CN111226366B - 用于自适应ac/dc浪涌保护的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开用于自适应浪涌保护的方法和设备。实例方法包括：通过用浪涌保护装置(102)调节源电压而将负载电压提供到电负载；经由电压检测电路(206)而监视来自电源(100)的源电压；以及经由接线诊断电路(202)而确定是否检测到接线故障；经由闪电检测电路(203)而监视浪涌保护装置的阈值距离内有无闪电的存在；以及响应于检测到以下各者中的至少一个而用开关装置(208)中断电路连接以停止将负载电压提供到电负载：接线故障的存在、阈值距离内的闪电的存在、源电压处的过电压；或电源处的电压不足。

Description

用于自适应AC/DC浪涌保护的方法和设备
相关申请
本国际申请主张2017年10月20日申请的名为“用于自适应AC/DC浪涌保护的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVE AC/DC SURGE PROTECTION)”的第62/574,948号美国临时专利申请和2018年10月18日申请的名为“用于自适应AC/DC浪涌保护的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR ADAPTIVE AC/DC SURGE PROTECTION)”的第16/164,685号美国专利申请的优先权。第62/574,948号美国临时专利申请和第16/164,685号美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及提供电力，并且更明确地说，本公开涉及用于自适应AC/DC浪涌保护的方法和设备。
通过比较AC/DC电力浪涌保护的传统方法与本公开的剩余部分中参照附图所阐述的本发明的方法和系统的一些方面，这些传统方法的局限性和缺点对于本领域的技术人员来说将变得清楚。
发明内容
提供用于自适应AC/DC浪涌保护的方法和设备的方法和系统，实质上如附图中的至少一幅所图示并且结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述。
附图说明
这些和/或其它方面将结合附图从下面对具体实施方式的描述中变得清楚并且更容易理解。
图1示出根据本公开的一些方面的浪涌保护系统的高层框图。
图2示出根据本公开的一些方面的包含闪电检测模块的实例浪涌保护装置的框图。
图3示出根据本公开的一些方面的与负载串联的浪涌保护装置的框图。
图4示出根据本公开的一些方面的与负载并联的浪涌保护装置的框图。
图5示出可由根据本公开的一些方面的浪涌保护装置保护的各种实例电流分配电路。
图6示出根据本公开的一些方面的浪涌保护系统的框图。
图7示出根据本公开的一些方面的浪涌保护系统的输入/输出电路的框图。
图8示出根据本公开的一些方面的使用浪涌保护系统的实例方法的流程图。
图9示出图1的闪电检测模块的实例实施方案的框图。
附图未必按比例绘制。适当时，类似或相同附图标记用于表示类似或相同部件。
具体实施方式
通常，稳定的电力供应对于许多类型的设备的正常功能来说是合需的。比名义操作电压高很多的电压可导致设备的损坏，而比名义操作电压低很多的电压可导致设备运转失常。
一个地点的过电压状况(也被称为浪涌或涌浪)可例如由于闪电、电力公司运转失常和/或开启或关断地点处的许多装置而发生。一个地点处的电压不足(也被称为骤降)可例如由于电力公司客户对电力的过多需求、电力公司运转失常和/或开启或关断所述地点处的许多装置而发生。
所公开的实例提供浪涌保护以防止对于一个或更多个电负载的电压波动以及在检测到接线故障或其它故障的情况下在可适用时将电负载与电力隔离开。在本公开中，“过电压”被定义为高于高电压阈值的电压，并且“电压不足”被定义为低于低电压阈值的电压。过电压和/或电压不足状况可以是基于名义或预期电压来确定的。虽然过电压和/或电压不足可出于不同目的而设置为不同值，但AC系统的过电压的实例可以是大于名义RMS AC电压的110％的电压，并且AC系统的电压不足的实例可以是小于名义RMS AC电压的90％的电压。
接线故障可在发生以下情形时存在：a)中性线与接地线之间的电压高于高电压阈值；b)火线、中性线或接地线中的至少一个浮空；c)火线和中性线相互颠倒；d)火线电压存在于中性线上；或e)火线电压存在于火线、中性线或接地线中的两个或更多个上。
虽然处于浮空状况下的导线可在技术上不同于导线缺失(未接线)，但出于本公开的目的，术语“浮空”在应用到导线时也表示缺失导线，除非另有具体陈述。
在雷击期间，接近闪电击中的区域的大地(地面)有可能被闪电所产生的流动到地面的电流渗透。即使采用最好的常规浪涌保护装置，连接到电力线路的电气设备也可能因闪电而受损，这是因为常规浪涌保护装置基本上被设计成将能量排放到地面。在雷击期间，将能量排放到地面可由于地电位升高而变得不可能。因此，在检测到闪电活动时事先将设备从电力线路切断具有在雷击期间提高设备的保护的优点。
