用于全面保护免于电气故障的装置、系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本pct申请要求2014年12月25日提交的美国专利申请no.14/583,174的优先权。

背景技术：

正如电力对于我们的日常生活是有用的一样，如果设备安装不当或保护不足，同时它是非常危险和破坏性的。这涉及人员或消费者的安全以及电气火灾对财产的风险。市售的保护装置可以解决特定的电气故障，例如并且包括用于接地故障保护的接地故障电路断路器(gfci)、用于电弧故障保护的电弧故障电路断路器(afci)、用于浪涌保护的浪涌抑制器等。本发明提供真正地完整或全面的保护，涵盖了保护电路免受直流(dc)和交流(ac)单相和多相系统中的所有类型电气故障的装置、系统和方法，该故障包括电弧故障、接地和泄漏故障、浪涌故障、过载、过压、欠压、短路、发光连接、错线连接和相损耗。这种全面保护装置以断路器、插座、方便插口、附件插头、设备控制器、或电路、或与其他设备或装置集成的系统的形式出现。对于本发明的所有意图和目的，该装置、系统和方法将被称为全保护电路断路器或tpci。

afci保护电路免受可能是串联或并联电弧的电弧，串联电弧是沿着导电路径的任何点发生的较低电流故障，并联电弧是跨线路和中性线路和地面、或两条线路之间发生的高电流故障，其中故障电流可能足够高以使其类似或甚至被认为是短路。一些afci被设计为还提供电路保护，防止过载、短路和其他故障。afci可以以断路器、插头、插口、插座、或者电路或装置的集成部件的形式出现。在三相系统中，电弧也会发生，因此afci可用于保护。

gfci保护消费者和电路免受泄漏电流或接地故障的影响，并且通常安装在浴室、厨房或可能暴露在水中或飞溅的水、潮湿和类似环境中的区域。接地故障是通过导体的电流泄漏到地面的一种情况。这给消费者带来风险，消费者可能最终成为泄漏电流的媒介或路径，导致触电甚至更糟。gfci可以采取断路器、插头、插口、插座、或者电路或装置的集成部件的形式。

过载也被称为过电流，虽然大部分被忽略直到一些事件发生或出现故障，是家庭和工业中非常常见的电气问题，其可能导致电路和装置的火灾和损坏。消费者不太关心甚至不知道他们的电路或设备被设计为安全地处理什么或多少电流，直到电路出现故障。

过压是当被施加给电路或装置的电源电压超过其额定电压时。它也可能由于电源线上的尖峰而发生，其可能损坏电路或装置。

欠压是当电路或装置的电源电压低于其额定电压时。这可能会影响电路或装置的运行，甚至造成损坏。

短路是任何两个导电部件彼此接触导致非常高的故障电流的情况。当这种高电流在指定时间内不中断时，可能导致爆炸反应，可能会损坏所连接的设备和装置，并使用户面临触电的风险。短路保护通常由传统的断路器和保险丝提供，也可以被包括作为afci、gfci、装置控制器和其他设备的附加保护特征。

错线是电路、设备和电气装置不正确地连接到电源的情况。这些错线情况包括线路负载反向连接、线路中性反向连接、以及线路侧和负载侧交叉线路连接。线路负载反向连接是最常见的错线情况。

发光连接也称为发光接触，是电路中的两个串联连接或触点熔断且通常保持红热以使热量高到足以引起火灾或损坏周围的材料的现象。发光连接通常是由不稳定或松动的电线端子和连接引起的。虽然被认为是一个单独的电气故障，但它一开始是作为电弧故障的变型，直到实际的发光连接事件发生。商用的接线设备通常不能提供防止这种现象的保护。

当有至少一个相失去电力时，相损耗可能会出现在多相系统中的电路和装置中。这种设备可以是2相接线设备，例如并且包括插口、插头和插座。它也可以是3相控制器或装置，其中相位的损耗至关重要。为了安全起见，良好的做法要求设备或控制器应能够在相损耗的情况下使所有相或线路断开，因此相损耗保护在多相系统中是重要的。

浪涌是电压中的突然的尖峰，并且通常由诸如闪电的某些现象引起，这些现象可以击中电力线并且对电路和装置造成损害。浪涌保护被包括作为一些afci、gfci、装置控制器和其他设备的特征。

本发明涉及用于检测和中断多种电气故障的装置、系统和方法，并且在下文中称为tpci，其将多个电路故障保护集成为一体，利用常见的元件以具有统一的电路、装置或系统用于执行本应由大量的元件、电路、系统和装置执行的所有不同的功能。tpci不是为特定或有限数量的电气故障提供单独的保护设备，而是利用常见的组件，包括本文所公开的微控制器、开关和跳闸机构、传感器在内，在一个设备中提供对所有不同故障的保护，从而为电气故障提供全面的电路保护。

