KR19990071718A - 회로 보호 구조 - Google Patents

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KR19990071718A
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휴 더피
저스틴 치앵
존 미드즐리
브라이언 토마스
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허버트 지. 버카드
레이켐 코포레이션
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Abstract

전류 전송 라인과 복귀 라인을 갖는 동작 회로를 형성하도록 전원과 전기 부하 사이에 연결될 수 있고, 그렇게 연결될 때에 동작 회로의 (A)접지 결함 및 (B)과전류 및/또는 과전압을 방지하는 전기 보호 시스템에서, 회로 인터럽션 소자, 비교 소자, 및 제1 바이패스 소자를 포함하고, 상기 회로 인터럽션 소자는 시스템이 상기와 같이 연결될 때에 회로에서 정상 전류(INORMAL)가 흐를 수 있는 정상 상태 또는 실질적으로 정상 전류(INORMAL)보다 더 적은 최대한의 감소된 전류가 흐를 수 있는 결함 상태를 선택 이용할 수 있도록 구성되고, 상기 비교 소자는 시스템이 그렇게 연결될 때에, 라인 감지 성분과 복귀 감지 성분을 포함하고 통과 감지 성분을 선택적으로 포함하며, 상기 라인 감지 성분은 라인 감지 입력부와 라인 감지 출력부 사이의 라인 감지 지점에서 회로의 전류 전송 라인 내의 전류(ILINE) 레벨을 감지하고, 상기 복귀 감지 성분은 복귀 감지 입력부와 복귀 감지 출력부 사이의 복귀 감지 지점에서 회로의 복귀 라인 내의 전류(IRETURN) 레벨을 감지하고, 상기 통과 감지 성분은 통과 라인 내의 통과 감지 지점에서의 전류(IPASSTHRU) 레벨을 감지하도록 구성되어 있고, 비교 소자는 시스템이 상기와 같이 연결될 때에, ILINE과 IRETURN및 IPASSTHRU의 레벨을 비교함으로써 총 유효 전류(ICOMPARISON)를 결정하고, 총 유효 전류(ICOMPARISON)가 소정의 전류 비평형값(IIMBALANCE)이하의 값에서 비평형값 전류(IIMBALANCE)보다 더 큰 값으로 증가되면, 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변경하도록 구성되고, 상기 제1 바이패스 소자는 시스템이 그렇게 연결될 때에 시스템을 통해 흐르는 전류(IFIRST-BYPASS)를 갖고, 상기 전류(IFIRST-BYPASS)는 회로가 과전류 및/또는 과전압에 쉽게 영향을 받을 때에 변화되어서 ICOMPARISON가 IIMBALANCE보다 더 크게 증가되게 함으로써, 비교 소자가 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변화시키도록 구성된 전기 보호 시스템을 제공한다.

Description

회로 보호 구조
본 발명은 전기 회로 보호에 관한 것이다. 접지 결함(fault) 인터럽터(GFI)들은 전기 회로로부터 접지로 누설이 있을 때 야기될 수 있는 유해한 영향들로부터 보호하기 위하여 광범위하게 사용되고 있다. GFI는 회로 내의 2개의 상이한 위치에서 흐르는 전류를 비교하고, 예를 들어 위치들 사이에서 접지 결함의 결과로서 전류가 소정 값 이상으로 다르면 전류를 인터럽트한다. 그러나, GFI는 전류 비평형(예를 들어, 부하 내의 단락으로부터 야기하는 과전류 또는 전광으로부터 발생하는 과전압, 정전 방전, 반응 부하들의 스위칭 등)에 기인하지 않는 결함들에 대해서는 보호하지 못한다.
본 출원인은 회로 보호 구조 내에서 GFI들을 어떻게 이용할 때에 접지 결함들로부터의 보호될 뿐만 아니라 전기 회로들 내의 과전류 및/또는 과전압에 대해서도 보호되는 지에 대해 조사해 왔다. 본 출원인은 본 발명에 따라 GFI들을 이용하여 매우 유용한 과전류 및 과전압 보호 시스템들이 제조될 수 있음을 발견하였다. 본 발명의 한 실시예에서, 과전류 보호는 제1 제어 소자를 GFI의 라인 통로와 직렬로 연결하고 제1 바이패스 소자를 제1 제어 소자의 조합과 GFI의 라인 통로와 병렬로 연결함으로써 제공된다. 정상 전류 상태하에서는, 제1 바이패스 소자를 통해 전류가 거의 흐르지 않거나 전혀 흐르지 않는다. 그러나, 과전류가 그러한 시스템을 통과할 때, 제1 제어 소자를 가로지르는 전압은 증가하여 제1 바이패스 소자를 통과하는 전류가 증가함으로써 GFI 내에 전류 비평형을 일으켜 GFI가 트립(trip)되게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 과전압 및/또는 과전류 보호는 제1 바이패스 소자를: 1) GFI의 라인 통로 입력부에서 GFI 변압기를 통해 GFI의 복귀 통로 출력부로; 2) GFI의 라인 통로 입력부에서 GFI의 복귀 통로 입력으로; 3) GFI의 라인 통로 출력에서 GFI 변압기를 통해 GFI의 복귀 통로 입력으로; 4) GFI의 라인 통로 출력에서 GFI의 복귀 통로 출력부로 연결함으로써 제공된다. 정상 상태하에서, 제1 바이패스 소자를 통해 전류가 거의 흐르지 않거나 전혀 흐르지 않는다. 그러나, 과전압 또는 과전류가 본 시스템에서 발생할 때, 증가된 전류는 GFI 내에서 전류 비평형을 일으키고 GFI를 트립되게 하면서 제1 바이패스 소자를 통과한다.
또한, 본 발명에 따라, 통상적으로 이용 가능한 GFI 소자들은 접지 결함들로부터 보호 뿐만 아니라 전기 회로들, 소자들 및 시스템들 내에 집적된 과전류 및/또는 과전압 보호를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. GFI에 의해 제공된 그런 보호는 분리된 보호 시스템들에 의하여 그러한 회로들 내에 이미 제공된 과전류 및/또는 과전압 보호를 보충할거나 대체할 수 있다. 본 발명은 예들 들어 개개의 소비자 장치들을 지원하는 벽 출구에서 산업 전력 시스템에 걸친 많은 용도들에서 이점으로 이용될 수 있다.
한 양호한 일면에서, 본 발명은 전류 전송 라인과 복귀 라인을 갖는 동작 회로를 형성하도록 전원과 전기 부하 사이에 연결될 수 있고, 상기와 같이 연결될 때, 동작 회로의 (A) 접지 결함 및 (B) 과전류 및/또는 과전압을 방지하는 전기 보호 시스템을 제공하고 상기 시스템은
a. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에, 상기 동작 회로에서 정상 전류 (INORMAL)가 흐를 수 있는 정상 상태 또는 실질적으로 정상 전류(INORMAL)보 다 더 적은 최대한 감소된 전류가 흐를 수 있는 결함 상태를 선택할 수 있는 회로 인터럽션 소자,
b. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에,
(1) (a) 라인 감지 입력부와 라인 감지 출력부 사이의 라인 감지 지 점에서 상기 동작 회로의 전류 전송 라인 내의 전류(ILINE) 레벨을 감지하는 라인 감지 성분,
(b) 복귀 감지 입력부와 복귀 감지 출력부 사이의 복귀 감지 지 점에서 상기 동작 회로의 복귀 라인 내의 전류(IRETURN) 레벨을 감지하는 복귀 감지 성분, 및
(c) 선택적으로, 통과 라인 내의 통과 감지 지점에서 전류 (IPASSTHRU) 레벨을 감지하는 통과 감지 성분
을 포함하고, 그리고
(2) ILINE,IRETURN및 IPASSTHRU의 레벨들을 비교함으로써 총 유효 전류 (ICOMPARISON)를 결정하고, 상기 총 유효 전류(ICOMPARISON)가 소정의 전류 비평형값(IIMBALANCE)이하의 값에서 전류 비평형값(IIMBALANCE)이 상의 값으로 증가되면, 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로 부터 결함 상태로 변경하는
비교소자, 및
c. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에는 전류(IFIRST-BYPASS)를 갖고, 상기 동작 회로에 과전류 및/또는 과전압이 생기면 변화되어 ICOMPARISON가 IIMBALANCE이상으로 증가되게 함으로써, 상기 비교 소자가 상기 회로 인터럽 션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변화시키도록 하는 제1 바이패 스 소자를 포함한다.
또 다른 양호한 일면에서, 본 발명은 전원, 부하, 전류 전송 라인, 복귀 라인 및 전기 보호 시스템을 포함하는 전기 회로를 제공하고, 상기 전기 보호 시스템은 (A) 접지 결함 및 (B) 과전류 및/또는 과전압으로부터 회로를 보호하고 상기 상기 전기 보호 시스템은,
a. 상기 회로에서 정상 전류(INORMAL)가 흐를 수 있는 정상 상태 또는 실질적 으로 정상 전류(INORMAL)보다 더 작은 최대한의 감소된 전류가 흐를 수 있 는 결함 상태를 선택할 수 있는 회로 인터럽션 소자;
b. (1) (a) 라인 감지 입력부와 라인 감지 출력부 사이의 라인 감지 지점에서 상기 회로의 전류 전송 라인 내의 전류(ILINE) 레 벨을 감지하는 라인 감지 성분,
(b) 복귀 감지 입력부와 복귀 감지 출력부 사이의 복귀 감지 지점에서 회로의 복귀 라인 내의 전류(IRETURN) 레벨을 감지 하는 복귀 감지 성분, 및
(c) 선택적으로, 통과 라인 내의 통과 감지 지점에서의 전류 (IPASSTHRU) 레벨을 감지하는 통과 감지 성분
을 포함하고, 그리고
(2) ILINE,IRETURN및 IPASSTHRU의 레벨을 비교함으로써 총 유효 전류 (ICOMPARISON)를 결정하고, 총 유효 전류(ICOMPARISON)가 소정의 전류 비평형값(IIMBALANCE)이하의 값에서 전류 비평형값(IIMBALANCE)이상의 값으로 증가되면, 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변경하는
비교소자; 및
c. 전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르며, 상기 회로에 과전류 및/또는 과전압이 생기면 변화되어서 ICOMPARISON가 IIMBALANCE이상으로 증가되게 함으로써, 상기 비교 소자가 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변화시 키도록 하는 제1 바이패스 소자를 포함한다.
"접지 결함"이라는 용어가 본 명세서 내에 사용되고 있는 데, 이러한 "접지 결함"이라는 용어는 GFI와 같은 비교 소자의 외부에서의 임의의 결함을 의미하는 것으로서, 이러한 결함은 비교 소자의 다른 감지 라인 내의 동일하고 반대인 전류와 일치되지 않는 전류가 비교 소자의 한 감지 라인 내로 흐르게 하는 것을 의미한다. "비교 소자의 외부"라는 용어가 본 명세서 내에 사용되고 있는 데, 이러한 "비교 소자의 외부"라는 용어는 비교 소자의 라인 감지 출력부와 비교 소자의 복귀 감지 입력부 사이의 회로 내의 임의의 지점을 의미한다.
