的AC电压回应，来确定随AC频率变化而改变的负载侧阻抗变化。

例如，可以通过将多个不同频率(从DC到选中的较高AC频率)的多个不同电压大小的探测电压施加至负载侧并通过测量负载侧的对应的DC电流回应和AC电流回应，或者通过将多个频率、多个电流大小的AC探测电流施加到负载侧并且通过测量负载侧的相应的DC电压回应和AC电压回应，来确定上述(a)至(e)的负载侧电气特性和/或特征。

然后，对所获得的负载侧电气特性和/或特征进行编译和评估，以判断是否存在人体或活体直接接触负载侧的良好可能性。这种判断可以参照一个或多个人体电气特性或相关特征。

探测电流可以被选中为不可感知的探测电流。探测电流可以被选中为可感知且安全的探测电流。可感知且安全的探测电流将向用户提供负载的潜在电击危险的显示。在需要或优选较大的探测电流的情况下，探测电流可以被选中在可感知且安全的区域中，或者可以被选中在可感知安全极限与“摆脱阈值”之间。探测信号源可以包括用于控制探测电流大小的电流源或限流器。

为了有助于测量相对于频率变化的变化，探测信号源将包括用于产生AC探测信号的信号产生器。例如，探测信号源可以包括用于产生多个频率的AC探测信号的信号产生器。探测信号频率可以跨越较宽频谱范围，从而有助于观察到明显的变化。例如，频率范围可以在DC到10kHz之间、在DC到5Kz之间、或者在DC到2.5Hz之间。可以使用多个离散AC频率作为探测频率，例如，25Hz、50Hz、60Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1kHz或2kHz。在一个示例中，使用包括50Hz、500Hz和2kHz的一组探测频率。可以选择探测频率来限定或对应于不同电气特性的区域，例如，当经历触电时，人体或活体的电气特性特征的变化速率不同。

例如，可以选择探测频率来限定或对应于人体或活体的缓慢变化特征、中速变化特征和快速变化特征的区域。然后将测量的特性与人或活体的相应特征进行比较，以判断在负载侧是否存在人体接触的合理可能性。

可以选择探测电压来对应于人不可感知的探测电流。可以选择探测电压以对应于可感知且安全的探测电流。在需要或优选较大的探测电流的情况下，可以选择探测电压来对应于在可感知且安全区域内的探测电流，或者对应于在可感知且安全极限与“摆脱阈值”之间的探测电流。探测信号源可以包括用于控制至负载侧的探测电流大小的电压源和/或限流器。

根据诸如人体的绝缘状态的各种因素，包括与电源串联的人体的电流路径的电阻或阻抗的范围可以从最小约500Ω至800Ω至几百kΩ(千欧)或多个MΩ或兆欧。

为了根据宽范围的合理人体电阻值或阻抗值来设计有用的探测信号，可导致负载侧的明显回应的足够大的探测信号是有用的。为了使探测信号(例如，探测电压或探测电流)可以具有足够大的大小但对人类用户来说仍然安全，探测信号源可以是自适应信号源，其产生大小取决于负载侧电气状态的探测信号。

在一些示例中，例如，最初在确定人体初始阻抗或人体初始电阻时，可以使用将产生安全探测电流的安全探测电压。注意，至少最初在人体电阻值或阻抗值未知时，10v至36v之间的探测电压是合理的安全探测电压范围。在一些示例中，使用在安全探测电压范围内选中的多个探测电压。例如，为了确定初始电阻和阻抗和/或其回应于电压和频率变化的变化。在一些示例中，在安全探测电压范围内，选择10V、15v和25v的探测电压以提供探测电压的大或足够的差异。

在一些示例中，探测信号是方波脉冲串的形式。包括一串方波脉冲的探测信号是有利的，因为方波更容易产生且包括多个不同大小的信号频率，使得可以使用单串方波探测脉冲来代替多个不同频率和/或不同大小的探测信号。

为了利用电压回应变化特性，探测信号源可以被设置为发送包括多个探测电压的探测信号，并且分析所采集的回应信号以判断回应信号的趋势是否与随电压和/或渐进阻抗或渐进电阻的增加而降低的阻抗和/或降低的电阻的预期趋势相一致；和/或下降是否在预期回应的限度之内。在示例性应用中，使用10v、18v和25V的电压。

