[发明专利]用于多相接地故障断续器的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及多相接地故障断续器(GFCI)系统，更具体涉及将电压不平衡用于智能脱扣的系统和方法。

背景技术

为了在将有害中断减至最少的同时提供及时的系统故障的检测和隔离，对GFCI系统进行了改进。相关示例可以参见，例如，转让给本申请人的美国专利7,301,739，并且所述专利在这里全部引入作为参考。美国专利7,301,739还描述了一种用于补偿通常在低水平或高水平接地故障期间流遍三相电力系统的小电容电流的手段，由此进一步最小化非故障电路的脱扣。然而，现今在最常见的运用中，GFCI系统设计的主要目标是允许为在相对低的电压(例如，通常小于125伏相对地电压)下工作的单相电力系统实施可靠、高速的接地故障中断。

虽然常规的GFCI系统对于额定相间电压为480伏(即277伏的相对中性点或对地电压)及更高的三相电力系统而言是很可靠的，但是如果与工作在大于125伏的相对地电压下的多相系统一起使用，那么由于电容充电电流很大，“有害”脱扣有可能会更为普遍，其中很大的电容充电电流是与馈电线或分支电路相关联的绝缘相导体的特性。这些充电电流是由与接地表面或导体挨得很近的绝缘相导体的分布电容产生的。例如，在一个相发生接地故障且相对地电压是277V的三相多馈电线系统中，未受影响的馈电线的无故障相上的电容充电电流的量值很容易达到使未受影响的馈电线的GFCI“错误脱扣”的量值。

如此一来，需要一种可以为处于所有系统电压水平的多相电力系统(尤其是在大于125V的相对地电压下工作的多相电力系统)提供改进的脱扣“智能”或“安全性”的GFCI系统。

此外还还需要一种用于三相多馈电线系统的改进GFCI系统，其中所述三相多馈电线系统具有与4-6mA的人类“摆脱”电流阈值下限相对应的接地故障传感器(GFS)灵敏度，并且所述改进的GFCI系统会可靠地脱扣受影响的一个或多个馈电线，而不会导致在未受影响的一个或多个馈电线上出现错误的中断。被设计成在这么低的电流下脱扣的GFS通常包括电流变换器，并且所述电流变换器很容易因为所涉及的分支或馈电线电路上的高水平接地电流状况而磁饱和。变换器的磁饱和可能导致相应的GCFI错误地脱扣无故障电路。

发明内容

在这里提供了一种与多相电源以及具有多个馈电线或分支电路的干线总线电路一起使用的接地故障断路系统和方法。该接地故障断续器(GFCI)系统包括与电源以及干线总线电路耦合的电压不平衡检测设备，用于在故障状况中检测多相电源的三个相电压之间的电压不平衡，以及分别与干线总线以及每一个馈电线电路相关联的多个GFCI单元，其中每一个GFCI单元可操作为产生与相关联的馈电线或干线总线电路上的故障状况相对应的故障信号。该系统还包括与电压不平衡检测设备以及每一个GCFI单元通信的计算机或计算处理器，用于持续监视GCFI单元产生的电压不平衡和故障信号。

根据本发明的一个方面，该处理器被编程成基于电压不平衡状态、以及干线总线电路中的GFCI单元产生的故障信号与馈电线或分支电路中的GFCI单元产生的故障信号之间的一定预定关系来确定何时存在实际故障状况。然后，该逻辑确定哪个馈电线或分支电路正在经历实际故障状况，而这随后将会促使处理器向与经历实际故障状况的一个或多个馈电线或分支电路相对应的一个或多个GFCI单元产生脱扣信号。如此一来，相应的一个或多个故障电路被中断。

该逻辑还促使处理器向没有经历实际接地故障状况的馈电线或分支电路处的剩余GFCI产生禁止(“无脱扣”)信号，由此禁止中断这些无故障的一个或多个电路。

根据本发明的GFCI系统可以更可靠地切断故障馈电线电路的电源，而不会导致其它“健康”馈电线电路中断。本发明提供了一种可以更可靠地检测实际故障、确定实际故障位置以及根据需要迅速中断故障电路的GFCI系统。本发明还将无故障电路的错误脱扣降至最低程度，尤其是具有在严重的相对地故障事件中遭遇到电源系统电容充电电流影响以及GFS磁饱和效应的GFCI的电路。

附图说明

关于本发明的详细描述是参考附图中示出的具体实施例进行的。这些附图仅描述了本发明的典型实施例，由此不应被认为是对其范围进行限制。

图1是示出了根据本发明的具有多个馈电线电路以及GFCI系统的三相电源电路的示意电路图；

图2a-c是根据本发明的电压不平衡检测设备的例示实施方式；

图3a和b是示出了“固化接地(solidly grounded)”系统的电流分布的相量图；