본 발명의 보호 시스템들은 GFI 또는 다른 비교 소자에 의해 제공된 정상 접지 결함 인터럽션 보호 뿐만 아니라 과전류 및 과전압 보호를 제공하도록 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 보호 시스템들은 접지 결함 인터럽션 보호 뿐만 아니라 단지 과전류 또는 단지 과전압을 제공하도록 구현될 수 있다.
본 발명은 전기 회로들 내의 (A) 접지 결함들 및 (B) 과전류 및/또는 과전압 보호 제공하는 회로 보호 시스템을 제공한다. 용이한 이해를 위해, 본 발명의 상세한 설명 및 도면들은 접지 결함 보호 뿐만 아니라 과전류 보호 또는 과전압 보호 중 하나를 제공하지만 양자 모두를 제공하지는 않는 시스템에 관한 것이다. 그러나, 이러한 방식으로 설명된 본 시스템은 접지 결함 보호 뿐만 아니라 과전류 및 과전압 보호 모두를 제공하도록 용이하게 조합될 수 있다.
본 발명의 한가지 장점은 폭넓게 이용될 수 있는 GFI 장치를 사용하는 것과 또는 그러한 장치가 간단히 개조될 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에서, 비교 소자의 기능을 수행하는 GFI 회로들에 대해 종종 참조될 것이다. 그러나, 본 발명이 제한된 기능적 특성들을 제공하게 될 임의의 비교 소자를 이용할 수 있음을 이해하여야 한다.
비교 소자를 "트립"하는 소정의 전류 비평형, IIMBALANCE(즉, 비교 소자를 정상 상태에서 결함 상태로 변하게 하는)은 양호하게는 5 내지 20밀리암스의 범위 내에 고정 값이고, 이러한 고정 값은 전형적인 GFI 명세를 나타낸다. 그러나, 접지 결함들에 대한 더 높은 또는 더 낮은 감도가 특정될 수 있다면, 더 높거나 더 낮은 IIMBALANCE의 값들이 사용될 수 있다.
비교 소자는 정상적으로 IIMBALANCE의 단일 고정 값을 가질 것이지만, 비교 소자가 한 소정 값에서 다른 소정 값까지 IIMBALANCE의 값을 변경하기 위한 수단을 포함하는 것이 가능하다.
아래에 상세히 설명한 바와 같이, GFI를 트립하는 IIMBALANCE의 레벨이 소정 값을 가질지라도, 본 발명의 일부 실시예들에서, (과전류 또는 과전압이 없는 상태하에서) GFI를 트립하게 되는 접지 결함 누출 전류의 레벨이 본 발명에서 선택적으로 이용되고 있는 다른 성분들을 제공함으로써 변경될 수도 있다.
GFI는 (i) 제1 라인 권선, (ii) 대응하는 제1 복귀 라인 권선, 및 (iii) 레벨 검지 회로에 연결하는 제2의 권선을 가진 변압기 링 및 추가하여 변압기 링을 통해 통과하고 GFI를 시험할 때, 사용되는 분리된 시험 전선을 일반적으로 포함한다. 그런 GFI가 본 발명에서 이용될 때, 제1의 라인 권선은 회로 라인의 부분으로 구성되고, 변압기 링을 통해 통과함으로써 라인 감지 지점을 제공하고 제1 복귀 라인 권선은 회로의 복귀 라인의 부분으로 구성되고 변압기 링을 통해 통과함으로써 복귀 감지 지점을 제공한다. 본 발명의 시스템이 통과 라인을 포함할 때, 분리된 시험 전선은 통과 라인으로서 이용되고 변압기 링을 통해 통과함으로써 통과 감지 지점을 제공한다. 통과 라인이 없을 때, 분리된 시험 전선은 이용되지 못하고 시스템의 동작에 효과적이지 못하다. 변압기 링 및 제1 라인 권선은 라인 감지 성분을 함께 제공하고 변압기 링 및 제1 복귀 라인 권선은 복귀 감지 성분을 함께 제공한다. 통과 라인이 이용될 때, 변압기 링 및 분리된 시험 라인은 통과 감지 성분을 함께 제공한다. 변압기 링, 제2 권선 및 GFI 내의 레벨 검출 회로는 비교 소자를 제공한다. 총 유효 전류(ICOMPARISON)는 제1 라인 권선, 제1 복귀 라인 권선 및 만약 사용되었다면 분리된 시험 권선 내의 전류들의 분배로부터 변압기 링에 의해 감지된 총 전류이다. ICOMPARISON에 정비례하는 전류는 제2 권선 내에 생성되고 레벨 검출 회로에 의해 감지되며, 이 레벨 검출 회로는 제2 권선 내의 전류가 ICOMPARISON이 IIMBALANCE이하의 값에서 IIMBALACE이상의 값으로 증가하는 것을 나타낼 때 GFI 계전기를 여기(energize)또는 탈여기(deenergize)하고 그 회로로부터 부하를 절단한다.
바람직하다면, 종래의 GFI는 통과 라인이 IBYPASS영향의 증폭을 얻기 위하여 2번 이상 변압기 링을 통해 통과하도록 개조될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 실시예는 과전류 보호, 라인 감지 지점 및 복귀 감지 지점의 둘 모두는 아닌 한번 걸쳐 있기 위하여 연결된 단일 바이패스 성분을 포함하는 시스템의 제1 바이패스 소자를 제공한다. 그런 바이패스 성분은 여기에서는 제1 바이패스 성분으로 간주된다. 이러한 실시예에서, 통과 감지를 이용하지 못하는 단일 제어 소자는 제1 바이패스 성분의 스팬내의 동작 회로의 라인(또는 복귀 라인) 내에서 직렬로 연결된다. 그런 제어 소자는 여기에서는 제1 제어 소자로 간주된다. 이러한 실시예에서, 제1 제어 소자는 선택된다.
본 발명의 제1 실시예는 RB= RS×(ITRIP/IIMBALANCE) 관계를 가진 2개의 저항기들의 저항들을 가지고, 직렬 저항기(RS)를 포함하는 제1 제어 소자 및 바이패스 저항기(RB)를 포함하는 제1 바이패스 성분을 사용할 수 있다. 여기에서, ITRIP은 GFI가 과전류 보호를 제공하도록 트립에 의도된 회로(예를 들어, 부하) 내의 전류이고 상기 정의된 바와 같이, IIMBALANCE는 GFI를 트립하는 전류 비평형이다. 이런한 관계는 무시할 수 있는 전압 드롭이 GFI(GFI 내의 전류 변압기)를 교차한다고 가정한다.
이러한 배열은 정상 회로 동작하에서 GFI 내의 얼마의 전류 비평형을 초래하고 GFI을 시동하는 접지 결함 전류 내에서 얼마의 변경을 야기하기 때문에 과전류 보호를 제공한다. 예를 들면, GFI 회로가 전류 비평형에서 시동하면, 5ma의 IIMBALANCE및 RB/RS의 비는 2000이고 그 때, 상기 식으로부터, 구조는 2000×5ma, 또는 10amps의 회로 전류 ITRIP에서 트립할 것이다. 그러나, 예를 들어, 회로 내의 전류가 5amps이면, 그 때, RB내의 전류는 2.5ma이고 단지 2.5ma의 라인 감지 지점과 복귀 감지 지점 사이의 접지 결함은 GFI 회로를 시동시킬것이다.
본 발명에 의해 요구되는 성분들의 제공으로 인해 GFI를 트립하게 되는 접지 결함 전류에서의 변화 정도를 제거 또는 감소시키기 위해, 1) 제1 제어 소자가 전류의 비선형 기능인 임피던스를 갖는 것 및/또는 2) 제1 바이패스 성분이 전압의 비선형 기능인 임피던스를 갖는 것이 때때로 바람직하다.
계류 중이고 공동 양도된 미국 특허 출원 시리얼 번호 제60/003,733호(도켓 번호 MP1559-US1)는 과전류 보호 회로를 개시하고 있는 바, 상기 과전류 보호 회로는 전류의 비선형 기능인 임피던스를 갖는 양의 온도 계수(PTC) 장치와 같은 제1 제어 소자가 배열된 GFI를 이용하고 있으며, 특히 높은 과전류 상태에 쉽게 영향을 받을 수 있는 회로 보호 시스템들에 특히 유용하다. 본 발명의 제1 실시예의 양호한 실시예는 전압의 비선형 기능인 임피던스를 갖는 병렬 성분이 배열된 GFI를 포함하고 있다.
제1 바이패스 성분을 통한 전류, IFIRST-BYPASS(GFI 내의 대응 전류 비평형 내에 야기하는, IGFI)는 라인 내의 전류, ILINE가 GFI가 시동하도록 하는 전류 IFIST-TRIP에 근접할때까지 낮게 유지한다. 제1 바이패스 성분이 정상 동작 상태하에서 회로의 전기적 특성상의 실질적인 효과를 가지지는 않았지만 과전류에 신속하게 반응하도록 보장하는 것은 바람직하다. 따라서, ILINE이 0.90×IFIRST-TRIP일때, 양호하게는 IFIRST-BYPASS가 0.10×IIMBALANCE이하이고, 특히 ILINE이 0.95×IFIRST-TRIP일 때, 특히 IFIRST-BYPASS은 0.99×IIMBALANCE이하이다. IFIRST-BYPASS가 0.1×IIMBALANCE이하일 때, 더 나은 성능이 나오고 보다 양호하게는, ILINE이 0.95×IFIRST-TRIP일 때, 0.01×IIMBALANCE이하이다.
전술된 바와 같이, 양호하게는 제1 바이패스 성분 및/또는 제1 제어 소자는 바이패스 소자를 통과하는 전류가 특정값 이상의 ILINE내의 증가에 응답하여 대응 비선형 변화를 거치게 되도록 비선형 특성을 갖는다. 이러한 것은 수단들의 하나 또는 조합을 통해 달성될 수 있다. 이들 수단들은 제한없이 다음을 포함한다:,
a) 제1 제어 소자는 직렬 저항기를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 다이오드 를 포함한다. 회로 내의 전류는 다이오드를 가로질러 가해진 일련의 저 항기를 가로지르는 전압 내에 있다. 다이오드는 전압이 다이오드의 전 방 전압을 초과할 때에 전도된다. GFI 회로가 정현파 전류의 양의 절반 사이클 및 음의 절반 사이클 중 하나 상에 트립되도록 설정될 수 있으므 로, 2개의 다이오드들이 이용될 수 있고, 그 다이오드들은 병렬로 전도 되고 각각의 극성이 보존된다.
b) 제1 제어 소자는 직렬 저항기를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 2 개 의 제너 다이오드를 포함하고, 상기 제너 다이오드들은 "백 투 백(back to back)"의 직렬로(즉, 양극 대 양극 또는 음극 대 음극으로) 연결된 다. 제너 다이오드들은 전압이 다이오드들의 제너 파손 전압을 초과할 때에 전도된다.
c) 제1 제어 소자는 직렬 저항기를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 배리 스 터를 포함한다. 회로 내의 전류는 배리스터를 가로질러 인가된 직렬 저항기를 가로지르는 전압 내에 있다. 배리스터는 전압이 배리스터의 스위칭 전압을 초과할 때에 전도된다.
d) 제1 제어 소자는 인덕터를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 바이패스 저 항기를 포함한다. 인덕터의 임피던스는 전류의 급속한 증가에 반응하여 증가됨으로써, 증가된 전압을 바이패스 저항기를 가로질러 인가하고 비 평형 전류가 바이패스 저항기를 통과하게 한다. 이러한 조합은 인덕터 가 전류의 증가의 저속으로 유발되는 과전류에 응답하지 않을 것이라는 점에서 제한이 있다.
e) 제1 제어 소자는 직렬 저항기를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 커패 시 터를 포함한다. 전류 내의 급속한 변화는 직렬 저항기를 가로지르는 전압을 급속히 변화시킴으로써 유발된다. 커패시터의 임피던스는 급속 히 변하는 전압에 응답하여 감소되고, 비평형 전류가 커패시터를 통해 유동되게 한다. 이러한 조합은 또한 전류 내의 저속 증가에 기인하는 과전류에 응답하지 않을 것이라는 점에서 제한이 있다.
f) 제1 제어 소자는 반도체 스위칭 장치를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 는 바이패스 저항기를 포함하며, 상기 스위칭 장치는 전류 레벨을 감지하 고 회로 내의 전류가 소정 레벨을 초과할 때에 전류를 바이패스 저항기로 전환시키도록 구성된다.
g) 제1 제어 소자는 PTC 장치를 포함하고, 제1 바이패스 성분은 바이 패스 저항기를 포함한다. 회로 내의 과전류는 PTC 장치가 가열되게 하여 그 저항을 증가시킴으로써, 전류가 바이패스 저항기로 전환되게 한다.