所公开的用于保护电负载的方法包含：通过用浪涌保护装置调节源电压而将负载电压提供到电负载；经由电压检测电路而监视来自电源的源电压；经由接线诊断电路而确定是否检测到接线故障；经由闪电检测电路而监视浪涌保护装置的阈值距离内有无闪电的存在；以及响应于检测到以下各者中的至少一个而用开关装置中断电路连接以停止将负载电压提供到电负载：接线故障的存在、阈值距离内的闪电的存在、源电压处的过电压；或电源处的电压不足。
在一些所公开的方法中，阈值距离是可调整的。在一些所公开的方法中，阈值距离在5公里内。
在一些所公开的方法中，中断电路连接包含中断电源与电负载之间的所有火线和所有中性线的连接。
一些所公开的方法包含：在第一时间段内经由闪电检测电路而监视阈值距离内有无闪电活动；以及响应于在第一时间段期间确定在阈值距离内未检测到闪电，重新建立电路连接以将负载电压提供到电负载。在一些所公开的方法中，第一时间段是可调整的。
一些所公开的方法包含向用户指示在预定距离内何时已检测到闪电。
一些所公开的方法包含收集并存储闪电检测数据。
一些所公开的方法还包含经由有线传输器或无线传输器中的至少一个而传输电源、电负载的状态、阈值距离内的闪电的存在以及浪涌保护装置的状态中的至少一个。在一些所公开的方法中，状态被传输到监视站和电负载中的至少一个。
所公开的浪涌保护装置包含：电压检测电路，被配置成监视将由电源提供到电负载的源电压；接线诊断电路，被配置成确定是否检测到接线故障；闪电检测模块，被配置成检测相对于浪涌保护装置的阈值距离内的闪电的存在；以及切断电路，被配置成：选择性地进行电源与电负载之间的电路连接；以及响应于检测到以下各者中的至少一个而中断电路连接：检测到接线故障；阈值距离内的闪电的存在；源电压处的过电压状况；或源电压处的电压不足状况。
在一些所公开的浪涌保护装置中，闪电检测模块被配置成区分闪电活动和非闪电噪声。
在一些所公开的浪涌保护装置中，源电压包含以下各者中的至少一个：范围是大约12VDC到大约1500VDC的DC电压或范围是大约100VAC到大约600VAC的AC电压。
在一些所公开的浪涌保护装置中，闪电检测模块由浪涌保护装置供电。
在一些所公开的浪涌保护装置中，闪电检测电路被配置成在第一时间段内监视阈值距离内有无闪电活动，并且切断电路被配置成响应于确定在第一时间段期间在阈值距离内未检测到闪电，重新建立电路连接以将负载电压提供到电负载。在一些所公开的浪涌保护装置中，第一时间段或阈值距离中的至少一个是可调整的。
一些所公开的浪涌保护装置包含通信装置，所述通信装置被配置成经由有线传输器和无线传输器中的至少一个而传输以下各者中的至少一个：电负载的状态或浪涌保护装置的状态。
在一些所公开的浪涌保护装置中，闪电检测模块包含：天线；以及闪电检测电路，被配置成：处理经由天线而接收的信号；识别相对于闪电检测模块的阈值距离内的闪电事件；并且响应于识别到闪电事件而将警报信号输出到切断电路。
一些所公开的浪涌保护装置包含隔离电路，所述隔离电路被配置成将闪电检测模块与切断电路隔离开。
在一些所公开的浪涌保护装置中，闪电检测模块经由浪涌保护装置来供电。
图1示出根据本公开的一些方面的浪涌保护装置的高层框图。参照图1，示出电源100、浪涌保护系统(SPS)102和电负载104。电源100可取决于正由SPS 102保护的电负载104而变化。例如，如果电负载104是个人计算机和相关物品(例如，监视器)，那么电源100可以是住宅电路，并且更明确地说，是SPS 102可插入到其中的电插座。如果电负载104是住宅，那么电源100可以是将住宅连接到电力公司电网的电力公司电力线路。电负载104可包含商业大楼、工厂、大楼、工厂或住宅的一些区域等。由此可见，作为本公开的实施例，SPS 102可针对各种电负载而改变规模。
SPS 102可以是插入到壁装插座中的装置(其它装置可插入其中)，也可以是可硬接线(或以其它方式连接)到电输入点(例如，电保险丝盒)的较大装置。当房屋/大楼/工厂等的一些区域受到保护时，SPS 102可经由保险丝盒中的一个或更多个断路器或断路器和保险丝盒的等同物而连接。
通常，电源100将源电压提供到SPS 102，并且SPS 102将负载电压提供到电负载104。当初次投入使用时，在将负载电压提供到电负载104之前，SPS 102可监视源电压是否因高于下限阈值并低于上限阈值而处于容限内。下限阈值可例如比名义电压低10％，并且上限阈值可例如比名义电压高10％。上限阈值和下限阈值可针对不同实施方案、电负载和/或辖区而不同。然而，因为存在电压抑制，过电压的容许水平根据抑制电路的规格可能较高。
此外，如上所述，不同实施例可具有到电路的不同附接点，但为了便于解释，SPS102将被描述为插入到电插座中的便携式SPD(一个或更多个电装置插入到该便携式SPD中)。也就是说，SPS 102与电装置串联。因此，“一个或更多个电装置”将被称为电负载104，并且120VAC住宅电接线将被视为电源100。电负载104可具有两根导线(火线和中性线)或三根导线(火线、中性线和接地线)。
SPS 102也可监视电源100的电接线以确定不存在接线(电气)故障。在一些情况下，例如，当负载104接收负载电压时，在监视电源100的电气线路的同时也可监视电负载104的电接线。本公开的一些实施例可具有不同的监视电路，在不将负载电压提供给电负载104时，这些监视电路允许彼此独立地监视电源100和电负载104。
一旦SPS 102确定源电压处于容限内，负载电压便将被提供到电负载104。各种实施例可使用一个或更多个继电器或开关以将负载电压提供到电负载104。如果检测到接线故障和/或处于容限外的源电压，那么SPS 102将不会将负载电压提供到电负载104。
