CN1207831A - 电路保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种电气保护系统,它可联结在供电电源与电气负载之间,以形成一种带一载流馈线和一回线的工作电路,采用该种联结,保护系统可为工作电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护,该系统包括:a.一种电路中断元件,若系统采取该种联结形式,该中断元件可提供正常与故障两种状态,正常状态时,电路中允许流经一正常电流INORMAL,故障状态时,电路中至多只允许流经一个小电流,其值比INORMAL小得多;b.一种比较元件,若系统采取该种联结形式,(1)该比较元件包括(a)一个检测电路载流馈线内电流ILINE值的馈线检测器,馈线检测点位于馈线检测输入点与馈线检测输出点之间,(b)一个检测电路回线内电流IRETURN值的回线检测器,回线检测点位于回线检测输入点与回线检测输出点之间,(c)一个可选择采用的检测电流IPASSTHRU值的通路检测器,通路检测点位于通路线路之内,(2)比较元件通过比较ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而确定一个线路有效电流ICOMPARISON,若ICOMPARSON从一个小于预定不平衡电流值IIMBALANCE增至一个大于IIMBALANCE的值的话,那么比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态;c.一种旁路元件,若系统采取上述联结形式,旁路元件将流经有电流IBYPASS,当电路过流和/或过压时,IBYPASS便发生变化,并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE,这样,比较元件就将电路中继元件的正常状态切换为故障状态。
Description
本发明涉及电路的电气保护。接地故障断续器(GFI)广泛地用于电路接地漏电保护以消除其带来的危害。GFI将电路中两个流入不同位置的电流进行比较,如果两电流的偏差超过一个预定的值,譬如,当两个位置之间发生接地故障时,GFI便将电路切断。然而,GFI对不产生这种不平衡电流的故障起不到保护作用,例如,由负载短路而导致的过电流,或者由点燃、静电释放、开关电抗负载带来的过电压等等。
我们一直在研究将GFI用于装置中,使得该装置除有接地故障保护功能外,还能为电路提供过流和/或过压保护。我们发现,按照本发明,极有用的过流与过压保护系统可利用GFI制成。在本发明的一个实施方案中,通过给GFI线路串联第一个控制元件,且在第一个控制元件同GFI线路联结后,再并联第一个旁路元件,这样即可提供过流保护。在正常电流情况下,极小或没有电流流经第一个旁路元件。但是,若该系统中流经有过电流时,第一个控制元件的电压便升高,致使第一个旁路元件内电流增加,由此GFI内便造成了一个不平衡电流而使GFI跳闸。
在本发明的另一个实施方案中,通过以下方式联结第一个旁路元件而实现过压和/或过流保护:1)经过GFI变压器从GFI的馈线输入点联至GFI的回线输出点;2)从GFI的馈线输入点联至GFI的回线输入点;3)经过GFI变压器从GFI的馈线输出点联至GFI的回线输入点;或4)从GFI的馈线输出点联至GFI的回线输出点。正常情况下,极小或没有电流流经第一个旁路元件。但是,若系统出现过电压或过电流时,将有一个较大的电流流经第一个旁路元件,GFI内便造成一个不平衡电流而使GFI跳闸。
因此,根据本发明,常用的GFI装置可用于电路、电气设备与电气系统中,除提供接地故障保护外,还综合有过流和/或过压保护。由GFI提供的这种保护可以补充或代替过去由单独的保护系统来提供电路的过流和/或过压保护。本发明在许多应用中都具有优越性,譬如,其范围可从墙口支撑的单个耗电设备到工业电力系统。
从一种优选的角度,本发明提供了一种电气保护系统,它可联结在供电电源与电气负载之间,以形成一种带一载流馈线和一回线的工作电路,采用该种联结,保护系统可为工作电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护,该系统包括:
a.一种电路中断元件,若系统采取该种联结形式,该中断元件可
提供正常与故障两种状态,正常状态时,电路中允许流经一正
常电流INORMAL,故障状态时,电路中至多只允许流经一个小电
流,其值比INORMAL小得多,
b.一种比较元件,若系统采取该种联结形式,
(1)该比较元件包括:
(a)一个检测电路载流馈线内电流ILINE值的馈线检测器,馈线检
测点位于馈线检测输入点与馈线检测输出点之间,
(b)一个检测电路回线内电流IRETURN值的回线检测器,回线检测
点位于回线检测输入点与回线检测输出点之间,
(c)一个可选择采用的检测电流IPASSTHRU值的通路检测器,通路检
测点位于通路线路之内,
(2)比较元件通过比较ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而确定一个线路
有效电流ICOMPARISON,若ICOMPARISON从一个小于预定不平衡电流值
IIMBALANCE增至一个大于IIMBALANCE的值的话,那么比较元件就将电路中
断元件的正常状态切换为故障状态;
c.第一种旁路元件,若系统采取上述联结形式,旁路元件将流经有电流IBYPASS,当电路过流和/或过压时,IBYPASS便发生变化,并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE,这样,比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态。
从另种优选的角度,本发明提供一种电路,它包括一供电电源、一负载、一载流馈线、一回线以及一种电气保护系统,保护系统可为工作电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护,该系统包括:
a.一种电路中断元件,它可提供正常与故障两种状态,正常状态时,电路中允许流经一正常电流INORMAL,故障状态时,电路中至多只允许流经一个小电流,其值比INORMAL小得多;
b.一种比较元件,
(1)它包括
(a)一个检测电路载流馈线内电流ILINE值的馈线检测
器,馈线检测点位于馈线检测输入点与馈线检测输出
点之间,
(b)一个检测电路回线内电流IRETURN值的回线检测器,
回线检测点位于回线检测输入点与回线检测输出点
之间,
(c)一个可选择采用的检测电路IPASSTHRU值的通路检测
器,通路检测点位于通路线路之内,
(2)比较元件通过比较ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而确定一个
线路有效电流ICOMPARISON,若ICOMPARISON从一个小于预定不平
衡电流值IIMBALANCE增至一个大于IIMBALANCE的值的话,那么
比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状
态;
c.第一种旁路元件,它流经有电流IBYPASS,当电路过流和/或过
压时,IBYPASS便发生变化,并由此使得ICOMPARISON增加到大于
IIMBALANCE,这样,比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为
故障状态。
在此详述中,词“接地故障”系指诸如GFI比较元件之外的任何故障,它使比较元件的一个检测线上产生一个电流,该电流与比较元件的另一个检测线上的电流不成匹配,即不为数值相等和方向相反。在此,词“比较元件之外”系指比较元件馈线检测输出点与比较元件回线检测输入点之间的电路中的任何一点。
通过GFI或其它类型比较元件,本发明的保护系统除提供正常的接地故障中断保护外,还可以组成过流及过压保护。它们也可以除提供接地故障中断保护外,只组成过流或者过压保护。
