CN114689986A - Lcdi电力线缆系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于LCDI电力线缆和关联电路的系统和方法。所述系统和方法包括：给经过屏蔽的中线和经过屏蔽的相线供电，以及监视被供电的屏蔽件有关电涌(例如发生电弧)和/或电压降(例如屏蔽破裂)的情况，所述电涌由漏电检测电路(LCDC)检测，所述电压降由屏蔽完整性电路(SIC)检测。

Description

LCDI电力线缆系统和方法
相关申请的交叉引用
本部分继续申请与下面所列(诸)申请(“相关申请”)相关，要求相关申请的最早可获知有效申请日的权益(例如，对于临时专利申请之外的专利申请要求最早可获知优先权日的权益；对于临时专利申请要求35USC§119(e)规定的权益)，并且在相关申请主题不与本申请相冲突的情况下，通过引用整个包含相关申请的全部主题；本申请还要求相关申请的任何以及所有父申请、祖父申请、曾祖父申请等等的最早可获知有效申请日的权益，并且在这些申请主题不与本申请相冲突的情况下，通过引用整个包含这些申请的全部主题：
美国临时专利申请63/013742，该申请的名称为“LCDI Shield ContinuityMonitoring Circuits(LCDI屏蔽连续性监测电路)”，指定Victor V.Aromin为第一发明人，于2020年4月22日提交。以及美国专利申请16935895，该申请要求美国临时专利申请62/876960和美国临时专利申请62/880970的优先权，美国临时专利申请62/876960的名称为“Power Cord(电力线缆)”，指定Victor V.Aromin为第一发明人，于2019年7月22日提交；美国临时专利申请62/880970的名称为“Power Cord(电力线缆)”，指定Victor V.Aromin为第一发明人，于2019年7月31日提交。
技术领域
本发明涉及一种电力线缆。特别是，本发明涉及一种用于某一设施的电力线缆，该电力线缆具有内置的漏电检测和中断(LCDI)导体，用于检测电力线缆中的泄漏电流。
背景技术
随着诸如空调、洗衣机、冰箱等家用电气设施的广泛使用，越来越多地关注使用这些设施的安全性。所述设施一般具有一米长或更长的电力线缆。如图1所示，这种电力线缆由以下部件制成：用于运载电力的三根铜线11、6和8；包围相应铜线的三个绝缘层10、5和7(由橡胶或塑料制成)；分别包围两个绝缘层的两个金属护套19和14(由细铜线编织而成)；以及将这些导线封装起来的外绝缘层1(由橡胶或塑料制成)。
此类电力线缆可能会因长期使用而老化，或在设施被移动时受到损坏，这些情况可能造成线缆中相线与中线或地线之间的漏电。这种漏电流可能会引起火花，进而导致火灾和财产损失。为了快速并准确地检测电力线缆中的漏电流，一个额外的导体被提供并且与金属护套19、14电连接。通过检测金属护套上的电压可以检测出漏电流。金属护套传统上通过编织细铜线制成。由于铜材成本的增加，电力线缆的成本增加了。
另外一种现有技术解决方案显示在图2中。电力线缆包括用于运载电力的三根铜线11、6和8以及用于检测电力线缆中的漏电流的漏电检测导体3。像以前那样，三根铜线11、6和8分别由三个绝缘层(由橡胶或塑料制成)10、5和7包围。两个绝缘层10、5分别由金属导电层9、4包围。漏电检测导体3设置成邻近两个金属导电层9、4并且与它们都接触。金属护套2将三根导线连同它们各自的绝缘层和金属导电层以及漏电检测导体3封装起来。外绝缘层1(由橡胶或塑料制成)设置在金属护套2的外面。
金属导电层9、4可以由薄的铜箔、锡箔、铝箔或导电橡胶制成。漏电检测导体3可以由一个或多个铜线或铝线形成。当铜线11与6、11与8或6与8之间存在漏电流时，漏电检测导体3可以经由金属导电层9或4检测到漏电流。如图2所示，该现有技术解决方案需要包围所有线缆以及检测导体3的另外一个导电护套2。
发明内容
相应地，本发明提供一种可用于诸如空调、洗衣机、冰箱等设施的电力线缆，该电力线缆具有用于检测电力线缆中漏电流的内置漏电检测导体。
根据本发明的一个实施例，提供了一种交流(AC)电力线缆。所述AC电力线缆包括中线总成，具有绝缘后的导电中线和包围绝缘后的中线绝缘体的导电中线屏蔽件。导电中线屏蔽件包括导电侧和非导电侧，并且导电侧朝外地围绕绝缘后的中线缠绕。所述AC电力线缆包括围绕中线屏蔽件的导电侧缠绕的导电柔性介质。所述AC电力线缆还包括相线总成，其中，所述相线总成包括具有导电侧和非导电侧的导电屏蔽件，并且导电侧朝内地围绕绝缘后的相线缠绕。导电中线屏蔽件和导电相线屏蔽件在AC电力线缆的一端串联连接。
本发明还涉及一种交流(AC)电力线缆，其具有绝缘后的中线、绝缘后的相线、绝缘后的回线、以及地线。还包括一导电屏蔽件，该导电屏蔽件包围所述绝缘后的中线、绝缘后的相线、绝缘后的回线和地线。所述导电屏蔽件包括朝外的导电侧和朝内的非导电侧。导电柔性介质包围导电屏蔽件的导电侧。导电柔性介质和回线在电力线缆的一端串联连接。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种AC电力线缆。所述AC电力线缆包括绝缘后的中线，所述绝缘后的中线由具有导电侧和非导电侧的导电中线屏蔽件包围。中线屏蔽件的导电侧朝外。包围该中线屏蔽件的是导电柔性介质。所述AC电力线缆还包括绝缘后的相线，所述绝缘后的相线由具有导电侧和非导电侧的导电相线屏蔽件所包围。所述相线屏蔽件的导电侧朝外。包围所述相线屏蔽件的是第二导电柔性介质。所述导电相线屏蔽件和导电中线屏蔽件在AC电力线缆的一端串联连接。