接线故障可例如在中性线与接地线之间包括高于阈值阻抗的阻抗。另一描述此接线故障的方式可以是例如在中性线与接地线之间检测到高于阈值电压的电压。接线故障还可以是火线、中性线和接地线中的任一个断开(或缺失)。或火线和中性线相互颠倒。或火线电压在中性线上；火线电压在火线、中性线和接地线中的两个或更多个上。
火线电压可被定义为大致接近正确接线的火线上的名义电压的电压。
SPS 102也可输出状态消息，如果如果SPS 102被配置成那样做的话。状态可还包含例如电源的状态(电压、接线故障、闪电检测等)和/或电负载的状态(电压、接线故障等)。本公开的不同实施例对于显示消息和/或将状态消息传输到不同装置(例如，电负载104或并非电负载104的一部分的监视站(未示出))来说可具有不同能力。监视站可以是例如智能电话、个人计算机或膝上型计算机、平板计算机等装置。监视站还可以是用户(例如具有SPS102的住宅的主人)或例如电力站处的监视人员的显示器。由此可见，状态信息可发送到各种不同实体，其中状态可以通过电子邮件、文字消息或可由接收实体理解的其它类型的消息发送。
简单显示器配置的实例可包括例如具有单个LED(未示出)，所述单个LED在SPS102将电力提供到电负载104时接通并在电负载104未从SPS 102接收电力时关断。或在提供电力时以及在电力由于一些检测到的故障而未被提供到电负载104时，LED可闪烁或改变颜色。
图2示出根据本公开的实例实施例的浪涌保护装置的框图。图2示出可类似于SPS102的SPD 200的框图，但SPD 200更具体来说表示SPS 102的电压保护部分。SPD 200中所示的实例实施方案包括AC输入电路201、接线诊断电路202、EMI/RFI电路204、电压检测电路206、电力切断继电器208、浪涌/热保护电路210以及AC输出电路211。
AC输入电路201可例如是将SPD 200连接到电源100的电力缆线。一些实施例也可具有可以是AC输入电路201的一部分的开关(未示出)。开关可允许SPD 200例如接通或关断。
接线诊断电路202可监视电源100的电接线并且有时监视电负载104的电接线以确定是否存在任何接线故障。当负载电压正被提供到电负载104时，出于监视电接线的目的，电源100和电负载104的接线看上去是单个电路。当负载电压未被提供到电负载104时，则接线诊断电路202仅监视电源100的接线。
接线故障可例如是电线/导线误连接成具有反极性、断开接地电线、断开中性线、断开火线、火线和接地线颠倒、火线处于中性以及火线未接线、两根火线、不存在电力等。接线诊断电路202可经由引线221而诊断电源100的接线(并且有时诊断电负载104的接线)。引线221经过EMI/RFI电路204。在初次安装或接通之后的诊断期间，电源100和电负载104相互隔离，这是因为电力切断继电器208直到接线诊断之后才进行电路连接。因此，当电力切断继电器208未进行电路连接时，接线诊断是针对电源100进行的。在电力切断继电器进行电路连接之后，接线诊断是针对电源100和电负载104进行的。
如果检测到接线故障，那么接线诊断电路202可通过提供“接线不OK”信号而经由引线223向电力切断继电器208发信号。电力切断继电器208将切断(或保持切断)，以使得负载电压不被提供到电负载104，直到接线诊断电路202针对电源100或针对电负载104提供“接线OK”信号为止。电力切断继电器208可取决于实施例而切断所有火线和所有中性线或仅切断所有火线。没有任何接地线被切断。经由引线223发送的信号可以是数字信号或模拟信号，并且“接线不OK”信号可例如作为默认状态发送。
如果发信号是经由DC信号来完成的，那么实例发信号系统可具有在一个电压电平下的“接线不OK”信号以及在另一电压电平下的“接线OK”信号。例如，“接线不OK”信号可以是0VDC，并且“接线OK”信号可以是+5VDC。因此，单根导线上的0VDC可被解译为“接线不OK”信号，并且同一导线上的+5VDC可被解译为“接线OK”信号。也可使用AC电压以通过例如调制AC电压的相位或幅度而针对两个状态发信号。也可使用AC载波或使用经调制的DC电压而传输数字信号。
虽然描述了使用引线223来发信号，但也可经由无线传输而发通知，或通过使用从EMI/RFI电路204到电力切断继电器208的电力线路而发通知。
EMI/RFI电路204可对被提供到电负载104的电力提供滤波，以移除不期望的信号而防止干扰电负载104的操作，并且也防止由电负载104产生的不期望的信号的传输耦合到电源100上。
电压检测电路206可用于检测并监视由SPD 200接收的源电压。如果源电压不处于容限内，那么电压检测电路206可经由引线225而将“电压不OK”信号提供到电力切断继电器208。电力切断继电器208将接着切断(或保持切断)，以使得电压不被提供到电负载104，直到电压检测电路206发送指示源电压处于名义电压的容限内的“电压OK”信号为止，其中在此实例中，名义电压是120VAC。电压检测电路206可将“电压不OK”信号作为默认状态发送。经由引线225发送的信号可以是数字信号或模拟信号。
