[发明专利]用于多频接地故障电路中断接地中性故障检测的方法和装置

说明书

相关申请的引用

本申请要求保护于2009年6月3日提交的序列号为61/183,709的美国临时专利申请的权益，通过引用将该美国临时专利申请整体并入此处。

技术领域

本申请总体上涉及用于接地故障电路中断(“GFCI”)检测的方法和装置。更具体地，本申请涉及用于使用多音和/或多频信号进行GFCI接地中性故障检测以检测AC电力系统的电路支路中的接地中性故障的方法和装置。

背景技术

典型地，单相AC电力系统的电路支路使用包括耦合在源与负载之间的线路导体和中性导体的电气线缆，其中，中性导体在源处接地。GFCI设备安装在这种电路支路中，以在检测到来自在负载处接地的线路导体的接地电流故障以及中性导体与负载处的地之间的接地中性故障(例如，低阻抗连接故障)时中断电力。GFCI设备提供免于触电死亡的安全保护，并主要用在其中水或湿气可造成触电死亡的风险的厨房、浴室和户外区域中的插座中。GFCI设备还用在保护这些相同区域的断路器中。

典型地，GFCI设备使用差动电流变压器来在线路和中性导体中感测由从线路导体经过与中性导体不同的非预期接地电路路径返回至源的接地泄漏电流产生的电流不平衡。为了防止来自电击的损伤，GFCI设备必须在线路和中性导体中的电流差动低至5毫安时发起电路中断。

如果发生接地中性故障，则差动电流变压器可能不会检测到接地泄漏电流的真实量值。具体地，由于中性导体典型地在源处接地，因此接地泄漏电流的一部分可以通过中性导体返回至源。结果，差动电流变压器中的电流差动将不会精确对应于接地泄漏电流的实际量值。因此，接地中性故障可能对差动电流传感器不敏感，以使得GFCI设备将仅响应于显著更高的接地泄漏电流电平而跳闸。

为了解决该问题，许多先前已知的GFCI设备在中性导体上使用第二变压器来检测接地中性故障。在这种设备中，如果在中性导体与地之间存在低阻抗连接故障，则GFCI设备形成振荡器，使用第二电压器将该振荡器的输出信号耦合至差动电流变压器。然后，使用振荡器信号来检测接地中性故障。在检测到接地中性故障时，GFCI设备中断AC电力系统中的电力。

备选地，一些先前已知的GFCI设备使用单个变压器来检测接地电流故障和接地中性故障。例如，名称为“Ground Fault Circuit Interrupter Utilizing A Single Transformer”的Howell美国专利No.4,001,646描述了一种GFCI设备，其使用单个变压器来检测接地电流故障和接地中性故障。具体地，Howell使用负电阻网络来形成振荡信号，除非在中性导体与地之间存在低阻抗连接故障，否则该振荡信号增长。

其他单变压器GFCI设备(例如，在于2010年5月13日提交的名称为“METHOD S AND APPARATUS FOR GROUND FAULT CIRCUIT INTERRUPT DETECTION USING A SINGLE TRANSFORMER”的序列号为12/779,406的共同待审美国专利申请中描述的GFCI设备，出于所有目的通过引用将该美国专利申请整体并入此处)通过使用AC源(例如AC电压源)驱动单个变压器并监测变压器中的负载电流，来检测接地中性故障。

在一些先前已知的双变压器和单变压器GFCI设备中，振荡器或AC源连续地、周期性地、或仅在发生接地中性故障时进行操作。大多数先前已知的GFCI设备使用振荡器或AC源以及比较器，该振荡器或AC源使用相对较高的单频AC信号，该比较器在超过阈值电平的情况下跳闸。许多这种GFCI设备易受干扰信号影响，干扰信号可以防止对接地中性故障的检测，或者可以被错误地检测为接地中性故障，从而不必要地中断AC电力(通常称为误跳闸(nuisance trip))。

具体地，AC电力系统可以具有产生干扰GFCI设备的信号的负载电路。例如，电动机(尤其是可变速度电动机)在调光器或风扇速度控制器中旋转切换，并且，荧光灯器具可以产生这种干扰信号。典型地，干扰信号在频率上比50或60Hz的AC电力系统频率更高很多。典型地，GFCI设备中用于检测接地泄漏电流的电路包括低通滤波，该低通滤波防止高频干扰信号扰乱检测器。然而，使用更高单频AC信号检测方法的接地中性故障检测器易受这种高频干扰信号影响。

因此，期望改进的GFCI设备。

发明内容