根据本发明的另一个实施例，提供了用于中断来自AC电源的AC电力的漏电检测中断器(LCDI)电路。所述LCDI电路能够电连接到由中线屏蔽件(NWS)所包围的绝缘后的中线以及由相线屏蔽件(LWS)所包围的绝缘后的相线。所述LCDI电路还包括用于提供整流后波形的电力供应源电路以及连接到所述电力供应源电路的浮动负载。连接到电力供应源电路的浮动负载包括用于检测来自绝缘后的中线或绝缘后的相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)和用于监视NWS和LWS完整性的屏蔽完整性电路(SIC)。
本发明还涉及一种方法，用于构建一种电力线缆和电路，用于检测并在检测到电力线缆故障时中断电力线缆的交流(AC)线路端和负载端之间的线路电压。该方法包括：在电力线缆的负载端和AC线路端之间提供绝缘后的导电中线，并用中线屏蔽件缠绕绝缘后的导电中线，该中线屏蔽件的导电侧朝外。所述方法包括围绕中线屏蔽件的导电侧缠绕导电柔性介质。所述方法还包括提供具有导电侧和非导电侧的相线屏蔽件、以及绝缘后的导电相线，并围绕镀锡线和绝缘后的相线缠绕相线屏蔽件，使导电侧朝内并与镀锡线电接触。所述方法包括：在电力线缆的负载端，将镀锡线串联连接到导电柔性介质。所述方法还包括：如果检测到绝缘后的相线或绝缘后的中线与任何一个屏蔽件之间的电流，则中断线路电压；并且/或者包括：如果屏蔽完整性受到损坏或以其他方式破损，例如屏蔽破裂或腐蚀，则中断线路电压。所述方法还包括：提供整流电力供应源电路，用于用电压为所述中线屏蔽件供电。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种方法，用于在检测到电力线缆故障时，中断屏蔽后的电力线缆的交流(AC)线路端和负载端之间的AC线路电压。所述方法包括提供漏电检测电路(LCDC)，用于检测来自电力线缆的AC漏电流，并且如果检测到漏电流，则中断屏蔽后的电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压。所述方法包括将LCDC和SIC连接到屏蔽后的电力线缆，并提供用于用电压为LCDC、SIC和屏蔽后的电力线缆供能的电力供应源电路(PSC)。提供LCDC还包括提供具有开/关状态的双稳态闩锁装置和连接到双稳态闩锁装置的控制端口的电荷保持装置；这些控制端口为例如晶体管基极或SCR门端口。所述方法包括：在正常工作期间，给电荷保持装置充电，所充电荷小于触发双稳态闭锁装置至其导通状态所需的触发电荷，但电荷足够充分，以使得如果检测到故障则触发该装置所需的时间最少，并使破坏性浪涌电流最小。所述方法还包括提供屏蔽完整性电路(SIC)，用于监视屏蔽后的电力线缆的完整性，并且如果屏蔽完整性受到损坏，则中断屏蔽后的电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压。
附图说明
在本说明书结尾处的权利要求书中，具体地指出并明确地主张了进行专利保护的被视为本发明的主题。本发明的前述以及其他目的、特征和优点能够从下面结合附图进行的详细描述中清楚地看出来，在附图中：
图1是显示传统电力线缆结构的剖视图；
图2是显示带有漏电检测导体的另一种传统电力线缆结构的剖视图；
图3是显示根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆结构的切开侧视图；
图3A是显示图3中所示电力线缆结构的剖视图；
图3B是显示根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆结构的切开侧视图；
图3C是显示图3B中所示电力线缆结构的剖视图；
图3D是显示根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆结构的切开侧视图；
图3E是显示图3D中所示电力线缆结构的剖视图；
图4是显示根据本发明一个实施例带有漏电检测导体和浸水检测缆线的电力线缆结构的剖视图；
图4A是显示根据本发明一个实施例带有漏电检测导体和双绞式浸水检测缆线的电力线缆结构的剖视图；
图5是能够连接到图1、图2、图3、图3A-图3E中所示电力线缆的LCDI电路的电路框图；
图6是能够连接到图4或图4A中所示电力线缆的LCDI电路的框图；
图7是图5中所示框图的详细示意图；
图8是图5中所示框图的一个替代示意图；
图9是图5中所示框图的详细示意图；
图10是图5中所示框图的一个替代示意图；
图10A是图3B-图3E中所示回线电路连接的局部分解视图；
图11A是对于图7或图8中所示屏蔽完整性电路(SIC)正常情况的波形图；
图11B是对于图7中所示SIC故障情况的波形图；
图11C是对于图8中所示SIC故障情况的波形图；
图12A是对于图9或图10中所示SIC正常情况的波形图；
图12B是对于图9中所示SIC故障情况的波形图；
图12C是对于图10中所示SIC故障情况的波形图；
图13示出的是根据本发明用于构建电力线缆用于检测和中断电力线缆AC线路端和负载端之间的线路电压的一种方法的流程图；
图13A示出的是根据本发明用于构建电力线缆用于检测和中断电力线缆AC线路端和负载端之间的线路电压的一种替代方法的流程图；
图13B示出的是根据本发明用于构建电力线缆用于检测和中断电力线缆AC线路端和负载端之间的线路电压的第二替代方法的流程图；