本发明包括一种系统和方法，使得即使当连接在具有或不具有接地的电路中时，tpci也能够运行。该系统可以被使用和并入布线设备和其他装置中，例如并且包括接地故障电路断路器(gfci)和电弧故障电路断路器(afci)，以使得它们当连接在具有或不具有系统接地的电路中时能够检测故障。作为标准的afci和gfci通常用于具有系统接地的电路，并且可能包括额外的电路保护特征以防止过载、短路、浪涌和错线。本发明涉及集成到一个设备中的电路、组件、硬件和软件代码，以提供全面的电路保护避免电气故障。

虽然商用产品没有具体解决发光连接故障，但它被包括在本发明中，因为它是电气火灾的主要原因，并且与目前由某些法规解决的其他主要故障同样重要。本文引用了关于发光连接的以下专利，以供参考现有技术将它们区别于本发明：

在现有技术(us13/440,243，shea(谢伊))中公开了一种用于在电力电路上施加至少两种不同电阻值并且响应地感测所述电力电路上的至少两个电压来检测发光接触的方法和装置。这种检测电力电路中发光接触的方法包括确定所感测电压的变化在预定范围内是否为线性的，或者所感测电压的变化是否不随着电阻值的降低而增加。这与tomimbang(托米姆班)的当前发明的不同之处在于，shea的方法使用了不同的原理，并且当它发生时，它处理发光连接，而不是采用抢占式的方法来检测发光连接的建立。

而且在现有技术(us6707652b2，engel(恩格尔))中公开了一种电气开关装置，其包括发光接触保护，其中电开关设备包括具有第一温度的线路电路、具有第二温度的中性线路、和负载端子、以及适于电连接线路电路和负载端子的可分离接点。第一二极管温度传感器输出表示线路电路的第一温度的第一信号，并且第二二极管温度传感器输出表示中性线路的第二温度的第二信号。确定第一信号和第二信号之间的差的电路提供跳闸信号。这与tomimbang的发明完全不同，因为发光连接保护特征被包括作为其他故障检测系统的一部分。在tomimbang发明中使用温度传感器和使用数据解决发光连接检测的原理与engel的发明完全不同。

技术实现要素：

本发明涉及用于检测和中断多种电气故障的装置、系统和方法，并且在下文中称为tpci，其将多个电路故障保护集成为一体，利用常见的元件以具有统一的电路、装置或系统用于执行本应由大量的元件、电路、系统和装置执行的所有不同的功能。tpci不是为特定或有限数量的电气故障提供单独的保护设备，而是利用常见的组件，包括本文所公开的微控制器、开关和跳闸机构、传感器在内，在一个设备中提供对所有不同故障的保护，从而为电气故障提供全面的电路保护。

本发明包括一种系统和方法，使得即使当连接在具有或不具有接地的电路中时，tpci也能够运行。该系统可以被使用和并入布线设备和其他装置中，例如并且包括接地故障电路断路器(gfci)和电弧故障电路断路器(afci)，以使得它们当连接在具有或不具有系统接地的电路中时能够检测故障。作为标准的afci和gfci通常用于具有系统接地的电路，并且可能包括额外的电路保护特征以防止过载、短路、浪涌和错线。本发明涉及集成到一个设备中的电路、组件、硬件和软件代码，以提供全面的电路保护避免电气故障。

虽然商用产品没有具体解决发光连接故障，但它被包括在本发明中，因为它是电气火灾的主要原因，并且与目前由某些法规解决的其他主要故障同样重要。本文引用了关于发光连接的以下专利，以供参考现有技术将它们区别于本发明。

附图说明

图1是根据本发明不同实施例的单相交流电弧故障电路断路器(afci)的系统框图。

图2是根据本发明不同实施例的利用常规差分电流传感器的典型单相交流接地故障电路断路器(gfci)的电路图。

图3是根据本发明不同实施例的基于单相交流微控制器的接地故障电路断路器(gfci)的图。

图4是根据本发明不同实施例的使用用于接地故障检测的接地故障电流传感器、用于检测过压和欠压条件的电压互感器、以及用于电路监测和电弧及其他电气故障的检测的多用途电流传感器的单相tpci的框图。

图5是根据本发明实施例的在tpci中使用的不同类型的电流传感器的图示。

图5a是根据本发明实施例的在tpci中使用的不同类型的电流传感器的图示。

图6是根据本发明实施例的在tpci中使用的不同类型的电流传感器的图示。

图6a是根据本发明实施例的在tpci中使用的不同类型的电流传感器的图示。

图7是根据本发明实施例的作为用于发光连接的温度传感器和过载保护系统可以安装到tpci的方式的范例的插座插口的一部分的顶视图。

图7a是根据本发明实施例的作为用于发光连接的温度传感器和过载保护系统可以安装到tpci的方式的范例的插座插口的一部分的侧视图。

图7b是根据本发明实施例的作为用于发光连接的温度传感器和过载保护系统可以安装到tpci的方式的范例的插座插口的一部分的等距视图。

图7c示出了根据本发明实施例的作为具有用于发光连接的温度传感器和过载保护系统的tpci的示例的多插口电源板。

图7d示出了根据本发明实施例的图7c所示的多插口电源板的具有线路、中性线和接地冲压件和连接的内部部分，其例示了用于发光连接的温度传感器和过载保护系统可以安装到tpci的方式。

