多功能故障电路断路器装置和方法制造方法及图纸

用于控制向其输出端子提供电网功率的断路器装置适于使用低电压来感测其输出端子之间可测量的电参数，并且基于感测的参数将AC电力连接到输出端子或避免将AC电力连接到输出端子。断路器装置适于识别任何负载是否连接到输出端子、该负载是否是活体组织、负载是否可能造成太高的负载或具有接地故障。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多功能故障电路断路器装置和方法
技术介绍
断路开关是一种自动操作的电气开关，其被设计为保护电路免受由过载或短路导致的损坏。其基本功能是检测故障状态并中断电流。与操作一次并且然后必须被更换的保险丝不同，断路开关可以被重置(手动或自动)以恢复正常操作。断路开关可以被制作成不同的尺寸，从保护个人家用电器的小型装置到被设计为保护供电整个城市的高压电路的大型开关设备。断路开关触点必须在不会过渡发热的情况下承载负载电流。触点由铜或铜合金、银合金和其它高导电材料制成。断路开关必须检测故障状态。当消耗来自单个电路的电流的许多装置消耗过多电流时，过载发生。断路开关执行其关键任务中的一个：在过载损坏电缆之前跳闸。在过载跳闸时，过大的电流加热由被称为双金属片的两种金属制成的带。当电流超过断路开关的额定值时，双金属弯曲并最终跳闸。根据电流的强度，这可以在几秒钟甚至几分钟之后发生。然而，在短路跳闸的情况下，断路开关必须尽快跳闸。双金属却太慢了。这就是为什么断路开关具有几乎立即对突发电流浪涌反应的线圈。断路开关触点的使用寿命受到在中断电流的同时由于电弧造成的触点材料侵蚀的限制。但是，在这两种情况下，电弧在断路开关内部的触点之间产生并且必须立即清除，以免发生火灾。电弧由小金属板分散，小金属板将其分成快速消散的较小的电弧。接地故障电路断路器(GFCI)是被设计为检测接地故障的电气装置。当电流在电流本应流过的路径外部的某处“泄漏”时，发生接地故障。如果人体为该泄漏提供到地的路径，则可能有人被烧伤，甚至触电。GFCI不断感测电路中的电流，以检测电流的任何不平衡情况，以防止电击危险。如果进入电路的电流与返回的电流相差甚微，则GFCI切断该电路的电源。GFCI的常用技术已经过时，因此在太多能量能够传递到地之后，对接地故障事件的反应太慢或太迟。这些是基于松散的感应线圈，其本质不能提供电流的快速读出，并且不能提供为了改善其性能所需的高分辨率。通常使用的过载断路开关是基于双金属自动开关，因此需要大量的能量来加热和弯曲，并由此打开电路。它们昂贵、反应慢、并且不能被配置为高分辨率电流感测。
技术实现思路
用于控制向其输出端子提供电网电力的断路器装置适于使用低电压来感测其输出端子之间可测量的电参数，并且基于感测的参数将AC电力连接到输出端子或避免将AC电力连接到输出端子。断路器装置适于识别任何负载是否连接到输出端子、该负载是否是活体组织、负载是否可能造成太高的负载或具有接地故障。附图说明在说明书的结论部分中特别指出并清楚地要求保护的认为是本专利技术的主题。然而，关于组织和操作方法以及其目的、特征和优点，当结合附图阅读时参照以下详细描述可以被最好地理解，其中：图1是根据本专利技术的一些实施例的接地故障断路器装置的框图；图2呈现根据本专利技术的实施例的提供给图1的断路器装置的电网电压U和电压E的图。如图所示，在AC的零交叉期间，系统正在感测负载的属性；图3示出根据本专利技术实施例的在断路器装置的输出端子处连接的各种负载的响应；以及图4A至图4D是表示根据本专利技术的实施例的断路器装置的操作方法的流程图的连续部分。将理解的是，为了说明的简单和清楚起见，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。进一步地，在认为适当的情况下，附图标记可以在附图中重复以指示相应的或类似的元件。具体实施方式在以下详细描述中，阐述许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本专利技术。在其它情况下，众所周知的方法、程序和部件尚未被详细描述以免混淆本专利技术。