为了利用阻抗变化特性，发送包括多个探测频率的探测信号，并且分析所采集的回应信号以判断回应信号的趋势是否落入预期回应的限度内，例如，随着频率增加而减小的阻抗显示了电容特性。例如，在50Hz和500Hz之间或在100Hz和1000Hz之间大于50％的阻抗值的下降可以表示人的特性。在示例性应用中，使用50Hz、500Hz和2kHz的频率。

除了变化特性之外，探测信号还可以用于判断是否可能存在人体的阻抗。例如，人的电阻为约500Ω至1000Ω，检测到此范围内的电阻或阻抗可能会在供电之前引起特别关注以进行进一步检查。

应当理解，本文的公开内容和示例有助于更好的理解，而非意在限制。

Claims

1.一种电力安全装置，包括控制器和供电连接电路，其中，所述供电连接电路在电源侧与负载侧之间限定可切换供电连接路径，所述控制器与负载侧之间限定可切换探测信号路径，其中，所述供电连接电路通过所述控制器能够切换以在第一操作状态或导通状态中或者在第二操作状态或关断状态中操作，在所述第一操作状态或导通状态中，所述电源侧与所述负载侧之间的阻抗非常低以允许操作电流流过所述供电连接电路，在所述第二操作状态或关断状态中，所述电源侧与所述负载侧之间的状态阻抗非常高以阻断操作电流流过所述供电连接电路；其中，当所述供电连接电路处于关断状态时，所述控制器将操作以建立所述探测信号路径，将至少一种类型的探测信号发送到所述负载侧，并且评估和判断来自所述负载侧的一个回应信号或多个回应信号是否包含表示在所述负载侧的人体或动物体的直接电接触的多个人体特征回应中的至少一个，以及其中，如果确定所述回应信号不包含表示在所述负载侧的人体或动物体的直接电接触的多个人体特征回应中的至少一个，则所述控制器将操作以将所述供电连接电路从关断状态切换到导通状态；其中，当所述供电连接电路处于导通状态时，所述控制器将所述探测信号路径断开，以防止所述探测信号流到所述负载侧；所述探测信号具有多个不同频率的探测电压。

2.根据权利要求1所述的电力安全装置，其中，所述多个人体特征回应包括以下可变的电气特征：频率相关电阻、电压相关电容、时间相关电阻、时间相关电容、时间相关电流密度。

3.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述多个人体特征回应包括以下可变电气特征中的至少一个：在至少一个探测电压范围内随着探测电压的增加而实质减小的阻抗、在至少一个探测频率范围内随着探测频率的增加而实质减小的电阻、以及随着探测时间的增加而实质减小的电流或电流密度。

4.根据权利要求3所述的电力安全装置，其中，所述探测电压的范围在10伏与200伏之间，所述探测电压为直流电压或均方根交流电压，所述探测频率在25Hz至30kHz之间，以及所述探测时间的范围为从10ms至40s。

5.根据权利要求4所述的电力安全装置，其中，所述探测电压的范围在10伏与60伏之间。

6.根据权利要求4所述的电力安全装置，其中，所述探测频率在25Hz至100Hz、150Hz或20kHz之间。

7.根据权利要求4所述的电力安全装置，其中，所述探测时间的范围为从100ms至10s。

8.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述多个人体特征回应包括以下可变电气特征中的至少一个：相比于更高的探测电压，在更低的探测电压处，随着探测电压的增加，电阻和/或阻抗的减小速率更快；相比于更高的探测频率，在更低的探测频率处，随着探测频率的增加，阻抗的减小速率更快；探测频率高于2kHz或低于25Hz的渐进阻抗；相比于更高的探测电压，在更低的探测电压处，随着探测频率的增加，阻抗的减小速率更快；以及初始10秒比初始10秒之后更快的阻抗减小速率。

9.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述多个人体特征回应包括：探测频率高于5kHz的渐进阻抗。

10.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述电力安全装置包括：探测信号源，所述探测信号源通过所述控制器能够操作以将至少一种类型的探测信号发送到所述负载侧；以及负载监测器，所述负载监测器将监测所述负载侧的多个回应信号，所述回应信号包括在不同时间的回应电压和/或回应电流，并且当所述供电连接路径处于高阻抗状态时，所述控制器将操作所述探测信号源以将所述探测信号发送到所述负载侧，并且将通过所述负载监测器来采集和评估回应信号，所述回应信号是回应于所述探测信号而在所述负载侧产生的信号。