本发明提供一种电路保护系统,它可对电路进行(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护。为便于理解,详述及附图所讲述的系统除提供接地故障保护外,还有过流保护或过压保护,但不同时具备过流过压两种保护。但讲述的这种系统可很容易联结成既有过流保护,又有过压保护,同时又具备接地故障保护。
本发明的一个优点就在于,它可以采取运用广泛的GFI装置,或对这些装置进行一些简单的修改后再使用。因此,在发明详述中,若要展示比较元件的功能,就需常常参考GFI电路。但是,应当理解,本发明可以采用带指定功能特性的任何比较元件。
预定电流非平衡值IIMBALANCE优选地采用一个5~20mA的固定值,这是GFI的典型技术特征,该电流可使比较元件“跳闸”(即使其从正常状态切换为故障状态)。但是,如果接地故障的灵敏度设定得更高或更低的话,IIMBALANCE的值相应可采用更小或更大的值。
通常,比较元件只是带有一个固定的IIMBALANCE值,但比较元件也可包括一定的装置,以将IIMBALANCE值从一个预定值交换为另一个值。
正如下文详细讨论的一样,在本发明的一些实施方案中,如果使GFI跳闸的IIMBALANCE为一预定值的话,那么,使GFI(不含过流或过压保护)跳闸的接地故障漏电流其值可通过在发明中选择采用其它器件得以改变。
通常,GFI含有一个变压环,变压环带有(ⅰ)一个一次馈线线圈,(ⅱ)一个相应的一次回线线圈,以及(ⅲ)一个与电平探测电路相联的二次线圈,另外还有一根独立的测试线,它通过变压环且用于测试GFI。若本发明采用该种GFI,一次馈线线圈便做成电路馈线的一部分,在它通过变压环时以提供馈线检测点;而一次回线线圈也做成电路回线的一部分,在它通过变压环时以提供回线检测点。如果本发明系统包括有通路线路的话,便采用一根独立的测试线作为通路线路,在它通过变压环时以提供通路检测点。假使没有通路线路,就无需采用独立测试线,这也不会影响系统的工作。变压环与一次馈线线圈共同供给馈线检测器,而变压环与一次回线线圈则共同供给回线检测器。若采用通路线路,变压环便与独立测试线共同供给通路检测器。变压环、二次线圈及GFI的电平探测电路则供给比较元件。线路有效电流ICOMPARISON为变压环从一次馈线线圈、一次回线线圈、有时还有独立测试线上的各分配电流中检测到的线路电流。在二次线圈中产生一个与ICOMPARISON成比例的电流且由电平探测电路进行检测,当二次线圈电流指示为ICOMPARISON从一个小于IIMBALANCE的值增至大于IIMBALANCE时,电平探测电路便给GFI继电器增能(或去能),使负载从电路中断开。
如有需要,常规GFI可得到修改,使得通路线路通过变压环两次或多次,以放大IBYPASS的作用。
在本发明的第一个实施方案中,提供有过流保护,系统的第一个旁路元件包括一个单独的旁路器,在联结时,它只跨越馈线检测点与回线检测点中的一个,而不是两个。在此,该旁路器是指第一个旁路器。这个实施方案中,没有采用通路检测器,而是在第一个旁路器跨接的范围内给工作电路的馈线(或回线)上串联一个单独的控制元件。在此,该控制元件是指第一种控制元件。在这种实施方案中,第一种控制元件作如下选择,在工作电路遇到过流时,其两端电压VFIRST-CONTROL不断上升,由此导致第一种旁路器两端的电压VFIRST-BYPASS增加,也就使得第一种旁路器内流经的电流IFIRST-BYPASS增加了。
本发明的第一种实施方案可采用含串联电阻(RS)的第一种控制元件,以及含旁路电阻(RB)的第一种旁路器,两者电阻关系为
RB=RS×(ITRIP/IIMBALANCE)此处,ITRIP为电路中(即负载中)在GFI提供过流保护时的跳闸电流,而上面定义的IIMBALANCE则为使GFI跳闸的不平衡电流。这个关系式确保了GFI的电压降(电流变换)可以忽略。
这种装置提供有过流保护,但是,在电路正常工作状态下,GFI中会带有一定的不平衡电流,所以也可能导致接地故障电流变化而使GFI跳闸。譬如,若GFI电路在不平衡电流IIMBALANCE为5mA时跳闸,而RB/RS比值为2000,那么,由上述等式可知,该装置将在电路电流ITRIP为2000×5mA或10A时跳闸。然而,例如电路的电流为5A的话,则RB中的电流为2.5mA,这样,馈线检测点与回线检测点之间只要有一个2.5mA的接地故障,便可使GFI电路跳闸。
由于发明采用的器件会扩大接地故障电流的变化而使GFI跳闸,所以,为消除或减少这种情况,常优选采用:1)第一种控制元件的阻抗为电流的非线性函数;或/和2)第一种旁路器的阻抗为电压的非线性函数。
共同悬而未决的、共同指定的美国专利申请系列号60/003,733(标号MP1559-US1)公布有过流保护电路,其采用的GFI装有第一种控制元件,比如一种正温度系数(PTC)装置,它的阻抗为电流的非线性函数,这种GFI在大过电流的电路保护系统中特别适用。本发明的第一个优选实施方案实例中包含一个装有并联器件的GFI,该并联器件的阻抗为电压的非线性函数。
在馈线电流ILINE接近使GFI跳闸的电流IFIRSFTRIP之前,第一种旁路器内的电流IFIRST-BYPASS(它可在GFI内引起一个对应的不平衡电流IGIF)一直都很小。这样,就能保证在正常工作状态时第一种旁路器不会对电路的电气特性产生较大的影响,但对于过电流,反应会极为迅速。因此,若ILINE等于0.90×IFIRST-TRIP,尤其是ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS需优选地采取小于0.10×IIMBALANCE的值,当ILINE为0.99×IFIRST-TRIP时更是这样。但是,如果ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP,尤其是ILINE为0.99×IFIRST-TRIP时,采取的IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE,特殊情况时要小于0.001×IIMBALANCE,这样做的性能会更好。
上文指出,第一种旁路器与/或第一种控制元件优选地具备非线性特征,这样,当ILINE超过一个特定值时,流经旁路元件的电流会相应经历一个非线性变化。这可以通过一个或一种适当的组合来实现。这种适当组合包括但不局限于:
a)第一种控制元件包括一个串联电阻,第一种旁路器包括一个二
极管。电路电流在加于二极管两端的串联电阻上引起一个电
压。当电压超过二极管的正向电压时,二极管导通。由于GFI
电路可设置在正弦波电流的正半周期与负半周期内跳闸,所以
呆以采用两个二极管,二极管作并联联结且其极性倒置。
b)第一种控制元件包括一个串联电阻,第一种旁路器包括两个“背
靠背”串联联结的齐纳二极管,也就是说,它们作阳极对阳极
或阴极对阴极联结。当电压超过二极管齐纳击穿电压时,齐纳
二极管导通。
c)第一种控制元件包括一个串联电阻,第一种旁路器包括一个变
阻器。电路电流在加于变阻器两端的串联电阻上引起一个电
压。当电压超过变阻器开关电压时,变阻器导通。
d)第一种控制元件包括一个电感器,第一种旁路器包括一个旁路
电阻。电感器的阻抗随着电流急剧增加而增加,由此在旁路电
阻两端加上一个升高的电压,以产生一个不平衡电流流过旁路
电阻。这种组合的局限在于,对于电流上升率低的过电流,电
感器将不作响应。
e)第一种控制元件包括一个串联电阻,第一种旁路器包括一个电
容器。电路电流的迅速变化将导致串联电阻两端电压急剧变
化。随着电压的急剧变化,电容器的阻抗将会降低,于是电容
器中产生一个不平衡电流。这种组合也有一种局限,就是对于
电流下降率低的过电流它不会作出响应。
f)第一种控制元件包括一个半导体开关设备,第一种旁路器包括
一个旁路电阻,当电路电流超过预定值时,安装的开关设备就可用来检测电流值,然后将电流转给旁路电阻。
g)第一种控制元件包括一个PTC装置,第一种旁路器包括一个旁
路电阻。电路中的过电流使得PTC装置发热而将其电阻升高,
由此把电流转给旁路电阻。
在上述适当组合中,若第一种旁路器不带有电阻的话,极限过流就可能损坏含旁路器的设备,譬如,由负载短路而引起的极限过流等。因此,第一种旁路器还是优选地含有一种限流电阻,并将它同上述设备串联。