图14A是对于图7或图8中所示漏电检测电路(LCDC)正常情况的波形图；以及
图14B是对于图9或图10中所示漏电检测电路(LCDC)正常情况的波形图。
具体实施方式
下面对术语的简短定义适用于整个本申请：
术语“包括”意思是包含但不限于，应按照其通常在专利行文中使用的方式进行理解；
短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等类似说法大体上意思是：跟在该短语之后的具体特征、结构或特性可以被包含在本发明的至少一个实施例中，而且可以被包含在本发明的多于一个的实施例中(重要的是，这样的短语不一定要指同一个实施例)；
如果说明书将某事物描述为“示例性”或“例子”，那么，其应该被理解为指的是一个非排他性例子；以及
如果说明书说某一部件或特征“可以”、“能”、“可能会”、“应该”、“优选”、“有可能”、“一般”、“可选用地”、“例如”或者“大概”(或者其他这样的语言)被包含或具有某一特性，那么，这个具体部件或特征不要求被包含或具有该特性。
现在参见附图中的图3和图3A，图中显示有切开侧视图，示出了根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆400的结构。在该实施例中，电力线缆400包括中线或缆线45、相线或缆线48和地线46。每个导线或缆线都由绝缘层43、49和492包围。此外，相线48和中线45的绝缘层492和43分别各自由屏蔽件包围；屏蔽件分别为导电介质41和42。应当理解，导电介质41、42具有导电侧和非导电或低导电侧。导电介质41、42可以是包括一薄层铝和聚酯薄膜复合带的铝箔屏蔽件。导电介质41的导电侧朝外，该导电介质的低导电或非导电侧朝内。导电介质42的导电侧朝外。
仍参见图3和图3A，电力线缆400还包括放置在导电介质41和绝缘体492之间的实心锡铜线495。导电介质42的导电侧被导电柔性介质44包围。导电柔性介质44可以是任何合适的导电柔性介质，被编织成覆盖导电介质42每单位长度的导电侧表面积的30％。导电柔性介质44的至少一端可以连接到LCDI电路494。此外，导线495的至少一端也可以连接到LCDI电路494。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，这些材料为例如：导电涂层、胶带、绑带、编织铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
可以理解，如果绝缘体492或43有缺陷并且电流泄漏到导电介质41或42的导电侧，则电流流过导电柔性介质44或导线495，在这里电流被LCDI电路494检测到，并且中断线路电源和负载之间的电力。
另外参见附图中的图3B和图3C，图中显示有切开侧视图，示出了根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆3B400的结构。在该实施例中，电力线缆3B400包括中线或缆线45、相线或缆线48、地线46和回线3B01。每根导线或缆线都由绝缘层43、49、492(如图3A中所示)和3B49包围。绝缘后的导线45、46、48、3B01用屏蔽件(即导电介质3B42)包围或缠绕。应该理解，导电介质3B42具有导电侧和非导电或低导电侧。导电介质3B42可以是铝箔屏蔽件，包括一薄层铝和聚酯薄膜复合带。导电介质3B42的导电侧朝外，而该导电介质的低导电或非导电侧朝内朝向电力线缆3B400的中心。
仍然参见图3B和图3C，导电介质3B42的导电侧被导电柔性介质3B44包围。导电柔性介质3B44可以是任何合适的导电柔性介质，被编织成每单位长度覆盖导电介质3B42的导电侧表面积的30％。导电柔性介质3B44的至少一端可以连接到LCDI电路3B494。此外，回线3B01的至少一端也可以连接到LCDI电路3B494。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
另外参见图3D和图3E，图中显示有切开侧视图，示出了根据本发明一个替代实施例带有漏电检测导体的电力线缆3C400的结构。在该实施例中，电力线缆3C400包括中线或缆线45、相线或缆线48、地线46和回线3B01。每个导线或缆线都由绝缘层43、49和492包围。此外，相线48和中线45的绝缘层492和43分别各自由屏蔽件包围；屏蔽件分别为导电介质3C42和3C42A。应当理解，导电介质3C42和3C42A中每一个都具有导电侧和非导电或低导电侧。导电介质3C42和3C42A可以是包括一薄层铝和聚酯薄膜复合带的铝箔屏蔽件。导电介质3C42和3C42A中每一个的导电侧都朝外。
仍参见图3D和图3E，导电介质3C42和3C42A的导电侧由导电柔性介质3C44和3C44A包围或缠绕。导电柔性介质3C44和3C44A可以是任何合适的导电柔性介质，被编织成每单位长度覆盖导电介质3C42和3C42A2的导电侧表面积的30％。导电柔性介质3C44和3C44A的至少一端可以连接到LCDI电路3D494。此外，回线3B01的至少一端也可以连接到LCDI电路3D494。导电柔性介质3C44和3C44A可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
