專利名稱：電路保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路的電氣保護(hù)。接地故障斷續(xù)器(GFI)廣泛地用于電路接地漏電保護(hù)以消除其帶來的危害。GFI將電路中兩個(gè)流入不同位置的電流進(jìn)行比較，如果兩電流的偏差超過一個(gè)預(yù)定的值，譬如，當(dāng)兩個(gè)位置之間發(fā)生接地故障時(shí)，GFI便將電路切斷。然而，GFI對(duì)不產(chǎn)生這種不平衡電流的故障起不到保護(hù)作用，例如，由負(fù)載短路而導(dǎo)致的過電流，或者由點(diǎn)燃、靜電釋放、開關(guān)電抗負(fù)載帶來的過電壓等等。
我們一直在研究將GFI用于裝置中，使得該裝置除有接地故障保護(hù)功能外，還能為電路提供過流和/或過壓保護(hù)。我們發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明，極有用的過流與過壓保護(hù)系統(tǒng)可利用GFI制成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，通過給GFI線路串聯(lián)第一個(gè)控制元件，且在第一個(gè)控制元件同GFI線路聯(lián)結(jié)后，再并聯(lián)第一個(gè)旁路元件，這樣即可提供過流保護(hù)。在正常電流情況下，極小或沒有電流流經(jīng)第一個(gè)旁路元件。但是，若該系統(tǒng)中流經(jīng)有過電流時(shí)，第一個(gè)控制元件的電壓便升高，致使第一個(gè)旁路元件內(nèi)電流增加，由此GFI內(nèi)便造成了一個(gè)不平衡電流而使GFI跳閘。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，通過以下方式聯(lián)結(jié)第一個(gè)旁路元件而實(shí)現(xiàn)過壓和/或過流保護(hù)1)經(jīng)過GFI變壓器從GFI的饋線輸入點(diǎn)聯(lián)至GFI的回線輸出點(diǎn)；2)從GFI的饋線輸入點(diǎn)聯(lián)至GFI的回線輸入點(diǎn)；3)經(jīng)過GFI變壓器從GFI的饋線輸出點(diǎn)聯(lián)至GFI的回線輸入點(diǎn)；或4)從GFI的饋線輸出點(diǎn)聯(lián)至GFI的回線輸出點(diǎn)。正常情況下，極小或沒有電流流經(jīng)第一個(gè)旁路元件。但是，若系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓或過電流時(shí)，將有一個(gè)較大的電流流經(jīng)第一個(gè)旁路元件，GFI內(nèi)便造成一個(gè)不平衡電流而使GFI跳閘。
因此，根據(jù)本發(fā)明，常用的GFI裝置可用于電路、電氣設(shè)備與電氣系統(tǒng)中，除提供接地故障保護(hù)外，還綜合有過流和/或過壓保護(hù)。由GFI提供的這種保護(hù)可以補(bǔ)充或代替過去由單獨(dú)的保護(hù)系統(tǒng)來提供電路的過流和/或過壓保護(hù)。本發(fā)明在許多應(yīng)用中都具有優(yōu)越性，譬如，其范圍可從墻口支撐的單個(gè)耗電設(shè)備到工業(yè)電力系統(tǒng)。
從一種優(yōu)選的角度，本發(fā)明提供了一種電氣保護(hù)系統(tǒng)，它可聯(lián)結(jié)在供電電源與電氣負(fù)載之間，以形成一種帶一載流饋線和一回線的工作電路，采用該種聯(lián)結(jié)，保護(hù)系統(tǒng)可為工作電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)，該系統(tǒng)包括a．一種電路中斷元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該中斷元件可提供正常與故障兩種狀態(tài)，正常狀態(tài)時(shí)，電路中允許流經(jīng)一正常電流INORMAL，故障狀態(tài)時(shí)，電路中至多只允許流經(jīng)一個(gè)小電流，其值比INORMAL小得多，b．一種比較元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，(1)該比較元件包括(a)一個(gè)檢測電路載流饋線內(nèi)電流ILINE值的饋線檢測器，饋線檢測點(diǎn)位于饋線檢測輸入點(diǎn)與饋線檢測輸出點(diǎn)之間，(b)一個(gè)檢測電路回線內(nèi)電流IRETURN值的回線檢測器，回線檢測點(diǎn)位于回線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(c)一個(gè)可選擇采用的檢測電流IPASSTHRU值的通路檢測器，通路檢測點(diǎn)位于通路線路之內(nèi)，(2)比較元件通過比較ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而確定一個(gè)線路有效電流ICOMPARISON，若ICOMPARISON從一個(gè)小于預(yù)定不平衡電流值IIMBALANCE增至一個(gè)大于IIMBALANCE的值的話，那么比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)；c．第一種旁路元件，若系統(tǒng)采取上述聯(lián)結(jié)形式，旁路元件將流經(jīng)有電流IBYPASS，當(dāng)電路過流和/或過壓時(shí)，IBYPASS便發(fā)生變化，并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE，這樣，比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)。
從另種優(yōu)選的角度，本發(fā)明提供一種電路，它包括一供電電源、一負(fù)載、一載流饋線、一回線以及一種電氣保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)可為工作電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)，該系統(tǒng)包括a．一種電路中斷元件，它可提供正常與故障兩種狀態(tài)，正常狀態(tài)時(shí)，電路中允許流經(jīng)一正常電流INORMAL，故障狀態(tài)時(shí)，電路中至多只允許流經(jīng)一個(gè)小電流，其值比INORMAL小得多；b．一種比較元件，
(1)它包括(a)一個(gè)檢測電路載流饋線內(nèi)電流ILINE值的饋線檢測器，饋線檢測點(diǎn)位于饋線檢測輸入點(diǎn)與饋線檢測輸出點(diǎn)之間，(b)一個(gè)檢測電路回線內(nèi)電流IRETURN值的回線檢測器，回線檢測點(diǎn)位于回線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(c)一個(gè)可選擇采用的檢測電路IPASSTHRU值的通路檢測器，通路檢測點(diǎn)位于通路線路之內(nèi)，(2)比較元件通過比較ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而確定一個(gè)線路有效電流ICOMPARISON，若ICOMPARISON從一個(gè)小于預(yù)定不平衡電流值IIMBALANCE增至一個(gè)大于IIMBALANCE的值的話，那么比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)；c．第一種旁路元件，它流經(jīng)有電流IBYPASS，當(dāng)電路過流和/或過壓時(shí)，IBYPASS便發(fā)生變化，并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE，這樣，比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)。
在此詳述中，詞“接地故障”系指諸如GFI比較元件之外的任何故障，它使比較元件的一個(gè)檢測線上產(chǎn)生一個(gè)電流，該電流與比較元件的另一個(gè)檢測線上的電流不成匹配，即不為數(shù)值相等和方向相反。在此，詞“比較元件之外”系指比較元件饋線檢測輸出點(diǎn)與比較元件回線檢測輸入點(diǎn)之間的電路中的任何一點(diǎn)。
通過GFI或其它類型比較元件，本發(fā)明的保護(hù)系統(tǒng)除提供正常的接地故障中斷保護(hù)外，還可以組成過流及過壓保護(hù)。它們也可以除提供接地故障中斷保護(hù)外，只組成過流或者過壓保護(hù)。
本發(fā)明提供一種電路保護(hù)系統(tǒng)，它可對(duì)電路進(jìn)行(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)。為便于理解，詳述及附圖所講述的系統(tǒng)除提供接地故障保護(hù)外，還有過流保護(hù)或過壓保護(hù)，但不同時(shí)具備過流過壓兩種保護(hù)。但講述的這種系統(tǒng)可很容易聯(lián)結(jié)成既有過流保護(hù)，又有過壓保護(hù)，同時(shí)又具備接地故障保護(hù)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就在于，它可以采取運(yùn)用廣泛的GFI裝置，或?qū)@些裝置進(jìn)行一些簡單的修改后再使用。因此，在發(fā)明詳述中，若要展示比較元件的功能，就需常常參考GFI電路。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以采用帶指定功能特性的任何比較元件。
預(yù)定電流非平衡值IIMBALANCE優(yōu)選地采用一個(gè)5～20mA的固定值，這是GFI的典型技術(shù)特征，該電流可使比較元件“跳閘”(即使其從正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài))。但是，如果接地故障的靈敏度設(shè)定得更高或更低的話，IIMBALANCE的值相應(yīng)可采用更小或更大的值。
通常，比較元件只是帶有一個(gè)固定的IIMBALANCE值，但比較元件也可包括一定的裝置，以將IIMBALANCE值從一個(gè)預(yù)定值交換為另一個(gè)值。
正如下文詳細(xì)討論的一樣，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，如果使GFI跳閘的IIMBALANCE為一預(yù)定值的話，那么，使GFI(不含過流或過壓保護(hù))跳閘的接地故障漏電流其值可通過在發(fā)明中選擇采用其它器件得以改變。