如果发信号是经由DC信号完成的，那么实例发信号系统可具有在一个电压电平下的“电压OK”信号以及在另一电压电平下的“电压不OK”信号。例如，“电压不OK”信号可以是0VDC，并且“电压OK”信号可以是+5VDC。因此，单根导线上的0VDC可被解译为“电压不OK”信号，并且同一导线上的+5VDC可被解译为“电压OK”信号。也可以使用AC电压以通过例如调制AC电压的相位或幅度而针对两个状态发信号。也可使用AC载波或使用经调制的DC电压而传输数字信号。
虽然描述了使用引线225来发信号，但也可经由无线传输而发通知，或通过使用从EMI/RFI电路204到电力切断继电器208的电力线路而发通知。
电力切断继电器208可包括继电器、开关、半导体器件或可能够进行连接以将电力(电压和电流)传输到电负载104或中断连接以停止电力到电负载104的传输的任何其它适当装置。在各种实施例中，电力切断继电器208的默认状态将是切断。因此，当SPD 200初次接通时，电力切断继电器208不传输电力，直到它既从接线诊断电路202接收到“接线OK”信号又从电压检测电路206接收到“电压OK”信号为止。作为实例，“电压OK”信号和“接线OK”信号可被逻辑与运算，以在负载电压处于容限内并在电源100与电负载104两者中均不存在接线故障时才允许电力切断继电器208进行连接。
浪涌/热保护电路210可包括适当电路以调节负载电压。例如，如果负载电压上升至高于上限阈值，那么浪涌/热保护电路210可对存在于浪涌/热保护电路210的输入处的电压进行钳位以输出最大预定电压。作为实例，如果名义负载电压是120VAC，并且期望的最大阈值是+10％(或132VAC)，那么输入处高于132VAC的任何电压应被钳位到大致132VAC。然而，可存在以下情况：浪涌/热保护电路210可不能够将负载电压钳位到期望的最大负载电压。这可例如随着因闪电或其它高电流故障所致的浪涌而发生。因此，随着负载电压达到过电压，电压检测电路206可检测过电压并将信号发送到电力切断继电器208以中断电路连接而停止电力到电负载104的传输。因此，电负载104可受到保护以免因过电压所致的损坏。
浪涌/热保护电路210也可包括可确定SPD 200正变得过热的热保护装置。SPD200变得过热可因流经SPD 200或SPD 200的一个或更多个电路的过多电流过热所致。在此情况下，浪涌/热保护电路210可经由引线227而将“温度不OK”信号发送到电力切断继电器208以将到电负载104的电力输出切断。当浪涌/热保护电路210检测到SPD 200已冷却到可接受的温度时，浪涌/热保护电路210可将“温度OK”信号发送到电力切断继电器208以将电力输出重新连接到电负载104。经由引线227发送的信号可以是数字信号或模拟信号。温度可例如由热敏电阻或其它温度感测装置感测。
如果发信号是经由DC信号而完成的，那么实例发信号系统可具有在一个电压电平下的“温度OK”信号以及在另一电压电平下的“温度不OK”信号。例如，“温度不OK”信号可以是0VDC，并且“温度OK”信号可以是+5VDC。因此，单根导线上的0VDC可被解释为“温度不OK”信号，并且同一导线上的+5VDC可被解释为“温度OK”信号。也可使用AC电压以通过例如调制AC电压的相位或幅度而针对两个状态发信号。也可使用AC载波或使用经调制的DC电压而传输数字信号。
虽然描述了使用引线227来发信号，但也可经由无线传输而发通知。
无线传输可由用于无线传输并且视需要用于无线接收的适当电路执行。
如上所述，本公开的各种实施例具有以下配置：其中浪涌/热保护电路210处于电力切断继电器208之后。此配置的一个优点在于，浪涌/热保护电路210中的部件可能够将额定值设置为比浪涌/热保护电路210布置在电力切断继电器208之前的情况下更低的电压。
SPD 200也可具有经由引线229而发起的复位能力。例如可通过按压按钮(未示出)以将AC输入电路201中的开关转变到接通位置并使浪涌/热保护电路210允许将负载电压输出到电负载104来进行复位。
AC输出电路211可例如是用于接纳电负载104的电插头的一个或更多个插口。
在操作中，AC输入201可从电源100接收源电压。AC输入201可接着将源电压提供到EMI/RFI电路204。接线诊断电路202确定电源100是否存在任何接线故障。如果未检测到接线故障，那么“接线OK”信号将被发送到电力切断继电器208。电压检测电路206也将确定(通往电力切断继电器208的)源电压是否处于容限内。如果源电压处于容限内，那么“电压OK”信号将被发送到电力切断继电器208。电力切断继电器208将接着进行连接以将电力从EMI/RFI电路204提供到浪涌/热保护电路210。
如果从接线诊断电路202接收到“接线不OK”信号或从电压检测电路206接收到“电压不OK”信号，那么电力切断继电器208将切断(或保持切断)，以使得电力切断继电器208将不会将电力从EMI/RFI电路204提供到浪涌/热保护电路210。
实例接线诊断电路202从闪电检测模块203接收信号。闪电检测模块203可在滤除非闪电噪声的同时监视附近区域在一个或更多个阈值距离内有无闪电活动(例如，雷击)的迹象。如果闪电检测模块203检测到在一阈值距离内的闪电活动，那么闪电检测模块203输出警报或其它信号(例如，输出到接线诊断电路202或被配置成触发电力切断继电器208的另一电路)。