本发明的第二种实施方案还另外提供一种过流保护,具体地说,就是保护极高的过电流。本发明的第二种实施方案包括有第二种控制元件和第二种旁路元件,第二种控制元件同第一种控制元件与第一种旁路元件的公共输入点串联,而第二种旁路元件在联结时跨越了第二种控制元件及第一种旁路元件。在该实施方案中,选择的第二种控制元件在电路电流正常情况下具有极小的阻抗,而一旦工作电路遇到极高的过电流时,例如短路,它的阻抗便急剧上升到一个很大的值。当第二种控制元件阻抗变得很大时,电流便转给第二种旁路元件,由此,在比较元件中便导致一个不平衡电流。
本发明的第三种实施方案提供有过压保护,其中,系统的第一种旁路元件也包括一个单独的旁路器,但是该旁路器联结在(1)馈线检测输入点与回线检测输入点之间,(2)馈线检测输出点与回线检测输出点之间,(3)馈线检测输入点与回线检测输出点之间,且含有一通路线,或者(4)馈线检测输出点与回线检测输入点之间,且含有一通路线。此处,该旁路器系指第二种旁路器,在本发明的第三种实施方案中,如果工作电路遇到过电压,选择的第二种旁路器其通过的电流ISECOND-BYPASS就会增加。
在本发明的第三种实施方案中,为采用GFI作过压保护,且基本不影响GFI的接地故障中断操作,第二种旁路器优选采取一种阻抗,该阻抗为电压的非线性函数。因此,在该实施方案中,优选地采用以下方法,即在电路电压VCIRCUIT接近电压VSECOND-TRIP之前,第二种旁路器内流经的电流ISECOND-BYPASS(它在GFI内引起一个相应的不平衡电流IGFI)一直都很小,此处的电压VSECOND-TRIP将使ISECONP-BYPASS上升到一个使GFI跳闸的电流值IIMBACANE。这样,就能保证在正常工作状态时第二种旁路器不会对电路的电气特性产生较大的影响,但对于过电压,反应会极为迅速。因此,若VCIRCUIT等于0.90×VSECOND-TRIP,尤其是VCIRCUIT等于0.95×VSECOND-TRIP时,ISECOND-BYPASS需优选地采取小于0.10×IIMBALANCE的值,当VCIRCUIT为0.99×VSECOND-TRIP时更是这样。但是,如果VCIRCUIT等于0.95×VSECOND-TRIP,尤其是VCIRCVIT为0.99×VSECOND-TRIP时,采取的ISECOND -BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE,特殊情况时要小于0.001×IIMBALANCE,这样做的性能会更好。
上文指出,第二种旁路器优选地具备非线性特征,这样,当CCIRCUIT超过一个特定值时,流经第一种旁路元件的电流会相应经历一个非线性变化。第二种旁路器可包括一些诸如电压反馈或电平箝位的器件,如变阻器、二极管、齐纳二极管、气体放电管或火花隙等等。
在本发明的第四种实施方案中,供有过电流(或欠电流)保护,其中,系统的第一种旁路元件也包括有第二种旁路器,该旁路器联结在(1)馈线检测输入点与回线检测输入点之间,(2)馈线检测输出点与回线检测输出点之间,(3)馈线检测输入点与回线检测输出点之间,且含有一通路线,或者(4)馈线检测输出点与回线检测输入点之间,且含有一通路线。但是,该第四种实施方案中,第二种旁路器包括一个开关装置,且系统含有第一种控制元件,而第一种控制元件则联结在工作电路的馈线(或回线)当中。第一种控制元件为一种电流响应器,且同开关装置相连接。电流响应器作如下选择,当ILINE为正常值时,电流响应器让开关装置保持在打开状态,而当ILINE超过(或者,在欠流保护时低于)一预定值ISECOND-TRIP时,电流响应器便使得开关装置切换到闭合状态。
前文讨论的本发明第一、第二、第三种实施方案均指出,至少含有第一种旁路元件与第一种控制元件其中一种的器件,它们优选地带有非线性特征,这样,当电路过流及/或过压时,流经第一种旁路元件的电流会经历一个非线性变化。在本发明的第四种实施方案中,第二种旁路器通过采用开关装置而实现了优选的非线性。这种开关装置可以含有电力机械装置,譬如继电器,也可含有固态开关装置,正如第一、第二及第三种实施方案采用的优选设计一样,固态开关装置能够产生一种非线性响应。
本发明的第五种实施方案提供另外一种过流保护,具体地说,也是一种极高的过电流保护,例如短路等。本发明的第五种实施方案包括有第二种控制元件以及第二种旁路元件,第二种控制元件串联在比较元件的馈线侧,而第二种旁路元件在联结时跨过第二种控制元件和比较元件的馈线侧。第二种控制元件与第二种旁路元件的作用方式同上述本发明第二种实施方案中各自相应元件的作用方式是一样的。带有第二种控制元件及第二种旁路元件的一个目的就是,保护第一种控制元件中的器件,使其免遭极高的过电流,例如由负载短路而带来的极高过电流等等。
本发明的第六种实施方案提供有过压保护。本发明的第六种实施方案包括有第一种控制元件,它联结于馈线侧与回线侧之间,且与负载并联。类似于本发明的第四种实施方案,第一种旁路元件包括第二种旁路器,它联结在(1)馈线检测输入点与回线检测输入点之间,(2)馈线检测输出点与回线检测输出点之间,(3)馈线检测输入点与回线检测输出点之间,且含有一通路线,或者(4)馈线检测输出点与回线检测输入点之间,且含有一通路线。如同第四种实施方案一样,第二种旁路器包含一个开关装置。第一种控制元件为一种电压响应器,且同开关装置相连接。电压响应器作如下选择,当负载电压VLOAD为正常值时,电压响应器让开关装置保持在打开状态,而当负载电压超过一预定值VSECOND-TRIP时,电压响应器便使得开关装置切换到闭合状态。
附图1示出了一种含有常规GFI装置的优先技术电路。为简化叙述下文附图所示的电路,点线内画有一些器件,这些器件除了包括第一套接触器14和第二套接触器16外,还有GFI装置,它们称作为GFI电路,并以通用参考数字10表示。在常规GFI装置中,馈线8与回线6内的电流在GFI变压器28的两个一次线圈32、34流通,且方向相反。若馈线8与回线6内的电流相等,那么,GFI变压器28内的磁场为零,由此在二次线圈26内产生的电流基本为零。若馈线8与回线6内的电流不等,譬如,当馈线8到地线12之间发生接地故障时,该不平衡电流则在GFI变压器28内产生一个磁场。假使不平衡电流超过第一个确定的临界值,那么,GFI变压器28内产生的磁场将导致二次线圈26内的感应电流超过第二个确定的临界值。探测电路22一旦检测到二次线圈26内的感应电流超过第二个临界值,便为闩锁继电器18增能(或为一有源继电器去能)。闩锁继电器增能后,正常闭合的接触器14、16打开,于是切断供给负载4的电源。接触器14、16在人工复位到闭合状态之前一直是打开的。
有一种接地故障断续器,使GFI跳闸的馈线8与回线6间的不平衡电流典型地采取5毫安(mA)。在典型的GFI电路实现方法中,探测电路22只是在正半周期或负半周期里检测不平衡电流值,例如,采用一种电容器,使其在半个周期内充电,而在另半个周期内放电。由于制造工艺不同,所以,如果没有昂贵的测试方法,就不能确定GFI装置究竟需要在哪个半周期内检测不平衡电流值。
附图2示出了GFI电路10及其各个输入点和输出点。在此,GFI电路10带有一个馈线电路21,此电路包括一个馈线电路输入点11及一个馈线电路输出点13。GFI电路10还带有一个回线电路23,此电路包括一个回线电路输入点17及一个回线电路输出点15。电源供给馈线电路输入点11与回线电路输出点15,负载则联结在馈线电路输出点13与回线电路输入点17上。馈线电路21指的是GFI电路10中检测馈线8电流的那部分,而回线电路23指的是GFI电路10中检测回线6电流的那部分。
附图3示出了本发明电路保护系统的第一种实施方案,并用方框图描述了电路100的各个工作元件,该实施方案的作用为提供过流保护。工作元件代表着各个含保护系统的电气器件的功能。电源102为电路提供电功率,而负载112则是本电路的目的。第一种控制元件104、第一种旁路元件106、比较元件114及中断元件108相互协调工作,以提供过流保护。在过流状态时,第一种控制元件104将电流转给第一种旁路元件106,由此(在馈线电流与回线电流之间)产生一个不平衡,通过比较元件114可以检测出这种不平衡情况。当转给第一种旁路元件106的电流达到一确定临界值时,比较元件114便把信号传达给中断元件108,使中断元件108将流入负载112的电流降小或截止。类似于附图2所述的GFI电路10,比较元件114带有一个馈线检测器121和一个回线检测器123,馈线检测器121包括一个馈线检测输入点111和一个馈线检测输出点113,而回线检测器123则包括一个回线检测输入点117和一个回线检测输出点115。