公开了一种被配置成用于将电力负载电互连到电网的故障电路断路器装置。断路器具有可连接到电网的输入端子和可连接到负载的输出端子。断路器装置可以包括：(a)开关，可选地为常开开关，处于电网和负载之间；(b)电路，其被配置成用于检测接地故障事件；(c)电路，其被配置成检测连接在输出端口端子之间的活体组织存在的事件；(d)电路，其被配置成用于监测负载的电阻特性，例如以便检测没有电流消耗事件的状态；(e)电路，其被配置成检测过载事件；以及(f)控制器，其适于当检测到事件(a)-(f)中的任何事件时，控制开关，使得输出端子不连接到电网电源。故障电路断路器装置可以进一步包括：(a)采样单元，其被配置成用于检测电网输入处的AC电压的相位以用于测量目的，并且仅当输入电源电压处于AC正弦波的预定相位之间时才将电网电压供给到电源单元。由采样单元供给的功率可以被提供给能量存储部件。存储部件可以进一步连接到一个或多个电子电路。存储部件可以被充电到输入AC正弦波的电压，直到存储部件与输入AC电压断开的电压，并且之后可以被放电到连接到其的电子电路。在预定相位时AC电力被供给到能量存储部件以及其存储容量可以被确定，使得存储单元的端子两端的电压在从输入AC电压断开的瞬间的最大电压到由连接的电子电路的平均消耗电流和存储部件的容量确定的最小电压之间波动。对于本领域技术人员显而易见的是，可以计算和选择这些参数以提供具有足够稳定电压的DC电力。也将显而易见的是，存储部件可以经由任何已知的整流电路供电，使得能够在AC正弦波的正半波和负半波期间向存储部件供给电能。(b)控制器，其被配置成用于根据包括电压、电流、电阻、电容、阻抗及其任何组合和/或所述负载的所述事件的列表来测量至少一个电参数，并且根据其所述状态对所述负载通电和断电。根据本专利技术的实施例的装置被设计成用于防止以下不利影响：(a)接地故障事件；(b)过载事件；(c)在没有接地故障事件的情况下人带电；(d)在没有连接实际的电力负载时为线路供电。操作的一般原则可以是：装置可以通过测量部件将AC正弦波的“低电压”部分通过能量存储部件或任何其它隔离机构发送到负载端口。如果在装置的输出端口之间发展的信号的分析结果在计算或限定的范围内，并且没有检测到不利影响事件，则根据本专利技术的实施例构建和操作的装置可以向负载提供电网电压。否则，装置将只向输出端口提供低电压脉冲以用于测试，直到满足安全条件，从而允许开始\更新电源。根据本专利技术的实施例的装置可以被配置成测量输出端口处的电阻、电容和阻抗以分析负载的若干电特征，从而在人体组织被检测到装置的输出端口的情况下，防止电网电力连接到装置的输出端口。接触线路/中性端口的人可以例如响应于诸如频率的激励测试电压的变化来改变负载的电特征，诸如输出端口的电容和电阻以及可以在装置的输出端口上测量的阻抗特征的改变。在输出端口之间检测到人体组织的情况下，装置将不使负载连接到电网。提出的装置可以包括(作为非限制性示例)诸如LCD、LED、蜂鸣器、扬声器等的可见和/或可听指示器，以指示装置的状态，诸如“装置的在线电力”、“离线状态”、“检测到问题”、“检测到危险”等。这种指示可以通过预测过程或通过立即检测相关参数来进行。根据本专利技术的实施例的装置可以包括诸如开关、麦克风、各种传感器等的自动和/或手动控制器，以允许手动和/或自动覆盖装置将其输出端口连接到电网或从电网断开的决定。根据本专利技术的实施例的装置可以包括通过分析其输出端口的电子配置文件来启用学习能力的机构。