[发明专利]多功能故障电路断路器装置和方法

说明书

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。

背景技术

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。

发明内容

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发明的主题。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是根据本发明的一些实施例的接地故障断路器装置的框图；

图2呈现根据本发明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示出根据本发明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是表示根据本发明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