제1 바이패스 성분 내에 저항기를 포함하지 않는 상기 전술된 수단들에서, 최대의 과전류, 예를 들어 단회로부터 부하는 가로 지르는 과전류는 제1 바이패스 성분을 포함하는 소자(s)에 손상을 입힐 가능성이 있다. 따라서, 제1 바이패스 성분은 상기 전술된 소자(s)에 직렬로 접속된 전류 제한 저항기를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예는 추가의 과전류 보호, 특히 매우 높은 과전류들에 대한 보호를 제공한다. 본 발명의 제2 실시예는 제1 제어소자 및 제1 바이패스 소자에 공통 입력과 직렬로 접속된 제2 제어 소자, 및 제2 제어 소자 및 제1 바이패스 소자를 걸쳐 있기 위하여 접속되는 제2 바이패스 소자를 제공한다. 이러한 실시예에서, 제2 제어 소자는 회로 전류가 정상일때, 매우 낮은 임피던스를 가지기 위하여 선택되고 동작 회로가 매우 높은 과전류, 예를 들어 단락 회로에 노츨되면, 매우 높은 임피던스로 빠르게 변한다. 제2 제어 소자의 임피던스가 높 아질때, 전류는 제2 바이패스 소자를 통해 전화되어 비교 소자 내의 전류 비평형을 야기한다.
과전압 보호를 제공하는 본 발명의 제3 실시예에서, 시스템의 제1 바이패스 소자는 단일 바이패스 성분을 다시 포함하고 (1) 라인 감지 입력과 복귀 입력 감지사이, (2) 라인 감지 출력부와 복귀 감지 출력사이, (3) 라인 감지 출력부와 복귀 감지 출력사이에서 접속되고 통과 라인을 포함하고, 또는 (4) 라인 감지 출력부와 복귀 감지 입력부 사이에서 접속되고 통과 라인을 포함한다. 그런 바이패스 성분은 여기에서는 제2 바이패스 성분으로 간주된다. 본 발명의 이러한 제3 실시예에서, 제2 바이패스 성분은 동작 회로가 과전류에 노출된다면, 제2 바이패스 성분을 통과하는 전류(ISECOND-BYPASS)를 통해 증가되도록 선택된다.
본 발명의 제3 실시예에서, 과전압 보호용 GFI의 사용하고 GFI의 접지 결함 수행을 실질적인 변형을 행하지 않기 위하여 제2 바이패스 성분이 전압의 비-선형 함수인 임피던스를 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 실시예에서 제2 바이패스 소자를 통과하는 전류(ISECOND-BYPASS)(GFI 내의 대응하는 전류(IGFI) 비평형을 야기하는)는 회로 교차 전압(VCIRCUIT)이 전압(VSECOND-TRIP)에 가까워질때까지 낮아지는 것이 바람직하다.
제2 바이패스 성분이 정상 동작 상태하에서 회로의 전기적 특성상의 실질적인 영향을 미치지는 않지만 과전압에 신속하게 반응하도록 보장하는 것은 바람직하다. 따라서, VCIRCUIT이 0.90×VSECOND-TRIP, 양호하게는 VCIRCUIT이 0.95×VSECOND-TRIP, 특히 VCIRCUIT이 0.99×VSECOND-TRIP일때, ISECOND-BYPASS는 양호하게 0.10×IIMBALANCE이하이다. ISECOND-BYPASS가 0.01×IIMBALANCE이하이고, 특히 0.001×IIMBALANCE이하일때, VCIRCUIT이 0.95×VSECOND-TRIP이고, VCIRCUIT이 0.99×VSECOND-TRIP일때, 더 나은 실행이 야기된다.
상기 지시된 바와 같이, 양호하게 제2 바이패스 성분은 제1 바이패스 소자를 통과하는 전류가 특정한 값 이상으로 VCIRCUIT내의 증가에 응답하여 변하는 대응 비-선형의 영향을 받는 것과 같은 비-선형 특성을 가진다. 예를 들어, 제2 바이패스 성분은 배리스터 같은 전압 포드백(foldback) 또는 클램핑 소자, 다이오드, 제어 다이오드, 가스 방전 튜브 또는 스파크 갭을 포함할 수 있다.
과전류(또는 부족 전류) 보호를 제공하는 본 발명의 제4 실시예에서, 상기 시스템의 제1 바이패스 소자는 (1) 라인 감지 입력과 복귀 감지 입력부 사이, (2) 라인 감지 출력부와 복귀 감지 출력 사이, (3) 통과 라인을 포함하는 라인 감지 입력과 복귀 감지 출력 사이, 또는 (4) 통과 라인을 포함하는 라인 감지 출력부와 복귀 감지 입력부 사이에 접속된 제2 바이패스 성분을 다시 포함한다. 그러나, 이러한 제4 실시예에서 제2 바이패스 성분은 스위칭 소자를 포함하고 상기 시스템은 동작 회로의 라인(또는 복귀 라인)내에 접속된 제1 제어 소자를 포함한다. 제1 제어 소자는 전류-응답 성분이고 스위칭 소자와 연결된다. 전류-응답 성분은 ILINE이 정상 값일때, 전류-응답 성분이 스위칭 소자를 오픈 상태로 있게 하고, ILINE이 소정의 값을 초과할 때(또는, 부족 전류 보호에 대해 아래로 떨어지다)에는 전류 응답 장치는 스위칭 소자가 폐쇄 상태로 변하도록 선택된다.
상기 논의된 본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시예들과 관련해서 지시된 바와 같이, 제1 바이패스 및 제1 제어 소자들 중의 적어도 하나를 포함하는 성분들은 제1 바이패스 소자를 통과하는 전류가 회로 내의 과전류 및/또는 과전압에 응답하여 변하는 비선형에 영향을 받는 것과 같은 비-선형 특성을 가진다. 본 발명의 제4 실시예에서, 제2 바이패스 성분은 스위칭 소자의 사용을 통하여 우선의 비-선형성을 이룬다. 그런 스위칭 소자들은 전기 기계적 소자들, 예를 들어 계전기들 및 비-선형 응답을 야기하는 제1, 제2 및 제3 실시예들의 양호한 배열들과 같은 고체 상태 스위칭 배열들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예는 특히 매우 높은 과전류들, 예를 들어 단락 회로들에 대비하는 추가적인 과전류 보호를 다시 제공한다. 본 발명의 제5 실시예는 비교 소자의 라인측과 직렬로 접속된 제2 제어 소자 및 제2 제어 소자와 비교 소자의 라인측 모두를 걸쳐 있기 위하여 접속된 제2 바이패스 소자를 포함한다. 제2 제어 소자 및 제2 바이패스 소자는 각각의 대응 소자들이 상기 전술한 본 발명의 제2 실시예에서 작동하는 것과 동일한 방법으로 작동한다. 제2 제어 소자 및 제2 바이패스 소자를 포함하는 하나의 목적은 부하에서 단락 회로로부터 야기할 수 있는 매우 높은 과전류로부터 제1 제어 소자 내의 성분들을 보호하기 위한 것이다.
본 발명의 제6 실시예는 과전압 보호를 제공한다. 본 발명의 제6 실시예는 라인측과 복귀측 사이에서 부하와 병렬로 접속된 제1 제어 소자를 포함한다. 본 발명의 제4 실시예와 유사하게 제1 바이패스 소자는 (1) 라인 감지 입력과 복귀 감지 입력부 사이, (2) 라인 감지 출력부와 복귀 감지 출력 사이,(3) 통과 라인을 포함하고 라인 감지 입력과 복귀 감지 출력 사이, 또는 (4) 통과 라인을 포함하고 라인 감지 출력부와 복귀 감지 입력부 사이에 접속된 제2 바이패스 성분을 포함한다. 제4 실시예에서와 같이, 제2 바이패스 성분은 스위칭 소자를 포함한다. 제1 제어 소자는 전압-응답 성분이고 스위칭 소자와 연결된다. 전압-응답 성분은 부하를 가로지르는 전압, VLOAD가 정상값일 때, 전압-응답 성분은 스위칭 소자가 오픈 상태를 유지하도록 하고, 부하를 가로지르는 전압이 소정의 값, VSECOND-TRIP을 초과할때에는 전압 응답 장치는 스위칭 소자가 폐쇄된 상태로 변하도록 하기 위하여 선택된다.
종래의 GFI 소자를 포함하는 종래 기술의 회로는 도 1에 도시된다. 다음 도면들 내의 회로들을 간단히 설명하기 위하여, 제1 한 세트 접점(14)들 및 제2 한 세트 접점(16)들을 제외한 GFI 소자를 포함하는 성분들이 점선들 내에 도시되고, GFI 회로로서 간주되며, 일반적인 참조 문자(10)로 주어진다. 종래의 GFI 소자에서, 라인(8) 및 복귀(6) 전류들은 GFI 변압기(28)의 2개의 제1 권선(32, 24)들 내에서 반대의 방향으로 흐른다. 만약, 라인(8) 및 복귀(6) 전류들이 동일하다면, GFI 변압기(28) 내에 생기는 자기 전계는 0이고 제2 권선(26) 내에 유도된 전류는 본질적으로 0이다. 만약, 라인(8) 및 복귀(6) 전류들이 같지 않다면, 예를 들어, 라인(8)에서 접지(12)까지 접지 결함인 경우에는 비평형한 전류들은 GFI 변압기(28)내에서 자기 전계를 일으킨다. 만약, 전류 비평형이 제1 설정된 임계값을 초과한다면, GFI 변압기(28) 내에 생기는 자기 전계는 제2 권선(26) 내에 유도된 전류가 제2 설정된 임계값을 초과하도록 한다. 검출 회로(22)는 제2 권선(26) 내의 유도된 전류가 제2 설정된 임계값을 초과하도록 하고 유지 계전기(18)에 전압을 가하도록(또는 능동 계전기에 전압을 가하지 않도록) 결정한다. 유지 계전기(18)가 전압을 받을때, 정상적인 폐접점(14, 16)들은 부하(4)에 인가된 전력을 제거함으로써 오픈된다. 접점(14, 16)들은 그것들을 수동적으로 닫힌 위치로 설정할때까지 오픈된 채 있는다.