通常，GFI含有一個(gè)變壓環(huán)，變壓環(huán)帶有(ⅰ)一個(gè)一次饋線線圈，(ⅱ)一個(gè)相應(yīng)的一次回線線圈，以及(ⅲ)一個(gè)與電平探測電路相聯(lián)的二次線圈，另外還有一根獨(dú)立的測試線，它通過變壓環(huán)且用于測試GFI。若本發(fā)明采用該種GFI，一次饋線線圈便做成電路饋線的一部分，在它通過變壓環(huán)時(shí)以提供饋線檢測點(diǎn)；而一次回線線圈也做成電路回線的一部分，在它通過變壓環(huán)時(shí)以提供回線檢測點(diǎn)。如果本發(fā)明系統(tǒng)包括有通路線路的話，便采用一根獨(dú)立的測試線作為通路線路，在它通過變壓環(huán)時(shí)以提供通路檢測點(diǎn)。假使沒有通路線路，就無需采用獨(dú)立測試線，這也不會(huì)影響系統(tǒng)的工作。變壓環(huán)與一次饋線線圈共同供給饋線檢測器，而變壓環(huán)與一次回線線圈則共同供給回線檢測器。若采用通路線路，變壓環(huán)便與獨(dú)立測試線共同供給通路檢測器。變壓環(huán)、二次線圈及GFI的電平探測電路則供給比較元件。線路有效電流ICOMPARISON為變壓環(huán)從一次饋線線圈、一次回線線圈、有時(shí)還有獨(dú)立測試線上的各分配電流中檢測到的線路電流。在二次線圈中產(chǎn)生一個(gè)與ICOMPARISON成比例的電流且由電平探測電路進(jìn)行檢測，當(dāng)二次線圈電流指示為ICOMPARISON從一個(gè)小于IIMBALANCE的值增至大于IIMBALANCE時(shí)，電平探測電路便給GFI繼電器增能(或去能)，使負(fù)載從電路中斷開。
如有需要，常規(guī)GFI可得到修改，使得通路線路通過變壓環(huán)兩次或多次，以放大IBYPASS的作用。
在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案中，提供有過流保護(hù)，系統(tǒng)的第一個(gè)旁路元件包括一個(gè)單獨(dú)的旁路器，在聯(lián)結(jié)時(shí)，它只跨越饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)中的一個(gè)，而不是兩個(gè)。在此，該旁路器是指第一個(gè)旁路器。這個(gè)實(shí)施方案中，沒有采用通路檢測器，而是在第一個(gè)旁路器跨接的范圍內(nèi)給工作電路的饋線(或回線)上串聯(lián)一個(gè)單獨(dú)的控制元件。在此，該控制元件是指第一種控制元件。在這種實(shí)施方案中，第一種控制元件作如下選擇，在工作電路遇到過流時(shí)，其兩端電壓VFIRST-CONTROL不斷上升，由此導(dǎo)致第一種旁路器兩端的電壓VFIRST-BYPASS增加，也就使得第一種旁路器內(nèi)流經(jīng)的電流IFIRST-BYPASS增加了。
本發(fā)明的第一種實(shí)施方案可采用含串聯(lián)電阻(RS)的第一種控制元件，以及含旁路電阻(RB)的第一種旁路器，兩者電阻關(guān)系為RB=RS×(ITRIP/IIMBALANCE)此處，ITRIP為電路中(即負(fù)載中)在GFI提供過流保護(hù)時(shí)的跳閘電流，而上面定義的IIMBALANCE則為使GFI跳閘的不平衡電流。這個(gè)關(guān)系式確保了GFI的電壓降(電流變換)可以忽略。
這種裝置提供有過流保護(hù)，但是，在電路正常工作狀態(tài)下，GFI中會(huì)帶有一定的不平衡電流，所以也可能導(dǎo)致接地故障電流變化而使GFI跳閘。譬如，若GFI電路在不平衡電流IIMBALANCE為5mA時(shí)跳閘，而RB/RS比值為2000，那么，由上述等式可知，該裝置將在電路電流ITRIP為2000×5mA或10A時(shí)跳閘。然而，例如電路的電流為5A的話，則RB中的電流為2.5mA，這樣，饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)之間只要有一個(gè)2.5mA的接地故障，便可使GFI電路跳閘。
由于發(fā)明采用的器件會(huì)擴(kuò)大接地故障電流的變化而使GFI跳閘，所以，為消除或減少這種情況，常優(yōu)選采用1)第一種控制元件的阻抗為電流的非線性函數(shù)；或/和2)第一種旁路器的阻抗為電壓的非線性函數(shù)。
共同懸而未決的、共同指定的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)60/003,733(標(biāo)號(hào)MP1559-US1)公布有過流保護(hù)電路，其采用的GFI裝有第一種控制元件，比如一種正溫度系數(shù)(PTC)裝置，它的阻抗為電流的非線性函數(shù)，這種GFI在大過電流的電路保護(hù)系統(tǒng)中特別適用。本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案實(shí)例中包含一個(gè)裝有并聯(lián)器件的GFI，該并聯(lián)器件的阻抗為電壓的非線性函數(shù)。
在饋線電流ILINE接近使GFI跳閘的電流IFIRSFTRIP之前，第一種旁路器內(nèi)的電流IFIRST-BYPASS(它可在GFI內(nèi)引起一個(gè)對(duì)應(yīng)的不平衡電流IGIF)一直都很小。這樣，就能保證在正常工作狀態(tài)時(shí)第一種旁路器不會(huì)對(duì)電路的電氣特性產(chǎn)生較大的影響，但對(duì)于過電流，反應(yīng)會(huì)極為迅速。因此，若ILINE等于0.90×IFIRST-TRIP，尤其是ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS需優(yōu)選地采取小于0.10×IIMBALANCE的值，當(dāng)ILINE為0.99×IFIRST-TRIP時(shí)更是這樣。但是，如果ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP，尤其是ILINE為0.99×IFIRST-TRIP時(shí)，采取的IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE，特殊情況時(shí)要小于0.001×IIMBALANCE，這樣做的性能會(huì)更好。
上文指出，第一種旁路器與/或第一種控制元件優(yōu)選地具備非線性特征，這樣，當(dāng)ILINE超過一個(gè)特定值時(shí)，流經(jīng)旁路元件的電流會(huì)相應(yīng)經(jīng)歷一個(gè)非線性變化。這可以通過一個(gè)或一種適當(dāng)?shù)慕M合來實(shí)現(xiàn)。這種適當(dāng)組合包括但不局限于a)第一種控制元件包括一個(gè)串聯(lián)電阻，第一種旁路器包括一個(gè)二極管。電路電流在加于二極管兩端的串聯(lián)電阻上引起一個(gè)電壓。當(dāng)電壓超過二極管的正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通。由于GFI電路可設(shè)置在正弦波電流的正半周期與負(fù)半周期內(nèi)跳閘，所以呆以采用兩個(gè)二極管，二極管作并聯(lián)聯(lián)結(jié)且其極性倒置。
b)第一種控制元件包括一個(gè)串聯(lián)電阻，第一種旁路器包括兩個(gè)“背靠背”串聯(lián)聯(lián)結(jié)的齊納二極管，也就是說，它們作陽極對(duì)陽極或陰極對(duì)陰極聯(lián)結(jié)。當(dāng)電壓超過二極管齊納擊穿電壓時(shí)，齊納二極管導(dǎo)通。
c)第一種控制元件包括一個(gè)串聯(lián)電阻，第一種旁路器包括一個(gè)變阻器。電路電流在加于變阻器兩端的串聯(lián)電阻上引起一個(gè)電壓。當(dāng)電壓超過變阻器開關(guān)電壓時(shí)，變阻器導(dǎo)通。
d)第一種控制元件包括一個(gè)電感器，第一種旁路器包括一個(gè)旁路電阻。電感器的阻抗隨著電流急劇增加而增加，由此在旁路電阻兩端加上一個(gè)升高的電壓，以產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流流過旁路電阻。這種組合的局限在于，對(duì)于電流上升率低的過電流，電感器將不作響應(yīng)。
e)第一種控制元件包括一個(gè)串聯(lián)電阻，第一種旁路器包括一個(gè)電容器。電路電流的迅速變化將導(dǎo)致串聯(lián)電阻兩端電壓急劇變化。隨著電壓的急劇變化，電容器的阻抗將會(huì)降低，于是電容器中產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流。這種組合也有一種局限，就是對(duì)于電流下降率低的過電流它不會(huì)作出響應(yīng)。
f)第一種控制元件包括一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，第一種旁路器包括一個(gè)旁路電阻，當(dāng)電路電流超過預(yù)定值時(shí)，安裝的開關(guān)設(shè)備就可用來檢測電流值，然后將電流轉(zhuǎn)給旁路電阻。
g)第一種控制元件包括一個(gè)PTC裝置，第一種旁路器包括一個(gè)旁路電阻。電路中的過電流使得PTC裝置發(fā)熱而將其電阻升高，由此把電流轉(zhuǎn)給旁路電阻。
在上述適當(dāng)組合中，若第一種旁路器不帶有電阻的話，極限過流就可能損壞含旁路器的設(shè)備，譬如，由負(fù)載短路而引起的極限過流等。因此，第一種旁路器還是優(yōu)選地含有一種限流電阻，并將它同上述設(shè)備串聯(lián)。
本發(fā)明的第二種實(shí)施方案還另外提供一種過流保護(hù)，具體地說，就是保護(hù)極高的過電流。本發(fā)明的第二種實(shí)施方案包括有第二種控制元件和第二種旁路元件，第二種控制元件同第一種控制元件與第一種旁路元件的公共輸入點(diǎn)串聯(lián)，而第二種旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨越了第二種控制元件及第一種旁路元件。在該實(shí)施方案中，選擇的第二種控制元件在電路電流正常情況下具有極小的阻抗，而一旦工作電路遇到極高的過電流時(shí)，例如短路，它的阻抗便急劇上升到一個(gè)很大的值。當(dāng)?shù)诙N控制元件阻抗變得很大時(shí)，電流便轉(zhuǎn)給第二種旁路元件，由此，在比較元件中便導(dǎo)致一個(gè)不平衡電流。
本發(fā)明的第三種實(shí)施方案提供有過壓保護(hù)，其中，系統(tǒng)的第一種旁路元件也包括一個(gè)單獨(dú)的旁路器，但是該旁路器聯(lián)結(jié)在(1)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，(2)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(3)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，且含有一通路線，或者(4)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，且含有一通路線。此處，該旁路器系指第二種旁路器，在本發(fā)明的第三種實(shí)施方案中，如果工作電路遇到過電壓，選擇的第二種旁路器其通過的電流ISECOND-BYPASS就會(huì)增加。