图7e示出了根据本发明实施例的图7c所示的多插口电源板内的线路、中性线和接地冲压件，其例示了用于发光连接的温度传感器和过载保护系统可以安装到tpci的方式。

图8是根据本发明实施例的示例电路，其例示了温度传感器可以被配置用于发光连接和过载保护的方式。

图8a是根据本发明实施例的另一个示例性电路，其例示了温度传感器可以被配置用于发光连接和过载保护的方式。

图8b是根据本发明实施例的另一个示例性电路，其例示了温度传感器可以被配置用于发光连接和过载保护的方式。

图8c是根据本发明实施例的另一个示例性电路，其例示了温度传感器可以被配置用于发光连接和过载保护的方式。

图8d是根据本发明实施例的另一个示例性电路，其例示了温度传感器可以被配置用于发光连接和过载保护的方式。

图9示出了图8中例示的温度传感器电路，其被配置为用于发光连接和过载保护的具有螺线管激活的断路机构或诸如插座、方便插口、多插口电源板、gfci和afci的接触器的接线设备。

图10是根据本发明实施例的来自tpci电路的局部示意图，其示出了用于错线检测和特定报废状态测定的接触器位置传感电路。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的不同实施例，其在附图中示出。本文公开的具体细节不应被解释为限制性的，而是作为权利要求的基础并且教导本领域技术人员如何以任何适当详细的系统、结构或方式使用本发明。尽可能地，在整个附图中使用相同的附图标记和符号来表示相同或相似的部件、电路或功能。

为了本发明的目的，以下术语被定义和使用如下：

a)ac—在电气术语中，这是指交流电流。

b)dc—在电气术语中，这是指直流电流。

c)adc—模数转换器或转换器，当与术语“信号”一起使用时，通常是指微控制器adc通道的模拟输入。

d)afci(单个或多个)—通常被称为电弧故障电路断路器。

e)gfci(单个或多个)—通常被称为接地故障电路断路器。

f)线路电线(linewire)—也称为hot或live线。

g)中性电线(neutralwire)—也称为cold线，是与地面具有相同电位的电路导体。

h)微控制器(microcontroller)—也称为mcu，或具有处理器、存储器、以及可编程输入和输出外设的小型计算机集成电路。它在tomimbang的先前专利中被称为微处理器。

i)跳闸(trip)或被跳闸(tripped)—用于指示接触器或开关位置处于关闭状态、用于关闭位置、关闭或被关闭、开关或被关闭的按钮指定的术语。

j)复位(reset)—用于指示接触器或开关位置处于开启状态、用于开启位置、开启或被开启的按钮指定的术语。

k)光隔离器(optocoupler)—也称为光耦合器，是一种数字隔离器，它是用于开关隔离电路的电子设备。它在功能上类似于光电三极管、光电晶体管或光电二极管。

l)scr(单个或多个)—硅控制的整流器或固态开关，与电流反应以将电路接通或断开。

m)正确接线(properlywired)—与电路、装置或接线设备有关，意味着线路侧线路电线连接到线路侧线路端子，线路侧线中性电线连接到线路侧线中性端子，负载侧线路电线连接到负载侧线路端子，并且负载侧中性电线连接到负载侧中性端子。另外，对于接地电路，这意味着接地线连接到接地端子。

n)线路侧(line-side)—表示用于连接到主电源的电路、装置或设备的这部分。

o)负载侧(load-side)—表示用于连接到负载的电路、装置或设备的这部分。

p)螺线管驱动(solenoid-actuated)—也意味着电磁驱动，属于驱动电气或电子保护或控制设备的复位和/或跳闸机构的方法，例如并包括在afci、gfci和tpci中以不同的类型和形式使用的接触器和继电器。当术语“电磁”与跳闸或复位机构或动作一起使用时，其意味着螺线管驱动。

q)螺线管(solenoid)—指的是主要由缠绕在芯上的电线组成以产生均匀磁场的组件、以及由磁场驱动的柱塞，该柱塞附接到固定装置以锁定或解锁复位或跳闸机构，例如接触器或继电器。