另外参见图4，图中显示有切开侧视图，示出了带有前面所述的漏电检测导体和浸水检测缆线407的电力线缆401的结构，浸水检测缆线407包括由吸水覆盖件406包围的导线405。浸水检测缆线407布置在电力线缆401内，与导电柔性介质44和/或导电介质42紧密接触。在该实施例中，由吸水覆盖件406所吸收的水分实现导线405与导电柔性介质44和/或导电介质42之间的电连接。如这里更详细地描述的那样，LCDI电路494A检测出导线405与导电柔性介质44和/或导电介质42之间的电连接，并中断线路电源和负载之间的电力。
另外参见图4A，图中显示有切开侧视图，示出了根据本发明一个实施例带有前面所述漏电检测导体和双绞式浸水检测缆线407A的电力线缆401A的结构。双绞式浸水检测缆线407A包括导线405A和405B，每个导线分别由吸水覆盖件406A和406B包围。在该实施例中，由吸水覆盖件406A和406B所吸收的水分实现导线405A和405B之间和/或导线405A或405B与导电柔性介质44和/或导电介质42之间的电连接，并中断线路电源和负载之间的电力。如这里更详细地描述的那样，LCDI电路494检测出电连接，并中断线路电源和负载之间的电力。
另外参见图5，图中显示有能够连接到如图1、图2、图3或图3A中所示电力线缆的LCDI电路50的电路框图。LCDI电路50包括相线屏蔽件513、中线屏蔽件515、开关518、电力供应源电路512、漏电检测电路(LCDC)517、螺线管519和屏蔽完整性电路(SIC)514。如这里所示，LCDC 517和SIC 514包括相对于电力供应源512的浮动负载。SIC 514包括SIC控制器514A和SIC开关514B。LCDC 517包括LCDC开关517A。屏蔽件515是根据前面所描述屏蔽件中任何一个构造和提供的。如这里更详细地描述的那样，当手动复位开关518被置位时，线路电压经由螺线管519连接到负载和电力供应源电路512。电力供应源电路512向LCDC 517、SIC 514和屏蔽件513和515供应偏置电压。分别具有负载端513A和515A的屏蔽件513和515在它们的负载端处串联连接。电力供应源512连接到屏蔽件513的电源端513B；而LCDC 517和SIC 514连接到屏蔽件515的电源或线路端515B。如这里更详细地讨论和示出的那样，SIC514允许少量的螺线管电流流过螺线管519，但该电流小于为螺线管519供电从而使手动复位开关518脱开所需的供电电流。可以理解，当检测到故障时，不从零开始的供电电流允许螺线管519更快地供电。
另外参见图6，图中显示有能够连接到图4或图4A中所示电力线缆的LCDI电路60的框图。众所周知，电接触的两种不一样的金属(诸如导电柔性介质44和导电层42)，在存在诸如水等电解质的情况下，开始发生电化学腐蚀。于是，如果IDC 62检测到水分，则IDC 62连接到SIC 514会导致AC线路电源与负载断开连接。浸水检测缆线(IDC)可以是前面描述的浸水检测缆线407或双绞式浸水检测缆线407A。
仍参见图6，LCDI电路60还包括连接到SIC 514的光检测电路(LDC)64。在光照射到电路60上的情况下，意味着电路60暴露于天气环境，如果LCD 64检测到光，则SIC 514使AC线路电源与负载断开。
另外参见图7，图中显示有图5中所示框图50的详细电路70。LCDI电路70包括相线屏蔽件513、中线屏蔽件515、开关518、电力供应源电路712、漏电检测电路(LCDC)717、螺线管519和屏蔽完整性电路(SIC)714。屏蔽件515包括由前面描述的导电柔性介质44包围的导电层42。如这里更详细地描述的那样，当手动复位开关518被置位时，线路电压经由螺线管519连接到负载和电力供应源电路712。电力供应源电路712向LCDC 717、SIC 714和屏蔽件513和515供应偏置电压。如这里更详细地讨论和示出的那样，SIC 714允许少量的螺线管电流流过螺线管519，但小于为螺线管519通电从而使手动复位开关518脱开所需的供电电流。可以理解，当检测到故障时，不从零开始的供电电流允许螺线管519更快地供电。
仍参见图7和图11A-图11B。当开关518机械(手动)接合时，AC线路电压连接到负载。60Hz AC线路电压经由螺线管519还连接到电力供应源电路712。包括桥式整流器(二极管D1-D4)的电力供应源电路712在A处输出整流后非平滑DC信号。A处整流后非平滑DC信号经由串联连接的屏蔽件513和515通过R6发送至LCDC 717和SIC 714。
R6将A处整流后非平滑DC信号的幅值在B处降低到预定幅值。分压器R3/R7将B处整流后非平滑DC信号的幅值在C处降低到预定幅值。在正常情况下，C处即SCR2 LCDC开关517A的栅极处的电压幅值，不足以触发SCR2进入接通状态。然而，应当理解，C3充电到由R3、R7确定的电压，以维持SCR2的栅极上的最小电压。(见图14A的全波整流和图14B的半波整流。)如果发生不利的泄漏情况，例如，从AC线路电压到屏蔽件513或515形成电弧，则C处的栅极电压会从C3上的电荷上升，触发SCR2进入导通状态。在SCR2导通或导电情况下，流过螺线管519的电流增加到螺线管通电水平，以断开手动复位开关518，并中断AC线路电源和负载之间的电力。同样，应当理解，不是从零开始的栅极电压，与栅极电压从零伏开始相比，在检测到故障时允许SCR2更快地触发。还可以明白的是，浪涌电流可能会超过电路板连接器和PCB走线的电流运载能力，从而导致损坏连接器和走线。因此，保持最小的C3电荷可以在发生电弧的情况下最小化浪涌电流和潜在的电路损坏。