闪电检测模块203的实例实施方案描述在Ruggero Leoncavallo在2013年6月17日申请的名为“用于干扰源检测的电路布置和方法(Circuit Arrangement and Method forDisturber Detection)”的第14/412,992号美国专利申请中。第14/412,992号美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。闪电检测模块203将闪电事件与人为来源和/或其它大气状况导致的电磁噪声区别开。闪电检测模块203可由SPD 200供电。闪电检测模块203可由SPD按照与电负载的浪涌保护相同、相似或不同的方式进行浪涌保护。
如果接线诊断电路202接收到闪电检测信号，那么接线诊断电路将“接线不OK”信号输出到电力切断继电器208。响应于“接线不OK”信号，电力切断继电器208将电源从电负载切断(或保持切断)。如果未检测到闪电或在预编程的距离内不再检测到闪电(例如，在阈值时间之后)，那么闪电检测模块203将“接线OK”信号发送到电力切断继电器208。电力切断继电器208将接着进行(或继续)连接以将电力从电源提供到电负载。
在一些实例中，闪电检测模块203可直接将闪电检测信号发送到电力切断继电器208和/或多路复用器或其它开关电路，以通过电力切断继电器208来控制电源与电负载之间的连接和/或切断。
图3示出根据本公开的实例实施例的与负载串联的实例浪涌保护装置300的框图。参照图3，示出功能类似于SPD 200并具有类似功能块的SPD 300。SPD 300具有AC输入电路301、接线诊断电路302、闪电检测模块303、EMI/RFI电路304、电压检测电路306、电力切断继电器308、浪涌/热保护电路310以及AC输出电路311，它们的功能类似于SPD 200的对应功能块。
SPD 300的操作类似于针对SPD 200所述的操作。因此，电流可逐次从AC输入电路301流动到EMI/RFI电路304、流动到电力切断继电器308、流动到浪涌/热保护电路310并流动到AC输出电路311。闪电检测模块303将闪电检测信号发送到接线诊断电路。可在电流量例如针对插入到壁装插座中的便携式SPD相对有限的情况下使用此类型的实施方案。具体实施例可能够适应不同量的电流和/或电压。EMI/RFI电路304和浪涌/热保护电路310可并联连接到电力线路321，因此它们可以不传导大部分正被提供到电负载104的电流。
图4示出根据本公开的实例实施例的与负载并联的浪涌保护装置的框图。参照图4，示出功能类似于SPD 200并具有类似功能块的SPD 400。然而，不同于与电负载104串联连接的SPD 300，SPD 400并联连接到电负载104。SPD 400具有AC输入电路401、接线诊断电路402、EMI/RFI电路404、电压检测电路406、电力切断继电器408、浪涌/热保护电路410以及AC输出电路411。AC输入电路401、接线诊断电路402、闪电检测模块403、EMI/RFI电路404、电压检测电路406、浪涌/热保护电路410以及AC输出电路411类似于参照图2和图3所述的对应装置。
电力切断继电器408用于基于从浪涌/热保护电路410发送的信号而将浪涌/热保护电路410与电力线路421连接或切断。因此，当浪涌/热保护电路410将“温度不OK”信号发送到电力切断继电器408时，电力切断继电器408将电力线路421从浪涌/热保护电路410切断。当浪涌/热保护电路410将“温度OK”信号发送到电力切断继电器408时，电力切断继电器408将电力线路421连接到浪涌/热保护电路410。
因此，可见，SPD 400的整体操作类似于针对SPD 200所述的操作。然而，SPD400的并联架构可较适用于高电流情形。通过所示出的并联架构，高电流可仅需要流经AC输入电路401和AC输出电路411。因此，对于接线诊断电路402、EMI/RFI电路404、电压检测电路406、电力切断继电器408、浪涌/热保护电路410可能不需要高电流部件，因此降低高电流装置在这些电路中的成本费用。
图5示出可由根据本公开的实例实施例的浪涌保护装置保护的各种实例电流分配电路。参照图5，示出可由本公开的各种实施例保护的各种电力电路配置。电力配置502示出具有火线H、中性线N和接地线G的单相电力电路。此配置用于110/120/220/240VAC电路，其中电压是从火线H到中性线N的电压。电力配置504示出具有两根火线H1和H2、中性线N和接地线G的单相电力电路。此配置用于120VAC到240VAC电路。120VAC是从火线H1或H2中的一根到中性线N的电压。240VAC是从一根火线H1到另一火线H2的电压。
电力配置506是具有三根火线H1、H2和H3以及接地线G的3相Y型配置。此配置用于480VAC，其中电压是从其中一根火线到另一根火线的电压。电力配置508是具有三根火线H1、H2和H3、中性线N以及接地线G的3相Y型配置。此配置用于许多不同电压，包含120/208VAC、220/380VAC、230/400VAC、240/415VAC、277/480VAC和347/600VAC。上文所述的每一电压对中的较低电压(120/220/230/240/277/347VAC)是从其中一根火线到中性线N的电压。上文所述的每一电压对中的较高电压(208/380/400/415/480/600VAC)是其中一根火线到另一根火线的电压。