此处,在馈线检测输入点111与馈线检测输出点113之间,馈线检测器121内有一点,在此把它称作为馈线检测点;而在回线检测输入点117与回线检测输出点115之间,回线检测器123内也有一点,它称作为回线检测点。
附图4所示电路为本发明第一种实施方案的一个次级优选例子,它采用了一个带GFI电路10的装置,GFI电路10中有两个电阻器,第一个为串联电阻(RS)42,第二个为旁路电阻(RP)44。该电路20虽提供了过流保护,但是对GFI跳闸的接地故障电流带来了一些变化。通过选择RS42与RP44的值,GFI电路10的跳闸不平衡电流可得到精确设置。如上所述,譬如,若GFI电路10在不平衡电流为5mA时跳闸,且RP/RS比值为2000,那么系统将在电路电流为2000×5mA,或者说10A时跳闸。但是,如果电路正常电流为5A,那么RP44内的电流即为2.5mA,馈线8只要与接地线发生2.5mA的故障电流就可使GFI电路10跳闸。
根据本发明,附图5示出了GFI电路保护系统其第一种实施方案的优选范例。电路30中,串联电阻52串接在电源2和GFI电路10其馈线电路输入点11之间的线路里。串联电路52与GFI电路10线电路21作串联联结,而第一个二极管54和第二个二极管56则同上述电路并联起来。第一和第二个二极管54、56在联结时,极性倒置,以保证GFI电路10在不确定的半个周期内检测到不平衡电流。在下面叙述附图5电路时,假定GFI电路10是在正半周期内检测不平衡电流,而且第一个二极管54为装置中的工作二极管。串联电阻52的电阻极小,这样,只要串联电阻52两端的电压小于第一个二极管54的正向电压值,就几乎没有电流流经第一个二极管54,而且馈线8与回线6间的不平衡电流也较小。一旦串联电阻52两端电压达到第一个二极管54的正向电压值,第一个二极管54便导通,GFI电路10跳闸,接触器14、16打开。比如,若串联电阻52的阻值为0.05Ω,而第一个二极管54的正向电压为0.5V,电路10的电流达到10A时GFI电路10就会跳闸。可采用其它一些器件来代替第一和第二个二极管54、56,如齐纳二极管、变阻器、晶体管或其它固态装置等等。
回过头来再参考附图3与5,上述的第一种控制元件104及其包括的串联电路52同比较元件114是分开的。第一种控制元件104及其后面的串联电阻52的功能为,在第一种旁路元件106两端感应一个代表电路电流的电压。当然,第一种控制元件104的功能也可由一种类似的器件置于比较元件114当中来代替,这种器件如电阻等。另外,包括第一种控制元件104及第一种旁路元件106在内的器件,即串联电阻52及二极管54、56,它们都是联结在GFI电路10的馈线电路21周围。根据本发明,第一种控制元件104与第一种旁路元件106可以类似地联结在GFI电路10的回线电路23周围。但是,实践中都是将其联到载波馈线8上,而不是联到GFI电路10其回线6的电路上。
根据上述发明,GFI电路保护系统的第一种实施方案的范例对于保护那些不大的过电流非常适用,例如,过电流只大于正常电路电流几个数量级。但是,为了保护极限过电流,如负载短路,一定情况下,在GFI接触器14、16打开之前,第一种旁路元件106内的二极管54、56或其它非线性装置有可能引发一个极高的电流,从而导致第一种旁路元件106内的二极管54、56或其它非线性装置损坏。因此,如附图6所示,优选地加入了一个限流电阻58,该限流电阻58同二极管54、56或其它非线性装置作串联联结。
附图7讲述了本发明电路保护系统的第二种实施方案,并用方框图描述了包括有各个工作元件的电路110。第二种实施方案的工作元件除包括有附图3所示第一种实施方案具备的工作元件外,另外还带有两元件:第二种控制元件116,它联结在中继元件108与第一种控制元件104之间;第二种旁路元件118,它在联结时跨过第二种控制元件116及第一种旁路元件106。第二种控制元件116及第二种旁路元件118的目的为另外提供一种极高的过电流保护,譬如短路等,在有些地方,比较元件114可以复位一次或多次,而此时负载却仍然处于短路状态,这种情况下更加需要上述保护。
在该实施方案中,第二种控制元件116作如下选择,当电路电流处于正常状态时,它的阻抗极小,而一旦出现极高过电流,它的阻抗便急剧增至一个较高的值。如果第二种控制元件116的阻抗增高了,电流便转给第二种旁路元件118,从而产生一个不平衡电流,该不平衡电流由比较元件114进行探测。
附图8示出了本发明GFI电路保护系统的第二种实施方案的范例。电路50的电气器件包括附图6所示电路40的所有器件,另外,它还有三个器件。正温度系数(PTC)装置62位于馈线当中,且联结于串联电阻52和限流电阻58的公共接点前端。第二种旁路电阻64从PTC装置62的输入侧联至一个公共接点,该公共接点为极性倒置的并联二极管54、56同GFI的馈线侧输出点13所共有的公共接点。变阻器66与PTC装置62并联。
附图8所示电路50的器件其工作方式与上述附图6所示器件的工作方式是一样的。PTC装置62与第二种旁路电阻64的目的是另外再提供一种保护,具体地说就是保护极高的过电流,如负载4产生的短路等。PTC装置62及第二种旁路电阻64的工作方式在美国专利申请系列号60/003,733(标号为MP1559-US1)中有过叙述。在电路正常工作情况下,PTC装置62的电阻极小,而第二种旁路电阻的阻值较PTC装置62的阻值大得多。因此,电路电流由PTC装置62流至负载4。但是,一旦出现过流,PTC装置62的电阻便大大增加,这样,PTC装置62的电阻相对于第二种旁路电阻64的电阻就形成一个比值,该比值使得电流转向流至第二种旁路电阻,于是GFI电路10中产生一个不平衡电流。并联在PTC装置62上的变阻器66可以限制PTC装置62两端的电压尖峰值,当PTC装置62的电阻增加时,由于电路中存在感性负载4及/或感性器件,所以电流的急剧变化可能导致上述电压尖峰。
各器件的值可作如下选择,串联电阻52与二极管54、56在过电流为正常电流的几倍或多倍的情况下,使得GFI电路10跳闸,而PTC装置62与第二种旁路电阻只是在极高过电流情况下才使得GFI电路10跳闸。在一种电路范例中,各器件采用以下值:串联电阻52为0.5Ω,限流电阻58为10Ω,第二种旁路电阻64为8.2KΩ,二极管54、56正向电压为0.5V,PTC装置62在电流为2A时跳至高阻状态。通过采用0.5Ω串联电阻52和0.5V导通的二极管54、56,GFI电路10在1A时跳闸。万一出现短路情况,二极管54、56内电流将由限流电阻58限制在10A左右,而GFI电路内的电流可能达到约150A。然而,PTC装置62会迅速跳闸而把电流转给第二种旁路电阻64,因此,可以限制工序中的故障电流,这与美国专利申请系列号60/003,733(标号MP1559-US1)中所讲述的是一样的。值得指出的是,如果存在有类似于短路的持续故障,而GFI电路10通过人工进行了复位,但此时GFI装置62仍处于高温高阻状态,那么,电流依然会转给第二种旁路电阻64,以使得GFI电路10继续跳闸。
附图9讲述了本发明电路保护系统的第三种实施方案,并用方框图描述了各个工作元件,该实施方案提供有过压保护。附图9的方框图与附图3的方框图其不同之处在于,没有第一种控制元件104,而且所示的第一种旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间。所示的比较元件114′还包括一个通路检测器125。过压状态时,旁路元件106流有电流,由此便产生一个不平衡电流,该不平衡电流由比较元件114′进行探测。当不平衡电流达到确定临界值时,比较元件114′便将信号传送给中断元件108,由中断元件108来减小或截止流入负载112的电流。附图9中,第一种旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间。系统由按下述方式联结的第一种旁路元件106来提供过压保护,即旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间,或联结在比较元件114′的馈线检测输出点113与回线检测输出点115之间。此外,系统也可由按下述方式联结的第一种旁路元件106来提供过压保护,即旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输出点115之间,或联结在比较元件114′的馈线检测输出点113与回线检测输入点117之间,这两种联结的旁路元件结线中均含通路检测器125。通路检测器125的功能将在下文参考附图10及附图11a-11d时进行解说。