r)led—指的是发光二极管，其有不同的颜色，用于视觉的通知。

s)lcd—指的是用于字母、数字或字母数字通知的液晶显示器。

t)no—用于辅助触点，表示常开。

u)nc—用于辅助触点，表示常闭。

v)按下(press)或被按下(pressed)—指的是通过按下按钮开关接触点。

w)代码(code)—也被称为软件或程序或软件代码或软件程序，当与微控制器一起使用时，是指接收其输入并驱动其处理功能和输出外设的程序。它还被定义为以编程语言或由汇编器、编译器或其他翻译器输出的形式表达的计算机指令和数据定义。代码驱动意味着与软件驱动相同，指示由软件或代码例程执行的功能。

x)系统接地或接地(systemgroundorearth)—也被称为接地，表示提供最低电压参考点的电气系统中的接地点。它通常连接到电源线接地、接地棒，或在某些情况下连接到金属水管线。大地不旨在携带电流。系统接地用作保护设备的线路侧接地的主要连接。

y)数字接地(digitalground)—数字电路的常用的0电压(零电压)或接地参考。数字接地和模拟接地系统通常分开接线，以避免将数字噪声引入模拟电路或反之亦然，并且可以通过被设计为避免彼此之间的干扰的耦合电路连接在一起。

z)模拟接地(analogground)—用作模拟电路的参考接地的电子系统或电路中的点。数字接地和模拟接地系统通常分开连接，以避免将数字噪声引入模拟电路或反之亦然，并且可以通过被设计为避免彼此之间的干扰的耦合电路连接在一起。

aa)浮动接地系统(floatinggroundsystem)—其中电路或设备在没有系统接地的情况下运行的系统。

ab)发光连接(glowingconnection)—也称为发光接触，是电路中两个串联连接或触点熔断并且通常保持红热使热量高到足以引起火灾或损坏周围的材料的现象。发光连接通常是由不稳定或松动的电线端子和连接引起的。虽然被认为是一个单独的电气故障，但它一开始是作为电弧故障的变型，直到实际的发光连接事件发生。商用的接线设备通常不能提供防止这种现象的保护。

图1是根据本发明不同实施例的在2012年6月20日的tomimbang的专利申请no.13/528809和2011年10月14日的专利申请no.13274291(现在的专利号：us8817431b2)中公开的单相120v电弧故障电路断路器(afci)的框图。该afci由线路侧端子线/中性线/接地101/102/103、负载侧端子线/中性线/接地104/105/106、霍尔效应电流传感器集成电路(hecs)107、hecs测量相移校正电路108、以及具有到微控制器111的adc端口119的模拟输出的抗混叠滤波器和缓冲放大器电路110组成。

该装置还包括：稳压电源电路109，具有供应afci电路的所有功率驱动部件的直流电压输出109a；微控制器111，加载有具有所有外设的代码以接收和处理信号并输出数据；具有跳闸和复位螺线管121/122的跳闸和复位机构或接触器112；跳闸和复位开关电路113；接触器112跳闸和复位位置感测电路114；复位开关115和测试开关116；分压器电路120，用于电压基准并且确保有一种hecs107测量与线路电压线路同步的方法，而不管是否存在用于基准的系统接地，或者当连接到线路侧线路101和线路侧中性线102时，连接被反转；视觉指示器117和听觉指示器118，用于通报系统和诊断条件、软件或代码以及相关的电气、机械、机电和电子部件和互连，以使装置或系统完整和可操作。

图1中所示的单极接触器112是单极开关设备或接触器的表示，但是本领域技术人员认识到，相同的原理也可应用于2极接触器，或者根据需要可应用于任何数量的触头和组合的接触器。本领域技术人员还认识到，使用本文相同的原理，其也适用于多相系统。接触器112也是具有电磁操作的跳闸和复位机构121/122的接触器的一般表示，但是本领域技术人员也认识到使用本文所述的相同原理，复位机构可以具有手动或螺线管操作的开关机构，并且其中螺线管操作由scr或晶闸管或其他开关设备驱动。对于具有手动复位和螺线管操作的跳闸机构的接触器112，只有跳闸使用螺线管121并且复位是通过集成在接触器112内的手动激活的机械闩锁来实现的，因此复位螺线管121不是必需的。

afci包括硬件和软件系统的组合，使用装载有代码的微控制器111来监视系统状况、检测电弧、故障发生时将设备跳闸以及相应地显示系统条件。

当接触器112复位时，故障保护电路从线路侧线路导体101开始，经过hecs集成电路107以及电磁跳闸和复位机构或接触器112到达负载侧线路导体104，然后通过连接的负载并返回连接到线路侧中性导体102的负载侧中性导体105。在2极接触器配置中，线路侧和负载侧中性线以与线路侧和负载侧线相同的方式通过接触器112连接。系统接地导体103连接在整个afci接地系统中。整个系统中使用的直流电力驱动组件由开关模式电源(smps)108供电，该电源在特定范围的输入电源交流电压上工作，并产生稳定的输出直流电压109a。

hecs集成电路107测量从afci的线路侧到负载侧流过线路导体101/104的电路电流。hecs集成电路107的输出电压与具有稳定输出偏移电压的电路电流负载波形成比例。hecs107测量抗混叠滤波器110从hecs107adc测量中去除高频谐波和噪声。连接到微控制器比较器端口108a的hecs测量相移校正电路108通过电阻分压器电路120连接到线路侧导体101/102，以控制微控制器基频中断过程将hecsadc测量的相位与基波电流频率的相位匹配。微控制器111中断过程使用内置比较器、和软件调整的等于hecs集成电路107的稳定输出偏移电压值的hecs零基准偏移电压值。微控制器111代码通过hecsadc测量的数字分析来检测电路电弧、过载和短路故障。