在本發(fā)明的第三種實(shí)施方案中，為采用GFI作過壓保護(hù)，且基本不影響GFI的接地故障中斷操作，第二種旁路器優(yōu)選采取一種阻抗，該阻抗為電壓的非線性函數(shù)。因此，在該實(shí)施方案中，優(yōu)選地采用以下方法，即在電路電壓VCIRCUIT接近電壓VSECOND-TRIP之前，第二種旁路器內(nèi)流經(jīng)的電流ISECOND-BYPASS(它在GFI內(nèi)引起一個(gè)相應(yīng)的不平衡電流IGFI)一直都很小，此處的電壓VSECOND-TRIP將使ISECONP-BYPASS上升到一個(gè)使GFI跳閘的電流值IIMBACANE。這樣，就能保證在正常工作狀態(tài)時(shí)第二種旁路器不會(huì)對(duì)電路的電氣特性產(chǎn)生較大的影響，但對(duì)于過電壓，反應(yīng)會(huì)極為迅速。因此，若VCIRCUIT等于0.90×VSECOND-TRIP，尤其是VCIRCUIT等于0.95×VSECOND-TRIP時(shí)，ISECOND-BYPASS需優(yōu)選地采取小于0.10×IIMBALANCE的值，當(dāng)VCIRCUIT為0.99×VSECOND-TRIP時(shí)更是這樣。但是，如果VCIRCUIT等于0.95×VSECOND-TRIP，尤其是VCIRCVIT為0.99×VSECOND-TRIP時(shí)，采取的ISECOND -BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE，特殊情況時(shí)要小于0.001×IIMBALANCE，這樣做的性能會(huì)更好。
上文指出，第二種旁路器優(yōu)選地具備非線性特征，這樣，當(dāng)CCIRCUIT超過一個(gè)特定值時(shí)，流經(jīng)第一種旁路元件的電流會(huì)相應(yīng)經(jīng)歷一個(gè)非線性變化。第二種旁路器可包括一些諸如電壓反饋或電平箝位的器件，如變阻器、二極管、齊納二極管、氣體放電管或火花隙等等。
在本發(fā)明的第四種實(shí)施方案中，供有過電流(或欠電流)保護(hù)，其中，系統(tǒng)的第一種旁路元件也包括有第二種旁路器，該旁路器聯(lián)結(jié)在(1)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，(2)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(3)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，且含有一通路線，或者(4)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，且含有一通路線。但是，該第四種實(shí)施方案中，第二種旁路器包括一個(gè)開關(guān)裝置，且系統(tǒng)含有第一種控制元件，而第一種控制元件則聯(lián)結(jié)在工作電路的饋線(或回線)當(dāng)中。第一種控制元件為一種電流響應(yīng)器，且同開關(guān)裝置相連接。電流響應(yīng)器作如下選擇，當(dāng)ILINE為正常值時(shí)，電流響應(yīng)器讓開關(guān)裝置保持在打開狀態(tài)，而當(dāng)ILINE超過(或者，在欠流保護(hù)時(shí)低于)一預(yù)定值ISECOND-TRIP時(shí)，電流響應(yīng)器便使得開關(guān)裝置切換到閉合狀態(tài)。
前文討論的本發(fā)明第一、第二、第三種實(shí)施方案均指出，至少含有第一種旁路元件與第一種控制元件其中一種的器件，它們優(yōu)選地帶有非線性特征，這樣，當(dāng)電路過流及/或過壓時(shí)，流經(jīng)第一種旁路元件的電流會(huì)經(jīng)歷一個(gè)非線性變化。在本發(fā)明的第四種實(shí)施方案中，第二種旁路器通過采用開關(guān)裝置而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)選的非線性。這種開關(guān)裝置可以含有電力機(jī)械裝置，譬如繼電器，也可含有固態(tài)開關(guān)裝置，正如第一、第二及第三種實(shí)施方案采用的優(yōu)選設(shè)計(jì)一樣，固態(tài)開關(guān)裝置能夠產(chǎn)生一種非線性響應(yīng)。
本發(fā)明的第五種實(shí)施方案提供另外一種過流保護(hù)，具體地說，也是一種極高的過電流保護(hù)，例如短路等。本發(fā)明的第五種實(shí)施方案包括有第二種控制元件以及第二種旁路元件，第二種控制元件串聯(lián)在比較元件的饋線側(cè)，而第二種旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件和比較元件的饋線側(cè)。第二種控制元件與第二種旁路元件的作用方式同上述本發(fā)明第二種實(shí)施方案中各自相應(yīng)元件的作用方式是一樣的。帶有第二種控制元件及第二種旁路元件的一個(gè)目的就是，保護(hù)第一種控制元件中的器件，使其免遭極高的過電流，例如由負(fù)載短路而帶來的極高過電流等等。
本發(fā)明的第六種實(shí)施方案提供有過壓保護(hù)。本發(fā)明的第六種實(shí)施方案包括有第一種控制元件，它聯(lián)結(jié)于饋線側(cè)與回線側(cè)之間，且與負(fù)載并聯(lián)。類似于本發(fā)明的第四種實(shí)施方案，第一種旁路元件包括第二種旁路器，它聯(lián)結(jié)在(1)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，(2)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(3)饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，且含有一通路線，或者(4)饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，且含有一通路線。如同第四種實(shí)施方案一樣，第二種旁路器包含一個(gè)開關(guān)裝置。第一種控制元件為一種電壓響應(yīng)器，且同開關(guān)裝置相連接。電壓響應(yīng)器作如下選擇，當(dāng)負(fù)載電壓VLOAD為正常值時(shí)，電壓響應(yīng)器讓開關(guān)裝置保持在打開狀態(tài)，而當(dāng)負(fù)載電壓超過一預(yù)定值VSECOND-TRIP時(shí)，電壓響應(yīng)器便使得開關(guān)裝置切換到閉合狀態(tài)。
附

圖1示出了一種含有常規(guī)GFI裝置的優(yōu)先技術(shù)電路。為簡化敘述下文附圖所示的電路，點(diǎn)線內(nèi)畫有一些器件，這些器件除了包括第一套接觸器14和第二套接觸器16外，還有GFI裝置，它們稱作為GFI電路，并以通用參考數(shù)字10表示。在常規(guī)GFI裝置中，饋線8與回線6內(nèi)的電流在GFI變壓器28的兩個(gè)一次線圈32、34流通，且方向相反。若饋線8與回線6內(nèi)的電流相等，那么，GFI變壓器28內(nèi)的磁場為零，由此在二次線圈26內(nèi)產(chǎn)生的電流基本為零。若饋線8與回線6內(nèi)的電流不等，譬如，當(dāng)饋線8到地線12之間發(fā)生接地故障時(shí)，該不平衡電流則在GFI變壓器28內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)磁場。假使不平衡電流超過第一個(gè)確定的臨界值，那么，GFI變壓器28內(nèi)產(chǎn)生的磁場將導(dǎo)致二次線圈26內(nèi)的感應(yīng)電流超過第二個(gè)確定的臨界值。探測電路22一旦檢測到二次線圈26內(nèi)的感應(yīng)電流超過第二個(gè)臨界值，便為閂鎖繼電器18增能(或?yàn)橐挥性蠢^電器去能)。閂鎖繼電器增能后，正常閉合的接觸器14、16打開，于是切斷供給負(fù)載4的電源。接觸器14、16在人工復(fù)位到閉合狀態(tài)之前一直是打開的。
有一種接地故障斷續(xù)器，使GFI跳閘的饋線8與回線6間的不平衡電流典型地采取5毫安(mA)。在典型的GFI電路實(shí)現(xiàn)方法中，探測電路22只是在正半周期或負(fù)半周期里檢測不平衡電流值，例如，采用一種電容器，使其在半個(gè)周期內(nèi)充電，而在另半個(gè)周期內(nèi)放電。由于制造工藝不同，所以，如果沒有昂貴的測試方法，就不能確定GFI裝置究竟需要在哪個(gè)半周期內(nèi)檢測不平衡電流值。
附圖2示出了GFI電路10及其各個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。在此，GFI電路10帶有一個(gè)饋線電路21，此電路包括一個(gè)饋線電路輸入點(diǎn)11及一個(gè)饋線電路輸出點(diǎn)13。GFI電路10還帶有一個(gè)回線電路23，此電路包括一個(gè)回線電路輸入點(diǎn)17及一個(gè)回線電路輸出點(diǎn)15。電源供給饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸出點(diǎn)15，負(fù)載則聯(lián)結(jié)在饋線電路輸出點(diǎn)13與回線電路輸入點(diǎn)17上。饋線電路21指的是GFI電路10中檢測饋線8電流的那部分，而回線電路23指的是GFI電路10中檢測回線6電流的那部分。
附圖3示出了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第一種實(shí)施方案，并用方框圖描述了電路100的各個(gè)工作元件，該實(shí)施方案的作用為提供過流保護(hù)。工作元件代表著各個(gè)含保護(hù)系統(tǒng)的電氣器件的功能。電源102為電路提供電功率，而負(fù)載112則是本電路的目的。第一種控制元件104、第一種旁路元件106、比較元件114及中斷元件108相互協(xié)調(diào)工作，以提供過流保護(hù)。在過流狀態(tài)時(shí)，第一種控制元件104將電流轉(zhuǎn)給第一種旁路元件106，由此(在饋線電流與回線電流之間)產(chǎn)生一個(gè)不平衡，通過比較元件114可以檢測出這種不平衡情況。當(dāng)轉(zhuǎn)給第一種旁路元件106的電流達(dá)到一確定臨界值時(shí)，比較元件114便把信號(hào)傳達(dá)給中斷元件108，使中斷元件108將流入負(fù)載112的電流降小或截止。類似于附圖2所述的GFI電路10，比較元件114帶有一個(gè)饋線檢測器121和一個(gè)回線檢測器123，饋線檢測器121包括一個(gè)饋線檢測輸入點(diǎn)111和一個(gè)饋線檢測輸出點(diǎn)113，而回線檢測器123則包括一個(gè)回線檢測輸入點(diǎn)117和一個(gè)回線檢測輸出點(diǎn)115。
此處，在饋線檢測輸入點(diǎn)111與饋線檢測輸出點(diǎn)113之間，饋線檢測器121內(nèi)有一點(diǎn)，在此把它稱作為饋線檢測點(diǎn)；而在回線檢測輸入點(diǎn)117與回線檢測輸出點(diǎn)115之間，回線檢測器123內(nèi)也有一點(diǎn)，它稱作為回線檢測點(diǎn)。
附圖4所示電路為本發(fā)明第一種實(shí)施方案的一個(gè)次級(jí)優(yōu)選例子，它采用了一個(gè)帶GFI電路10的裝置，GFI電路10中有兩個(gè)電阻器，第一個(gè)為串聯(lián)電阻(RS)42，第二個(gè)為旁路電阻(RP)44。該電路20雖提供了過流保護(hù)，但是對(duì)GFI跳閘的接地故障電流帶來了一些變化。通過選擇RS42與RP44的值，GFI電路10的跳閘不平衡電流可得到精確設(shè)置。如上所述，譬如，若GFI電路10在不平衡電流為5mA時(shí)跳閘，且RP/RS比值為2000，那么系統(tǒng)將在電路電流為2000×5mA，或者說10A時(shí)跳閘。但是，如果電路正常電流為5A，那么RP44內(nèi)的電流即為2.5mA，饋線8只要與接地線發(fā)生2.5mA的故障電流就可使GFI電路10跳閘。
根據(jù)本發(fā)明，附圖5示出了GFI電路保護(hù)系統(tǒng)其第一種實(shí)施方案的優(yōu)選范例。電路30中，串聯(lián)電阻52串接在電源2和GFI電路10其饋線電路輸入點(diǎn)11之間的線路里。串聯(lián)電路52與GFI電路10線電路21作串聯(lián)聯(lián)結(jié)，而第一個(gè)二極管54和第二個(gè)二極管56則同上述電路并聯(lián)起來。第一和第二個(gè)二極管54、56在聯(lián)結(jié)時(shí)，極性倒置，以保證GFI電路10在不確定的半個(gè)周期內(nèi)檢測到不平衡電流。在下面敘述附圖5電路時(shí)，假定GFI電路10是在正半周期內(nèi)檢測不平衡電流，而且第一個(gè)二極管54為裝置中的工作二極管。串聯(lián)電阻52的電阻極小，這樣，只要串聯(lián)電阻52兩端的電壓小于第一個(gè)二極管54的正向電壓值，就幾乎沒有電流流經(jīng)第一個(gè)二極管54，而且饋線8與回線6間的不平衡電流也較小。一旦串聯(lián)電阻52兩端電壓達(dá)到第一個(gè)二極管54的正向電壓值，第一個(gè)二極管54便導(dǎo)通，GFI電路10跳閘，接觸器14、16打開。比如，若串聯(lián)電阻52的阻值為0.05Ω，而第一個(gè)二極管54的正向電壓為0.5V，電路10的電流達(dá)到10A時(shí)GFI電路10就會(huì)跳閘?？刹捎闷渌恍┢骷泶娴谝缓偷诙€(gè)二極管54、56，如齊納二極管、變阻器、晶體管或其它固態(tài)裝置等等。
回過頭來再參考附圖3與5，上述的第一種控制元件104及其包括的串聯(lián)電路52同比較元件114是分開的。第一種控制元件104及其后面的串聯(lián)電阻52的功能為，在第一種旁路元件106兩端感應(yīng)一個(gè)代表電路電流的電壓。當(dāng)然，第一種控制元件104的功能也可由一種類似的器件置于比較元件114當(dāng)中來代替，這種器件如電阻等。另外，包括第一種控制元件104及第一種旁路元件106在內(nèi)的器件，即串聯(lián)電阻52及二極管54、56，它們都是聯(lián)結(jié)在GFI電路10的饋線電路21周圍。根據(jù)本發(fā)明，第一種控制元件104與第一種旁路元件106可以類似地聯(lián)結(jié)在GFI電路10的回線電路23周圍。但是，實(shí)踐中都是將其聯(lián)到載波饋線8上，而不是聯(lián)到GFI電路10其回線6的電路上。
根據(jù)上述發(fā)明，GFI電路保護(hù)系統(tǒng)的第一種實(shí)施方案的范例對(duì)于保護(hù)那些不大的過電流非常適用，例如，過電流只大于正常電路電流幾個(gè)數(shù)量級(jí)。但是，為了保護(hù)極限過電流，如負(fù)載短路，一定情況下，在GFI接觸器14、16打開之前，第一種旁路元件106內(nèi)的二極管54、56或其它非線性裝置有可能引發(fā)一個(gè)極高的電流，從而導(dǎo)致第一種旁路元件106內(nèi)的二極管54、56或其它非線性裝置損壞。因此，如附圖6所示，優(yōu)選地加入了一個(gè)限流電阻58，該限流電阻58同二極管54、56或其它非線性裝置作串聯(lián)聯(lián)結(jié)。
附圖7講述了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第二種實(shí)施方案，并用方框圖描述了包括有各個(gè)工作元件的電路110。第二種實(shí)施方案的工作元件除包括有附圖3所示第一種實(shí)施方案具備的工作元件外，另外還帶有兩元件第二種控制元件116，它聯(lián)結(jié)在中繼元件108與第一種控制元件104之間；第二種旁路元件118，它在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件116及第一種旁路元件106。第二種控制元件116及第二種旁路元件118的目的為另外提供一種極高的過電流保護(hù)，譬如短路等，在有些地方，比較元件114可以復(fù)位一次或多次，而此時(shí)負(fù)載卻仍然處于短路狀態(tài)，這種情況下更加需要上述保護(hù)。
在該實(shí)施方案中，第二種控制元件116作如下選擇，當(dāng)電路電流處于正常狀態(tài)時(shí)，它的阻抗極小，而一旦出現(xiàn)極高過電流，它的阻抗便急劇增至一個(gè)較高的值。如果第二種控制元件116的阻抗增高了，電流便轉(zhuǎn)給第二種旁路元件118，從而產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流，該不平衡電流由比較元件114進(jìn)行探測。
附圖8示出了本發(fā)明GFI電路保護(hù)系統(tǒng)的第二種實(shí)施方案的范例。電路50的電氣器件包括附圖6所示電路40的所有器件，另外，它還有三個(gè)器件。正溫度系數(shù)(PTC)裝置62位于饋線當(dāng)中，且聯(lián)結(jié)于串聯(lián)電阻52和限流電阻58的公共接點(diǎn)前端。第二種旁路電阻64從PTC裝置62的輸入側(cè)聯(lián)至一個(gè)公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)為極性倒置的并聯(lián)二極管54、56同GFI的饋線側(cè)輸出點(diǎn)13所共有的公共接點(diǎn)。變阻器66與PTC裝置62并聯(lián)。
附圖8所示電路50的器件其工作方式與上述附圖6所示器件的工作方式是一樣的。PTC裝置62與第二種旁路電阻64的目的是另外再提供一種保護(hù)，具體地說就是保護(hù)極高的過電流，如負(fù)載4產(chǎn)生的短路等。PTC裝置62及第二種旁路電阻64的工作方式在美國專利申請(qǐng)系列號(hào)60/003,733(標(biāo)號(hào)為MP1559-US1)中有過敘述。在電路正常工作情況下，PTC裝置62的電阻極小，而第二種旁路電阻的阻值較PTC裝置62的阻值大得多。因此，電路電流由PTC裝置62流至負(fù)載4。但是，一旦出現(xiàn)過流，PTC裝置62的電阻便大大增加，這樣，PTC裝置62的電阻相對(duì)于第二種旁路電阻64的電阻就形成一個(gè)比值，該比值使得電流轉(zhuǎn)向流至第二種旁路電阻，于是GFI電路10中產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流。并聯(lián)在PTC裝置62上的變阻器66可以限制PTC裝置62兩端的電壓尖峰值，當(dāng)PTC裝置62的電阻增加時(shí)，由于電路中存在感性負(fù)載4及/或感性器件，所以電流的急劇變化可能導(dǎo)致上述電壓尖峰。
各器件的值可作如下選擇，串聯(lián)電阻52與二極管54、56在過電流為正常電流的幾倍或多倍的情況下，使得GFI電路10跳閘，而PTC裝置62與第二種旁路電阻只是在極高過電流情況下才使得GFI電路10跳閘。在一種電路范例中，各器件采用以下值串聯(lián)電阻52為0.5Ω，限流電阻58為10Ω，第二種旁路電阻64為8.2KΩ，二極管54、56正向電壓為0.5V,PTC裝置62在電流為2A時(shí)跳至高阻狀態(tài)。通過采用0.5Ω串聯(lián)電阻52和0.5V導(dǎo)通的二極管54、56,GFI電路10在1A時(shí)跳閘。萬一出現(xiàn)短路情況，二極管54、56內(nèi)電流將由限流電阻58限制在10A左右，而GFI電路內(nèi)的電流可能達(dá)到約150A。然而，PTC裝置62會(huì)迅速跳閘而把電流轉(zhuǎn)給第二種旁路電阻64，因此，可以限制工序中的故障電流，這與美國專利申請(qǐng)系列號(hào)60/003,733(標(biāo)號(hào)MP1559-US1)中所講述的是一樣的。值得指出的是，如果存在有類似于短路的持續(xù)故障，而GFI電路10通過人工進(jìn)行了復(fù)位，但此時(shí)GFI裝置62仍處于高溫高阻狀態(tài)，那么，電流依然會(huì)轉(zhuǎn)給第二種旁路電阻64，以使得GFI電路10繼續(xù)跳閘。
附圖9講述了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第三種實(shí)施方案，并用方框圖描述了各個(gè)工作元件，該實(shí)施方案提供有過壓保護(hù)。附圖9的方框圖與附圖3的方框圖其不同之處在于，沒有第一種控制元件104，而且所示的第一種旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間。所示的比較元件114′還包括一個(gè)通路檢測器125。過壓狀態(tài)時(shí)，旁路元件106流有電流，由此便產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流，該不平衡電流由比較元件114′進(jìn)行探測。當(dāng)不平衡電流達(dá)到確定臨界值時(shí)，比較元件114′便將信號(hào)傳送給中斷元件108，由中斷元件108來減小或截止流入負(fù)載112的電流。附圖9中，第一種旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間。系統(tǒng)由按下述方式聯(lián)結(jié)的第一種旁路元件106來提供過壓保護(hù)，即旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間，或聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸出點(diǎn)113與回線檢測輸出點(diǎn)115之間。此外，系統(tǒng)也可由按下述方式聯(lián)結(jié)的第一種旁路元件106來提供過壓保護(hù)，即旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸出點(diǎn)115之間，或聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸出點(diǎn)113與回線檢測輸入點(diǎn)117之間，這兩種聯(lián)結(jié)的旁路元件結(jié)線中均含通路檢測器125。通路檢測器125的功能將在下文參考附圖10及附圖11a-11d時(shí)進(jìn)行解說。