附图10展示了本发明电路保护系统的第三种实施方案的范例。电路60中,变阻器74联结在GFI电路10′的馈线电路输入点11与回线电路输入点17之间。电路电压正常时,变阻器74导通的电流值可以忽略。当产生过电压的时候,变阻器74开始导通,由此在GFI电路10′中产生一个不平衡电流。若不平衡电流达到跳闸值,如5mA,GFI电路10′便会跳闸,使得接触器14、16打开。上面提到,该系统通过变阻器74提供以过压保护,变阻器74即为联结于四种装置中的第一种旁路元件106。附图11a、11b、11c及11d画出了这四种装置的电路图。附图11a-11d所示电路图其器件与附图1及附图10所示电路图的相应器件具有相同的参考数字。所示的GFI变压器28为一个环,而一次线圈32、24则通过该GFI变压器28。所示的二次线圈26绕在GFI变压器28上。所示的变阻器74在下述装置中的连接方式为:1)附图11a中,位于馈线电路输入点11与回线电路输出点15之间;2)在附图11b中,位于馈线电路输入点11与回线电路输入点17之间;3)在附图11c中,位于馈线电路输出点13与回线电路输入点17之间;及4)在附图11d中,位于馈线电路输出点13与回线电路输出点15之间。在附图8a及8c中,所示的变阻器74结线通过GFI变压器28。当变阻器74中流有电流时,二次线圈26就可以检测到一个不平衡电流。附图11a及11c中,在GFI10′里采用单独的测试线也能实现这个目的。再参考附图9和10,比较元件114′的通路检测器125以及GFI电路10′的通路线路25指的是通过GFI变压器28的结线。
附图11a-11d所示的结线为可以在GFI电路10′里产生一个可探测不平衡电流的结线。此外,例如在附图11b及11d中,变阻器74结线也可通过变压器28,以把GFI电路10′中的不平衡电流放得更大。同时,在四个例子中,变阻器74结线均可以缠绕变压器28一次或多次,这样又可以放大不平衡电流。
在这些电路中,优选采用非线性装置作为第一种旁路元件106,例如变阻器、二极管、齐纳二极管、火花隙、双向三极管开关或其它一些具有类似特性的装置等。
本发明的GFI过压保护系统可以同本发明的GFI过流保护系统一起连用,以在电路中既提供有过流保护又提供有电压保护。对于共同待决、共同指定的美国专利申请系列号60/003,733(标号MP1559-US1)所公布的GFI过流保护系统,本发明的GFI过压保护系统也可同它一起连用,以提供过流过压两种保护。
在附图11a-11d所示的电路装置中,变阻器74作为一种开关使用,正常工作状态时它是打开的,检测到过电压后它将闭合。变阻器74可切断过电压,同时,如果在变阻器处用一个开关装置来代替它,并由探测的过电流来触发该开关装置,那么,就可用一种类似的装置来提供过流保护。
附图12展示了本发明电路保护系统的第四种实施方案,并用方框图描述了各个工作元件,该实施方案提供有过流保护,其中,附图10所示过压保护电路60中的变阻器74由一种开关装置来代替,并由探测的过电流来触发该开关装置。附图12的方框图包括第一种控制元件104,而附图9的方框图却无此元件。如附图12所示,第一种控制元件104位于比较元件114′的馈线检测输出点113和负载112之间。但是,该控制元件也可以放置于电源102与比较元件114′的馈线检测输入点111之间,优选地,放置于中断元件108与馈线检测输入点111之间。第一种控制元件也可置于回线中的类似位置,但是优选地,在回线线路中都不放置电气器件,因为这有可能在回线线路中引起一个电压降。图中的第一种旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间。正常工作期间,第一种旁路元件106无电流经过。在过流情况下,第一种控制元件探测到过电流,然后将信号传给第一种旁路元件106,使得第一种旁路元件106中有电流经过,从而产生一个由比较元件114′进行探测的不平衡电流。比较元件114′再把信号传给中断元件108,使中断元件108将流入负载112的电流降低或截止。附图9展示的第一种旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间。上文参考附图6已讨论过,系统通过第一种旁路元件106给电路提供以保护,旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输入点117之间,或联结在比较元件114′的馈线检测输出点113与回线检测输出点115之间。此外,系统也可由按下述方式联结的第一种旁路元件106来提供电路保护,即旁路元件106联结在比较元件114′的馈线检测输入点111与回线检测输出点115之间,或联结在比较元件114′的馈线检测输出点113与回线检测输入点117之间,这两种联结方式的旁路元件106在联结时通过比较元件114′的通路检测器125。
附图13所示的电路装置为本发明GFI保护系统第四种实施方案的范例。在电路70中,馈线8内的电流值由一种电流检测器进行检测,这种电流检测器可采用一种电流检测继电线圈82。一旦出现过电流,电流检测继电线圈82便增能,使得一套继电接触器94闭合。产生的不平衡电流使得GFI电路10′跳闸,接触器14、16便打开,该不平衡电流可由电阻96进行限制。电流检测继电线圈82和继电接触器94可以由一种固态电流检测装置和开关装置来代替。
附图13中,电阻96与继电接触器94联结在一起,然后从GFI电路10′的馈线电路输入点11联至线电路输入点17。类似于附图11a-11d的变阻器装置,附图14a、14b、14c及14d为一些电路装置的电路图。电阻96与继电接触器94在联结后,再联结在下述位置:1)附图14a中,位于馈线电路输入点11与回线电路输入点17之间;2)在附图14b中,位于馈线电路输入点11与回线电路输入点之间;3)在附图14c中,位于馈线电路输出点13与回线电路输入点17之间;及4)在附图14d中,位于馈线电路输出点13与回线电路输出点15之间。在附图14a及14c中,结线通过GFI变压器28。如同上文讨论过的一样,根据电压保护电路60的变阻器74结线方法,附图14a-14d所描述的所有结线均可以选择性地通过变压器28,而且/或者可以缠绕变压器28一次或多次,以放大GFI电路10′中的不平衡电流。
下面再参考附图13,尽管在实际中回线6内都优选地不采用电气器件,它可能在回线6中引一个电压降,但电流检测继电线圈82还是可以串联于馈线8或回线6当中。电流检测继电线圈82优选地放置于GFI电路10′的馈线电路输出点13与负载4之间,但是,它也可以放置在电源2与GFI电路10′的馈线电路输入点11之间,优选地,它被放置在第一套接触器14与馈线电路输入点11之间。
本发明的第四种实施方案,也可以用来为电路提供欠流保护。例如,当电路电流由一个大于跳闸值降至一个低于跳闸值的时候,就可以设置第一种控制元件104去触发第一种旁路元件106。
附图15展示了本发明电路保护系统的第五种实施方案,并用方框图描述了各个工作元件,该实施方案提供有过流保护。附图15所述的器件包括附图12中第四种实施方案的所有器件,另外还加上第二种控制元件116以及第二种旁路元件118,这两种元件在前面附图7所示的第二种发明实施方案中已有过讨论。因此,第一种控制元件104及第一种旁路元件106用来对不大的过电流提供保护,而第二种控制元件116及第二种旁路元件118则用来给极高的过电流提供保护,如短路等。