仍参见图7，B处整流后非平滑DC信号经由R2发送到npn晶体管Q1的基极、SIC控制器514A(见图11A)，在整流后非平滑DC的正周期期间将Q1偏置为导通状态。当Q1(B)电压下降到低于VBE时，Q1关断，并且Q1(C)处即SIC开关514B处的电压，由于A处非平滑DC信号在该周期中下降到接近0v而接近0v。当A处的非平滑DC信号摆动为正时，Q1再次偏置导通，使A处的非平滑DC信号通过R8下降，从而在正常工作期间保持Q2处于关闭状态。
仍参见图7，可以明白的是，在正常情况下，A处整流后非平滑DC信号在电阻器R8上下降，并且R8的大小允许小于SOL1 519供电电流的AC电流量在Q1导电时流经R8通过Q1流回中线。在Q1处于关断状态或非导电状态期间，SOL1 519以感应方式阻止电流变化，直到Q1再次导通，从而维持或几乎维持流过SOL1 519的电流。可以明白并理解，流经螺线管SOL1 519的少量螺线管电流小于为螺线管519供电使手动复位开关518脱开所需的供电电流。还应该理解，不从零开始的供电电流允许在检测到故障时螺线管519更快地供电。
仍参见图7，当屏蔽完整性受到损坏时(这样的损坏为例如屏蔽件513、515破裂，或电压在电力缆线内的腐蚀区域上下降)，Q1基极处的偏置导通电压VBE不足以保持Q1处于导电状态(见图11B)。Q2基极处(Q1C)的电压上升到使Q2导通的Q2偏置导通电压，足以增加流过螺线管519的电流，给螺线管519供电，将手动复位开关518脱开。于是，中断了从AC线路电源到负载的电力。应该明白并理解的是，在输入AC波形(未示出)的正或负周期期间，全波桥式整流器712使得SIC能够检测并在检测到故障时断开AC线路电源与负载的连接。换句话说，对于60Hz AC电源，SIC进行检测并在1ms或更短的时间内中断AC线路电源和负载之间的电力。
另外参见图8，图中是图5中所示SIC框图的一个替代电路图。B处的整流后非平滑DC信号经由R2发送到npn晶体管Q1的基极，将Q1偏置到导通状态，继而又使A处的整流后非平滑DC信号在R8上下降。于是，SCR1栅极处的栅极电压不足以触发SCR1。可以理解的是，Q1基极处的整流后非平滑DC信号的频率是足以在正常工作中将Q1保持在基本导通状态的频率，从而抑制在SCR1栅极处出现足够的偏置导通栅极电压。换句话说，例如，当Q1基极处的整流后非平滑DC电压信号下降到低于Q1偏置导通电压时，将Q1关断，SCR1栅极处的偏置导通栅极电压开始上升。然而，在正常情况下，在SCR1栅极处有足够的偏置导通栅极电压之前，Q1重新导通，再次将SCR1栅极处的栅极电压降低到低于足够的偏置导通电压(见图11A)。
当Q1的VBE电压下降时，即由于诸如屏蔽件513、515破裂或电压在腐蚀区域上下降之类的故障，Q1基极的偏置导通电压不足以使Q1在A的正电压摆动期间保持其导通状态。SCR1栅极处的栅极电压上升到触发SCR1的SCR1栅极偏置导通电压(见图11C)，这足以增加流过螺线管519的电流，给螺线管519供电，将手动复位开关518脱开。于是，中断了从AC线路电源到负载的电力。
另外参见图9，图中显示有图5中所示框图50的一个替代详细电路90。LCDI电路90包括相线屏蔽件513、中线屏蔽件515、开关518、电力供应源电路912、漏电检测电路(LCDC)917、螺线管519和屏蔽完整性电路(SIC)914。如这里更详细地描述的那样，当手动复位开关518被置位时，线路电压经由螺线管519连接到负载和电力供应源电路912。电力供应源电路912向LCDC 917、SIC 914和屏蔽件513和515提供偏置电压。如这里更详细地讨论和示出的那样，SIC 914允许少量的螺线管电流流过螺线管519，但小于为螺线管519供电从而使手动复位开关518脱开所需的供电电流。可以理解，不是从零开始的供电电流允许在检测到故障时螺线管519更快地供电。
仍参见图9和图12A-图12B。当开关518机械(手动)接合时，AC线路电压连接到负载。60Hz的AC线路电压也经由螺线管519连接到电力供应源电路912。包括半波整流器(二极管D1-D2)的电力供应源电路912在A处输出半波整流后非平滑DC信号。A处的整流后非平滑DC信号经由串联连接的屏蔽件513和515经过R6发送至LCDC 917和SIC 914。
R6使A处整流后非平滑DC信号的幅值在B处降低到预定幅值。分压器R3/R7将B处整流后非平滑DC信号的幅值在C处降低到预定幅值。在正常情况下，C处即SCR2 LCDC开关517A的栅极处的电压幅值，不足以触发SCR2进入导通状态。然而，应当理解，C3充电到由R3、R7确定的电压，以维持SCR2的栅极上的最小电压。如果发生不利的泄漏情况，例如从AC线路电压到屏蔽件513或515发生电弧，则C处的栅极电压会从C3上的电荷上升以触发SCR2进入导通状态。在SCR2导通或导电状态下，流过螺线管519的电流增加到螺线管供电水平，使手动复位开关518脱开并中断AC线路电源和负载之间的电力。同样，应当理解，与栅极电压从零伏开始相比，不从零开始的栅极电压允许在检测到故障时SCR2更快地触发。
仍参见图9，B处的半波整流后非平滑DC信号经由R2发送到npn晶体管Q1的基极(参见图11A)，在整流后非平滑信号的正周期期间将Q偏置为导通状态。当Q1(B)电压下降到低于VBE时，Q1关断，Q1(C)处的电压因为A处非平滑信号在该周期中降低至接近0v而接近0v。当A处非平滑DC信号摆动为正时，Q1再次偏置导通，使A处非平滑DC信号在R8上下降，从而在正常工作期间保持Q2处于关断状态。