접지 결함 인터럽터들의 한 클래스에서, GFI를 트립하기 위하여 요구된 라인(8) 및 복귀(6) 전류들 사이의 비평형은 5 밀리암페어(ma)이다. AC응용들을 위한 GFI회로들의 전형적인 구현에서, 검출 회로(22)는 단지 양 또는 음의 반 주기 동안, 예를 들어 한 주기 반동안은 커패시터를 충전하고, 커패시터가 다른 반주기 동안 방전하게 함으로써 전류의 비평형한 레벨을 감지할 것이다. 제조 공정 내의 변화성으로 인해, 고비용의 시험없이, 반주기 동안 특정 GFI소자가 전류 비평형 레벨을 감지할 것이라고 예견하는 것은 불가능하다.
도 2는 각각 입력들과 출력들을 가진 GFI 회로를 도시한다. 여기에서 설명한 바와 같이, GFI 회로(10)는 라인 통로 입력(11) 및 라인 통로 출력(13)을 포함하는 라인 통로(21)를 가진다. 또한, GFI 회로(10)는 복귀 통로 입력(17) 및 복귀 통로 출력(15)을 포함하는 복귀 통로(23)를 가진다. 전력은 라인 통로 입력(11) 및 복귀 통로 출력(15)을 지나 인가되고, 부하는 라인 통로 출력(13) 및 복귀 통로 입력(17)을 지나 접속된다. 라인 통로(21)는 라인(8) 내의 전류 레벨을 감지하는 GFI 회로(10)의 일부로 간주되고, 복귀 통로(23)는 복귀 라인(6) 내의 전류 레벨을 감지하는 GFI 회로(10)의 일부로 간주된다.
도 3은 본 발명의 회로 보호 시스템의 과전류 보호를 제공하는 제1 실시예의 회로(100) 조작상의 소자들을 도시하는 블럭도를 도시한다. 조작상의 소자들은 보호 시스템을 포함하는 전기적 성분들에 의해 실행된 작동들을 나타낸다. 소스(102)는 회로에 전기적 전력을 제공하고, 부하(112)는 회로의 의도된 목적을 실행한다. 제1 제어(104), 제1 바이패스(106), 비교(114) 및 인터럽트(108) 소자들은 과전류 보호를 제공하도록 협조적으로 작동한다. 과전류 상황에서, 제1 제어 소자(104)는 전류를 제1 바이패스 소자(106)로 전환하여 비평형(라인과 복귀 전류들 사이에서)이 비교 소자(114)에 의해 검출되도록 한다. 제1 바이패스 소자(106)로 전환된 전류가 설정된 임계값에 도달할 때, 비교 소자(114)는 인터럽트 소자(108)가 부하(112)에 전달된 전류의 흐름을 줄이거나 멈추게 하도록 인터럽트 소자(108)에 전달한다. 도 2의 GFI 회로(10)의 설명과 유사한, 비교 소자(114)는 라인 감지 입력(111)과 라인 감지 출력(113)을 포함하는 라인 감지(121) 및 복귀 감지 입력부(117)과 복귀 감지 출력(115)을 포함하는 복귀 감지(123)를 가진다.
여기에 설명한 바와 같이, 라인 감지 입력(111)과 라인 감지 출력(113) 사이에서 라인 감지(121)내에 위치된 점이 놓이고 여기에서는 라인 감지점으로 간주되고, 복귀 감지 입력(117) 및 복귀 감지 출력(115) 사이에서 복귀 감지(123) 내에 위치된 정이 놓이고 여기에서는 복귀 감지점으로 간주된다.
도 4의 회로는 제1, 직렬 저항(Rs)(42) 및 제2, 바이패스 저항(Rp)(44)을 가진 GFI 회로(10)의 배열을 이용하는 본 발명의 제1 실시예의 덜 양호한 한 예이다. 이러한 회로(40)는 과전류 보호를 제공하지만 GFI를 트립하는 접지 결함 전류 내에서 다소 변할 것이다. GFI 회로(10)가 트립하는 전류 비평형은 Rs(42) 및 Rp(44)의 값들을 선택함으로써 정확하게 설정될 수 있다. 상기 전술한 바와 같이, 예를 들어 GFI 회로(10)가 5ma의 전류 비평형에서 트립한다면, Rp/Rs의 비는 2000이고, 그 때 시스템은 2000×5ma 또는 10암페어의 회로 전류에서 트립할 것이다. 그러나, 예를 들어 회로 내의 정상 전류가 5 암페어이면, 그 때 Rp(44) 내의 전류는 2.5ma이고 단지 2.5ma의 접지에서 라인(8) 결함은 GFI 회로(10)를 트립할 것이다.
본 발명에 따라 GFI 회로 보호 시스템의 제1 실시예의 양호한 예는 도 5에 도시된다. 회로(50)에서, 직렬 저항기(52)는 GFI 회로(10)의 전원(2)과 라인 통로 입력(11)사이의 라인에 직렬로 접속된다. 제1 다이오드(54) 및 제2 다이오드(56)는 직렬 저항(52)의 직렬 조합 및 GFI 회로(10)의 라인 통로(21)와 병렬로 접속된다. 제1 및 제2 다이오드(54, 56)들은 GFI 회로(10)가 전류 비평형을 감지하는 동안 특정의 반 주기의 불확실을 어림하기 위해 전환된 각각의 극성을 가지고 접속된다. 도 5의 회로의 남은 설명에서, GFI 회로(10)가 양의 반 주기동안 전류 비평형을 감지하고 제1 디아오드(54)가 배열 내의 동작 다이오드라고 가정한다. 직렬 저항(52)은 직렬 저항(52)을 가로지르는 전압이 제1 다이오드(54)의 순방향 전압보다 적은 동안에는 선택되는 매우 낮은 저항을 가지고, 매우 적은 전류는 제1 다이오드(54)를 통해 흐를 것이고, 라인(8) 및 복귀(6) 사이에는 매우 적은 전류 비평형이 있을 것이다. 직렬 저항기(52)를 가로지르는 전압이 제1 다이오드(54)의 순방향 전압에 도달할 때, 제1 다이오드(54)는 접점(14, 16)을 오픈하도록 도전하고 GFI 회로(10)는 트립한다. 예를 들어, 직렬 저항기(52)가 0.05Ω의 저항을 가지고 제1 다이오드(54)가 0.5 volt의 순방향 전압을 가지기 위하여, GFI 회로(10)는 회로(10)내의 전류가 10 암페어에 도달하면 트립할 것이다. 제너 다이오드들, 배리스터들, 트랜지스터들, 또는 다른 고체 상태의 소자들과 같은 유사한 비-선형 특성들을 가진 다른 성분들은 제1 및 제2 다이오드(54, 56)들을 대신하여 사용될 수 있다.
상기 설명에서, 다시 도 3 및 도 5에 관련하는 제1 제어 소자(104) 및 직렬 저항기(52)는 비교 소자(114)로부터 분리되는 것으로 도시된다. 제1 제어 소자(104)의 작동 및 회로 내의 직렬 저항기(52)는 제1 바이패스 소자(106)를 지나 는 전압을 가하고 상기 전압은 회로 내의 전류를 나타낸다. 또한, 제1 제어 소자(104)의 작동은 유사한 성분, 예를 들어 비교 소자(114) 내에 존재하는 저항기에 의해 이루워진다. 또한, 제1 제어 소자(104) 및 제1 바이패스 소자(106) 즉, 직렬 저항기(52) 및 다이오드(54, 56)들을 각각 포함하는 성분들은 GFI의 회로(10)의 라인 통로(21)에 대하여 구현된 것으로 도시된다. 본 발명에 따라, 제1 제어 소자(104) 및 제1 바이패스 소자(106)는 GFI 회로(10)의 복귀 통로(23)에 대하여 유사하게 구현될 수 있다. 그러나, 실제적으로, GFI 회로(10)의 복귀(6) 라인보다 오히려 전류-전송 라인(8)에 접속되는 것이 양호하다.
상기 설명된 본 발명에 따라 GFI 회로 보호 시스템의 제1 실시예의 양호한 예는 알맞은 전류들, 예를 들어 정상 회로 전류의 약 7배까지의 과전류로부터 보호를 요구하는 응용에 매우 적당하다. 그러나, 최대의 과전류들, 예를 들어 부하를 가로지르는 단락으로부터의 보호를 위하여, 어떤 환경하에서, GFI 접점(14, 16)들이 오픈되기 전에 다이오드(54, 56)(들) 또는 제1 바이패스 소자(106) 내의 다른 비-선형 소자들을 통과하는 매우 높은 전류를 끌어당기는 전위가 있으며, 제1 바이패스 소자(106) 내의 다이오드(54, 56)들 또는 다른 비-선형 소자(들)은 불량할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 전류-제한 저항기(58)에 다이오드(54, 56)들 또는 다른 비-선형 소자(들)을 직렬로 추가하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 회로 보호 시스템의 제2 실시예의 동작적인 소자들을 포함하는 회로(110)를 나타내는 블럭도를 도시한다. 상기 실시예는 과전류 보호를 제공한다. 이러한 제2 실시예 내의 동작적인 소자들은 인터럽트 소자(108)와 제1 제어 소자(104)사이에 접속된 제2 제어소자(116); 및 제2 제어 소자(116)와 제1 바이패스 소자(106)를 돌리는 제2 바이패스 소자(118)와 함께 도 3 내에 묘사된 제1 실시예의 동작적인 소자들을 포함한다. 제2 제어 소자(116) 및 제2 바이패스 소자(118)의 용도는 매우 높은 과전류, 예를 들어 단락 회로 특히, 부하가 아직 단락되어 있는 동안 비교 소자(114)가 한번 이상의 횟수로 재 설정되는 상황에 대해 추가적인 보호를 제공하는 것이다.
이러한 실시예에서, 제2 제어 소자(116)는 회로 내의 전류가 정상 상태일때, 매우 낮은 임피던스를 가지기 위해, 매우 높은 과전류에 응답하여 매우 높은 임피던스를 신속하게 변경하기 위하여 선택된다. 제2 제어 소자(116)의 임피던스가 높아질때, 전류는 제2 바이패스 소자(118)를 통해 변환되고, 전류 비평형을 일으키며, 상기 비평형은 비교 소자(114)에 의해 검출된다.
본 발명에 따라 GFI 회로 보호 시스템의 제2 실시예의 일례는 도 8에 도시된다. 회로(50)내의 전기적 성분들은 3개의 추가적 성분들과 함께 도 6의 회로(40)내에 도시된 모든 성분들을 포함한다. 양 온도 계수(PTC) 소자(62)는 직렬 저항기(52)와 전류-한계 저항기(58)의 공통 접합 앞의 라인내에서 접속된다.
제2 바이패스 저항기(64)는 PTC 소자(62)의 입력측에서 병렬 역-극성 다이오드(54, 56)들의 공통 접합 및 GFI(10)의 라인측 출력(13)에 접속된다. 배리스터(66)는 PTC 소자(62)와 병렬로 접속된다.
도 8의 회로(50)내에 도시된 성분들의 동작은 도 6에 도시된 성분들의 동작들에 대해 상기 전술한 것과 동일하다. PTC 소자(62) 및 제2 바이패스 래지스터(64)의 용도는 추가적 보호, 특히 매우 높은 과전류, 예를 들어 부하(4)에서 단락 회로를 제공하는 것이다. PTC 소자(62) 및 제2 바이패스 래지스터(64)의 동작은 미국 특허 출원 제60/003,733(등록 번호 MP1559-US1)에 개시되어 있다. 정상 회로 동작 상태하에서, PTC 소자(62)의 저항은 매우 낮고, 제2 바이 통로 저항기의 저항은 PTC 소자(62)의 저항보다 매우 높다. 따라서, 회로 전류가 PTC 소자(62)를 통해 부하(4)로 흐른다. 그러나, 과전류의 경우에, PTC 소자(62)의 저항은 실질적으로 증가하고, PTC 소자(62)의 저항 대 제2 바이패스 소자(64)의 저항의 비는 GFI 회로(10) 내의 전류 비평형을 일으키는 제2 바이패스 저항기를 통해 전환되기 위해 변한다. PTC 소자(62)와 병렬로 접속된 배리스터(66)는 PTC 소자(62)를 가로지르는 전압 스파이크의 크기를 제한한다. 상기 전압 스파이크는 PTC 소자(62)의 저항이 증가할때 전류내 및 회로내의 유도 부하(4) 및/또는 유도 성분 내에서의 빠른 변화로부터 야기된다. 일례의 회로에서, 다음의 값을 가진 성분들이 사용된다.: 0.5Ω 저항기(52), 10Ω전류 제한 저항기(58), 8.2KΩ 제2 바이패스 저항기(64), 0.5볼트 순방향 전압 다이오드(54, 56)들, 및 2amp에서 높은 임피던스 상태를 트립하는 PTC소자(62). 0.5볼트에서 전도하는 0.5Ω 직렬 저항기(52) 및 다이오드(54, 56)들을 가진 GFI 회로(10)는 1amp에서 트립한다. 단락 회로에서, 다이오드(54, 56)들을 통한 전류는 전류 제한 저항기(58)에 의해 약 10amp로 제한될 것이지만, GFI 회로를 통한 전류는 약 150amp일 수 있다. 그러나, PTC 소자(62)는 빠르게 트립할 것이고 제2 바이패스 저항기(64)를 통해 전류를 전환하여 미국 특허 출원 시리얼 번호 제60/003,733(도켓 번호 MP1559-US1)에 전술한 바와 같이, 처리 과정에서 결함 전류를 제한한다.
도 9는 본 발명의 회로 보호 시스템의 제3 실시예의 동작적인 소자들을 나타내는 블럭도를 도시한다. 상기 실시예는 과전류 보호를 제공한다. 도 9의 다이아그램은 제1 제어 소자(104')를 가지지 않은 도 3의 다이아그램과 다르다. 제1 바이패스 소자(106)는 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이에 접속된 것으로 도시된다. 또한, 비교 소자(114')는 통과 감지(125)를 비교하여 도시된다. 과전류 상황에서, 바이패스 소자(106)는 전류를 통과하고, 전류 비평형이 비교 소자(114')에 의해 검출되도록 한다. 전류 비평형이 설정된 임계값에 도달할 때, 비교 소자(114')는 인터럽트 소자(108)가 부하(112)에 전환된 전류의 흐름을 줄이거나 멈추게 하기 위하여 인터럽트 소자(108)에 전달한다. 도 9는 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부사이에 접속된 제1 바이패스 소자(106)를 도시한다. 시스템은 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이 또는 비교 소자(114')의 라인 감지 출력(113)과 복귀 감지 출력(115)사이에 접속된 제1 바이패스 소자(106)와 함께 과전압 보호를 제공한다. 또한, 시스템은 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(115)사이 또는 비교 소자(114')의 라인 감지 출력(113)과 복귀 감지 입력부(117)사이에 접속된 제1 바이패스 소자(106)와, 통과 감지(125)를 포함하는 제1 바이패스 소자 커넥션과 함께 과전압 보호를 제공한다. 통과 감지(125)의 기능은 도 10 및 도 11a 내지 도 11d와 관련하여 아래에서 설명될 것이다.
본 발명에 따라 GFI 회로 보호 시스템의 제3 실시예의 일례는 도 10에 도시된다. 회로(60)에서, 배리스터(74)는 GFI 회로(10')의 라인 통로 입력(11)과 복귀 통로 입력(17)사이에서 접속된다. 정상 회로 전압에서, 배리스터(74)는 회로의 무시할 수 있는 양을 전도한다. 과전류가 발생할 때, 배리스터(74)는 전도하기 시작하여 GFI 회로(10')내의 비평형을 일으킨다. 전류 비평형이 트립 레벨 예를 들어 5ma에 도달한다면, GFI 회로(10')는 접점(14, 16)를 오픈하도록 트립한다. 전술한 바와 같이, 이러한 시스템은 배리스터(74) 즉, 4개의 배열들 중 하나에 접속된 제1 바이패스 소자(106)와 함께 과전류 보호를 제공한다. 도 11a, 도 11b, 도 11c및 도 11d은 4개의 배열들을 도시하는 회로도이다. 도 11a 내지 도 11d의 회로도에 도시된 성분들에 대힌 참조 부호들은 도 1 및 도 10의 회로도들에 도시된 대응 성분들에 대한 참조 부호들과 동일하다. GFI 변압기(28)는 GFI 변압기(28)를 통해 통과하는 제1 권선(32)과 함께 링으로써 도시된다. 제2 권선(26)은 GFI 변압기(28)주변의 권선을 도시된다. 배리스터(74)는 1) 도 11a에서, 라인 통로 입력(11)과 복귀 통로 출력(15)사이; 2) 도 11b에서, 라인 통로 입력(11)과 복귀 통로 입력(17)사이; 3) 도 11c에서, 라인 통로 출력(13)과 복귀 통로 출력(15)사이; 및 4) 도 11d에서, 라인 통로 출력(13)과 복귀 통로 출력(15)사이의 구조가 도시된다. 도 8a 및 도 8c에서, 배리스터(74) 커넥션은 GFI 변압기(28)를 통해 통과하는 것을 도시한다. 전류가 배리스터(74)를 통해 흐를 때, 제2 권선(26)이 비평형 전류를 감지하도록 할 필요가 있다. 도 11a 및 도 11c에 도시된 배리스터(74) 커넥션은 본 목적을 위하여 GFI(10')내에 개별적 시험 전선을 사용할 수 있다. 다시 도 9 및 도 10을 참조하면, 비교 소자(114')내의 통과 감지(125)와 GFI 회로(10')내의 통과 감지(125)는 GFI 변압기(28)를 통해 통과하는 커넥션을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11d에 도시된 커넥션들은 GFI 회로(10') 내의 검출된 전류 비평형을 야기하기에 필요한 커넥션을 도시한다. 또한, 예를 들어, 도 11b와 도 11d에서, 배리스터(74) 커넥션은 GFI 회로(10')내의 전류 비평형을 더 증폭하기 위하여 변압기(28)를 통해 통과할 수 있다.
배리스터, 다이오드, 제너 다이오드, 스파크 갭, 트라이액, 또는 유사한 특성들을 가진 다른 소자와 같은 비-선형 소자는 이들 회로내에서 제1 바이패스 소자(106)로서 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 GFI 과전압 보호 시스템들은 전기 회로들 내에 과전류 및 과전압 보호를 제공하기 위한 본 발명의 GFI 과전류 보호 시스템과 조합될 수 있다. 또한, 본 발명의 GFI 과전압 보호 시스템들은 GFI 과전류 보호 시스템과, 전류 및 과전압 보로를 제공하기 위한 통상적으로 지정된 미국 특허 출원 번호 제60/003,733(등록 번호 MP1559-US1)과 조합될 수 있다.
도 11a 내지 도 11d에 도시된 회로 배열들에서, 배리스터(74)는 정상 동작 상태에서 오픈하고 과전압을 검지시 폐쇄하는 스위치로서 작용한다. 배리스터(74)가 과전압에서 스위치하는 동안, 배리스터가 과전류 상태를 검지시 작동하는 스위칭 소자로 대체된다면, 유사한 구조는 과전류 보호를 제공할 수 있다.
도 12는 본 발명의 회로 보호의 제4 실시예의 동작적인 소자들을 나타내는 블럭도를 도시한다. 상기 실시예는 과전류를 제공하고, 도 10의 과전압 보호 회로(60)내의 배리스터(74)는 과전류 상태의 검지에 의해 작동되는 스위칭 소자에 의해 대체된다. 도 12의 블럭도는 도 9의 블럭도 내에 포함되지 않는 제1 제어 소자(104)를 포함한다. 제1 제어 소자(104)는 도 12의 비교 소자(114')의 라인 감지 출력(113)과 부하(112)사이에서 도시된다. 그러나, 제어 소자는 비교 소자(114')의 소스(102)와 라인 감지 입력(111)사이에 대체될 수 있고 인터럽트 소자(108)와 라인 감지 입력(111)사이에서 양호하게 대체될 수 있다. 또한, 제1 제어 소자(104)는 복귀 라인내에서 비교할 수 있는 위치에서 대체될 수 있다. 그러나, 복귀 라인 내의 전압 드롭을 야기하는 복귀 라인내의 성분들을 대체하는 것은 바람직하지 않다. 제1 바이패스 소자(106)는 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이에서 접속된 것으로 도시된다. 제1 바이패스 소자(106)는 정상 동작 동안 전류를 통과하지 않는다. 과전류 상황에서, 제1 제어 소자(104)는 과전류를 검지하고 제1 바이패스 소자(106)에 전달하고 제1 바이패스 소자(106)가 전류를 통과하도록 하여 전류 비평형이 비교 소자(114')에 의해 검지되도록 한다. 비교 소자(114')는 인터럽트 소자(108)가 부하(112)에 전달된 전류의 흐름을 줄이거나 멈추게 하기 위하여 인터럽트 소자(108)를 전달한다. 도 9는 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이에 접속된 제1 바이패스 소자(106)를 도시한다. 도 6과 관련해서 상기 설명된 바와 같이, 시스템은 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이, 또는 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(117)사이에서 접속된 제1 바이패스 소자(106)와 함께 회로 보호를 제공한다. 또한, 시스템은 비교 소자(114')의 라인 감지 입력(111)과 복귀 감지 입력부(115) 사이, 또는 비교 소자(114')의 라인 감지 출력(113)과 복귀 감지 입력부(117)사이에 접속된 제1 바이패스 소자(106), 비교 소자(114')의 통과 감지(125)를 통해 접속된 제1 바이패스 소자(106)를 제공한다.
도 13에 도시된 회로 배열들은 본 발명에 따른 GFI 보호 시스템의 제4 실시예의 일예이다. 회로(80)에서, 라인(8) 내의 전류 레벨은 전류-감지 계전기 코일(82)과 같은 전류 감지 소자에 의해 감지된다. 과전류의 경우에, 전류-감지 계전기 코일(82)은 한 세트의 계전기 접점(94)들을 닫히도록 전압을 가한다. 저항(96)에 의해 제한되어 야기하는 비평형 전류는 GFI 회로(10')가 접점(14, 16)들을 트립하고 개방하도록 한다. 전류-감지 계전기 코일(82) 및 계전기 접점(94)들은 고체 상태 전류-감지 및 스위칭 배열에 의해 대체될 수 있다.