电力配置510是具有三根火线H1、H2和H3、中性线N以及接地线G的3相三角型配置。此配置用于120VAC和240VAC，其中120VAC是从其中一根火线到中性线N的电压，并且240VAC是从其中一根火线到另一根火线的电压。电力配置512是具有三根火线H1、H2和H3以及并未连接到输入变压器的接地线G的3相三角型配置。此配置用于240VAC和480VAC，其中电压是从其中一根火线到另一根火线的电压。电力配置514是具有三根火线H1、H2和H3以及连接到输入变压器的接地线G的3相三角型配置。此配置用于240VAC和480VAC，其中电压是从其中一根火线到另一根火线中的电压。
虽然各种电力配置502到514被注明为用于具体电压，但应注意，这些电压仅是一些实例。
图6示出根据本公开的实施例的浪涌保护系统102(SPS)的框图。参照图6，示出SPS102，其中SPS 102包括SPD 200、控制器块602、存储器块604、I/O块606以及电池608。控制器块602可包括一个或更多个处理单元(例如，微处理器、微控制器等)并且还包括用于处理单元的操作的支持装置。支持装置可以是胶联逻辑和/或存储器。胶联逻辑可包括用于将处理单元接口连接到其它装置所需的电路。存储器可由处理单元使用以存储可执行指令和/或数据，并且可包括易失性和/或非易失性存储器。
作为控制器块602中的存储器的附加或替代，可存在包括易失性和/或非易失性存储器的存储器块604。因此，存储器块604可用于存储可执行指令和数据。
I/O块606可包括用户可借以输入信息和/或命令的各种装置。例如，可存在接通或关断SPS 102的至少一部分的电力开关。也可存在可被按压以将SPS 102的至少一部分(例如，AC输入电路201和/或浪涌/热保护电路210)复位的复位按钮。各种实施例可对于要被复位的每个装置具有各自的复位按钮。I/O块606也可包括其它输入装置，例如，键盘、按钮、开关等。I/O块也可用以将闪电检测模块编程。例如，向SPD发警报的闪电检测距离可由用户编程。
I/O块606也可具有各种输出装置，例如，显示器、扬声器、灯、振动输出装置等。I/O块606也可具有通信接口，其中SPS 102可经由有线通信或无线通信而与其它装置通信。因此，也可存在天线和/或插口(例如，USB插口、火线插口、闪电插口等)作为I/O块606的一部分。作为实例，LED状态灯可指示何时由闪电检测模块在预编程距离内检测到闪电。
可以是可再充电电池的电池608可提供足够能量以允许SPS 102足够长地发挥作用以至少执行源电压监视、针对电源100和电负载104的接线故障测试，并经由I/O块606而报告状态。虽然未示出，但作为电池608的代替或附加，还可使用电容器以给此段落中所述的功能提供电能。
图7示出根据本公开的实施例的浪涌保护系统的输入/输出电路的框图。参照图7，示出具有输入装置700、输出/显示装置702、通信接口704和天线/连接器706的I/O块606。
如所描述的，输入装置700可包括可用于将信息或命令输入到SPS 102的按钮、开关、键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、触摸屏等中的一个或更多个。输出/显示装置702可包括用于输出文字/图形信息的显示屏、将信息提供到用户的灯、可用于向用户输出声音的扬声器、可振动以向用户发警报的振动装置等中的一个或更多个。
通信接口704可包括可经由有线通信和/或无线通信而实现通信的各种电路。有线通信可例如使用USB协议或某一其它无线协议而发生，并且无线通信可例如使用蜂窝协议、蓝牙协议、近场通信协议等而发生。
天线/连接器块706可包括无线通信可能需要的天线和/或用于插入用于有线通信的各种有线连接器的插口。有线通信也可例如经由电源100的电力线路而发生，以与可监视SPS 102的操作/状态的一个或更多个装置通信。有线通信也可例如经由电负载104的电力线路而发生，以与作为电负载的一部分的一个或更多个装置通信。
图8示出根据本公开的实施例的使用浪涌保护系统的实例方法800的流程图。参照图8，示出SPS 102的操作的实例流程图。在框802中，将SPS 102插入到例如住宅中的壁装插座中，并且将一个或更多个电子装置插入到SPS 102中。住宅接线可被认为是将源电压提供到SPS 102的电源100，并且电子装置可被认为是电负载104。
如果存在接通/关断开关，并且开关处于关断位置中，那么SPS 102被接通。SPS102可接着通电到默认切断状态，其中负载电压未被提供到电负载104。如果存在复位开关，那么也可将SPS 102复位以将SPS 102置于已知状态。应注意，可以不需要按压复位开关。
在框804中，SPD 200检查以了解源电压是否处于容限内，并且还检查电源100的电路以及电负载104的电路以确定是否存在任何接线故障。在框805中，SPD 200检查以了解是否已由闪电检测模块203在一阈值距离(例如，预定距离、预编程距离和/或以其它方式配置的距离)内检测到闪电。在框806中，如果源电压处于容限内，则不存在接线故障并且在阈值距离内未检测到闪电，那么电力切断继电器208在框808中进行连接以从源电压提供负载电压。SPD 200继续监视源电压，检查有无接线故障并监视有无闪电活动。虽然接线故障通常可能是静态事件，但有时松弛的导线或连接可由于热、移动和/或压力而形成开路。类似地，短路可由于导线或连接上的热、移动和/或压力而形成。因此，恒定地监视有无接线故障并监视源电压可能是有益的。
