[发明专利]用于三相电源系统的接地故障电路中断器系统

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及接地故障电路中断器(GFCI)系统，并且更具体地说，涉及一种用于交流、分离导出的、三相电源系统的新的改进的GFCI系统，其中，提供用于连续监视干线电源总线供电线路上和连接到其上的每个馈电线电路上的电流平衡状态的装置，并且在基于干总线供电线路中的检测电流和任何馈电线电路中的检测电流之间的一定关系确定故障状态存在的情况下，将使故障电路跳闸，并且将禁止其它电路跳闸。

背景技术

现有技术接地故障保护系统用于检测通常传输平衡电流的电力导线中的电流的较小差别。这样的差别可能由从线路导线之一到地的电流泄漏引起，因而使中性导线失去一些正常电流，该电流在传感器处的导线中建立平衡、或零差别电流。如果差动电流在一定预定电平以下，则通常允许电力不中断地流动。然而，如果超过预定阈值的差动电流出现足够长的时间，则电路被中断，因为那时可能的是，初始绝缘失效或可能甚至对人的严重电击正在发生。

伪信号常常使接地故障中断器与实际故障电流相混淆。例如，由突然负载变化引起的电力线路瞬变、或感应雷电浪涌，可导致接地故障中断器系统的不必要线路跳闸。由于这种断路干扰有效系统操作，所以通常发现，其难以容忍性已经使这种设备的用户把灵敏度规范建立在高危险水平处。在三相电源系统中频繁经历的稳态伪信号是从多根下游馈电线中的至少一根到地的电容性电流。这可由到负载的长电缆、或由分开的相对地连接的电容器(诸如，用来避免对通过电力系统电压浪涌的负载利用设备的损害的那些电容器)、或由与线路上的实际故障毫无关系的类似的电路影响引起。因而可以说，由于经证明是不充分的但引起接地故障检测器和中断器系统通过不必要地断开电路进行响应而没有发生实际故障的原因，由接地故障检测器和中断器系统导致的断路，是有害的并且必须避免。实际接地故障可能具有不同的原因，并且可引起供电导线中的不同水平的电流不平衡。如果电流不平衡比较高；也就是说，如果比较大的接地故障电流流动，则系统应该迅速且果断地响应。

现代GFCI技术对于高于125伏特线路对地或250伏特线路间操作的系统具有有限应用。传统GFCI应用主要应用于单相、120-140伏特电力系统。当系统是高于125伏特对地操作的三相、多馈电线电路系统(例如，额定400或480伏特相对相的系统，它们分别具有230和277伏特的标准对地电压)，并且一个相对地故障时，在未受影响的馈电线的非故障相上的电容性充电电流值可容易到达使未受影响的馈电线的GFCI“错误跳闸”的值。这在额定低于对地125伏特的系统(例如，240-120伏特单相系统或208Y/120伏特三相系统)上不是普遍问题，因为它采用格外长的馈电线电路(具有大约1000英尺的电路导线长度)以产生高于4至6mA的GFCI跳闸电平的电容性充电电流。

在美国用于照明电路的一般电压是277伏特相对地(或相对中线)，这是对于额定480伏特相对相的所有三相电气系统存在的对地或中线的电压(除罕见的“角接地”系统之外)。在涉及个人通过其身体完成接地故障电路的可能电击致死的典型情形下，死亡不会立即发生，但最经常地由心室纤颤引起。电击致死电流越大，心室纤颤发生的时间越短。在1000伏特下使用百分之95的人体电阻(参考IEC TS60479-1，第四版，2005年7月)产生1050欧姆的“干燥”手到手电阻和945欧姆的干燥手到脚电阻。作为实例，最低电阻，945欧姆的干燥手到脚电阻，可在用于690伏特系统的采样计算中使用。在225伏特的较低电压下，“干燥”手到手电阻是1900欧姆，并且干燥手到脚电阻是大约1710欧姆。使用这些电阻，手到手电阻是1900欧姆与在277伏特电压下146毫安(mA)的身体电流相对应。1710欧姆的手到脚电阻与在277伏特电压下162mA的身体电流相对应。这些示出的电流电平中的任一个明显高于其中人可任意“放开”或释放握住的通电导线的6mA的阈值。事实上，如果电流持续通过人体大于大约一秒，则这些电流值可导致心脏的心室纤颤。事实上，当今经历的许多电击死亡是在277伏特电平下。