附圖10展示了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第三種實(shí)施方案的范例。電路60中，變阻器74聯(lián)結(jié)在GFI電路10′的饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸入點(diǎn)17之間。電路電壓正常時(shí)，變阻器74導(dǎo)通的電流值可以忽略。當(dāng)產(chǎn)生過電壓的時(shí)候，變阻器74開始導(dǎo)通，由此在GFI電路10′中產(chǎn)生一個(gè)不平衡電流。若不平衡電流達(dá)到跳閘值，如5mA,GFI電路10′便會(huì)跳閘，使得接觸器14、16打開。上面提到，該系統(tǒng)通過變阻器74提供以過壓保護(hù)，變阻器74即為聯(lián)結(jié)于四種裝置中的第一種旁路元件106。附圖11a、11b、11c及11d畫出了這四種裝置的電路圖。附圖11a-11d所示電路圖其器件與附圖1及附圖10所示電路圖的相應(yīng)器件具有相同的參考數(shù)字。所示的GFI變壓器28為一個(gè)環(huán)，而一次線圈32、24則通過該GFI變壓器28。所示的二次線圈26繞在GFI變壓器28上。所示的變阻器74在下述裝置中的連接方式為1)附圖11a中，位于饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸出點(diǎn)15之間；2)在附圖11b中，位于饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸入點(diǎn)17之間；3)在附圖11c中，位于饋線電路輸出點(diǎn)13與回線電路輸入點(diǎn)17之間；及4)在附圖11d中，位于饋線電路輸出點(diǎn)13與回線電路輸出點(diǎn)15之間。在附圖8a及8c中，所示的變阻器74結(jié)線通過GFI變壓器28。當(dāng)變阻器74中流有電流時(shí)，二次線圈26就可以檢測到一個(gè)不平衡電流。附圖11a及11c中，在GFI10′里采用單獨(dú)的測試線也能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。再參考附圖9和10，比較元件114′的通路檢測器125以及GFI電路10′的通路線路25指的是通過GFI變壓器28的結(jié)線。
附圖11a-11d所示的結(jié)線為可以在GFI電路10′里產(chǎn)生一個(gè)可探測不平衡電流的結(jié)線。此外，例如在附圖11b及11d中，變阻器74結(jié)線也可通過變壓器28，以把GFI電路10′中的不平衡電流放得更大。同時(shí)，在四個(gè)例子中，變阻器74結(jié)線均可以纏繞變壓器28一次或多次，這樣又可以放大不平衡電流。
在這些電路中，優(yōu)選采用非線性裝置作為第一種旁路元件106，例如變阻器、二極管、齊納二極管、火花隙、雙向三極管開關(guān)或其它一些具有類似特性的裝置等。
本發(fā)明的GFI過壓保護(hù)系統(tǒng)可以同本發(fā)明的GFI過流保護(hù)系統(tǒng)一起連用，以在電路中既提供有過流保護(hù)又提供有電壓保護(hù)。對(duì)于共同待決、共同指定的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)60/003,733(標(biāo)號(hào)MP1559-US1)所公布的GFI過流保護(hù)系統(tǒng)，本發(fā)明的GFI過壓保護(hù)系統(tǒng)也可同它一起連用，以提供過流過壓兩種保護(hù)。
在附圖11a-11d所示的電路裝置中，變阻器74作為一種開關(guān)使用，正常工作狀態(tài)時(shí)它是打開的，檢測到過電壓后它將閉合。變阻器74可切斷過電壓，同時(shí)，如果在變阻器處用一個(gè)開關(guān)裝置來代替它，并由探測的過電流來觸發(fā)該開關(guān)裝置，那么，就可用一種類似的裝置來提供過流保護(hù)。
附圖12展示了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第四種實(shí)施方案，并用方框圖描述了各個(gè)工作元件，該實(shí)施方案提供有過流保護(hù)，其中，附圖10所示過壓保護(hù)電路60中的變阻器74由一種開關(guān)裝置來代替，并由探測的過電流來觸發(fā)該開關(guān)裝置。附圖12的方框圖包括第一種控制元件104，而附圖9的方框圖卻無此元件。如附圖12所示，第一種控制元件104位于比較元件114′的饋線檢測輸出點(diǎn)113和負(fù)載112之間。但是，該控制元件也可以放置于電源102與比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111之間，優(yōu)選地，放置于中斷元件108與饋線檢測輸入點(diǎn)111之間。第一種控制元件也可置于回線中的類似位置，但是優(yōu)選地，在回線線路中都不放置電氣器件，因?yàn)檫@有可能在回線線路中引起一個(gè)電壓降。圖中的第一種旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間。正常工作期間，第一種旁路元件106無電流經(jīng)過。在過流情況下，第一種控制元件探測到過電流，然后將信號(hào)傳給第一種旁路元件106，使得第一種旁路元件106中有電流經(jīng)過，從而產(chǎn)生一個(gè)由比較元件114′進(jìn)行探測的不平衡電流。比較元件114′再把信號(hào)傳給中斷元件108，使中斷元件108將流入負(fù)載112的電流降低或截止。附圖9展示的第一種旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間。上文參考附圖6已討論過，系統(tǒng)通過第一種旁路元件106給電路提供以保護(hù)，旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸入點(diǎn)117之間，或聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸出點(diǎn)113與回線檢測輸出點(diǎn)115之間。此外，系統(tǒng)也可由按下述方式聯(lián)結(jié)的第一種旁路元件106來提供電路保護(hù)，即旁路元件106聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸入點(diǎn)111與回線檢測輸出點(diǎn)115之間，或聯(lián)結(jié)在比較元件114′的饋線檢測輸出點(diǎn)113與回線檢測輸入點(diǎn)117之間，這兩種聯(lián)結(jié)方式的旁路元件106在聯(lián)結(jié)時(shí)通過比較元件114′的通路檢測器125。
附圖13所示的電路裝置為本發(fā)明GFI保護(hù)系統(tǒng)第四種實(shí)施方案的范例。在電路70中，饋線8內(nèi)的電流值由一種電流檢測器進(jìn)行檢測，這種電流檢測器可采用一種電流檢測繼電線圈82。一旦出現(xiàn)過電流，電流檢測繼電線圈82便增能，使得一套繼電接觸器94閉合。產(chǎn)生的不平衡電流使得GFI電路10′跳閘，接觸器14、16便打開，該不平衡電流可由電阻96進(jìn)行限制。電流檢測繼電線圈82和繼電接觸器94可以由一種固態(tài)電流檢測裝置和開關(guān)裝置來代替。
附圖13中，電阻96與繼電接觸器94聯(lián)結(jié)在一起，然后從GFI電路10′的饋線電路輸入點(diǎn)11聯(lián)至線電路輸入點(diǎn)17。類似于附圖11a-11d的變阻器裝置，附圖14a、14b、14c及14d為一些電路裝置的電路圖。電阻96與繼電接觸器94在聯(lián)結(jié)后，再聯(lián)結(jié)在下述位置1)附圖14a中，位于饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸入點(diǎn)17之間；2)在附圖14b中，位于饋線電路輸入點(diǎn)11與回線電路輸入點(diǎn)之間；3)在附圖14c中，位于饋線電路輸出點(diǎn)13與回線電路輸入點(diǎn)17之間；及4)在附圖14d中，位于饋線電路輸出點(diǎn)13與回線電路輸出點(diǎn)15之間。在附圖14a及14c中，結(jié)線通過GFI變壓器28。如同上文討論過的一樣，根據(jù)電壓保護(hù)電路60的變阻器74結(jié)線方法，附圖14a-14d所描述的所有結(jié)線均可以選擇性地通過變壓器28，而且/或者可以纏繞變壓器28一次或多次，以放大GFI電路10′中的不平衡電流。
下面再參考附圖13，盡管在實(shí)際中回線6內(nèi)都優(yōu)選地不采用電氣器件，它可能在回線6中引一個(gè)電壓降，但電流檢測繼電線圈82還是可以串聯(lián)于饋線8或回線6當(dāng)中。電流檢測繼電線圈82優(yōu)選地放置于GFI電路10′的饋線電路輸出點(diǎn)13與負(fù)載4之間，但是，它也可以放置在電源2與GFI電路10′的饋線電路輸入點(diǎn)11之間，優(yōu)選地，它被放置在第一套接觸器14與饋線電路輸入點(diǎn)11之間。
本發(fā)明的第四種實(shí)施方案，也可以用來為電路提供欠流保護(hù)。例如，當(dāng)電路電流由一個(gè)大于跳閘值降至一個(gè)低于跳閘值的時(shí)候，就可以設(shè)置第一種控制元件104去觸發(fā)第一種旁路元件106。
附圖15展示了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第五種實(shí)施方案，并用方框圖描述了各個(gè)工作元件，該實(shí)施方案提供有過流保護(hù)。附圖15所述的器件包括附圖12中第四種實(shí)施方案的所有器件，另外還加上第二種控制元件116以及第二種旁路元件118，這兩種元件在前面附圖7所示的第二種發(fā)明實(shí)施方案中已有過討論。因此，第一種控制元件104及第一種旁路元件106用來對(duì)不大的過電流提供保護(hù)，而第二種控制元件116及第二種旁路元件118則用來給極高的過電流提供保護(hù)，如短路等。
附圖16所示的電路裝置為本發(fā)明GFI保護(hù)系統(tǒng)第五種實(shí)施方案的范例。電路80引用了附圖13所示電路70的器件，另外還加上一些前文在附圖8中討論過的器件，即PTC裝置62、第二種旁路電阻64以及與PTC裝置62相并聯(lián)的變阻器66。電路80中的各器件同附圖8及13中的相應(yīng)器體其工作方式是一樣的。
附圖17展示了本發(fā)明電路保護(hù)系統(tǒng)的第六種實(shí)施方案，并用方框圖描述了各個(gè)工作元件，該實(shí)施方案提供有過壓保護(hù)。在許多方面，該第六種實(shí)施方案的工作方式同上述第四種實(shí)施方案是相似的。因此，只講述兩者的不同之處。其實(shí)，在上述第四種實(shí)施方案中，第一種控制元件104包括一個(gè)電流檢測裝置，如電流檢測繼電器82，且該裝置聯(lián)結(jié)在電路的饋線8(或回線6)之中，而在第六種實(shí)施方案中，第一種控制元件104包括一個(gè)電壓檢測裝置，該裝置則聯(lián)結(jié)于饋線8與回線6之間。若第一種控制元件104探測到過電壓，那么，第一種控制元件104就把信號(hào)傳給第一種旁路元件106，使得第一種旁路元件106內(nèi)流經(jīng)有電流，于是便產(chǎn)生一個(gè)由比較元件114′進(jìn)行探測的不平衡電流。
附圖18所示的電路裝置為本發(fā)明GFI保護(hù)系統(tǒng)第六種實(shí)施方案的范例。在電路90中，饋線8與回線6間的電壓差由一種電壓檢測裝置來進(jìn)行檢測，這種檢測裝置如電壓檢測繼電線圈83等。當(dāng)出現(xiàn)過電壓時(shí)，電壓檢測繼電線圈83便增能，以閉合繼電接觸器94。產(chǎn)生的不平衡電流使得GFI電路10′跳閘，接觸器14、16便打開，該不平衡電流可以電阻96進(jìn)行限制。電壓檢測繼電線圈83和繼電接觸器94可以由一種固態(tài)電流檢測裝置和開關(guān)裝置來代替。