11.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述供电连接路径包括：第一电流传导路径，其在所述电源侧；第二电流传导路径，其在所述负载侧；以及供电开关装置，其连接所述第一电流传导路径与所述第二电流传导路径；其中，所述供电开关装置能够在非常高阻抗的关断状态下操作，以阻断操作电流在所述第一电流传导路径与第二电流传导路径之间的流动，以及能够在非常低阻抗的导通状态下操作以允许操作电流在所述第一电流传导路径与所述第二电流传导路径之间的流动；以及其中，所述供电开关装置最初被设置在关断状态，并且如果所述控制器的判断结果是所述回应信号不包含显示人体或动物体的直接身体接触的信息，则所述供电开关装置将被设置为导通状态。

12.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，如果所述回应信号包含显示人体或动物体的直接身体接触的信息，则所述供电开关装置被设置为保持在关断状态。

13.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号源被设置为向所述负载侧发送探测信号，所述探测信号包括多个探测信号周期，并且每个探测周期包括具信令时段，随后是不具信令时段；和/或其中，每个具信令时段具有20ms或更短的持续时间。

14.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号源被设置为向所述负载侧发送探测信号，所述探测信号包括多个探测信号周期，并且每个探测周期包括具信令时段，随后是不具信令时段；和/或其中，每个具信令时段具有5ms或更短的持续时间。

15.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述的电力安全装置包括开关电路，所述开关电路包括探测信号开关装置，并且所述探测信号源经由所述探测信号开关装置连接到所述负载侧；以及其中，所述探测信号开关装置通过所述控制器能够操作以控制向所述负载侧发送探测信号；和/或其中，在每次上电或复位时，所述控制器将所述供电开关装置设置为关断状态以阻断操作电流流动，而将所述探测信号开关装置相反地设置为导通状态以允许探测信号流向所述负载侧。

16.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号源能够操作以产生可变幅度的探测信号和/或可变频率的探测信号。

17.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号的频率在20Hz与20kHz之间，包括在20Hz或25Hz至1000Hz、1.5kHz、2kHz、2.5kHz、3kHz、5kHz、10kHz、15kHz或20kHz之间。

18.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号包括多个信号，所述多个信号具有在10Hz与100Hz之间的第一频率；在101Hz与1000Hz之间的第二频率，以及在1001Hz与2000Hz之间或高于2000Hz的第三信号频率。

19.根据权利要求18所述的电力安全装置，其中，所述多个信号具有在20Hz与80Hz之间的第一频率。

20.根据权利要求18所述的电力安全装置，其中，所述多个信号具有在101Hz与500Hz之间或在501Hz与1000Hz之间的第二频率。

21.根据权利要求18所述的电力安全装置，其中，所述多个信号具有在1001Hz与1500Hz之间或在1501Hz与2000Hz之间的第三信号频率。

22.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号具有正弦波形或方波；其中，所述方波为一串方波脉冲。

23.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号具有矩形波形。

24.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测信号具有锯齿波形。

25.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述探测电压具有多个不同电压大小；所述探测电压在8V与25V之间。

26.根据权利要求1或2所述的电力安全装置，其中，所述控制器被设置为判断所述负载侧是否处于不接受状态，所述不接受状态包括不预期的阻抗状态，并且所述控制器被设置为当检测到所述不接受状态时，不将所述供电开关装置切换到导通状态。

27.根据权利要求26所述的电力安全装置，其中，所述不接受状态包括开路状态或短路状态。

28.一种用于操作供电开关装置的电力安全操作方法，所述供电开关装置包括切换装置，所述切换装置通过控制器能够操作以在导电状态与非导电状态之间切换负载侧和电源侧之间的电力路径，所述方法包括：

在将所述切换装置切换到导电状态之前，将探测信号发送到负载侧；所述探测信号具有多个不同频率的探测电压，

监测并采集所述探测信号在所述负载侧的回应信号，

评估所述回应信号并判断所述回应信号是否带有包括人体的活体的一个或多个特征可变电气特性，

只有当所述回应信号未带有包括人体的活体的一个或多个特征可变电气特性时，才将所述电力路径切换到导电状态。

29.根据权利要求28所述的电力安全操作方法，其中，所述探测信号包括含有多个频率的信号。

30.根据权利要求28所述的电力安全操作方法，其中，所述探测信号包括具有多个电压的一串方波脉冲信号。