当微控制器111程序检测到电路故障时，跳闸命令被发送到跳闸和复位开关电路113，通过使电磁跳闸和复位机构或接触器112跳闸来中断故障保护电路104/105。然后启用用于电路故障的视觉指示器117和听觉指示器118。当系统复位开关115随后被启用时，微控制器111代码初始化值并禁用故障指示器，通过评估跳闸和复位感测电路114并通过向跳闸和复位开关电路113发送跳闸和复位命令以开启和关闭具有电磁跳闸和复位机构或接触器112的被保护电路104/105来检查系统错接和报废状态。当系统复位检查成功完成时，被保护电路104/105保持关闭，直到另一个电路故障被微控制器112程序检测到。

微控制器111代码包括通过初始和周期性测试系统组件来检测系统报废状态的例程，然后结果是，系统中断电路并启用视觉指示器117和/或听觉指示器118。系统报废由某些操作条件确定，包括：

a)微控制器111时钟计数器达到在代码内设定的预定寿命限制。

b)电磁跳闸和复位机构112不能接合线路侧和负载侧之间的接触点。这通过微控制器112测试代码例程来检测，其确定在复位命令被启用之后接触点是否不接合，这可能意味着电子或机械故障或二者兼而有之。

c)电磁跳闸和复位机构112不能脱离线路侧和负载侧之间的接触点。这通过微控制器111测试代码例程来检测，其确定在跳闸命令被启用之后接触点是否保持接合，这可能意味着电子或机械故障或二者兼而有之。

d)微控制器111看门狗定时器、ram奇偶校验和循环冗余校验(crc)失败。

当启用系统测试开关116时，微控制器111代码通过模拟特定的电路故障来检查电路故障检测和中断算法是否正常工作，这导致跳闸和复位命令被发送到跳闸和复位开关电路113。在系统测试期间，微控制器111程序检查跳闸和复位感测电路113以验证被保护电路104/105被电磁跳闸和复位机构112正确地打开和闭合。虽然该图示用于具有电磁跳闸和复位操作的afci，但是本领域技术人员认识到，同样的系统适用于使用具有电磁跳闸和手动复位机构的接触器的afci，其中复位功能未被微控制器111代码激活，而是手动地激活，但其余的功能保持与电磁跳闸和复位afci相同。

为了举例说明，图2是使用具有商用gfci控制器138的2线圈差分电流互感器式传感器131/132的典型gfci电路的示意图。电流传感器绕组131/132通常包含在相同的外壳中。该电路基于流过线路侧线路和中性导体123/124与未图示的通过负载侧线路126和中性线127所连接的负载的电流之间的不平衡来检测接地故障。在正常条件下且没有接地故障，通过线路侧线路和中性导体123/124的电流通常与其周围的磁通量彼此抵消，因此不存在差分电流。接地故障条件从线路和中性导体之间的磁通差产生差分电流，导致电流传感器中的振荡产生接地故障信号。该差分电流由gfci控制器138检测和处理，发送信号以触发螺线管134的操作来将接触器135跳闸，将线路侧线路和中性导体123/124与gfci的负载侧线路和中性导体126/127分离。使用由与电阻器129串联的测试按钮或开关130组成的测试电路来模拟接地故障以将接触器135跳闸，作为gfci的例行完整性测试的一部分。电容器140/141/c/c1和电阻器136/137/142是完成接地故障控制器电路所需的无源元件。金属氧化物压敏电阻133用于浪涌保护，并且通常连接在线路侧线路和中性123/124导体之间。

图3公开了根据本发明的某些实施例的基于微控制器的gfci电路。这遵循与以上图2中概述的基本gfci电路相同的原理，通过添加使用基于算法的代码来控制gfci的操作的微控制器158。在通过差分电流传感器151的线路和中性导体143/144中产生的磁通量在正常电路条件下或当没有接地故障时相互抵消，这表明这些值相同。当发生接地故障时，通过线路侧线路导体143的电流与通过线路侧中性导体144的电流不同，因此存在差分电流。该差分电流由gfci控制器161检测，其向微控制器158发送接地故障事件的信号，因此微控制器158执行代码例程以激活跳闸电路164并将接触器152跳闸。诸如光耦合器157的数字隔离器用于将跳闸电路164的交流侧与gfci的直流电路隔离。