返回到框806，如果存在接线故障、处于容差外的源电压或在阈值距离内检测到闪电，那么电力切断继电器208将在框810中中断连接，并且电负载104将不再接收电力。在框812中，可将电力切断继电器208设置为强制中断连接状态，而不管是否存在“电压OK”和“接线OK”信号，并且SPS 102将等待预定时间段。针对强制中断连接的发信号和/或对预定时间段计数可例如由控制器602、电力切断继电器208或SPS 102中的某一其它适当电路执行。如果针对强制中断连接的发信号由除电力切断继电器208之外的另一电路完成，那么“接线OK”/“接线不OK”和“电压OK”/“电压不OK”也可去往另一电路，该电路将强制中断连接信号发送到电力切断继电器208。由此可见，各种不同实施方案可用于控制电力切断继电器208。
在框814中，在预定时间段之后，电力切断继电器208可退出强制中断连接状态，并对框804中的源电压和接线的监视作出响应。此过程可继续，直到SPS 102关断为止。预定时间段可调整为不同时间段。
图9示出根据本公开的实施例的闪电检测模块的实例。闪电检测模块900可包括闪电检测电路901，其中闪电检测电路901可例如是如'992申请所公开的一个或更多个电路。闪电检测电路901可连接到天线903和调谐电路903，其中天线903和调谐电路903接收大气中的辐射信号并将其发送到闪电检测电路901。闪电检测电路901可连接到微控制器905。微控制器905可被编程为调整将触发SPD 200的警报的闪电距离。微控制器905从闪电检测电路901接收闪电检测信号，并基于其编程而确定警报应发送到SPD 200。作为实例，微控制器可被编程为当在SPD 200的5公里内检测到闪电时触发警报。
闪电检测模块900将闪电检测警报911输出到接线诊断电路202或电力切断继电器208，以导致SPD 200切断负载设备来为由闪电导致的过电压提供保护。在一个实施例中，信号经由光耦合器909而从微控制器905发送到SPD 200。在另一实施例中，微控制器905可被配置成经由有线连接而将信号发送到SPD 200。
闪电检测模块可包括电力输入907。电力输入907可以是例如3伏到4伏的电力输入。闪电检测模块900可由SPD 200供电。
虽然描述了SPS 102的操作的具体实施例，但各种其它实施例可遵循用于保护电负载104的不同流程图。
已描述本公开的各种实施例，但应理解，也预期其它实施例。例如，已将接线诊断电路202描述为经由引线223而向电力切断继电器208发信号。然而，在其它实施例中，也可通过无线方式发信号。类似地，由电压检测电路206发信号也可通过无线方式实现。
如本公开所述，为了便于描述，电力可分别表示电压或电流。
本发明的方法和系统可实现在硬件、软件和/或硬件与软件的组合中。本发明的方法和/或系统可用集中方式实现在至少一个计算系统中，或用分散方式实现，其中不同要素分布在若干互连的计算系统中。适用于执行本文所述的方法的任何种类的计算系统或其它设备是合适的。硬件和软件的典型组合可包含具有程序或其它代码的通用计算系统，其中所述程序或代码在被加载和执行时控制计算系统以使得所述计算系统执行本文所述的方法。另一典型实施方案可包括一个或更多个专用集成电路或芯片。一些实施方案可包括上面存储有一行或更多行代码的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪速存储器、光盘、磁性存储盘等)，所述代码可由机器执行从而使机器执行如本文所述的过程。如本文所使用，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包含所有类型的机器可读存储介质，并且不包含传播信号。
如本文所利用，术语“电路”和“电路系统”表示物理电子部件(即，硬件)以及可配置硬件、由硬件执行和/或以其它方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用，例如，特定处理器和存储器可在执行第一一行或更多行代码时构成第一“电路”，并且可在执行第二一行或更多行代码时构成第二“电路”。如本文所利用，“和/或”表示列表中由“和/或”连接的项目中的任何一个或更多个。作为实例，“x和/或y”表示三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”表示“x和y中的一个或两个”。作为另一实例，“x、y和/或z”表示七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”意味“x、y和z中的一个或更多个”。如本文所利用，术语“示范性”意味充当非限制性实例、例子或说明。如本文所利用，术语“例如”和“比如”引述一个或更多个非限制性实例、例子或说明的列表。如本文所利用，只要电路包括对于执行某项功能来说必要的硬件和代码(如果需要)，电路便“可操作”以执行所述功能，而不管所述功能的执行是否被停用或是不启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂微调等)。
