电气保护装置和提供电气保护的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电气保护装置和提供电气保护的方法。
[0002] 已经具体做出本发明的实施例作为用于市电配电的剩余电流装置(RCD)，本文将 具体参考该应用来描述这些实施例。然而，应了解，本发明并不限于这种使用领域，并且适 用于更广的范畴。
【背景技术】
[0003] 贯穿本说明书对【背景技术】的任何讨论绝不应该被视为承认此类技术是众所周知 的或形成本领域公知常识的一部分。
[0004] RCD保护技术大约发明于20世纪60年代，为防止触电而提供三级电气保护。如果电 气电路的电流泄漏超过被认为可能对人造成伤害的水平，RCD技术对该电流泄漏做出反应 以实施保护功能。
[0005] 几十年来，关于几级泄漏电流是合理的以确保足够安全进行了大量工作。通常，电 力频率最大为30mA被视为允许极限。在某些应用中，这可以减少到5mA或增加到差不多 IOOmA0
[0006] 在大约过去20年中，电气电路电流泄漏或RCD技术（于此被称为电流泄漏)尤其在 发达国家的家用和工业应用中逐渐变得普遍。这是由于它们包含在许多国家安全标准中。 然而，同时，该技术中的许多缺陷已经显现出来。具体而言，人们越来越多地认识到存在许 多情况，其中RCD并不提供充分保护或者其容易误触发。
[0007] 在2010年之前的10年中，开发了多种技术来尝试解决这些缺陷中的一个或多个缺 陷。一种较早提出的技术感测家电的保护性金属制品的电压(不管该金属制品是否有效连 接至本地接地或远程接地）。如果保护性金属制品的电压以有可能通过电击对人造成伤害 的方式从电源中线移走，则该技术(将被称为电压感测技术)创立了 一种保护功能。这种技 术针对地回路不足（电阻太高)而允许充足的泄露电流的系统故障提供保护从而使RCD技术 不起作用。然而，由于操作方法以及实现符合保护电路所要求的标准时的困难，这种技术不 轻易适用于MEN系统。
[0008] 另外已知的系统监测从保护性金属制品流出的电流，作为监测保护性金属制品的 电压的替代方案（或与其组合）。在例如PCT公开文件W0/2010/069011中找到的这种系统涉 及其他技术，所讨论之处在于：（1)这种标志(或故障）电流从电气电路泄漏而出并且因此与 RCD技术相关(尽管其是在不同的电路位置监测的）；并且(2)这种泄漏电流是由于有效导线 的内部故障施加于保护金属制品上的电压电位引起的并且这种泄漏电流还会通过电压感 测技术看到。
[0009] 与电压感测一样，电流流动故障感测依赖于电气基准（针对电流流动，其是电流 汇，而针对电压感测，其是基准电压电平）。理论上，这与R⑶电路电流泄漏技术不同，R⑶电 路电流泄漏技术只监测电流泄漏（以有效/中性不平衡的形式)而不管那个电流在哪儿流动 (即，这种电流的汇集）。
[0010] 尽管以上技术具有识别可能引起安全危害的故障的类似保护目的，但它们分别基 于在电路内的不同位置的电流和电压感测使用不同的故障信息收集策略来实现该目的。重 要的是，策略上的差异与电压基准、电流汇、物理位置以及故障阻抗差异相关。
[0011] 因此，每种技术收集的故障信息之间存在关联。例如，电压感测和电流感测技术不 同之处在于电流感测高度依赖故障阻抗。高(非临界)故障阻抗仍然可能在底架上引起高电 压。然而，这种电压可能不能输送足以造成危害的电流。关于泄漏电流技术，由于故障或电 流特征（即，当接地不良时）、甚至当发生大的故障时，它们可能感测不到电路中的阻抗。在 这种情况下，电压感测或电流感测技术可以清楚地看到故障信号。
[0012] 考虑浮动接地安装，呈现了这些保护形式之间的重要差异。电流泄漏(R⑶)技术经 常用于接地良好的多中性点接地(MEN)系统(又称为TN)，因为其相对快速地对由于接地故 障（最常见的故障类型）引起的任何电路电流泄漏做出响应。然而，在电流泄漏技术生成任 何故障指示之前，其需要正的且大的故障电流流动。在接地不良的环境中（如在TT和IT系统 内），这种电流流动可能不发生并且因此RCD感测将不会接收到任何故障信息。
[0013] 类似地，框架和金属制品电压和电流感测技术通过提供独立的基准来测量故障结 果作为金属底架上的有效电压或促进小的电流流动来生成故障信号，从而在浮动系统中提 供故障感测。因此，在维护良好的MEN(TN)系统中，底架或电气金属制品感测可能不提供可 靠的故障信号。
[0014] 总之，已知的系统和装置对于一些应用而言可能是适当的。例如，R⑶技术最适用 于接地良好的MEN活TN类型的安装，而底架和金属制品电压和电流感测技术最适用于不良 或浮动接地安装(TT和IT)。
[0015] 在进一步的最新发展中，在单个保护装置中利用电流和电压感测两者。这种类型 的装置是2012年8月22提交的第2012903629号澳大利亚临时专利申请的主题。这种装置具 有跨越从接地中性点(TN)到浮动电力配置(IT )、从新安装到老化和维护不良的安装的较宽 范围的电力系统配置。预期每种技术是独立和可分开的，其中每种技术独立监测其相应的 故障信号，并且当达到任一阈值时，激活保护功能。