所述分析的电子配置文件可以用作参考值或者用于校准装置的逻辑，从而更好地判断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种故障电路断路器装置，其被配置成将电网和负载电互连，所述断路器具有可连接到所述电网的输入端子和可连接到所述负载的输出端子；所述装置包括：开关；感测部件，其能够感测输入端子和输出端子；被配置为检测负载的至少一个电特性并且当所述特性在动态可配置阈值之外时生成事件的电路；被配置为感测连接到所述输出端子的负载的至少一个电特性以用于检测所述端子之间是否存在活体组织的电路；被配置为感测所述负载的状态并且在所述负载状态不当时防止电网电压供给到所述输出端子的电路；以及控制器，其适于控制所述开关，使得当检测到接地故障和/或过载和/或人体组织的事件时，防止电网电压供给所述输出端子；其中所述装置包括：采样单元，其被配置为用于当AC电压处于确定的范围内时，在AC正弦曲线的周期的相位处将电网电压供给到所述输出端子并且当所述AC正弦电压超出范围时，将所述输出端子重新发送到可选功率分布电路，以及控制器，其配置有用于测量所述负载的至少两个电特性并根据其所述逻辑对所述负载通电或断电的逻辑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.18 US 62/243,0791.一种故障电路断路器装置，其被配置成将电网和负载电互连，所述断路器具有可连接到所述电网的输入端子和可连接到所述负载的输出端子；所述装置包括：开关；感测部件，其能够感测输入端子和输出端子；被配置为检测负载的至少一个电特性并且当所述特性在动态可配置阈值之外时生成事件的电路；被配置为感测连接到所述输出端子的负载的至少一个电特性以用于检测所述端子之间是否存在活体组织的电路；被配置为感测所述负载的状态并且在所述负载状态不当时防止电网电压供给到所述输出端子的电路；以及控制器，其适于控制所述开关，使得当检测到接地故障和/或过载和/或人体组织的事件时，防止电网电压供给所述输出端子；其中所述装置包括：采样单元，其被配置为用于当AC电压处于确定的范围内时，在AC正弦曲线的周期的相位处将电网电压供给到所述输出端子并且当所述AC正弦电压超出范围时，将所述输出端子重新发送到可选功率分布电路，以及控制器，其配置有用于测量所述负载的至少两个电特性并根据其所述逻辑对所述负载通电或断电的逻辑。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电参数选自由电势、电流、电阻、电容、阻抗及其任何组合构成的组。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述不当的状态选自由以下构成的列表：内部故障、过热故障、空载状况、过载状况、检测到电流泄漏、检测到电弧、检测到活体组织状况，所述电参数的值在阈值范围之外、用户命令、计时器事件、调度器事件、传感器事件或根据系统的逻辑。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述采样单元设置有整流装置。5.根据权利要求1所述的装置，其设置有指示器，其被配置为指示选自由以下构成的列表的至少一个状态：在线电力、离线、检测到故障、内部故障、过热故障、空载状况、过载状况、检测到电流泄漏、检测到电弧、检测到活体组织状况、所述电参数的值在阈值范围之外、用户命令、计时器事件、调度器事件、传感器事件或根据系统的逻辑。6.根据权利要求1所述的装置，其适于自动操作和手动操作。7.根据权利要求1所述的装置，其设置有电容器，所述电容器在低电压下保持充电，并且然后当在这些端口处未检测到负载时连接到负载的端口。所述电容器的电势(电压)随时间的下降的模式表示负载连接到装置端子。负载具有在核准的范围内的电阻(作为非限制性示例：具有小于2M欧姆的电阻的负载)，其可以是用于供电的潜在法定负载。所述电容器可以在AC交叉期间连接到负载端子。在零交叉期间，如图2所示，在点Z1和点Z2之间，所述负载从电网断开和/或在系统处于待机模式时等待负载连接。可以偶尔地或者如图2所述在每个AC零交叉期间之后执行所述电容器中的电压的监测。只要达到电压随时间降低所需的分辨率，就可以通过数字方式或模拟方式完成。8.一种将电网和负载电互连的方法，所述方法包括以下步骤：提供被配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊兰·奥菲克，
申请(专利权)人：艾图歌技术有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL