[发明专利]用于接地故障中断器的自动自检的设备、系统和方法

说明书

本申请要求2008年3月27日提交的美国临时申请No.61/039,824的权益，其通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及断路器系统。特别地，本发明向接地故障中断器电路提供自动自检功能。

背景技术

住宅接地故障电路中断器(GFCI)断路器目前依赖于通过房主进行的手动“按下测试”按钮行动来检验接地故障检测器电路的正确操作。在此断路器的使用期限期间，多个电应力源(例如闪电、线路干扰等)可以使此电路不可操作。遗憾的是，房主可能在此不可操作时间段期间例行地执行上述“按下测试”按钮，因此可能未认识到电路故障。

当前的住宅GFCI断路器不提供检测主电路部件的一个或多个故障的内部看门狗功能，并且已在现场观察不运行的GFCI断路器。“按下测试”手动按钮未被视为故障保险功能测试，因为许多房主并未例行地执行此手动测试。

典型的住宅GFCI断路器可能由于因环境突变(surges)、有缺陷的部件、和制造问题引起的故障电路而变得不可操作。这些GFCI断路器将继续提供分支功率，但没有接地故障中断能力。

图1示出传统接地故障电路中断器。在图1中，元件100表示接地故障检测器，其可以是集成电路，并且具体而言可以是Fairchild RV 4141A低功率接地故障中断器。接地故障检测器100被电耦合到变压器120，其被布置为测量在电路上是否出现接地故障。该电路可以是任何家庭项目，例如干发器，或者可以是任何其它适当电气设备。线170表示负载火线(hot line)，并且线180表示负载中性线。线170和180两者穿过变压器120。线180与作为线路中性线的线185相连，并且线170与作为开关火线的线175相连。当在负载上存在接地故障情况时，线170和180之间的电流差超过最小阈值。线170与线180之间的此电流差引起变压器120输出促使接地故障检测器100发射中断信号的信号。该中断信号促使螺线管130激活促使断路器使电路断电的柱塞(plunger)140。或者，螺线管130可以进行操作以直接地或通过另一触发设备间接地拉动电枢。来自接地故障检测器100的中断信号导通硅控整流器150(在本文中也称为SCR 150)。

在图1中，电源由螺线管130、电桥135、及检测器100内部的其它分立元件形成。接地故障检测器100将通过变压器120(在本文中也称为差分环形线圈(differential toroid))的火线与中性线中的电流差有效地放大并将该电流差与预定阈值相比较。当检测到过大的差(例如，5ma)时，接地故障检测器100输出被施加于SCR 150的栅极的正向信号。这将促使SCR 150激发，迫使致动电流流过螺线管130。依次，柱塞140将撞击适当的机械杆，促使断路器跳闸。

传统接地故障检测器电路还可以包括按下测试按钮110(在本文中也称为按下测试按钮，或PTT按钮)，其充当手动自检特征。图1中的按下测试按钮110通过引起通过变压器120的电流不平衡来进行操作以测试接地故障检测器100，所述电流不平衡促使接地故障差电流信号被发送到接地故障检测器100。因此，PTT按钮致动通过使用串联地布置的分立元件111、112、113和114以及线115使附加电流通过变压器120、而不使电流返回通过变压器120来引起实际的电流不平衡。接地故障检测器100感测此不平衡并激发SCR 150，因此引起断路器跳闸情况。在这种情况下，螺线管130将激活引起电路断电的柱塞140。已按下测试按钮110以测试接地故障检测器电路的用户通过看见断路器断开而意识到电路断电，并因此能够确认接地故障检测器100的操作。用户还能够通过手动地使断路器复位来使电路复位，以便可以实现负载处的电气设备的继续操作。虽然断路器安装指示表让房主周期性地执行PTT按钮110，但这实际上很少进行。因此，GFCI电路中的故障可能在没有引起房主的任何注意的情况下使电路不可操作。