本發(fā)明的上文有關(guān)詳述有好些段落，它們主要是關(guān)于本發(fā)明的一些具體的部分或方面，或者說是屬于本發(fā)明專利性質(zhì)的。應(yīng)該理解，這是出于清晰和方便的目的，有關(guān)的具體特征不局限于段落中所公布的內(nèi)容，在此，發(fā)明公布的內(nèi)容還包括各段落間信息的所有適當(dāng)組合。類似地，盡管此文有關(guān)本發(fā)明的特定實(shí)施方案其附圖和敘述各不相同，但是應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)具體的附圖都公布有一個(gè)特定的特征，而該特征在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候也可用在其它附圖中，可同其它特征一起連用，或者，就用于本發(fā)明的一般情況當(dāng)中。
另外，盡管本發(fā)明是通過一定的優(yōu)選實(shí)施方案來進(jìn)行敘述的，但本發(fā)明并不局限于這些優(yōu)選實(shí)施方案。本發(fā)明的范圍另由附屬的權(quán)利要求進(jìn)行定義。
權(quán)利要求
1．一種電氣保護(hù)系統(tǒng)，它可聯(lián)結(jié)在供電電源與電氣負(fù)載之間，以形成一種帶一載流饋線和一回線的工作電路，采用該種聯(lián)結(jié)，保護(hù)系統(tǒng)可為工作電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)，該系統(tǒng)包括a．一種電路中斷元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該中斷元件可提供正常與故障兩種狀態(tài)，正常狀態(tài)時(shí)，電路中允許流經(jīng)一正常電流INORMAL，故障狀態(tài)時(shí)，電路中至多只允許流經(jīng)一個(gè)小電流，其值比INORMAL小得多；b．一種比較元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，(1)該比較元件包括(a)一個(gè)檢測電路載流饋線內(nèi)電流ILINE值的饋線檢測器，饋線檢測點(diǎn)位于饋線檢測輸入點(diǎn)與饋線檢測輸出點(diǎn)之間，(b)一個(gè)檢測電路回線內(nèi)電流IRETURN值的回線檢測器，回線檢測點(diǎn)位于回線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(c)一個(gè)可選擇采用的檢測電流IPASSTHRU值的通路檢測器，通路檢測點(diǎn)位于通路線路之內(nèi)，(2)比較元件通過比較ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而確定一個(gè)線路有效電流ICOMPARISON，若ICOMPARISON從一個(gè)小于預(yù)定不平衡電流值IIMBALANCE增至一個(gè)大于IIMBALANCE的值的話，那么比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)；c．第一種旁路元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，旁路元件將流經(jīng)有電流IBYPASS，當(dāng)電路過流和/或過壓時(shí)，IBYPASS便發(fā)生變化，并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE，這樣，比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，第一種旁路元件包括第一種旁路器，該旁路器a．在電路中聯(lián)結(jié)時(shí)，跨過饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)中的一點(diǎn)，而不是跨過饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)外的其它點(diǎn)，而且，該旁路器不為通路線路的一部分；b．具有(1)一個(gè)低導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)它允許流經(jīng)一電流IFIRST-BYPASS，其值比IIMBALANCE小得多，當(dāng)端電壓VFIRST-BYPASS小于預(yù)定值VFIRST-TRIP時(shí)，采用這個(gè)狀態(tài)，(2)一個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)它允許流經(jīng)一個(gè)大于IIMBALANCE的電流IFIRST-BYPASS，當(dāng)VFIRST-BYPASS由一個(gè)小于VFIRST-TRIP的值升至大于VFIRST-TRIP時(shí)，采用這個(gè)狀態(tài)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，第一種旁路器包括一種非線性裝置，該非線性裝置包括a．二極管；b．第一個(gè)帶有陽極與陰極的二極管，以及第二個(gè)帶有陽極與陰極的二極管，第一個(gè)二極管與第二個(gè)二極管串聯(lián)，即第一個(gè)二極管的陽極與第二個(gè)二極管的陰極相接，而第一個(gè)二極管的陰極則同第二個(gè)二極管的陽極相接；c．第一個(gè)帶有陽極與陽極的齊納二極管，以及第二個(gè)帶有陽極與陰極的齊納二極管，第一個(gè)齊納二極管與第二個(gè)齊納二極管串聯(lián)，即第一個(gè)齊納二極管的陽極與第二個(gè)二極管的陰極相接，而第一個(gè)二極管的陰極則同第二個(gè)二極管的陽極相接；或者d．變阻器。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，第一種旁路器包括一個(gè)與非線性裝置串聯(lián)的電阻。
5．根據(jù)權(quán)利要求2～4之一的系統(tǒng)，包括第一種控制元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)方式，a．(1)若第一種旁路器跨過饋線檢測點(diǎn)，第一種控制元件便串聯(lián)在載流饋線里，且位于第一種旁路器的跨接范圍之內(nèi)；或者(2)若第一種旁路器跨過回線檢測點(diǎn)，第一種控制元件便串接在回線電路里，且位于第一種旁路器的跨接范圍之內(nèi)；b．兩端有一電壓VFIRST-CONTROL,(1)在ILINE小于預(yù)定值IFIRST-TRIP時(shí)，該電壓低于VFIRST-TRIP，從而使得第一種旁路器的端電壓低于VFIRST-TRIP，(2)當(dāng)ILINE由一個(gè)小于IFIRST-TRIP的值增至大于IFIRST-TRIP時(shí)，該電壓變得大于VFIRST-TRIP，從而使得第一種旁路器的端電壓超過VFIRST-TRIP。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，第一種控制元件包括一個(gè)電阻。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6的系統(tǒng)，包括a．第二種控制元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)方式(a)當(dāng)?shù)谝环N控制元件為串接于載流饋線內(nèi)時(shí)，第二種控制元件也串接于載流饋線之中，但不位于第一種旁路元件的跨接范圍之內(nèi)，或者(b)當(dāng)?shù)谝环N控制元件為串接于回線電路內(nèi)時(shí)，第二種控制元件也串接于回線之中，但不位于第一種旁路元件的跨接范圍之內(nèi)，(2)具有一個(gè)可變電阻值，(a)在電路電流為正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值比負(fù)載低，(b)在電路電流大大超過正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值便大大增加；b．第二種旁路元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件以及第一種旁路元件，(2)具有一種電阻值，這樣，(a)當(dāng)電路電流為INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IIMBALANCE，(b)當(dāng)電路電流超過預(yù)定電流值INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流超過IIMBALANCE。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，第二種旁路元件包括a．一個(gè)電阻；b．一個(gè)變阻器；或c．一個(gè)與電阻串聯(lián)的二極管。
9．根據(jù)權(quán)利要求7或8的系統(tǒng)，其中，第二種控制元件包括一種PTC裝置，優(yōu)選地，采用一種聚合PTC裝置。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中，控制元件包括一種電壓箝位裝置，優(yōu)選地，采用一種變阻器，該電壓箝位裝置與PIC裝置并聯(lián)。
11．根據(jù)權(quán)利要求2～10之一的系統(tǒng)，其中，在ILINE等于0.90×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS小于0.10×IIMBALANCE，特殊地，當(dāng)ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE，優(yōu)選地，當(dāng)ILINE等于0.99×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS要小于0.001×IIMBALANCE。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，第一種旁路元件包括第二種旁路器，該旁路器a．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間；b．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間；c．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，且包含一個(gè)通路線路；或d．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，且包含一個(gè)通路線路。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，第二種旁路器包括一種電壓依賴型裝置，其通過電流為IDEVICE，a．當(dāng)電壓依賴型裝置的端電壓VDEVICE低于預(yù)定值VSECOND-TRIP時(shí)，電流IDEVICE將小于IIMBALANCE；b．當(dāng)VDEVICE從一個(gè)低于VSECOND-TRIP的值增至高于VSECOND-TRIP時(shí)，電流IDEVICE將大于IIMBALANCE。