仍参见图9，可以明白的是，在正常情况下，A处整流后非平滑信号在电阻器R8上下降，并且R8的大小允许小于SOL1 519供电电流的AC电流量在Q1导电时流经R8经Q1流回中线。在Q1关断状态或非导电状态期间，SOL1 519以电感方式阻止电流变化，直到Q1再次导通，从而维持或几乎维持流过SOL1 519的电流。可以明白并理解，流经螺线管SOL1 519的少量螺线管电流小于为螺线管519供电使手动复位开关518脱开所需的供电电流。还应该理解，不从零开始的供电电流允许在检测到故障时螺线管519更快地供电。
仍参见图9，当屏蔽完整性受到损坏时(这种损坏为例如屏蔽件513、515破裂或电压在电力缆线内腐蚀区域上下降)，Q1基极处的偏置导通电压VBE不足以保持Q处于导电状态(见图12B)。Q2基极(Q1C)处的电压上升到导通Q2的Q2偏置导通电压，足以增加流过螺线管519的电流，给螺线管519供电，将手动复位开关518脱开。于是，中断了从AC线路电源到负载的电力。
另外参见图10，图中是图5中所示SIC框图的一个替代电路图。B处的半波整流后非平滑DC信号经由R2被发送到npn晶体管Q1的基极，将Q1偏置为导通状态，继而又使A处整流后非平滑DC信号在R8上下降。于是，SCR1栅极处的栅极电压不足以触发SCR1。可以理解，Q1基极处的半波整流后非平滑DC信号的频率是足以在正常工作中将Q1保持在基本导通状态的频率，从而抑制在SCR1栅极处出现足够的偏置导通栅极电压。换句话说，例如，当Q1基极处的整流后非平滑DC电压信号下降到低于Q1偏置导通电压时，将Q1关断，SCR1栅极处的偏置导通栅极电压开始上升。然而，在正常情况下，在SCR1栅极处有足够的偏置导通栅极电压之前，Q1重新接通，再次将SCR1栅极处的栅极电压降低到低于足够的偏置导通电压(见图12A)。
当Q1的VBE电压下降时，即由于诸如屏蔽件513、515损坏或电压在腐蚀区域上下降之类的故障，Q1基极处的偏置导通电压不足以使Q1在A处的正电压摆动期间保持其导通状态。SCR1栅极处的栅极电压上升到触发SCR1的SCR1栅极偏置导通电压(见图12C)，这足以增加流过螺线管519的电流，给螺线管519供电，将手动复位开关518脱开。于是，中断了从AC线路电源到负载的电力。
另外参见图10A，图中显示有图3B-图3E中所示回线的电路连接的分解局部视图。本领域技术人员将理解前面所述电路的替代屏蔽连接。
另外参见图13，图中显示有根据本发明一种方法的流程图，该方法用于构建一种电力线缆，用于检测和中断电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压，步骤1300。
步骤1301提供单位长度的绝缘后的导电中线。步骤1302用具有导电侧和非导电侧的导电缠绕件缠绕绝缘后的中线，导电侧朝外。缠绕件的导电侧可以是任何合适的导电材料，这种材料为例如铝箔。步骤1303围绕经过缠绕的中线缠绕导电柔性介质，使得柔性介质与导电缠绕件的导电侧电接触，并覆盖该单位长度的经过缠绕的中线的30％。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
步骤1304提供单位长度绝缘后的导电相线，步骤1305提供单位长度镀锡导线。镀锡线可以是任何合适的导线，例如实心导线或绞合导线。步骤1306用具有导电侧和非导电侧的相线屏蔽件缠绕镀锡线和绝缘后的导电相线，使导电侧朝内并与镀锡线电接触(见图3A-图3B)。
步骤1307在电力线缆的负载端将镀锡线连接到导电柔性介质或中线屏蔽件。
步骤1308提供用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)和用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件完整性的屏蔽完整性电路(SIC)。所述LCDC和SIC可以是先前描述的任何实施例。
步骤1309在中线屏蔽导体的线路端处将LCDC和SIC连接到导电柔性介质。可以明白，这里描述的诸屏蔽件在电力线缆的负载端串联连接。步骤1310提供电力供应源电路，用于给LCDC和SIC供电，并且还以第一电压在相线屏蔽件的线路端给相线屏蔽件供电。
如果LCDC检测到电压升高到高于第一电压(例如，发生电弧的情况)，则步骤1313中断AC线路电压。
如果SIC检测到第一电压下降到低于第二预定水平，则步骤1314中断AC线路电压。(见图11A-图12C)。
另外参见图13A，显示了根据本发明一种替代方法流程图的图解，该方法用于构建一种电力线缆，用于检测和中断电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压，步骤1301A。
步骤1302A提供单位长度绝缘后的导电的中线、相线、回线和地线。步骤1303A用具有导电侧和非导电侧的屏蔽件缠绕绝缘后的导电的中线、相线、回线和地线，使屏蔽件的导电侧朝外。(见图3B-3C)缠绕件的导电侧可以是任何合适的导电材料，这种材料例如为铝箔。
步骤1304A围绕屏蔽件缠绕导电柔性介质，使得导电柔性介质与屏蔽件的导电侧电接触，并且导电柔性介质覆盖单位长度的30％。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
