[发明专利]用于接地故障电路中断装置的监测电路的方法及设备

说明书

本申请要求以在2010年3月9日提交的美国临时申请号为61/311,955的申请为优先权，该申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及接地故障检测电路，更具体地涉及使用由低压直流电源产生的激励信号来测试接地故障检测电路。

背景技术

接地故障电路中断（GFCI）装置检测接地电流故障（ground current faults）以及接地中点故障（grounded neutral faults）的存在，以及，如果检测到这种故障，中断交流电源系统中的电力。据此，GFCI装置提供免遭触电死亡的保护，并且通常在厨房、浴室里的插座以及可能有水或湿气能引起触电死亡危险所在的户外插座中使用。在保护这些同样区域的住宅建筑的电路断路器中也使用GFCI装置。检测接地故障并中断交流供电系统的GFCI装置及其他装置也可以总称为“接地故障检测器”。接地故障检测器典型具有监测电路或测试电路，其检查接地故障检测电路的功能。

当检测到电流漏泄时，接地故障检测器断开电路。当流过线路或火线的电流从电源负载（source load）转向地而没有返回电源时，出现电流漏泄。这种漏泄可能由意外短路诸如由缺陷性负载接入线路引起。如果人员触及此负载，漏泄电流可能流过人体到地，导致触电。因此，接地故障检测器或者GFCI起到安全装置的作用，以及，将其设计成检测线-地短路并且断开配电线路。

接地故障检测器还需要快速动作。虽然典型的电路断路器在20安培下中断电路，但电死人只需大约100毫安。所以，为了提高安全性，接地故障检测器必须能检测线与地之间少至6毫安电流水平的电流，并且跳闸插座处或断路器配电盘处的断路器，以消除触电危险。为了防止致命接地故障境况发生，对于浴室中或者暴露于水的其他区域中的插座，接地故障检测器通常是必须的。

在双线系统中，GFCI典型地通过比较火线中流动的电流与零线中返回的电流来检测电流漏泄。电流水平中的差异意味着一些电流已从电路漏泄并且存在接地故障。GFCI典型地使用差动变压器来检测火线与零线中电流水平方面的差异。差动变压器经常是环形磁芯，其具有由磁芯环绕的、被保护配电线路的火线及零线作为其初级绕组。变压器的次级绕组缠绕磁芯。在正常状态期间，通过火线（line conductor）于一个方向流动的电流将通过零线（neutral conductor）于相反方向返回。这种平衡产生零净电流通过差动变压器，并且多匝绕组不提供任何输出。如果故障存在，电流从火线漏泄至地，并且差动变压器中通过火线流动与通过零线流回的电流不相等。该电流不平衡将在差动变压器磁芯中产生未抵消的磁通，导致来自多匝次级绕组的输出。检测电路识别来自差动变压器的输出，并且断开电路断路器接触。

发明内容

本发明提供了用于接地故障电路中断（GFCI）装置的监测电路的设备及方法。本发明的实施方式利用低压直流电源产生用于GFCI装置自测试的激励信号。

在本发明的一种实施例中，GFCI装置包括火线和零线，构造成连接交流电源与负载。差动电流变压器包括火线和零线穿过其中的环状线圈（toroid），而次级绕组缠绕于环状线圈上。差动接地故障检测器与差动电流变压器的次级绕组电连接，以比较由环状线圈中不平衡磁通在次级绕组中所产生的电流与跳闸门限。线导体（wire conductor）路由穿过差动电流变压器的环状线圈。控制器构造成控制在该线导体中产生低压直流测试激励信号。

根据本发明的另一实施例，在一种GCFI装置执行自测试的方法中，由低压直流电源在路由穿过差动电流变压器的环状线圈的线导体中产生测试激励信号。然后，判断在环状线圈中是否检测到差动电流大于跳闸门限。

通过参照下文具体说明以及附图，本领域普通技术人员能更好地理解本发明的这些以及其他的优点。

附图说明

图1图示带有监测测试电路的常规GFCI装置；

图2图示用于图1的GFCI装置的按压-测试自测试的信号时序图；

图3图示用于图1的GFCI装置的自动自测试的信号时序图；

图4图示根据本发明实施例的GFCI装置；

图5图示用于图4实施例的GFCI装置的按压-测试自测试的信号时序图；

图6图示用于根据图4实施例的GFCI装置的自动自测试的信号时序图；

图7图示根据本发明另一实施例的GFCI装置；

图8图示用于图7实施例的GFCI装置的按压-测试自测试的信号时序图；