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，電壓依賴型裝置包括一種電壓箝位或反饋裝置，它包括a．變阻器，b．背靠背齊納二極管，c．氣體放電管，或d．火花隙。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，當(dāng)VDEVICE等于0.90×VSECOND-TRID時(shí)，IDEVICE小于0.10×IIMBALANCE，特殊地，當(dāng)VDEVICE等于0.95×VSECOND-TRIP時(shí)，IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE，優(yōu)選地，當(dāng)VDEVICE等于0.99×VSECOND -TRIP時(shí)，IDEVICE要小于0.001×IIMBALANCE。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中a．第二種旁路器包括一個(gè)開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置具有閉合與打開兩種狀態(tài)，閉合狀態(tài)時(shí)允許流經(jīng)一個(gè)比IIMBALANCE大的電流ISECOND-BYPASS，打開狀態(tài)時(shí)允許流經(jīng)一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IIMBALANCE的小電流ISECOND-BYPASS；b．該系統(tǒng)包括第一種控制元件，當(dāng)ILINE小于預(yù)定值ISECOND-TRIP時(shí)，該控制元件使開關(guān)裝置處于打開狀態(tài)，而當(dāng)ILINE從一個(gè)小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP時(shí)，該控制元件便將開關(guān)裝置從打開狀態(tài)切換到閉合狀態(tài)。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中a．第一種控制元件包括一個(gè)電流響應(yīng)器，該響應(yīng)器(1)在ILINE沒有超過ISECON-TRIP時(shí)處于去能狀態(tài)，(2)當(dāng)ILINE從一個(gè)小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP時(shí)，便處于增能狀態(tài)；b．開關(guān)裝置包括一個(gè)與電流響應(yīng)器相聯(lián)結(jié)的旁路開關(guān)，(1)當(dāng)電流響應(yīng)器處于去能狀態(tài)時(shí)，旁路開關(guān)打開，(2)當(dāng)電流響應(yīng)器處于增能狀態(tài)時(shí)，旁路開關(guān)閉合。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，電流響應(yīng)器包括一個(gè)電流檢測繼電線圈，該繼電線圈串接于載流饋線或回線電路中，而旁路開關(guān)包括一套繼電接觸器，該接觸器聯(lián)結(jié)在電流檢測繼電線圈上。
19．根據(jù)權(quán)利要求16～18之一的系統(tǒng)，其中，第二種旁路器包括一個(gè)與開關(guān)裝置串聯(lián)的電阻。
20．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，它包括a．第二種控制元件(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)方式，第二種控制元件串接在載流饋線電路中，且串接在比較元件的饋線側(cè)，(2)具有一個(gè)可變電阻值，(a)當(dāng)電路電流為正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值比負(fù)載小，(b)當(dāng)電路電流大大超過正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值便大大增加；b．第二種旁路元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件以及比較元件的饋線側(cè)，(2)具有一種電阻值，這樣，(a)當(dāng)電路電流為INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IIMBALANCE，(b)當(dāng)電路電流超過預(yù)定電流值INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流超過IIMBALANCE。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中，第二種旁路元件包括一個(gè)電阻。
22．根據(jù)權(quán)利要求20或21的系統(tǒng)，其中，第二種控制元件包括一種PTC裝置，優(yōu)選地，采用一種聚合PTC裝置。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中，控制元件包括一種電壓箝位裝置，優(yōu)選地，采用一種變阻器，該電壓箝位裝置與PTC裝置并聯(lián)。
24．根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，電路中斷元件包括第一種電路開關(guān)，該開關(guān)聯(lián)結(jié)在載流饋線中，當(dāng)電路中斷元件處于正常狀態(tài)時(shí)，第一種電路開關(guān)閉合，當(dāng)電路中斷元件處于故障狀態(tài)時(shí)，第一種電路開關(guān)打開。
25．根據(jù)權(quán)利要求24或25的系統(tǒng)，其中，電路中斷元件包括第二種電路開關(guān)，該開關(guān)聯(lián)結(jié)在回線電路中，當(dāng)電路中斷元件處于正常狀態(tài)時(shí)，第二種電路開關(guān)閉合，當(dāng)電路中斷元件處于故障狀態(tài)時(shí)，第二種電路開關(guān)打開。
26．根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，比較元件包括一種GFI電路。
27．一種電氣電路，包括一個(gè)電源、一個(gè)負(fù)載、一載流饋線、一回線以及一個(gè)電氣保護(hù)系統(tǒng)，該電氣保護(hù)系統(tǒng)為電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)，它包括a．一種電路中斷元件，若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該中斷元件可提供正常與故障兩種狀態(tài)，正常狀態(tài)時(shí)，電路中允許流經(jīng)一正常電流INORMAL，故障狀態(tài)時(shí)，電路中至多只允許流經(jīng)一個(gè)小電流，其值比INORMAL小得多；b．一種比較元件，(1)它包括(a)一個(gè)檢測電路載波饋線內(nèi)電流ILINE值的饋線檢測器，饋線檢測點(diǎn)位于饋線檢測輸入點(diǎn)與饋線檢測輸出點(diǎn)之間，(b)一個(gè)檢測電路回線內(nèi)電流IRETURN值的回線檢測器，回線檢測點(diǎn)位于回線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，(c)一個(gè)可選擇采用的檢測電路IPASSTHRU值的通路檢測器，通路檢測點(diǎn)位于通路線路之內(nèi)，(2)比較元件通過比較ILINE、IRETURN及IPASSTHRU的值而確定一個(gè)線路有效電流ICOMPARISON，若ICOMPARISON從一個(gè)小于預(yù)定不平衡電流值IIMBALANCE增至一個(gè)大于IIMBALANCE的值的話，那么比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)；c．第一種旁路元件，它流經(jīng)有電流IBYPASS，當(dāng)電路過流和/或過壓時(shí)，IBYPASS便發(fā)生變化，并由此使得ICOMPARISON增加到大于IIMBALANCE，這樣，比較元件就將電路中斷元件的正常狀態(tài)切換為故障狀態(tài)。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的電路，其中，第一種旁路元件包括第一種旁路器，該旁路器a．在電路中聯(lián)結(jié)時(shí)，跨過饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)中的一點(diǎn)，而不是跨過饋線檢測點(diǎn)與回線檢測點(diǎn)外的其它點(diǎn)，而且，該旁路器不為通路線路的一部分；b．具有(1)一個(gè)低導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)它允許流經(jīng)一電流IFIRST-BYPASS，其值比IIMBALANCE小得多，當(dāng)端電壓VFIRST-BYPASS小于預(yù)定值VFIRST-TRIP時(shí)，采用這個(gè)狀態(tài)，(2)一個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)它允許流經(jīng)一個(gè)大于IIMBALANCE的電流IFIRST-BYPASS，當(dāng)VFIRST-BYPASS由一個(gè)小于VFIRST-TRIP的值升至大于VFIRST-TRIP時(shí)，采用這個(gè)狀態(tài)。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的電路，其中，第一種旁路器包括一種非線性裝置，該非線性裝置包括a．二極管；b．第一個(gè)帶有陽極與陰極的二極管，以及第二個(gè)帶有陽極與陰極的二極管，第一個(gè)二極管與第二個(gè)二極管串聯(lián)，即第一個(gè)二極管的陽極與二個(gè)二極管的陰極相接，而第一個(gè)二極管的陰極則同第二個(gè)二極管的陽極相接；c．第一個(gè)帶有陽極與陰極的齊納二極管，以及第二個(gè)帶有陽極與陰極的齊納二極管，第一個(gè)齊納二極管與第二個(gè)齊納二極管串聯(lián)，即第一個(gè)齊納二極管的陽極與第二個(gè)二極管的陰極相接，而第一個(gè)二極管的陰極則同第二個(gè)二極管的陽極相接；或者d．變阻器。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的電路，其中，第一種旁路器包括一個(gè)與非線性裝置串聯(lián)的電阻。