步骤1305A在电力线缆负载端将回线连接到导电柔性介质和/或屏蔽件。
步骤1306A和1307A提供：漏电检测电路(LCDC)，用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流；和屏蔽完整性电路(SIC)，用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件的完整性。所述LCDC和SIC连接到回线。LCDC和SIC可以是先前描述的任何实施例。
步骤1308A提供用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)以及用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件完整性的屏蔽完整性电路(SIC)。所述LCDC和SIC可以是先前描述的任何实施例。
步骤1309A经由回线将LCDC和SIC连接到导电柔性介质。可以明白，这里描述的诸屏蔽件在电力线缆的负载端串联连接。
步骤1310A提供电力供应源电路，用于给LCDC和SIC供电，并且还以第一电压在相线屏蔽件的线路端给相线屏蔽件供电。
如果LCDC检测到电压升高到高于第一电压(例如，发生电弧的情况)，则步骤1313A中断AC线路电压。
如果SIC检测到第一电压下降到低于第二预定水平，则步骤1314A中断AC线路电压。(见图11A-图12C)。
另外参见图13B，图中显示有根据本发明第二替代方法流程图的图解，该方法用于构建一种电力线缆，用于检测和中断电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压，步骤13C00。
步骤13C01提供单位长度绝缘后的导电中线。步骤13C02用具有导电侧和非导电侧的中线屏蔽件缠绕绝缘后的导电中线，使导电侧朝外。步骤13C03围绕中线屏蔽件缠绕导电柔性介质，使得导电柔性介质与中线屏蔽件的导电侧电接触，并且导电柔性介质覆盖单位长度的30％。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。
步骤13C04至13C06提供单位长度绝缘后的导电相线。绝缘后的导电相线用具有导电侧和非导电侧的相线屏蔽件缠绕，使导电侧朝外。围绕相线屏蔽件缠绕导电柔性介质，使得导电柔性介质与相线屏蔽件的导电侧电接触，并且导电柔性介质覆盖单位长度的30％。导电柔性介质可以是任何合适的导电材料，诸如铜柔性介质，或者由诸如但不限于高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线或导电石墨烯纱等导电材料编织而成的导电柔性介质。(见图3D-图3E)。
步骤13C07在电力线缆的负载端将回线连接到相线屏蔽件和中线屏蔽件。步骤13C08和13C09提供用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)以及用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件完整性的屏蔽完整性电路(SIC)。所述LCDC和SIC连接到回线。
步骤13C10提供电力供应源电路，用于给LCDC和SIC供电，并且还以第一电压在相线屏蔽件的线路端给相线屏蔽件供电。如果LCDC检测到电压升高到高于第一电压(例如，发生电弧的情况)，则步骤13C13中断AC线路电压。如果SIC检测到第一电压下降到低于第二预定水平，则步骤13C14中断AC线路电压。(见图11A-图12C)。
应当明白，上述描述仅是对本发明的说明。因此，在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以设计各种替代和修改。例如，固态器件SCR1或Q2可以是任何合适的固态器件。相应地，本发明意图包括落入所附权利要求范围内的所有此类替代、修改和变化。

Claims (23)

1.一种用于构建电力线缆和电路的方法，用于检测并在检测到电力线缆故障时中断电力线缆的交流(AC)线路端和负载端之间的线路电压，所述方法包括：
在所述电力线缆的负载端和AC线路端之间提供绝缘后的导电中线；
提供具有导电侧和非导电侧的中线屏蔽件；
用所述中线屏蔽件缠绕所述绝缘后的导电中线，使导电侧朝外；
围绕所述中线屏蔽件缠绕导电柔性介质；
在所述电力线缆的负载端和线路端之间提供绝缘后的导电相线；
提供镀锡线；
提供具有导电侧和非导电侧的相线屏蔽件；
用所述相线屏蔽件缠绕所述绝缘后的导电相线和所述镀锡线，使导电侧朝内并与所述镀锡线相接触；以及
在电力线缆的负载端将所述镀锡线连接到所述导电柔性介质。
2.如权利要求1所述的方法，其中，围绕所述中线屏蔽件缠绕导电柔性介质还包括缠绕铜柔性介质，所述铜柔性介质包括每单位长度电力线缆30％的铜柔性介质覆盖率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，围绕所述中线屏蔽件缠绕导电柔性介质还包括缠绕从以下组中选择的导电柔性介质，该组由以下材料构成：高性能碳纤维/金/铜复合导线、导电石墨烯线和导电石墨烯纱。
4.如权利要求1所述的方法，还包括在电力线缆的负载端和线路端之间邻近所述导电柔性介质提供浸水检测缆线。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在电力线缆的负载端和线路端之间提供双绞式浸水检测缆线。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