附图16所示的电路装置为本发明GFI保护系统第五种实施方案的范例。电路80引用了附图13所示电路70的器件,另外还加上一些前文在附图8中讨论过的器件,即PTC装置62、第二种旁路电阻64以及与PTC装置62相并联的变阻器66。电路80中的各器件同附图8及13中的相应器体其工作方式是一样的。
附图17展示了本发明电路保护系统的第六种实施方案,并用方框图描述了各个工作元件,该实施方案提供有过压保护。在许多方面,该第六种实施方案的工作方式同上述第四种实施方案是相似的。因此,只讲述两者的不同之处。其实,在上述第四种实施方案中,第一种控制元件104包括一个电流检测装置,如电流检测继电器82,且该装置联结在电路的馈线8(或回线6)之中,而在第六种实施方案中,第一种控制元件104包括一个电压检测装置,该装置则联结于馈线8与回线6之间。若第一种控制元件104探测到过电压,那么,第一种控制元件104就把信号传给第一种旁路元件106,使得第一种旁路元件106内流经有电流,于是便产生一个由比较元件114′进行探测的不平衡电流。
附图18所示的电路装置为本发明GFI保护系统第六种实施方案的范例。在电路90中,馈线8与回线6间的电压差由一种电压检测装置来进行检测,这种检测装置如电压检测继电线圈83等。当出现过电压时,电压检测继电线圈83便增能,以闭合继电接触器94。产生的不平衡电流使得GFI电路10′跳闸,接触器14、16便打开,该不平衡电流可以电阻96进行限制。电压检测继电线圈83和继电接触器94可以由一种固态电流检测装置和开关装置来代替。
本发明的上文有关详述有好些段落,它们主要是关于本发明的一些具体的部分或方面,或者说是属于本发明专利性质的。应该理解,这是出于清晰和方便的目的,有关的具体特征不局限于段落中所公布的内容,在此,发明公布的内容还包括各段落间信息的所有适当组合。类似地,尽管此文有关本发明的特定实施方案其附图和叙述各不相同,但是应当理解,每个具体的附图都公布有一个特定的特征,而该特征在适当的时候也可用在其它附图中,可同其它特征一起连用,或者,就用于本发明的一般情况当中。
另外,尽管本发明是通过一定的优选实施方案来进行叙述的,但本发明并不局限于这些优选实施方案。本发明的范围另由附属的权利要求进行定义。
Claims (53)
1.一种电气保护系统,它可联结在供电电源与电气负载之间,以形成一种带一载流馈线和一回线的工作电路,采用该种联结,保护系统可为工作电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护,该系统包括:
a.一种电路中断元件,若系统采取该种联结形式,该中断元件可提供正常与故障两种状态,正常状态时,电路中允许流经一正常电流INORMAL,故障状态时,电路中至多只允许流经一个小电流,其值比INORMAL小得多;
b.一种比较元件,若系统采取该种联结形式,
(1)该比较元件包括:
(a)一个检测电路载流馈线内电流ILINE值的馈线检测器,馈线检测点位于馈线检测输入点与馈线检测输出点之间,
(b)一个检测电路回线内电流IRETURN值的回线检测器,回线检测点位于回线检测输入点与回线检测输出点之间,
(c)一个可选择采用的检测电流IPASSTHRU值的通路检测器,通路检测点位于通路线路之内,
(2)比较元件通过比较ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而确定一个线路有效电流ICOMPARISON,若ICOMPARISON从一个小于预定不平衡电流值IIMBALANCE增至一个大于IIMBALANCE的值的话,那么比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态;
c.第一种旁路元件,若系统采取该种联结形式,旁路元件将流经有电流IBYPASS,当电路过流和/或过压时,IBYPASS便发生变化,并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE,这样,比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态。
2.根据权利要求1的系统,其中,第一种旁路元件包括第一种旁路器,该旁路器
a.在电路中联结时,跨过馈线检测点与回线检测点中的一点,而不是跨过馈线检测点与回线检测点外的其它点,而且,该旁路器不为通路线路的一部分;
b.具有
(1)一个低导通状态,这时它允许流经一电流IFIRST-BYPASS,其值比IIMBALANCE小得多,当端电压VFIRST-BYPASS小于预定值VFIRST-TRIP时,采用这个状态,
(2)一个导通状态,这时它允许流经一个大于IIMBALANCE的电流IFIRST-BYPASS,当VFIRST-BYPASS由一个小于VFIRST-TRIP的值升至大于VFIRST-TRIP时,采用这个状态。
3.根据权利要求2的系统,其中,第一种旁路器包括一种非线性装置,该非线性装置包括:
a.二极管;
b.第一个带有阳极与阴极的二极管,以及第二个带有阳极与阴极的二极管,第一个二极管与第二个二极管串联,即第一个二极管的阳极与第二个二极管的阴极相接,而第一个二极管的阴极则同第二个二极管的阳极相接;
c.第一个带有阳极与阳极的齐纳二极管,以及第二个带有阳极与阴极的齐纳二极管,第一个齐纳二极管与第二个齐纳二极管串联,即第一个齐纳二极管的阳极与第二个二极管的阴极相接,而第一个二极管的阴极则同第二个二极管的阳极相接;或者
d.变阻器。
4.根据权利要求3的系统,其中,第一种旁路器包括一个与非线性装置串联的电阻。
5.根据权利要求2~4之一的系统,包括第一种控制元件,若系统采取该种联结方式,
a.(1)若第一种旁路器跨过馈线检测点,第一种控制元件便串联在载流馈线里,且位于第一种旁路器的跨接范围之内;或者
(2)若第一种旁路器跨过回线检测点,第一种控制元件便串接在回线电路里,且位于第一种旁路器的跨接范围之内;
b.两端有一电压VFIRST-CONTROL,
(1)在ILINE小于预定值IFIRST-TRIP时,该电压低于VFIRST-TRIP,从而使得第一种旁路器的端电压低于VFIRST-TRIP,
(2)当ILINE由一个小于IFIRST-TRIP的值增至大于IFIRST-TRIP时,该电压变得大于VFIRST-TRIP,从而使得第一种旁路器的端电压超 过VFIRST-TRIP。
6.根据权利要求5的系统,其中,第一种控制元件包括一个电阻。
7.根据权利要求5或6的系统,包括
a.第二种控制元件,
(1)若系统采取该种联结方式
(a)当第一种控制元件为串接于载流馈线内时,第二种控制元件也串接于载流馈线之中,但不位于第一种旁路元件的跨接范围之内,或者
(b)当第一种控制元件为串接于回线电路内时,第二种控制元件也串接于回线之中,但不位于第一种旁路元件的跨接范围之内,
(2)具有一个可变电阻值,
(a)在电路电流为正常电流INORMAL时,该电阻值比负载低,
(b)在电路电流大大超过正常电流INORMAL时,该电阻值便大大增加;
b.第二种旁路元件,
(1)若系统采取该种联结形式,该旁路元件在联结时跨过第二种控制元件以及第一种旁路元件,
(2)具有一种电阻值,这样,
(a)当电路电流为INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流远远小于IIMBALANCE,
(b)当电路电流超过预定电流值INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流超过IIMBALANCE。
8.根据权利要求7的系统,其中,第二种旁路元件包括:
a.一个电阻;
b.一个变阻器;或
c.一个与电阻串联的二极管。
9.根据权利要求7或8的系统,其中,第二种控制元件包括一种PTC装置,优选地,采用一种聚合PTC装置。
10.根据权利要求9的系统,其中,控制元件包括一种电压箝位装置,优选地,采用一种变阻器,该电压箝位装置与PIC装置并联。