接地故障电流传感器技术的不断发展并不限制本发明可以使用的传感器的类型，并且本领域技术人员认识到使用本文所公开的相同原理，其它类型和配置的接地故障电流传感器可以使用以达到本发明的相同目的。使用与本发明相同的原理，接地故障电流传感器151也可以是磁差霍尔效应电流传感器集成电路，其可用于在接地故障的事件下感测导体之间的差分电流。此外，使用本发明所述的相同原理，接地故障电流传感器151也可以是差分巨磁电阻(gmr)电流传感器集成电路，其可用于在接地故障的事件中感测导体之间的差分电流。

通过在交流输入电压的指定范围内操作的具有稳定的直流输出电压160的稳压电源159，来提供对所有电力驱动部件的直流电力。电阻分压器电路162允许线路信号采集进行零交叉参考，以在接地故障发生时将接触器152跳闸。电阻分压器162连接通过线路143和中性线144而不是线路143，并且系统接地145使得gfci甚至在没有接地的系统中也可以操作，并且无论线路和中性连接143/144是否相反。诸如光耦合器的数字隔离器163将交流与零交叉电路的直流侧隔离。当发生接地故障时，微控制器158驱动跳闸电路164，scr154激活螺线管153以将接触器152跳闸。

通过跨线路、中性线和接地连接143/144/145的变阻器170/170a/170b，保护电路免受浪涌。跳闸电路164由scr154、螺线管153、开关二极管155和电阻器156组成。数字隔离器157将直流与跳闸电路164的交流侧隔离。其他组件是无源的并且是完成电路互连所必需的。

通过使用微控制器158处理接地故障信号，而不是像目前市售的gfci一样只依靠接地故障控制器161，其提供了另一个保护级别，以最小化现有的市售产品中普遍存在的伪误跳闸的可能性。基于微控制器的gfci操作还提供了一种在信号的过零点处或其附近将接触器152跳闸的方法，以在跳闸时减少电流，从而延长了接触器152的寿命。微控制器控制的gfci操作还使得将接地故障保护与任何其他电气故障保护系统集成成为可能。此外，tpci的错接保护电路可以集成到gfci中，微控制器158代码例程包括错线保护特征。此外，根据本发明的实施例，通过并入温度传感器电路200，发光连接保护系统可以被集成到gfci中。本文所公开的这种错线保护是多用途的，即使当本文公开的gfci被断开并从一个电路转移到另一个电路时，其仍然可操作。这与其他商用的gfci不同，其中他们的错线保护是一次性使用，因此在第一次使用后，组件被永久性禁用，从而使得如果gfci从有源电路中取出并重新安装在其他地方，则所述其他商用gfci无法检测到错线。

常规的自检例程包括在微控制器158代码中，其通过连续监测包括预定生命周期的报废状态、微控制器158看门狗、ram奇偶校验和循环冗余校验故障来检查电路的完整性。当出现任何所述报废状态时，代码例程将接触器152跳闸并激活视觉168和/或听觉169信号以通知该事件。

复位按钮167用于手动复位接触器152。接触器152可替代地是双螺线管接触器，其中跳闸和开关机构各自设置有螺线管，以通过微控制器158将接触器自动跳闸和开关。接触器152可以替代地是可伸缩单螺线管闭锁接触器，其中跳闸和开关机构由相同的螺线管控制，以通过微控制器158将接触器自动跳闸和开关。为了满足ul标准要求，本文公开的gfci具有与上述规定的自检例程分开的代码管理的周期性自检例程，其以指定的间隔进行。为了实施这种周期性自检例程，gfci使用其测试电路149/150a。隔离开关150a可以是可以通过微控制器158操作的光耦合器、继电器或类似的开关器件。周期性自检例程是控制本文公开的gfci的操作的微控制器158代码的一部分。当实施周期性自检例程时，使用测试按钮150的测试代码例程暂时中断，隔离开关150a由微控制器158加电，从而产生将由微控制器158检测到的接地故障事件。由于在这种情况下，测试按钮例程被暂停，而不是将接触器152跳闸，因此实现一个信号来指示成功的周期性自检和工作接地故障检测系统，并且微控制器158代码继续其操作循环。如果周期性自检失败，则其将被指示为报废状态，并且接触器152根据通知跳闸。当接触器152是上述双螺线管或可伸缩单螺线管接触器时，如果希望检查接触器操作的实际完整性，则可以在周期性自检期间进行接触器的实际跳闸和后续复位。