提供用于检测来自导电中线或导电相线的AC漏电流的漏电检测电路(LCDC)；
提供用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件的完整性的屏蔽完整性电路(SIC)；
在电力线缆的线路端将LCDC和SIC连接到导电柔性介质；以及
提供整流电力供应源电路，用于以第一电压给LCDC、SIC和镀锡线供电。
7.如权利要求6所述的方法，其中，提供用于监视中线屏蔽件或相线屏蔽件完整性的屏蔽完整性电路(SIC)还包括：如果第一电压降低到低于第一预定水平，则中断电力线缆的负载端和AC线路端之间的线路电压。
8.如权利要求6所述的方法，其中，提供用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)还包括：如果第一电压超过第二预定水平，则中断电力线缆的负载端和线路端之间的线路电压。
9.一种用于构建电力线缆的方法，所述电力线缆具有负载端和AC线路端，所述方法包括：
在所述电力线缆的负载端和AC线路端之间提供绝缘后的导电中线；
提供具有导电侧和非导电侧的中线屏蔽件；
用所述中线屏蔽件缠绕绝缘后的导电中线，使导电侧朝外；
围绕所述中线屏蔽件缠绕导电柔性介质；
在所述电力线缆的负载端和线路端之间提供绝缘后的导电相线；
提供具有导电侧和非导电侧的相线屏蔽件；
用所述相线屏蔽件缠绕绝缘后的导电相线，使导电侧朝内；以及
在所述负载端串联连接所述中线屏蔽件和相线屏蔽件。
10.如权利要求9所述的方法，其中，围绕所述中线屏蔽件缠绕导电柔性介质还包括缠绕铜柔性介质，所述铜柔性介质包括每单位长度电力线缆30％的铜柔性介质覆盖率。
11.如权利要求9所述的方法，还包括：
提供用于检测来自导电中线或导电相线的漏电流的漏电检测电路(LCDC)；
提供用于监视所述中线屏蔽件或相线屏蔽件完整性的屏蔽完整性电路(SIC)；
在所述电力线缆的线路端将所述LCDC和SIC连接到导电柔性介质；
提供电力供应源电路，用于以第一电压给LCDC、SIC和相线屏蔽件供电；以及
如果第一电压降低到低于第一预定水平，则SIC中断电力线缆的负载端和AC线路端之间的线路电压。
12.如权利要求11所述的方法，其中，提供用于检测来自导电中线或导电相线的AC漏电流的漏电检测电路(LCDC)还包括：如果第一电压超过第二预定水平，则LCDC中断电力线缆的负载端和AC线路端之间的线路电压。
13.如权利要求11所述的方法，还包括提供连接到SIC的光检测装置。
14.如权利要求9所述的方法，还包括提供放置在所述相线屏蔽件和绝缘后的相线之间的镀锡线。
15.如权利要求9所述的方法，还包括：
提供放置在AC线路端和负载端之间的机械闭锁式双极型开关；
提供用于在收到来自LCDC或SIC的解锁信号时解锁所述机械闭锁式双极型开关的螺线管。
16.如权利要求9所述的方法，还包括在电力线缆的负载端和AC线路端之间提供浸水检测缆线。
17.如权利要求11所述的方法，其中，提供电力供应源电路还包括提供全波桥式整流器电路。
18.一种方法，用于在检测到电力线缆故障时中断屏蔽后的电力线缆的交流(AC)线路端和负载端之间的AC线路电压，所述方法包括：
提供漏电检测电路(LCDC)，用于检测来自电力线缆的AC漏电流以及如果检测到漏电流则中断屏蔽后的电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压，其中，提供LCDC还包括：
提供具有导通/关断状态的双稳态闭锁装置；
提供连接到所述双稳态闭锁装置的电荷保持装置；
给所述电荷保持装置充电至第一电荷；
提供屏蔽完整性电路(SIC)，用于监视屏蔽后的电力线缆的完整性，以及如果屏蔽完整性受到损坏，则中断屏蔽后的电力线缆的AC线路端和负载端之间的线路电压；
将所述LCDC和SIC连接到屏蔽后的电力线缆；
提供电力供应源电路(PSC)，用于以第一电压给LCDC、SIC和屏蔽后的电力线缆供电；以及
用第一电压给屏蔽后的电力线缆供电。
19.如权利要求18所述的方法，其中，提供用于检测来自屏蔽后的电力线缆的漏电流的漏电检测电路(LCDC)还包括：将双稳态闭锁装置闭锁到导通状态，以及如果第一电荷升高到预定电荷水平，则中断屏蔽后的电力线缆的负载端和线路端之间的AC线路电压。
20.如权利要求18所述的方法，其中，提供用于监视屏蔽后的电力线缆的完整性的屏蔽完整性电路(SIC)还包括：
如果第一电压降低到低于第一预定水平，则中断电力线缆的负载端和AC线路端之间的AC线路电压。
21.如权利要求20所述的方法，其中，提供屏蔽完整性电路(SIC)还包括：
提供第一npn晶体管；
提供固态开关装置；
将第一npn晶体管和固态开关装置连接到电力供应源；
将第一npn晶体管连接器连接到固态开关装置；
在AC线路电压的正周期期间，在不存在电力线缆故障的情况下，使第一npn晶体管充分偏置成为导电状态，以防止固态开关装置从关断状态切换到导通状态；以及
如果检测到电力线缆故障，则使第一npn晶体管偏置成为非导电状态，以将固态开关装置触发成导通状态。
22.如权利要求21所述的方法，其中，提供固态开关装置还包括提供第二npn晶体管。
23.如权利要求21所述的方法，其中，提供固态开关装置还包括提供硅控整流器(SCR)。
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