11.根据权利要求2~10之一的系统,其中,在ILINE等于0.90×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS小于0.10×IIMBALANCE,特殊地,当ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE,优选地,当ILINE等于0.99×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS要小于0.001×IIMBALANCE。
12.根据权利要求1的系统,其中,第一种旁路元件包括第二种旁路器,该旁路器:
a.联结在馈线检测输入点与回线检测输入点之间;
b.联结在馈线检测输出点与回线检测输出点之间;
c.联结在馈线检测输入点与回线检测输出点之间,且包含一个通路线路;或
d.联结在馈线检测输出点与回线检测输入点之间,且包含一个通路线路。
13.根据权利要求12的系统,其中,第二种旁路器包括一种电压依赖型装置,其通过电流为IDEVICE,
a.当电压依赖型装置的端电压VDEVICE低于预定值VSECOND-TRIP时,电流IDEVICE将小于IIMBALANCE;
b.当VDEVICE从一个低于VSECOND-TRIP的值增至高于VSECOND-TRIP时,电流IDEVICE将大于IIMBALANCE。
14.根据权利要求13的系统,其中,电压依赖型装置包括一种电压箝位或反馈装置,它包括:
a.变阻器,
b.背靠背齐纳二极管,
c.气体放电管,或
d.火花隙。
15.根据权利要求13的系统,其中,当VDEVICE等于0.90×VSECOND-TRID时,IDEVICE小于0.10×IIMBALANCE,特殊地,当VDEVICE等于0.95×VSECOND-TRIP时,IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE,优选地,当VDEVICE等于0.99×VSECOND -TRIP时,IDEVICE要小于0.001×IIMBALANCE。
16.根据权利要求12的系统,其中
a.第二种旁路器包括一个开关装置,该开关装置具有闭合与打开两种状态,闭合状态时允许流经一个比IIMBALANCE大的电流ISECOND -BYPASS,打开状态时允许流经一个远远低于IIMBALANCE的小电流ISECOND-BYPASS;
b.该系统包括第一种控制元件,当ILINE小于预定值ISECOND-TRIP时,该控制元件使开关装置处于打开状态,而当ILINE从一个小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP时,该控制元件便将开关装置从打开状态切换到闭合状态。
17.根据权利要求16的系统,其中
a.第一种控制元件包括一个电流响应器,该响应器
(1)在ILINE没有超过ISECON-TRIP时处于去能状态,
(2)当ILINE从一个小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP时,便处于增能状态;
b.开关装置包括一个与电流响应器相联结的旁路开关,
(1)当电流响应器处于去能状态时,旁路开关打开,
(2)当电流响应器处于增能状态时,旁路开关闭合。
18.根据权利要求17的系统,其中,电流响应器包括一个电流检测继电线圈,该继电线圈串接于载流馈线或回线电路中,而旁路开关包括一套继电接触器,该接触器联结在电流检测继电线圈上。
19.根据权利要求16~18之一的系统,其中,第二种旁路器包括一个与开关装置串联的电阻。
20.根据权利要求12的系统,它包括
a.第二种控制元件
(1)若系统采取该种联结方式,第二种控制元件串接在载流馈线电路中,且串接在比较元件的馈线侧,
(2)具有一个可变电阻值,
(a)当电路电流为正常电流INORMAL时,该电阻值比负载小,
(b)当电路电流大大超过正常电流INORMAL时,该电阻值便大大增加;
b.第二种旁路元件,
(1)若系统采取该种联结形式,该旁路元件在联结时跨过第二种控制元件以及比较元件的馈线侧,
(2)具有一种电阻值,这样,
(a)当电路电流为INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制 元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流远远小于IIMBALANCE,
(b)当电路电流超过预定电流值INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流超过IIMBALANCE。
21.根据权利要求20的系统,其中,第二种旁路元件包括一个电阻。
22.根据权利要求20或21的系统,其中,第二种控制元件包括一种PTC装置,优选地,采用一种聚合PTC装置。
23.根据权利要求22的系统,其中,控制元件包括一种电压箝位装置,优选地,采用一种变阻器,该电压箝位装置与PTC装置并联。
24.根据权利要求1的系统,其中,电路中断元件包括第一种电路开关,该开关联结在载流馈线中,当电路中断元件处于正常状态时,第一种电路开关闭合,当电路中断元件处于故障状态时,第一种电路开关打开。
25.根据权利要求24或25的系统,其中,电路中断元件包括第二种电路开关,该开关联结在回线电路中,当电路中断元件处于正常状态时,第二种电路开关闭合,当电路中断元件处于故障状态时,第二种电路开关打开。
26.根据权利要求1的系统,其中,比较元件包括一种GFI电路。
27.一种电气电路,包括一个电源、一个负载、一载流馈线、一回线以及一个电气保护系统,该电气保护系统为电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护,它包括:
a.一种电路中断元件,若系统采取该种联结形式,该中断元件可提供正常与故障两种状态,正常状态时,电路中允许流经一正常电流INORMAL,故障状态时,电路中至多只允许流经一个小电流,其值比INORMAL小得多;
b.一种比较元件,
(1)它包括
(a)一个检测电路载波馈线内电流ILINE值的馈线检测器,馈线检测点位于馈线检测输入点与馈线检测输出点之间,
(b)一个检测电路回线内电流IRETURN值的回线检测器,回线检测点位于回线检测输入点与回线检测输出点之间,
(c)一个可选择采用的检测电路IPASSTHRU值的通路检测器,通路检测点位于通路线路之内,
(2)比较元件通过比较ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而确定一个线路有效电流ICOMPARISON,若ICOMPARISON从一个小于预定不平衡电流值IIMBALANCE增至一个大于IIMBALANCE的值的话,那么比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态;
c.第一种旁路元件,它流经有电流IBYPASS,当电路过流和/或过压时,IBYPASS便发生变化,并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE,这样,比较元件就将电路中断元件的正常状态切换为故障状态。
28.根据权利要求27的电路,其中,第一种旁路元件包括第一种旁路器,该旁路器
a.在电路中联结时,跨过馈线检测点与回线检测点中的一点,而不是跨过馈线检测点与回线检测点外的其它点,而且,该旁路器不为通路线路的一部分;
b.具有
(1)一个低导通状态,这时它允许流经一电流IFIRST-BYPASS,其值比IIMBALANCE小得多,当端电压VFIRST-BYPASS小于预定值VFIRST-TRIP时,采用这个状态,
(2)一个导通状态,这时它允许流经一个大于IIMBALANCE的电流IFIRST-BYPASS,当VFIRST-BYPASS由一个小于VFIRST-TRIP的值升至大于VFIRST-TRIP时,采用这个状态。
29.根据权利要求28的电路,其中,第一种旁路器包括一种非线性装置,该非线性装置包括
a.二极管;
b.第一个带有阳极与阴极的二极管,以及第二个带有阳极与阴极的二极管,第一个二极管与第二个二极管串联,即第一个二极管的阳极与二个二极管的阴极相接,而第一个二极管的阴极则同第二个二极管的阳极相接;