31．根據(jù)權(quán)利要求28～30之一的電路包括第一種控制元件a．(1)若第一種旁路器跨過饋線檢測點(diǎn)，第一種控制元件便串接在載流饋線里，且位于第一種旁路器的跨接范圍之內(nèi)；或者(2)若第一種旁路器跨過回線檢測點(diǎn)，第一種控制元件便串接在回線電路里，且位于第一種旁路器的跨接范圍之內(nèi)；b．兩端有一電壓VFIRST-CONTROL，(1)ILINE小于預(yù)定值IFIRST-TRIP時(shí)，該電壓低于VFIRST-TRIP，從而使得第一種旁路器的端電壓低于VFIRST-TRIP，(2)當(dāng)ILINE由一個(gè)小于IFIRST-TRIP的值增至大于IFIRST-TRIP時(shí)，該電壓變得大于VFIRST-TRIP，從而使得第一種旁路器的端電壓超過VFIRST-TRIP。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的電路，其中，第一種控制元件包括一個(gè)電阻。
33．根據(jù)權(quán)利要求31或32的系統(tǒng)，包括a．第二種控制元件，(1)(a)當(dāng)?shù)谝环N控制元件為串接于載流饋線內(nèi)時(shí)，第二種控制元件也串接于載流饋線之中，但不位于第一種旁路元件的跨接范圍之內(nèi)，或者(b)當(dāng)?shù)谝环N控制元件為串接于回線電路內(nèi)時(shí)，第二種控制元件也串接于回線之中，但不位于第一種旁路元件的跨接范圍之內(nèi)，(2)具有一個(gè)可變電阻值，(a)在電路電流為正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值比負(fù)載低，(b)在電路電流大大超過正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值便大大增加；b．第二種旁路元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件以及第一種旁路元件，(2)具有一種電阻值，這樣，(a)當(dāng)電路電流為INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IIMBALANCE，(b)當(dāng)電路電流超過預(yù)定電流值INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流超過IIMBALANCE。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的電路，其中，第二種旁路元件包括一個(gè)電阻。
35．根據(jù)權(quán)利要求33或34的電路，其中，第二種控制元件包括一種PTC裝置，優(yōu)選地，采用一種聚合PTC裝置。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的電路，其中，第二種控制元件包括一種電壓箝位裝置，優(yōu)選地，采用一種變阻器，該電阻箝位裝置與PTC裝置并聯(lián)。
37．根據(jù)權(quán)利要求28～36的電路，其中，在ILINE等于0.90×IFIRST -TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS小于0.10×IIMBALANCE，特殊地，當(dāng)ILINE等于0.95×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS要小于0.01×IIMBALANCE，優(yōu)選地，當(dāng)ILINE等于0.99×IFIRST-TRIP時(shí)，IFIRST-BYPASS要小于0.001×IIMBALANCE。
38．根據(jù)權(quán)利要求27的電路，其中，第一種旁路元件包括第二種旁路器，該旁路器a．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間；b．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間；c．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸入點(diǎn)與回線檢測輸出點(diǎn)之間，且包含一個(gè)通路線路；或d．聯(lián)結(jié)在饋線檢測輸出點(diǎn)與回線檢測輸入點(diǎn)之間，且包含一個(gè)通路線路。
39．根據(jù)權(quán)利要求38的電路，其中，第二種旁路器包括一種電壓依賴型裝置，其通過電流為IDEVICE，a．當(dāng)電壓依賴型裝置的端電壓VDEVICE低于預(yù)定值VSECOND-TRIP時(shí)，電流IDEVICE將小于IMBALANCE；b．當(dāng)VDEVICE從一個(gè)低于VSECOND-TRIP的值增至高于VSECOND-TRIP時(shí)，電流IDEVICE將大于IIMBALANCE。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的電路，其中，電壓依賴型裝置包括一種電壓箝位或反饋裝置，它包括a．變阻器；b．背靠背齊納二極管，c．氣體放電管，或d．火花隙。
41．根據(jù)權(quán)利要求39或40的電路，其中，當(dāng)VDEVICE等于0.90×VSECOND -TRIP時(shí)，IDEVICE小于0.10×IIMBALCANCE，特別地，當(dāng)VDEVICE等于0.95×VSECOND-TRIP時(shí)，IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE，優(yōu)選地，當(dāng)VDEVICE等于0.99×VSECOND-TRIP時(shí)，IDEVICE要小于0.01×IIMBALANCE。
42．根據(jù)權(quán)利要求38的電路，其中a．第二種旁路器包括一個(gè)開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置具有閉合與打開兩種狀態(tài)，閉合狀態(tài)時(shí)，允許流經(jīng)一個(gè)比IIMBALANCE大的電流ISECOND-BYPASS，打開狀態(tài)時(shí)，允許流經(jīng)一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于IIMBALANCE的小電流ISECOND-BYPASS；b．該系統(tǒng)包括第一種控制元件，當(dāng)ILINE小于預(yù)定值ISECOND-TRIP時(shí)，該控制元件使開關(guān)裝置處于打開狀態(tài)，而當(dāng)ILINE從一個(gè)小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP時(shí)，該控制元件便將開關(guān)裝置從打開狀態(tài)切換到閉合狀態(tài)。
43．根據(jù)權(quán)利要求42的電路，其中a．第一種控制元件包括一個(gè)電流響應(yīng)器，該響應(yīng)器(1)在ILINE沒有超過ISECOND-TRIP時(shí)處于去能狀態(tài)，(2)當(dāng)ILINE從一個(gè)小于ISECOND-TRIP的值增至大于ISECOND-TRIP時(shí)，便處于增能狀態(tài)；b．開關(guān)裝置包括一個(gè)與電流響應(yīng)器相聯(lián)結(jié)的旁路開關(guān)，(1)當(dāng)電流響應(yīng)器處于去能狀態(tài)時(shí)，旁路開關(guān)打開，(2)當(dāng)電流響應(yīng)器處于增能狀態(tài)時(shí)，旁路開關(guān)閉合。
44．根據(jù)權(quán)利要求43的電路，其中，電流響應(yīng)器包括一個(gè)電流檢測繼電線圈，該繼電線圈串接于載流饋線或回線電路中，而旁路開關(guān)包括一套繼電接觸器，該接觸器聯(lián)結(jié)在電流檢測繼電線圈上。
45．根據(jù)權(quán)利要求42～44之一的電路，其中，第二種旁路器包括一個(gè)與開關(guān)裝置串聯(lián)的電阻。
46．根據(jù)權(quán)利要求38的電路，它包括a．第二種控制元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)方式，第二種控制元件串接在載流饋線電路中，且串接在比較元件的饋線側(cè)，(2)具有一個(gè)可變電阻值，(a)當(dāng)電路電流為正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值比負(fù)載小，(b)當(dāng)電路電流大大超過正常電流INORMAL時(shí)，該電阻值便大大增加；b．第二種旁路元件，(1)若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式，該旁路元件在聯(lián)結(jié)時(shí)跨過第二種控制元件以及比較元件的饋線側(cè)，(2)具有一種電阻值，這樣，(a)當(dāng)電路電流為INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IIMBALANCE，(b)當(dāng)電路電流超過預(yù)定電流值INORMAL時(shí)，第二種旁路元件電阻與第二種控制元件電阻相分流使得第二種旁路元件電流超過IIMBALANCE。
47．根據(jù)權(quán)利要求46的電路，其中，第二種旁路元件包括一個(gè)電阻。
48．根據(jù)權(quán)利要求46或47的電路，其中，第二種控制元件包括一種PTC裝置，優(yōu)選地，采用一種聚合PTC裝置。
49．根據(jù)權(quán)利要求48的電路，其中，控制元件包括一種電壓箝位裝置，優(yōu)選地，采用一種變阻器，該電壓箝位裝置與PTC裝置并聯(lián)。
50．根據(jù)權(quán)利要求27～51之一的電路，其中，電路中斷元件包括第一種電路開關(guān)，該開關(guān)聯(lián)結(jié)在載流饋線中，當(dāng)電路中斷元件處于正常狀態(tài)時(shí)，第一種電路開關(guān)閉合，當(dāng)電路中斷元件處于故障狀態(tài)時(shí)，第一種電路開關(guān)打開。
51．根據(jù)權(quán)利要求50的電路，其中，電路中斷元件包括第二種電路開關(guān)，該開關(guān)聯(lián)結(jié)在回線電路中，當(dāng)電路中斷元件處于正常狀態(tài)時(shí)，第二種電路開關(guān)閉合，當(dāng)電路中斷元件處于故障狀態(tài)時(shí)，第二種電路開關(guān)打開。
52．根據(jù)權(quán)利要求27的電路，其中，比較元件包括一種GFI電路。
53．使用一種GFI裝置，用來給電氣電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù)。
全文摘要
一種電氣保護(hù)系統(tǒng),它可聯(lián)結(jié)在供電電源與電氣負(fù)載之間,以形成一種帶一載流饋線和一回線的工作電路,采用該種聯(lián)結(jié),保護(hù)系統(tǒng)可為工作電路提供(A)接地故障保護(hù)以及(B)過流和/或過壓保護(hù),該系統(tǒng)包括:a.一種電路中斷元件,若系統(tǒng)采取該種聯(lián)結(jié)形式,該中斷元件可提供正常與故障兩種狀態(tài),正常狀態(tài)時(shí),電路中允許流經(jīng)一正常電流I
文檔編號(hào)H02H3/08GK1207831SQ96199698
公開日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月28日
發(fā)明者H·達(dá)菲, J·赤安, J·米德格萊, B·湯馬斯 申請(qǐng)人:雷伊化學(xué)公司