도 13에서, 저항(96) 및 계전기 접점(94)들을 포함하는 조합은 GFI 회로(10')의 라인 통로 입력(11)에서 복귀 통로 입력(17)으로 접속된 것으로 도시된다. 도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d는 도 11a 내지 도 11d에 도시된 배리스터 배열들에 유사한 회로 배열들을 도시하는 회로도이다. 저항(96) 및 계전지 접점(94)들의 조합은 1) 도 14a에서, 라인 통로 입력(11)과 복귀 통로 출력(15)사이에; 2) 도 14b에서, 라인 통로 입력(11)과 복귀 통로 입력(17)사이에; 도 14c에서, 라인 통로 출력(13)과 복귀 통로 출력(17); 및 4) 도 14d에서, 라인 통로 출력(13)과 복귀 통로 출력(15) 사이에 접속될 수 있다. 도 14a 및 도 14c에서, GFI 변압기(28)를 통과하는 커넥션이 도시된다. 과전압 보호 회로(60)내에서 접속하는 배리스터(74)와 관련해서 상기 논의된 바와 같이, 도 14a 내지 도 14b에 묘사된 모든 커넥션들은 변압기(28)를 선택적으로 통과될 수 있고, 및/또는 GFI 회로(10') 내의 전류 비평형을 증폭하기 위해 1번 이상 변압기(28) 주위로 권취될 수 있다.
다시, 도 12와 관련해서, 전류-감지 계전기 코일(82)은 복귀(6)내의 전압 드롭으로 야기할 수 있는 복귀 (6)내의 성분들을 포함하기 위한 양호한 실시예가 아니더라도, 라인(8) 또는 복귀(6)에 직렬로 위치될 수 있다. 전류-감지 계전지 코일(82)은 GFI 회로(10')의 라인 통로 출력(13)과 부하(4)사이에 양호하게 위치되지만, 전원(2)과 GFI 회로(10')의 라인 통로 입력(11)사이, 제1 접점들 세트(14)와 라인 통로 입력(11)사이에 양호하게 위치될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 제4 실시예는 전류 부족 상황에서 회로 보호를 제공하도록 사용될 수 있다. 에를 들어, 제1 제어 소자(104)는 회로내의 전류가 트립 레벨 이사의 값에서 트립 레벨 이하의 값으로 감소할 때, 제1 바이패스 소자(106)를 트리거도록 설정될 수 있다.
도 15는 본 발명의 회로 보호 시스템의 과전류 보호를 제공하는 제5 실시예의 동작적인 소자들을 도시하는 블럭도를 도시한다. 도 15 내에 도시된 소자들은 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 관해서 미리 논의된 제2 제어 소자(116)와 제2 바이패스 소자(118)에 추가하여, 도 12의 제4 실시예에 도시된 모든 소자들을 포함한다. 따라서, 제1 제어(104) 소자 및 제1 바이패스(106) 소자는 제2 제어 소자(116) 및 제2 바이패스 소자(118)가 매우 높은 과전류들, 예를 들어 단락 회로들로부터 보호를 제공하는 동안, 적당한 과전류들로부터 보호를 제공하도록 한다.
도 16에 도시된 회로 배열은 본 발명에 따른 GFI 보호 시스템의 제4 실시예의 일례이다. 본 회로는(80) 도 8에 관해서 미리 논의된 추가적인 성분들, 즉, PTC 소자(62), 제2 바이패스 저항(64) 및 PTC 소자(62)와 병렬로 접속된 배리스터(66)에 추가하여 도 13의 회로(70)에 도시된 성분들을 합체시킨다. 회로(80)에 포함된 성분들의 작동은 도 8 및 도 13에 관해서 각각의 성분들에 대해 설명된 것과 동일하다.
도 17은 본 발명의 회로 보호 시스템의 과전압 보호를 제공하는 제6 실시예의 동작적인 소자들을 도시하는 블럭도를 도시한다. 최대 관점에서, 이러한 제6 실시예의 동작은 상기 설명된 제4 실시예의 동작과 매우 유사하다. 따라서, 2개의 실시예 사이의 유일한 차이점들은 기술될것이다. 상기 기술된 제4 실시예에서, 제1 제어 소자(104)가 전류 감지 계전기(82)와 같은 전류 감지 장치를 포함하고 회로의 라인(8)[또는 복귀 라인(6)]에 접속되는 반면, 제6 실시예에서는, 제1 제어 소자(104)가 라인(8)과 복귀 라인(6)사이에서 접속되는 전압-감지 장치를 포함한다. 제1 제어 소자(104)가 과전압을 검지한다면, 제1 제어 소자(104)는 제1 바이패스 소자(106)가 전류를 통과하도록 하여 전류 비평형이 비교 소자(114')에 의해 검출되도록 제1 바이패스 소자(106)에 전달한다.
도 18에 도시된 회로 배열은 본 발명에 따른 GFI 보호 시스템의 제6 실시예의 일례이다. 회로(90)에서, 라인(8)과 복귀 라인(6)사이의 전압 차이는 전압 감지 계전기 코일(83)과 같은 전압-감지 장치에 의해 감지된다. 과전압의 경우에서, 전압-감지 계전기 코일(83)은 한 세트의 접점(94)들을 닫히도록 전압을 가한다. 저항(96)에 의해 제한되어 야기하는 비평형 전류는 GFI 회로(10')가 접점(14, 16)들을 트립하고 개방하도록 한다. 전류-감지 계전기 코일(83) 및 계전기 접점(94)들은 고체 상태 전류-감지 및 스위칭 배열에 의해 대체될 수 있다.
본 발명의 전술된 상세한 설명은 본 발명의 특정 부분들 또는 일면들과 주로 또는 배타적으로 관련된 문장들을 포함하고 있다. 이러한 것은 명료성과 편의를 위한 것이고, 특정 특징들이 설명된 문장들 외에 관련될 수 있고, 본 발명의 설명들이 다른 문장들에서 제공된 정보의 적절한 모든 조합을 포함함을 이해하여야 한다. 유사하게, 본문에서 다양한 형상 및 설명들이 본 발명의 특정 실시예들과 관련된 것일지라도, 특정 특징이 특정 형상의 관계로 개시되는 곳에서 그러한 특징들이 또한 적절한 범주로 또 다른 형상의 관계로 이용될 수 있고 또는 또 다른 형상의 조합으로서 또는 일반적으로 본 발명 내에서 이용될 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명이 특정의 양호한 실시예들과 관련하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 그러한 양호한 실시예들로 제한되지는 않는다. 오히려, 본 발명의 범주는 첨부된 청구 범위에 의해 한정된다.

Claims (53)

  1. 전류 전송 라인(current-carring line)과 복귀 라인(return line)을 갖는 동작 회로를 형성하도록 전원과 전기 부하 사이에 연결될 수 있고, 상기와 같이 연결될 때에, 동작 회로의 (A) 접지 결함 및 (B) 과전류 및/또는 과전압으로부터 상기 동작 회로를 보호하는 전기 보호 시스템(electrical protection system)에 있어서,
    a. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에, 상기 동작 회로에서 정상 전류 (INORMAL)가 흐를 수 있는 정상 상태 또는 실질적으로 정상 전류(INORMAL)보 다 더 적은 최대한 감소된 전류가 흐를 수 있는 결함 상태를 선택할 수 있는 회로 인터럽션 소자,
    b. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에,
    (1) (a) 라인 감지 입력부와 라인 감지 출력부 사이의 라인 감지 지점에서 상기 동작 회로의 전류 전송 라인 내의 전류 (ILINE) 레벨을 감지하는 라인 감지 성분,
    (b) 복귀 감지 입력부와 복귀 감지 출력부 사이의 복귀 감지 지점에서 상기 동작 회로의 복귀 라인 내의 전류(IRETURN) 레벨을 감지하는 복귀 감지 성분, 및
    (c) 선택적으로, 통과 라인 내의 통과 감지 지점에서 전류 (IPASSTHRU) 레벨을 감지하는 통과 감지 성분
    을 포함하고, 그리고
    (2) ILINE,IRETURN및 IPASSTHRU의 레벨들을 비교함으로써 총 유효 전류 (ICOMPARISON)를 결정하고, 상기 총 유효 전류(ICOMPARISON)가 소정의 전류 비평형값(IIMBALANCE)이하의 값에서 전류 비평형값(IIMBALANCE)이 상의 값으로 증가되면, 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로 부터 결함 상태로 변경하는
    비교소자, 및
    c. 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때에는 전류(IFIRST-BYPASS)를 갖고, 상기 동작 회로에 과전류 및/또는 과전압이 생기면 변화되어 ICOMPARISON가 IIMBALANCE이상으로 증가되게 함으로써, 상기 비교 소자가 상기 회로 인터럽 션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변화시키도록 하는 제1 바이패 스 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 바이패스 소자는 제1 바이패스 성분을 포함하고,
    상기 제1 바이패스 성분은,
    a. 라인 감지 지점과 복귀 감지 지점 중 어느 하나에는 걸치지만 라인 감지 지점 및 복귀 감지 지점 중 나머지 다른 하나에는 걸치지 않도록 상기 동작 회로 내에 연결되고, 통과 라인의 일부분이 아니며,
    b. (1) IIMBALANCE보다 실질적으로 더 작은 전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르도록 하 며, 상기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압(VFIRST-BYPASS)이 소정 값 (VFIRST-TRIP)보다 작을 때에 선택되는 감소 도전 상태, 및
    (2) IIMBALANCE보다 실질적으로 더 큰전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르도록 하 며, VFIRST-BYPASS가 VFIRST-TRIP이하의 값에서 VFIRST-TRIP이상의 값으로 증가될 때에 선택되는 도전 상태를 가진
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 바이패스 성분은 비선형 장치를 포함하고,
    상기 비선형 장치는,
    a. 다이오드,
    b. 양극과 음극을 포함하는 제1 다이오드 및 양극과 음극을 포함하는 제2 다 이오드 - 상기 제1 다이오드와 제2 다이오드는 병렬로 연결되고, 상기 제1 다이오드의 양극은 제2 다이오드의 음극에 접속되고, 상기 제1 다이 오드의 음극은 제2 다이오드의 양극에 접속됨 -,
    c. 양극과 음극을 포함하는 제1 제너 다이오드 및 양극과 음극을 포함하는 제2 제너 다이오드 - 상기 제1 제너 다이오드와 제2 제너 다이오드는 각 각 서로 직렬로 접속되고, 상기 제1 제너 다이오드의 양극은 상기 제2 제너 다이오드의 양극에 접속되거나, 상기 제1 제너 다이오드의 음극은 상기 제2 제너 다이오드의 음극에 접속됨 -,
    d. 배리스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 바이패스 성분은 비선형 장치에 직렬로 연결된 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 제어 소자를 포함하고, 상기 시스템이 상기와 같이 연결되어 있을 때,
    상기 제1 제어 소자는,
    a. (1) 상기 제1 바이패스 성분이 라인 감지 지점에 걸쳐 있을 때, 상기 제1 바이패스 성분의 전체 길이(span) 내의 전류 전송 라인 내 에 직렬로 연결되고, 또는
    (2) 상기 제1 바이패스 성분이 복귀 감지 지점에 걸쳐 있을 때, 상기 제1 바이패스 성분의 전체 길이 내의 복귀 라인 내에 직렬로 연 결되고, 그리고
    b. (1) ILINE이 소정값 IFIRST-TRIP이하일 때에 VFIRST-TRIP이하가 됨으로써, 상 기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압이 VFIRST-TRIP이하로 되게 하 고, 그리고
    (2) ILINE이 IFIRST-TRIP이하의 값에서 IFIRST-TRIP이상의 값으로 증가할 때 에 VFIRST-TRIP이상이 됨으로써, 상기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압이 VFIRST-TRIP을 초과되게 하는 전압(VFIRST-CONTROL)을 가지는
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 제어 소자는 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    a. (1) 상기 시스템이 상기와 같이 연결되어 있을 때,
    (a) 상기 제1 제어 소자가 전류 전송 라인 내에 직렬로 연결 될 때, 전류 전송 라인 내에 직렬로 연결되어 있으나 상 기 제1 바이패스 소자의 전체 길이 내에는 있지 않고, 또 는
    (b) 상기 제1 제어 소자가 복귀 라인 내에 직렬로 연결될 때, 복귀 라인 내에 직렬로 연결되어 있으나 상기 제1 바이패 스 소자의 전체 길이 내에는 있지 않고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때의 부하에 비해 낮고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 실질적으로 정상 전류(INORMAL)를 초과할 때에 실질적으로 증가되는