图4是根据本发明不同实施例的单相交流tpci的框图。这是一种用于电路故障检测和中断的装置、系统和方法，其在接地和不接地情况下在电力系统上操作，将电弧故障电路断路器(afci)与接地故障电路断路器(gfci)和其他故障检测电路和系统集成在一个装置、系统和方法中，以在直流和交流、单相和多相系统中检测包括串联和并联电弧、接地和漏电流故障、浪涌、错线、过载、短路、发光连接、过压和欠压的多种电气故障的发生，并且当发生任何所述故障时中断电路，所有所述故障检测系统由单个微控制器监视和控制。当本发明应用于多相系统时，包括相损耗保护。利用与tpci一起使用的不同传感器，实际上，各种电气数据可以通过微控制器获取和处理，以检测和中断被保护电路中的各种电气故障，因此本发明的标题是这样的。

为了本发明的目的，术语电弧故障可以是串联或并联电弧，并且接地故障可以是包括线路和地面之间的故障或者对地的中性线泄漏的任何形式。

tpci内置于采用断路器、插座、插座插口、方便插口、电线连接插头、便携式多插口插座板的形式的外壳中，或者集成到任何其他外壳、装置、系统或方法中。

tpci包括以下集成的电路和组件，以作为单一设备、系统和方法来执行：

—线路和负载侧端子连接171/172/173/174/175/176

—具有直流输出178的稳压直流电源177

—浪涌保护电路元件179/179a/179b

—接地故障电流传感器(gfcs)180

—gfci控制器181

—gfcs信号调节电路187

—接地故障测试电路196/197

—用于电弧和其他电气故障的多功能电流传感器(mpcs)182

—mpcs测量相移校正电路184

—抗混叠滤波器186和缓冲放大器电路186a

—电阻分压器183

—微控制器188

—电位变压器(ptx)198

—ptx输出信号调节电路199

—温度传感器电路(tsc)200

—温度传感器数据转换器和集成电路201

—测试和复位开关电路189

—测试和复位机构或接触器190

—测试和复位螺线管线圈185a/185b

—跳闸或测试开关或按钮191

—复位开关192

—接触器位置感测电路193

—视觉指示器194

—听觉指示器195

—软件程序或代码

线路和负载侧接线端子连接171/172/173/174/175/176是tpci连接到电源和负载的手段。这些是标准组件，并以按照特定的tpci应用或系统的方式来使用。这些接线连接使用螺钉208(如图7所示)或其他替代的安装紧固件，将电线固定在安装螺栓209(图7所示)上，作为到tpci的连接。在用于线路和中性连接171/172/174/175的安装螺柱209上或其附近，可以安装用于发光连接和过载检测的温度传感器210/211/212/213(图7所示)。传感器210/211/212/213还可以安装在线路和中性冲压件上，与外部设备(如插头)接触。

稳压直流电源177是一种开关模式的电源，在特定范围的交流输入电压下工作并具有稳定的直流输出电压178，以操作tpci的直流供电电路和组件。该开关模式的电源采用整流电路、高频切换器、滤波元件和电压调节器或稳压器，用于稳定地输出电压。开关模式的互感器可以与直流电源177电路一起使用作为选择。该电源177连接到tpci的线路侧171/172/173，以确保当电源接通时检测系统始终接通，而不管接触器190是否关闭。可替代地，与连接在线路侧的第一组类似的第二组整流器电路并联连接在tpci的负载侧，并且这适用于当tpci需要检测所有类型的错线条件时，而不仅仅是第二整流电路不需要的线路负载侧错线。在2012年6月20日提交的tomimbang的专利申请no.13/528809中公开了这一点，其被称为本发明的一部分。这里所公开的错线保护是多用途的，即使当tpci被断开并从一个电路转移到另一个电路时，它也保持运行。这与其他商用保护设备不同，它们的错线保护仅在组件被永久性禁用时一次性使用，从而使得如果从有源电路中取出并重新安装在其他地方，则所述保护设备不能检测到错线。

浪涌保护电路元件179/179a/179b在本文中以示例性目的公开为一组金属氧化物压敏电阻(mov)，通常被称为连接在线路、中性线和接地171/172/173上的压敏电阻，其被适当地额定承受tpci上的浪涌，通常来自闪电或任何其他外部浪涌源。虽然压敏电阻在本文中用于示例性目的，但是本领域技术人员认识到，可以使用其它组件来实现与本发明相同的浪涌保护目的。

