漏、底 架电压和底架电流而言)在微处理器20的集成ADC内单独被转换成数字信号，并且这些数字 流之后使用时间关联、快速傅里叶变换(FFT)和脉冲分析功能被处理。
[0136] 举例来讲，这些处理功能可能在输入内寻找以下特点： (1) 时间谱和频谱两者中每项感测输入的峰值幅度，这些峰值幅度可以与决策引擎内 的阈值水平进行比较。 (2) 感测输入之间的时间关联，该时间关联指示在设备的底架上是否看到剩余电流损 失（电流泄漏）。 (3) 感测输入之间的频率关联，因此该频率关联允许噪声和第3方电源与和受控供电相 关的故障分开。 (4) 感测输入之间的相位关联(变化），该相位关联指示故障阻抗的电抗分量，包括故障 是否单纯是电阻式的，从而指示个人绝缘失效风险。 (5) 底架电压与电流感测输入之间的电压和电流关联，该电压和电流关联提供关于故 障阻抗的信息。
[0137] 在图5内，时间关联、FFT、和脉冲分析的输出被输入到决策引擎。以下是对决策引 擎算法的描述： (1)决策引擎内的第一处理阶段考虑了感测输入中的任何感测输入是否高于在某种程 度上指示故障的最小阈值。例如，在一个实施例中，最小传感器阈值针对RCD泄漏电流被设 定在5mA(其中30mA通常被用作RCD技术的阈值）、针对底架电流被设定在2.5mA(其中现有技 术通常建议5mA作为阈值)并且针对底架电压被设定在20V(其中现有技术通常建议比40V小 一些）。如果这些传感器输入中的任何传感器输入被超过，则决策引擎继续处理。如果没有 传感器输入被超过，则引擎循环回去并且继续检查具有最小阈值的信号。 (2) 如果这些感测输入之一超过最小阈值，则决策引擎检查是否有感测输入超过最大 阈值。例如，在一个实施例中，最大阈值针对RCD泄漏电流被设定在30mA、针对底架电流被设 定在20mA并且针对底架电压被设定在40V。如果任何感测输入超过其相应的最大阈值，则呈 故障信号形式的保护动作将会被触发，将负载与电源电隔离。 (3) 在没有任一感测输入超过最大阈值时，检查这些输入的关联特点是否清晰指示设 备故障或安全问题。这通过检查两个信号的发生在时间上是否紧密关联（因此不被认为是 噪声）和这些信号的脉冲性质是否类似来实施。如果信号有任何顺序，则这建议减轻效应， 并且因此延迟进一步处理是谨慎的。也检查不同的最小信号的频率:鉴于可能的故障情形， 它们是否可能良好关联和相位是否可能有意义。如果这种附加分析支持采取保护动作的决 策，则保护动作被触发。这个过程分多个决策步骤完成。在该流程图中，描述了两个决策步 骤。然而，应认识到的是，许多其他实施例存在其他数量和类型的决策步骤。 (4) 如果保护动作被触发，则系统被置于等待状态以便在外面重置。如果没有发起保护 动作，则系统将会返回至开头并且开始再次检查阈值水平。
[0138] 装置1的进一步的关键方面是理解关键故障的特点（如了解人体主要是电阻）。这 种理解在装置1内创造了使CD泄漏信号的相位与电压感测信号的相位关联并且排除可能以 其他方式在RCD、电流感测或电压感测子系统中任一项上引起保护功能的妨扰信号的能力。 泄漏和保护接地信号之间的相位差可以指示电容性或电感引起的泄漏而不是与安全相关 的电阻（人体)接地泄漏。因此，针对对感测信号是同相的并且在它们不同相时不那么敏感 的事件的敏感性，组合技术能够被优化。
[0139] 装置1被容装在单个标准化壳体中，进一步增强了装置1在电气配电系统内的现有 配电盘或其他位置内的改装，同时为使用者提供熟悉的形状因数。
[0140] 还应强调的是，装置1使用负责所有决策的单个微处理器20,包括来自监测电路的 "原始"信息的输入、核对来自监测电路的信息数据和开关的激活。本领域的技术人员应认 识到的是，不只一个微处理器用于其他实施例中，在这些实施例中，这种申请人更适合于多 个微处理器。
[0141] 通过集成RCD技术的决策过程与电压感测技术而可用的显著性能优势的进一步实 例包括： 照明和电力系统浪涌电流的改进识别，其由于浪涌保护动作而生成大电压感测信号 (电压感测子系统感测的照明脉冲电压，与后续接地泄漏电流错时。这种事件的时间分隔允 许将这种事件与和安全有关的故障有效区分开并且如此减少误跳闸。 适应老化的接地安排的能力以优化保护功能。当尤其TT接地系统老化(但在某一形式 下，所有接地安排)时，接地连接劣化并且电阻变高。在使用寿命早期，当连接和接地安排是 新的并且最佳时，所有接地系统对RCD式保护做出最好响应。在老化过程中，RCD泄漏信号变 弱（由于越来越老化的接地和接合安排和实现不良的升级效果以及添加制品）并且更高的 接地电阻电压感测保护可能开始占主导地位，作为最有效的保护形式。两种保护形式集成 到一个决策矩阵中允许该技术在使用寿命内自己优化并且提供最大保护功能。 改进的噪声容限，这是由于使泄漏电流RCD信号的频率与保护金属制品电压（电压感测 信号）的频率相关联的能力，从而将这种信号分开，当仅从量级角度考虑时，将这种信号分 开将会促成保护反应。通过允许其分开和单独考虑，开关模式电源、变频器、太阳能逆变器 的正常电路操作产生的干扰被消除或减轻。
[0142]这些能力或益处在现有独立式RCD、电压或电流感测技术中全都获得不了，并且其 也不能通过两种的简单组合来获得。为了获得该实施例的益处，需要对功能之间的所需集 成加以影响。