    가변 저항을 가지는
    제2 제어소자; 및
    b. (1) 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때, 상기 제2 제어 소자 및 상기 제1 바이패스 소자 양자에 걸쳐지도록 연결되어 있고;
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바이패스 소자의 저항 비가 상기 제2 바이패스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE보다 실 질적으로 더 작도록 하고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 INORMAL를 소정의 전류량만큼 초과 할 때, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바 이패스 소자의 저항비가 상기 제2 바이패스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE을 초과하도록 하는
    저항을 가지는
    제2 바이패스 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 바이패스 소자는,
    a. 저항기;
    b. 배리스터; 또는
    c. 저항기에 직렬로 연결된 다이오드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 제어 소자는 PTC 장치, 양호하게는 중합체 PTC 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어 소자는 PTC 장치와 병렬로 연결된 전압 클램핑 장치, 양호하게는 배리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    ILINE이 0.90×IFIRST-TRIP, 양호하게는 ILINE이 0.95×IFIRST-TRIP, 특히ILINE이 0.99×IFIRST-TRIP일 때, IFIRST-BYPASS가0.10×IIMBALANCE이하이고, 양호하게는IFIRST-BYPASS가0.01×IIMBALANCE이하이고, 특히IFIRST-BYPASS가0.001×IIMBALANCE이하인 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이패스 소자는 제2 바이패스 성분을 포함하고,
    상기 제2 바이패스 성분은
    a. 상기 라인 감지 입력부와 상기 복귀 감지 입력부 사이에 연결되고,
    b. 상기 라인 감지 출력부와 상기 복귀 감지 출력부 사이에 연결되고,
    c. 상기 라인 감지 입력부과 상기 복귀 감지 출력부 사이에 연결되고, 통과 라인을 포함하고, 또는
    d. 상기 라인 감지 출력부와 상기 복귀 감지 입력부사이에 연결되고, 통과 라인을 포함하는
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 바이패스 성분은 전류(IDEVICE)가 흐르는 전압 종속 장치를 포함하고,
    상기 전류(IDEVICE)는,
    a. 상기 전압 종속 장치에 걸리는 전압(VDEVICE)이 소정 전압(VSECOND-TRIP)이하일 때에 IIMBALANCE이하이고, 그리고
    b. VDEVICE가 VSECOND-TRIP이하의 값에서 VSECOND-TRIP이상의 값으로 증가될 때에 IIMBALANCE이상이 되는
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전압 종속 장치는 전압 클램핑 또는 폴드백(foldback) 장치를 포함하고, 상기 전압 클램핑 또는 폴드백 장치가,
    a. 배리스터,
    b. 백 투 백(back to back) 제너 다이오드들,
    c. 가스 방전 튜브, 또는
    d. 스파크 갭
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  15. 제13항에 있어서, VDEVICE가 0.90×VSECOND-TRIP, 양호하게는 VDEVICE가 0.95×VSECOND-TRIP, 특히 VDEVICE가 0.99×VSECOND-TRIP일 때, IDEVICE가 0.10×IIMBALANCE이하이고, 양호하게는, IDEVICE가 0.01×IIMBALANCE이하이고, 특히 IDEVICE가 0.001×IIMBALANCE이하인 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    a. 상기 제2 바이패스 성분은 스위칭 장치를 포함하고, 상기 스위칭 장치는 폐쇄 상태와 개방 상태를 갖고, 상기 폐쇄 상태는 IIMBALANCE이상의 전류 (ISECOND-TRIP)가 흐를 수 있도록 하고, 상기 개방 상태는 IIMBALANCE보다 실질 적으로 더 작은 감소된 전류(IIMBALANCE)가 흐를 수 있도록 하고, 그리고
    b. 상기 시스템은 제1 제어 소자를 포함하고, 상기 제1 제어 소자는 ILINE이 소정값 IIMBALANCE이하일 때에 상기 스위칭 장치가 개방 상태에 있게 하고, 그리고 ILINE이 IIMBALANCE이하의 값에서 ISECOND-TRIP이상의 값으로 증가될 때에 상기 스위칭 장치가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 절환되게 하는
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    a. 상기 제1 제어 소자는 전류 응답 성분을 포함하고, 상기 전류 응답 성분 은,
    (1) ILINE이 ISECOND-TRIP을 초과하지 않을 때, 탈여기(deenergized) 상태,
    및
    (2) ILINE이 ISECOND-TRIP이하의 값에서 ISECOND-TRIP이상의 값으로 증가되었
    을 때, 여기(energized) 상태
    를 갖고, 그리고
    b. 상기 스위칭 장치는 상기 전류 응답 성분과 결합된 바이패스 스위치를 포
    함하고, 상기 바이패스 스위치는,
    (1) 상기 전류 응답 성분이 탈여기 상태에 있을 때에는 개방되고, 그
    리고
    (2) 상기 전류 응답 성분이 여기 상태에 있을 때에는 폐쇄되는
    것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전류 응답 성분이 전류 전송 라인 또는 복귀 라인 내에 직렬로 연결된 전류 감지 릴레이 코일을 포함하고, 상기 바이패스 스위치는 상기 전류 감지 릴레이 코일과 결합된 한 세트의 릴레이 접점들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 바이패스 성분은 상기 스위칭 소자에 직렬로 연결된 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  20. 제12항에 있어서,
    a. (1) 상기 시스템이 상기와 같이 연결되어 있을 때에, 상기 비교 소자의 라인측과 직렬로 전류 전송 라인 내에 직렬 연결되어 있고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때의 부하에
    비해 낮고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 실질적으로 정상 전류(INORMAL)를 초
    과할 때 실질적으로 증가되는
    가변 저항을 가지는
    제2 제어 소자; 및
    b. (1) 상기 시스템이 상기와 같이 연결될 때, 상기 제2 제어 소자 및
    상기 비교 소자의 라인측 양자에 걸쳐 있도록 연결되어 있고, 그
    리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때에, 상기 제
    2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바이패스 소자의 저
    항비가 상기 제2 바이패스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE보다
    실질적으로 더 작도록 하고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 INORMAL를 소정의 전류량만큼 초과
    할 때에, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2
    바이패스 소자의 저항비가 상기 제2 바이패스 소자 내의
    전류가 IIMBALANCE을 초과하도록 하는
    저항을 가지는
    제2 바이패스 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 바이패스 소자는 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 제2 제어 소자는 PTC 장치, 양호하게는 중합체 PTC 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제어 소자는 PTC 장치와 병렬로 연결된 전압 클램핑 장치, 양호하게는 배리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  24. 제1항에 있어서, 상기 회로 인터럽션 소자는 제1 회로 스위치를 포함하고,
    상기 제1 회로 스위치는 상기 전류 전송 라인에 연결되고, 상기 회로 인터럽션 소자가 정상 상태에 있을 때에 폐쇄되며, 상기 회로 인터럽션 소자가 결함 상태에 있을 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  25. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 회로 인터럽션 소자는 제2 회로 스위치를 포함하고, 상기 제2 회로 스위치는 상기 복귀 라인 내에 연결되고, 상기 회로 인터럽션 소자가 정상 상태에 있을 때에 폐쇄되며, 상기 회로 인터럽션 소자가 결함 상태에 있을 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  26. 제1항에 있어서, 상기 비교 소자는 GFI 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
  27. 전원, 부하, 전류 전송 라인, 복귀 라인, 및 (A) 접지 결함 및 (B) 과전류 및/또는 과전압으로부터 회로를 보호하는 전기 보호 시스템을 포함하는 전기 회로에 있어서,
    a. 상기 회로에서 정상 전류(INORMAL)가 흐를 수 있는 정상 상태 또는 실질적 으로 정상 전류(INORMAL)보다 더 작은 최대한의 감소된 전류가 흐를 수 있 는 결함 상태를 선택할 수 있는 회로 인터럽션 소자;
    b. (1) (a) 라인 감지 입력부와 라인 감지 출력부 사이의 라인 감지 지점에서 상기 회로의 전류 전송 라인 내의 전류(ILINE) 레 벨을 감지하는 라인 감지 성분,
    (b) 복귀 감지 입력부와 복귀 감지 출력부 사이의 복귀 감지 지점에서 회로의 복귀 라인 내의 전류(IRETURN) 레벨을 감지 하는 복귀 감지 성분, 및
    (c) 선택적으로, 통과 라인 내의 통과 감지 지점에서의 전류 (IPASSTHRU) 레벨을 감지하는 통과 감지 성분
    을 포함하고, 그리고
    (2) ILINE,IRETURN및 IPASSTHRU의 레벨을 비교함으로써 총 유효 전류 (ICOMPARISON)를 결정하고, 총 유효 전류(ICOMPARISON)가 소정의 전류 비평형값(IIMBALANCE)이하의 값에서 전류 비평형값(IIMBALANCE)이상의 값으로 증가되면, 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변경하는
    비교소자; 및
    c. 전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르며, 상기 회로에 과전류 및/또는 과전압이 생기면 변화되어서 ICOMPARISON가 IIMBALANCE이상으로 증가되게 함으로써, 상기 비교 소자가 상기 회로 인터럽션 소자를 정상 상태로부터 결함 상태로 변화시 키도록 하는 제1 바이패스 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 바이패스 소자는 제1 바이패스 성분을 포함하고,
    상기 제1 바이패스 성분은,
    a. 상기 라인 감지 지점과 상기 복귀 감지 지점 중 어느 하나에는 걸치나 상기 라인 감지 지점과 상기 복귀 감지 지점 중 나머지 다른 하나에는 걸치지 않도 록 동작 회로 내에 연결되고, 통과 라인의 일부분이 아니 며, 그리고
    b. (1) IIMBALANCE보다 실질적으로 더 작은 전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르도록 하 며, 상기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압(VFIRST-BYPASS)이 소정 값 (VFIRST-TRIP)보다 작을 때에 선택되는 감소 도전 상태, 및
    (2) IIMBALANCE보다 실질적으로 더 큰전류(IFIRST-BYPASS)가 흐르도록 하며, VFIRST-BYPASS가 VFIRST-TRIP이하의 값에서 VFIRST-TRIP이상의 값으로 증가될 때에 선택되는 도전 상태를 가진