[0016] 尽管性能比早前的技术更好，但在获得这种装置的可靠和广泛使用中仍然存在许 多实际问题。这些问题包括： 由于如照明和电力线瞬变等电气干扰容易触发故障。这些干扰通常产生通过浪涌装置 或电路电容的接地电流、或升高的接地/中性点电压。 容易发生基于噪声的误触发； 由于与相邻电路电磁耦合和其他电路效应容易发生误触发或不灵敏触发。 第三方设备故障打乱共用接地和连接网而容易引起误触发或不灵敏触发。 由于复杂的接地/连接安排使故障信号混乱或将其掩蔽而容易引起误触发或不灵敏触 发。 替代技术的相对成本高。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是克服或者改进现有技术的至少一个缺点或提供一种有用的替代 方案。
[0018]根据本发明的第一方面，提供了一种电气保护装置，其包括： 至少两个输入端子，所述输入端子用于分别电连接至所述保护装置上游的电气电源的 有效导线和中性导线上； 至少两个输出端子，所述输出端子用于电连接至位于所述保护装置下游，并且在负载 电压下吸引负载电流的负载上； 第一传感器，所述第一传感器用于提供根据所述负载电流导出的第一信号； 第二传感器，所述第二传感器用于提供根据所述负载电压导出的第二信号； 处理单元，所述处理单元响应于所述第一和第二信号，以选择性地生成故障信号；以及 切换单元，所述切换单元响应于所述故障信号，以从第一状态发展到第二状态，其中： 在所述第一状态下，所述输入端子电连接至所述输出端子上，以允许将所述负载电流从所 述电源被吸到所述负载;并且在所述第二状态下，所述输入端子与所述输出端子电隔离，并 且阻止所述负载电流从所述电源被吸到所述负载。
[0019]在优选实施例中，所述负载包括具有底架电压的底架，并且所述底架电压是根据 所述负载电压导出的。
[0020]在优选实施例中，所述底架具有底架电流，并且所述底架电流是根据所述负载电 压导出的。
[0021 ]在优选实施例中，所述处理单元直接响应于所述第一和第二信号，以选择性地生 成所述故障信号。
[0022] 在优选实施例中，所述处理单元间接响应于所述第一和第二信号，以选择性地生 成所述故障信号。
[0023] 在优选实施例中，所述处理单元直接和间接响应于所述第一和第二信号，以选择 性地生成所述故障信号。
[0024] 在优选实施例中，所述处理单元包括处理器，所述处理器执行预定算法，所述预定 算法响应于所述第一和第二信号，以选择性地生成所述故障信号。
[0025]在优选实施例中，所述预定算法响应于所述第一和第二信号以计算一个或多个辅 助指示;并且响应于所述一个或多个辅助指示，以选择性地生成所述故障信号。
[0026]在优选实施例中，所述处理单元包括存储器，并且所述处理器选择性地将数据存 储在所述存储器中，以便稍后用于计算所述辅助指示中的一个或多个辅助指示。
[0027] 在优选实施例中，所述负载具有泄漏电流，并且所述第一信号指示所述泄漏电流。
[0028] 在优选实施例中，所述负载具有外壳，并且所述第二信号指示所述外壳与所述中 性导线之间的电压差。
[0029] 在优选实施例中，所述处理单元响应于所述第一信号达到第一阈值，以评估所述 第二信号和的一个或多个特点，然后选择性地生成所述故障信号。
[0030] 在优选实施例中，所述处理单元响应于所述第二信号达到第二阈值，以评估所述 第一的一个或多个特点，然后选择性地生成所述故障信号。
[0031 ]根据本发明的第二方面，提供了一种剩余电流装置，其包括： 至少两个输入端子，所述输入端子用于分别电连接至所述保护装置上游的电气电源的 有效导线和中性导线上； 至少两个输出端子，所述输出端子用于电连接至位于所述保护装置下游，并且在负载 电压下吸引负载电流的负载上，其中所述负载具有外壳； 第一传感器，所述第一传感器提供指示所述负载的泄漏电流的电流信号； 第二传感器，所述第二传感器用于提供指示所述外壳的电压的电压信号； 处理单元，所述处理单元响应于所述第一和第二信号和预定算法，以选择性地生成故 障信号；以及 切换单元，所述切换单元响应于所述故障信号，以从第一状态发展到第二状态，其中： 在所述第一状态下，所述输入端子电连接至所述输出端子上，以允许将所述负载电流从所 述电源被吸到所述负载;并且在所述第二状态下，所述输入端子与所述输出端子电隔离，并 且阻止所述负载电流从所述电源被吸到所述负载。
[0032] 在优选实施例中，所述处理单元包括单处理器。
[0033] 在优选实施例中，所述单处理器具有至少一个自带的模数转换器。
[0034] 在优选实施例中，所述单处理器具有低操作频率。
[0035]根据本发明的第三方面，提供了一种电气保护装置，其包括： 至少两个输入端子，所述输入端子用于分别电连接至所述保护装置上游的电气电源的 有效导线和中性导线上； 至少两个输出端子，所述输出端子用于电连接至位于所述保护装置下游，并且在负载 电压下吸引负载电流的负载上； 第一传感器，所述第一传感器用于提供根据所述负载电流导出的第一模拟信号； 第二传感器，所述第二传感器用于提供根据所述负载电压导出的第二模拟信号； 处理单元，所述处理单元响应于所述第一和第二信号，以生成数字信号，并且响应于所 述数字信号以选择性地生成故障信号；以及 切换单元，所述切换单元响应于所述故障信号，以从第一状态发展到第二状态，其中： 在所述第一状态下，所述输入端子电连接至所述输出端子上，以允许将所述负载电流从所 述电源被吸到所述负载;并且在所述第二状态下，所述输入端子与所述输出端子电隔离，并 且阻止所述负载电流从所述电源被吸到所述负载。
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