c.第一个带有阳极与阴极的齐纳二极管,以及第二个带有阳极与阴极的齐纳二极管,第一个齐纳二极管与第二个齐纳二极管串 联,即第一个齐纳二极管的阳极与第二个二极管的阴极相接,而第一个二极管的阴极则同第二个二极管的阳极相接;或者
d.变阻器。
30.根据权利要求29的电路,其中,第一种旁路器包括一个与非线性装置串联的电阻。
31.根据权利要求28~30之一的电路包括第一种控制元件
a.(1)若第一种旁路器跨过馈线检测点,第一种控制元件便串接在载流馈线里,且位于第一种旁路器的跨接范围之内;或者
(2)若第一种旁路器跨过回线检测点,第一种控制元件便串接在回线电路里,且位于第一种旁路器的跨接范围之内;
b.两端有一电压VFIRST-CONTROL,
(1)ILINE小于预定值IFIRST-TRIP时,该电压低于VFIRST-TRIP,从而使得第一种旁路器的端电压低于VFIRST-TRIP,
(2)当ILINE由一个小于IFIRST-TRIP的值增至大于IFIRST-TRIP时,该电压变得大于VFIRST-TRIP,从而使得第一种旁路器的端电压超过VFIRST-TRIP。
32.根据权利要求31的电路,其中,第一种控制元件包括一个电阻。
33.根据权利要求31或32的系统,包括
a.第二种控制元件,
(1)(a)当第一种控制元件为串接于载流馈线内时,第二种控制元件也串接于载流馈线之中,但不位于第一种旁路元件的跨接范围之内,或者
(b)当第一种控制元件为串接于回线电路内时,第二种控制元件也串接于回线之中,但不位于第一种旁路元件的跨接范围之内,
(2)具有一个可变电阻值,
(a)在电路电流为正常电流INORMAL时,该电阻值比负载低,
(b)在电路电流大大超过正常电流INORMAL时,该电阻值便大大增加;
b.第二种旁路元件,
(1)若系统采取该种联结形式,该旁路元件在联结时跨过第二 种控制元件以及第一种旁路元件,
(2)具有一种电阻值,这样,
(a)当电路电流为INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流远远小于IIMBALANCE,
(b)当电路电流超过预定电流值INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流超过IIMBALANCE。
34.根据权利要求33的电路,其中,第二种旁路元件包括一个电阻。
35.根据权利要求33或34的电路,其中,第二种控制元件包括一种PTC装置,优选地,采用一种聚合PTC装置。
36.根据权利要求35的电路,其中,第二种控制元件包括一种电压箝位装置,优选地,采用一种变阻器,该电阻箝位装置与PTC装置并联。
37.根据权利要求28~36的电路,其中,在ILINE等于0.90×IFIRST -TRIP时,IFIRST-BYPASS小于0.10×IIMBALANCE,特殊地,当ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE,优选地,当ILINE等于0.99×IFIRST-TRIP时,IFIRST-BYPASS要小于0.001×IIMBALANCE。
38.根据权利要求27的电路,其中,第一种旁路元件包括第二种旁路器,该旁路器:
a.联结在馈线检测输入点与回线检测输入点之间;
b.联结在馈线检测输出点与回线检测输出点之间;
c.联结在馈线检测输入点与回线检测输出点之间,且包含一个通路线路;或
d.联结在馈线检测输出点与回线检测输入点之间,且包含一个通路线路。
39.根据权利要求38的电路,其中,第二种旁路器包括一种电压依赖型装置,其通过电流为IDEVICE,
a.当电压依赖型装置的端电压VDEVICE低于预定值VSECOND-TRIP时,电流IDEVICE将小于IMBALANCE;
b.当VDEVICE从一个低于VSECOND-TRIP的值增至高于VSECOND-TRIP时,电流 IDEVICE将大于IIMBALANCE。
40.根据权利要求39的电路,其中,电压依赖型装置包括一种电压箝位或反馈装置,它包括:
a.变阻器;
b.背靠背齐纳二极管,
c.气体放电管,或
d.火花隙。
41.根据权利要求39或40的电路,其中,当VDEVICE等于0.90×VSECOND -TRIP时,IDEVICE小于0.10×IIMBALCANCE,特别地,当VDEVICE等于0.95×VSECOND-TRIP时,IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE,优选地,当VDEVICE等于0.99×VSECOND-TRIP时,IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE。
42.根据权利要求38的电路,其中
a.第二种旁路器包括一个开关装置,该开关装置具有闭合与打开两种状态,闭合状态时,允许流经一个比IIMBALANCE大的电流ISECOND -BYPASS,打开状态时,允许流经一个远远低于IIMBALANCE的小电流ISECOND-BYPASS;
b.该系统包括第一种控制元件,当ILINE小于预定值ISECOND-TRIP时,该控制元件使开关装置处于打开状态,而当ILINE从一个小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP时,该控制元件便将开关装置从打开状态切换到闭合状态。
43.根据权利要求42的电路,其中
a.第一种控制元件包括一个电流响应器,该响应器
(1)在ILINE没有超过ISECOND-TRIP时处于去能状态,
(2)当ILINE从一个小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP时,便处于增能状态;
b.开关装置包括一个与电流响应器相联结的旁路开关,
(1)当电流响应器处于去能状态时,旁路开关打开,
(2)当电流响应器处于增能状态时,旁路开关闭合。
44.根据权利要求43的电路,其中,电流响应器包括一个电流检测继电线圈,该继电线圈串接于载流馈线或回线电路中,而旁路开关包括一套继电接触器,该接触器联结在电流检测继电线圈上。
45.根据权利要求42~44之一的电路,其中,第二种旁路器包括一个与开关装置串联的电阻。
46.根据权利要求38的电路,它包括
a.第二种控制元件,
(1)若系统采取该种联结方式,第二种控制元件串接在载流馈线电路中,且串接在比较元件的馈线侧,
(2)具有一个可变电阻值,
(a)当电路电流为正常电流INORMAL时,该电阻值比负载小,
(b)当电路电流大大超过正常电流INORMAL时,该电阻值便大大增加;
b.第二种旁路元件,
(1)若系统采取该种联结形式,该旁路元件在联结时跨过第二种控制元件以及比较元件的馈线侧,
(2)具有一种电阻值,这样,
(a)当电路电流为INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流远远小于IIMBALANCE,
(b)当电路电流超过预定电流值INORMAL时,第二种旁路元件电阻与第二种控制元件电阻相分流使得第二种旁路元件电流超过IIMBALANCE。
47.根据权利要求46的电路,其中,第二种旁路元件包括一个电阻。
48.根据权利要求46或47的电路,其中,第二种控制元件包括一种PTC装置,优选地,采用一种聚合PTC装置。
49.根据权利要求48的电路,其中,控制元件包括一种电压箝位装置,优选地,采用一种变阻器,该电压箝位装置与PTC装置并联。
50.根据权利要求27~51之一的电路,其中,电路中断元件包括第一种电路开关,该开关联结在载流馈线中,当电路中断元件处于正常状态时,第一种电路开关闭合,当电路中断元件处于故障状态时,第一种电路开关打开。
51.根据权利要求50的电路,其中,电路中断元件包括第二种电路开关,该开关联结在回线电路中,当电路中断元件处于正常状态时,第二种电路开关闭合,当电路中断元件处于故障状态时,第二种电路开关打开。
52.根据权利要求27的电路,其中,比较元件包括一种GFI电路。
53.使用一种GFI装置,用来给电气电路提供(A)接地故障保护以及(B)过流和/或过压保护。
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