[0143]集成这两种技术的令人惊讶和意外的进一步益处是成本，这是广泛市场提升的关 键方面。更具体而言，现代的RCD技术主要以特殊用途而实现，主要是模拟1C。许多主要半导 体公司制造这些1C，包括美国仙童半导体公司、日本罗姆半导体公司、美国德州仪器公司和 日本三菱公司。它们具有一种共同的操作方法，包括简单地低通滤波、电压比较和用于移除 浪涌事件引起的误触发的延迟锁存器。
[0144] 最近，一种举措是打算建造数字(使用有限的混合信号）IC。相关研究已经在同行 评审的工程学报中被编制成文件。
[0145] 上述底架电压和电流感测技术是新的，并且至今还没有被集成。第2012903629号 澳大利亚临时专利申请中介绍的技术是模拟离散的，其中微处理器实现故障容限功能性。 这两种技术的集成为单独的功能引起的成本是两个感测装置的简单总和。这种添加(大致 双倍)的成本具有显著限制市场渗透的潜力。
[0146] 本实施例的本集成决策执行要求要求使用单个中央微控制器(微处理器）。低操作 频率(具有毫秒响应时间的50Hz数字信号处理)允许整个国内和工业设备控制应用中到处 使用的非常简单的廉价微控制器应用于这种用途。针对一系列应用，大量生产这些装置。这 些装置可靠、相对强大、文件齐全并且不贵。这些装置包括相对强大的模数自带转换。因此， 简单的接口可以被设计成帮助图2、图3和图4中所示的所需电压感测、电流感测和CD感测。
[0147] 这种微控制器现在准许设计比单独RCD和电压感测解决方案的组合成本便宜得多 而只比CD电路自己成本略大的运算RCD/电压感测电路(如图2)。
[0148] 本文中所描述的装置较现有技术具有显著优势，其中该技术的功能性在监测其故 障信号时保持独立并且可分开，并且当达到任一阈值时，那么将会激活保护功能。然而，本 装置具有跨越从RCD系统运行所在的接地中性点(TN)到底架感测系统工作所在的浮动电力 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。本发明旨在弥 补作为许多这种先有技术水平不足的情形的实例的这种不安全情况。
[0149] 在此提供的描述中，提出了许多具体的细节。然而，应理解本发明的实施例可以在 没有这些具体的细节的情况下实践。在其他实例中，为了不混淆对本描述的理解，未详细示 出众所周知的方法、结构和技术。
[0150] 类似地，应当注意的是当在权利要求书中使用时，术语"连接"不应被解释为仅限 于直接连接或联接。术语"親合"和"连接"与其派生词可以一起使用。应当理解，这些术语对 于彼此并非旨在作为同义词。因此，"装置A耦合至装置B上"的表达的范围不应限于设备或 系统，其中装置A的输出直接连接至装置B的输入上。这意味着在A的输出与B的输入之间有 一个路径，该路径可以是包括其他装置或手段的路径。"耦合"或"连接"可以意味着两个或 多个元件直接的物理或电气接触，或者两个或更多元件彼此不直接接触，但还是彼此合作 或相互作用。
[0151]因此，虽然已经描述了被认为是本发明的优选实施例，本领域技术人员将认识到 可以在不背离本发明的精神的情况下对其作出其他和进一步的修改，并且旨在要求所有这 种变化和修改都在本发明的范围内。可以从框图中增加或删除功能，并且操作可以在功能 块之间互换。
【主权项】
1. 一种电气保护装置，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所述保护装置下游的、具有导电底架 的负载上，所述负载吸引负载电流； 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底架上的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。2. 根据权利要求1所述的电气保护装置，其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。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的电气保护装置，其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。4. 根据以上权利要求中任一项所述的电气保护装置，其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。5. 根据权利要求4所述的电气保护装置，其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。6. 根据权利要求4或权利要求5所述的电气保护装置，其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。7. 根据以上权利要求中任一项所述的电气保护装置，其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。8. 根据以上权利要求中任一项所述的电气保护装置，其中所述第二信号是根据从所述 底架流到电流汇的电流导出的。9. 根据权利要求8所述的电气保护装置，其中所述电流汇是接地。10. 根据权利要求8所述的电气保护装置，其中所述电流汇是所述中性导线。11. 根据以上权利要求8至10中任一项所述的电气保护