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 바이패스 성분은 비선형 장치를 포함하고,
    상기 비선형 장치는,
    a. 다이오드;
    b. 양극과 음극을 포함하는 제1 다이오드 및 양극과 음극을 포함하는 제2 다 이오드 - 상기 제1 다이오드와 제2 다이오드는 병렬로 연결되고, 상기 제 1 다이오드의 양극은 제2 다이오드의 음극에 접속되고, 상기 제1 다이오 드의 음극은 제2 다이오드의 양극에 접속됨 -,
    c. 양극과 음극을 포함하는 제1 제너 다이오드 및 양극과 음극을 포함하는 제2 제너 다이오드 - 상기 제1 제너 다이오드와 제2 제너 다이오드는 직 렬로 접속되고, 상기 제1 제너 다이오드의 양극은 상기 제2 제너 다이오 드의 양극에 접속되거나, 상기 제1 제너 다이오드의 음극은 상기 제2 제 너 다이오드의 음극에 접속됨 -,
    d. 배리스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 바이패스 성분은 비선형 장치에 직렬로 연결된 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  31. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 제어 소자를 포함하고, 상기 제1 제어 소자는
    a. (1) 상기 제1 바이패스 성분이 라인 감지 지점에 걸쳐 있을 때, 상기 제1 바이패스 성분의 전체 길이(span) 내의 전류 전송 라인 내에 직렬로 연결되고, 또는
    (2) 상기 제1 바이패스 성분이 복귀 감지 지점에 걸쳐 있을 때, 상기 제1 바이패스 성분의 전체 길이 내의 복귀 라인 내에 직렬로 연 결되고, 그리고
    b. (1) ILINE이 소정값 IFIRST-TRIP이하일 때에 VFIRST-TRIP이하가 됨으로써, 상 기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압이 VFIRST-TRIP이하로 되게 하 고, 그리고
    (2) ILINE이 IFIRST-TRIP이하의 값에서 IFIRST-TRIP이상의 값으로 증가할 때에 VFIRST-TRIP이상이 됨으로써, 상기 제1 바이패스 성분에 걸리는 전압 이 VFIRST-TRIP을 초과되게 하는 전압(VFIRST-CONTROL)을 가지는
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 제어 소자가 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    a. (1) (a) 상기 제1 제어 소자가 전류 전송 라인 내에 직렬로 연 결될 때, 전류 전송 라인 내에 직렬로 연결되어 있으 나 상기 제1 바이패스 소자의 전체 길이 내에는 있지 않고, 또는
    (b) 상기 제1 제어 소자가 복귀 라인 내에 직렬로 연결될 때, 복귀 라인 내에 직렬로 연결되어 있으나 상기 제1 바이패스 소자의 전체 길이 내에는 있지 않고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때의 부하 에 비해 낮고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 실질적으로 정상 전류(INORMAL) 를 초과할 때에 실질적으로 증가되는
    가변 저항을 가지는
    제2 제어소자, 및
    b. (1) 상기 제2 제어 소자 및 상기 제1 바이패스 소자 양자에 걸쳐지도 록 연결되어 있고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바이패스 소 자의 저항비가 상기 제2 바이패스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE보다 실질적으로 더 작도록 하고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 INORMAL를 소정의 전류량만큼 초과할 때, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상 기 제2 바이패스 소자의 저항비가 상기 제2 바이패 스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE을 초과하도록 하는
    저항을 가지는 제2 바이패스 소자
    를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제2 바이패스 소자가 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 제2 제어 소자는 PTC 장치, 양호하게는 중합체 PTC 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  36. 제35항에 있어서, 제2 제어 소자는 PTC 장치와 병렬로 연결된 전압 클램핑 장치, 양호하게는 배리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  37. 제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    ILINE이 0.90×IFIRST-TRIP, 양호하게는 ILINE이 0.95×IFIRST-TRIP, 특히 ILINE이 0.99×IFIRST-TRIP일 때, IFIRST-BYPASS가0.10×IIMBALANCE이하이고, 양호하게는IFIRST-BYPASS가0.01×IIMBALANCE이하이고, 특히, IFIRST-BYPASS가0.001×IIMBALANCE이하인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  38. 제1항에 있어서, 상기 제1 바이패스 소자는 제2 바이패스 성분을 포함하고,
    상기 제2 바이패스 성분은,
    a. 상기 라인 감지 입력부와 상기 복귀 감지 입력부 사이에 연결되고,
    b. 상기 라인 감지 출력부와 상기 복귀 감지 출력부 사이에 연결되고,
    c. 상기 라인 감지 입력부과 상기 복귀 감지 출력부 사이에 연결되고, 통과 라인을 포함하고, 또는
    d. 상기 라인 감지 출력부와 상기 복귀 감지 입력부 사이에 연결되고, 통과 라인을 포함하는
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제2 바이패스 성분은 전류(IDEVICE)가 흐르는 전압 종 속 장치를 포함하고,
    상기 전류(IDEVICE)는,
    a. 상기 전압 종속 장치에 걸리는 전압(VDEVICE)이 소정 전압 (VSECOND-TRIP)이하일 때에 IIMBALANCE이하이고, 그리고
    b. VDEVICE가 VSECOND-TRIP이하의 값에서 VSECOND-TRIP이상의 값으로 증가될 때 에 IIMBALANCE이상이 되는
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  40. 제39항에 있어서, 상기 전압 종속 장치는 전압 클램핑 또는 폴드백(foldback) 장치를 포함하고, 상기 전압 클램핑 또는 폴드백 장치가,
    a. 배리스터,
    b. 백 투 백(back to back) 제너 다이오드들,
    c. 가스 방전 튜브, 또는
    d. 스파크 갭
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서, VDEVICE가 0.90×VSECOND-TRIP, 양호하게는 VDEVICE가 0.95×VSECOND-TRIP, 특히 VDEVICE가 0.99×VSECOND-TRIP일 때, IDEVICE가 0.10×IIMBALANCE이하이고, 양호하게는 IDEVICE가 0.01× IIMBALANCE이하이고, 특히, IDEVICE가 0.001×IIMBALANCE이하인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  42. 제38항에 있어서,
    a. 상기 제2 바이패스 성분은 스위칭 장치를 포함하고, 상기 스위칭 장 치는 폐쇄 상태와 개방 상태를 갖고, 상기 폐쇄 상태는 IIMBALANCE이상의 전류 (ISECOND-BYPASS)가 흐를 수 있도록 하고, 상기 개방 상태는 IIMBALANCE보다 실질적으로 더 작은 감소된 전류(ISECOND-BYPASS)가 흐를 수 있도록 하고, 그리고
    b. 상기 시스템은 제1 제어 소자를 포함하고, 상기 제1 제어 소자는 ILINE이 소정값 ISECOND-TRIP이하일 때에 상기 스위칭 장치가 개방 상태에 있 게 하고, 그리고 ILINE이 ISECOND-TRIP이하의 값에서 ISECOND-TRIP이상의 값으 로 증가될 때에 상기 스위칭 장치가 개방 상태에서 폐쇄 상태로 절환 되게 하는
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  43. 제42항에 있어서,
    a. 상기 제1 제어 소자는 전류 응답 성분을 포함하고, 상기 전류 응답 성분 은,
    (1) ILINE이 ISECOND-TRIP을 초과하지 않을 때, 탈여기(deenergized) 상태, 및
    (2) ILINE이 ISECOND-TRIP이하의 값에서 ISECOND-TRIP이상의 값으로 증가되었을 때, 여기(energized) 상태
    를 갖고, 그리고
    b. 상기 스위칭 장치는 상기 전류 응답 성분과 결합된 바이패스 스위치를 포함하고, 상기 바이패스 스위치는,
    (1) 상기 전류 응답 성분이 탈여기 상태에 있을 때에는 개방되고, 그리 고
    (2) 상기 전류 응답 성분이 여기 상태에 있을 때에는 폐쇄되는
    것을 특징으로 하는 전기 회로.
  44. 제43항에 있어서, 상기 전류 응답 성분이 전류 전송 라인 또는 복귀 라인 내에 직렬로 연결된 전류 감지 릴레이 코일을 포함하고, 상기 바이패스 스위치는 상기 전류 감지 릴레이 코일과 결합된 한 세트의 릴레이 접점들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  45. 제42항 내지 제44항들 중 어느 한 항에 있어서, 제2 바이패스 성분은 상기 스위칭 소자와 직렬로 연결된 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  46. 제38항에 있어서,
    a. (1) 상기 비교 소자의 라인측과 직렬로 전류 전송 라인 내에 직렬 연결되어 있고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때의 부 하에 비해 낮고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 실질적으로 정상 전류 (INORMAL)를 초과할 때 실질적으로 증가되는
    가변 저항을 가지는
    제2 제어 소자; 및
    b. (1) 상기 제2 제어 소자 및 상기 비교 소자의 라인측 양자에 걸쳐 있 도록 연결되어 있고, 그리고
    (2) (a) 상기 동작 회로 전류가 정상 전류(INORMAL)일 때에, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바이 패스 소자의 저항비가 상기 제2 바이패스 소자 내 의 전류가 IIMBALANCE보다 실질적으로 더 작도록 하 고, 그리고
    (b) 상기 동작 회로 전류가 INORMAL를 소정의 전류량만큼 초과할 때에, 상기 제2 제어 소자의 저항에 대한 상기 제2 바이패스 소자의 저항비가 상기 제2 바 이패스 소자 내의 전류가 IIMBALANCE을 초과하도록 하는
    저항을 가지는
    제2 바이패스 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  47. 제46항에 있어서, 제2 바이패스 소자는 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 제2 제어 소자는 PTC 장치, 양호하게는 중합체 PTC 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  49. 제48항에 있어서, 제2 제어 소자는 PTC 장치와 병렬로 연결된 전압 클램핑 장치, 양호하게는 배리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  50. 제27항 내지 제51항에 있어서, 상기 회로 인터럽션 소자는 전류 전송 라인 내에 연결되고, 상기 회로 인터럽션 소자가 정상 상태에 있을 때에는 폐쇄되며 상기 회로 인터럽션 소자가 결함 상태에 있을 때에는 개방되는 제1 회로 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  51. 제50항에 있어서, 상기 회로 인터럽션 소자는 복귀 라인 내에 연결되고, 상기 회로 인터럽션 소자가 정상 상태에 있을 때에는 폐쇄되고 상기 회로 인터럽션 소자가 결함 상태에 있을 때에는 개방되는 제2 회로 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  52. 제27항에 있어서, 상기 비교 소자는 GFI 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  53. (A) 접지 결함 및 (B) 과전류 및/또는 과전압으로부터 전기 회로를 보호하기 위한 GFI 장치의 이용.
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