上述专利和专利公开以引用方式并入本文中。虽然已参照某些实施方案来描述本发明的方法和/或系统，但本领域的技术人员应理解，可进行各种改变，并且可替代等同物，而不偏离本发明的方法和/或系统的范围。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适应于本公开的教示，而不偏离本公开的范围。因此，本发明的方法和/或系统不限于所公开的特定实施方案。实际上，本发明的方法和/或系统将包含落入随附权利要求书的范围内的所有实施方案，无论是在字面上还是根据等同原则都是如此。

Claims (18)

1.一种用于保护电负载的方法，包括：
通过用浪涌保护装置调节源电压而将负载电压提供到所述电负载；
经由电压检测电路而监视来自电源的所述源电压；
经由接线诊断电路而确定是否检测到接线故障；
经由闪电检测电路而监视所述浪涌保护装置的阈值距离内有无闪电的存在；
响应于检测到以下各者中的至少一个而用开关装置中断电路连接以停止将所述负载电压提供到所述电负载：
所述接线故障的存在、
所述阈值距离内的闪电的存在、
所述源电压处的过电压；或
所述电源处的电压不足；
在响应于检测到所述阈值距离内的闪电的存在而中断所述电路连接后，经由所述闪电检测电路而监视在第一时间段内在所述阈值距离内有无闪电活动；以及
响应于确定在所述第一时间段期间在所述阈值距离内尚未检测到所述闪电，重新建立所述电路连接以将所述负载电压提供到所述电负载。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值距离是可调整的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值距离在5公里内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中中断所述电路连接包括中断所述电源与所述电负载之间的所有火线和所有中性线的连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间段是可调整的。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括向用户指示在所述阈值距离内何时已检测到闪电。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括收集并存储闪电检测数据。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括经由有线传输器或无线传输器中的至少一个而传输所述电源、所述电负载的状态、所述阈值距离内的闪电的存在以及所述浪涌保护装置的状态中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述状态被传输到监视站或所述电负载中的至少一个。
10.一种浪涌保护装置，包括：
电压检测电路，所述电压检测电路被配置成监视将由电源提供到电负载的源电压；
接线诊断电路，所述接线诊断电路被配置成确定是否检测到接线故障；
闪电检测模块，所述闪电检测模块被配置成检测相对于所述浪涌保护装置在阈值距离内的闪电的存在；以及
切断电路，所述切断电路被配置成：
选择性地进行所述电源与所述电负载之间的电路连接；以及
响应于检测到以下各者中的至少一个而中断所述电路连接：
检测到接线故障；
所述阈值距离内的闪电的存在；
所述源电压处的过电压状况；或
所述源电压处的电压不足状况；
其中所述闪电检测电路被配置成在第一时间段内监视所述阈值距离内有无闪电活动，并且所述切断电路被配置成响应于确定在所述第一时间段期间在所述阈值距离内未检测到闪电，重新建立所述电路连接以将负载电压提供到所述电负载。
11.根据权利要求10所述的浪涌保护装置，其中所述闪电检测模块被配置成区分闪电活动和非闪电噪声。
12.根据权利要求10所述的浪涌保护装置，其中所述源电压包含以下各者中的至少一个：范围从大致12VDC到大致1500VDC的DC电压或范围从大致100VAC到大致600VAC的AC电压。
13.根据权利要求10所述的浪涌保护装置，其中所述闪电检测模块由所述浪涌保护装置供电。
14.根据权利要求10所述的浪涌保护装置，其中所述第一时间段或所述阈值距离中的至少一个是可调整的。
15.根据权利要求14所述的浪涌保护装置，还包括通信装置，所述通信装置被配置成经由有线传输器和无线传输器中的至少一个而传输所述电负载的状态或所述浪涌保护装置的状态中的至少一个。
16.根据权利要求10所述的浪涌保护装置，其中所述闪电检测模块包括：
天线；以及
闪电检测电路，所述闪电检测电路被配置成：
处理经由所述天线而接收的信号；
识别相对于所述闪电检测模块在阈值距离内的闪电事件；并且
响应于识别所述闪电事件而将警报信号输出到所述切断电路。
17.根据权利要求16所述的浪涌保护装置，还包括隔离电路，所述隔离电路被配置成将所述闪电检测模块与所述切断电路隔离开。
18.根据权利要求16所述的浪涌保护装置，其中所述闪电检测模块经由所述浪涌保护装置来供电。
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