接地故障电流传感器(gfcs)180是诸如图2中作为131/132所示的差分电流传感器。理想情况下，在没有接地故障的情况下，流过线路侧线路171的电流与流过线路侧中性线172的电流相同。流过线路171的电流通过gfcs180到达负载(未示出)，然后通过中性线172返回。当没有接地故障时，围绕线路171和中性172导体产生的通过gfcs180的磁场相互抵消，作为值相同的指示，因此是健康的电路。在接地故障的情况下，通过线路171产生的经过接地故障传感器180的电流与通过中性线172产生的电流不同，因此存在差分电流。当接地故障发生时，gfcs180感测到线路和中性线171/172之间的电流流动的不平衡，并且向gfci控制器181输出低电平模拟信号，以处理和确定接地故障。gfci控制器181输出由微控制器188接收并执行其接地故障代码例程，然后激活tpci跳闸和复位电路189以将接触器190跳闸。在本发明中公开的作为2-线圈差分接地故障电流传感器的gfcs180仅仅是为了示例的目的，然而，本领域技术人员认识到，差分电流传感器技术中的各种发展可导致相同传感器的许多变型以满足本发明的要求。使用本发明的相同原理，接地故障电流传感器180还可以是差分霍尔效应电流传感器集成电路，其可用于在接地故障的事件中感测导体之间的差分电流。而且，使用与本发明相同的原理，接地故障电流传感器180还可以是差分巨磁电阻(gmr)电流传感器集成电路，其可用于在接地故障的事件中感测导体之间的差分电流。当与传统的2-线圈差分电流互感器相比时，这些传感器，由于其紧凑的尺寸和先进的电子技术，不仅可以在tpci组件的布局中节省空间、提高传感精度和性能可靠性，而且还由于其可以与微控制器188接合而节省成本，从而不需要gfcs控制器181。

gfci控制器181类似于图2中所示的gfci控制器138。它是市售的控制器集成电路，其处理来自接地故障电流传感器180的低电平信号，并将信号输出到微控制器188以执行其接地故障检测例程。本领域技术人员认识到，代替gfci控制器181，信号调节电路187可以接收来自gfcs180输出的信号并对其进行调节，以变得适合于由微控制器188根据其用于接地故障检测的代码例程进行处理。

接地故障测试电路由电阻196和隔离器开关197组成。当按下测试按钮191时，微控制器激活隔离器开关197，然后电流在线路171和负载侧中性线175之间流动，绕过gfcs180。这导致gfcs180上的电流不平衡，其将被gfci控制器181检测为接地故障，并传送到微控制器188，然后微控制器188执行代码例程来将接触器190跳闸，识别并通过听觉的和视觉的手段来通知故障。

多用途电流传感器(mpcs)182监控流经线路侧线路导体171和负载的电路电流，并且其测量值被转换为比例输出电压，同时保留用于故障检测的线路电流电特性。mpcs182具有与线路导体相关的不同类型、形状、形式和安装方法，如图5、图5a、图6和图6a所示。mpcs182输出信号由微控制器188根据其代码例程进行数字分析，用于检测电弧、浪涌、错线、过载、短路、发光连接，并用于监测和功率计算功能。本文还公开了一种替代电流传感器mpcs182作为线性降压电流互感器或电流变换器，其中，与线路电流成比例的次级绕组上的电压通过对电阻器分流被导出。虽然这种线性降压电流互感器也用于其他应用(例如计量和仪表)的电流感测，但它不用于本发明所公开的电弧故障检测系统。mpcs182的输出是比例式的或与线路电流成比例，同时保留用于故障检测的线路电流电特性。本领域技术人员认识到，本文中规定的相同原理可以应用于多相系统，在这种情况下，每相都需要mpcs182。

mpcs182相移校正电路184提供mpcs182测量与线路信号的同步。连接到微控制器比较器的该相移校正电路184通过电阻分压器电路183连接到线路侧导体171/172，以控制微控制器188基频中断过程，该过程将mpcs182adc测量的相位与基本电流频率相匹配。微控制器188中断过程使用内置比较器、和软件调整的等于mpcs182的稳定输出偏移电压值的mpcs182零基准偏移电压值。通过跨线路和中性线171/172的电阻分压器183连接到tpci的线路侧的相移校正电路184，是确保电压基准始终可用于线路同步而不依赖于接地连接的手段，并且不管反转的线路和中立连接。缓冲放大器186a用于控制微控制器188基频中断过程，以将mpcs182测量的相位与线路信号的相位相匹配。抗混叠滤波器186从mpcs182测量中去除高频谐波和噪声。mpcs182输出信号通过该滤波器186和缓冲放大器186a被调节，以变得适合于通过微控制器188进行处理，用于检测电弧故障、过载、发光连接、短路和浪涌，以及监视系统状况、电源监控和计量计算。本领域技术人员认识到，可替代地，缓冲放大器186a和滤波器186的功能可以与mpcs182电路合并，从而可以将其作为tpci的附加组件来消除他们。

微控制器(mcu)188充分配备了adc(模数转换器)、dac(数模转换器)，ram(随机存取存储器)、闪存、i/o(输入/输出)和其他标准外设，以接收并根据tpci要求处理信号、输出数据和驱动外部设备，用于检测所有上述电路故障、监控系统状态电源监控和计算。mcu188还配备有自检特征，包括crc(循环冗余校验)、ram奇偶校验、看门狗定时器和防篡改保护。微控制器188加载tpci软件或代码，控制tpci的操作，监视、接收和处理往来于各个电路组件的信号和数据，当故障发生时、或者当跳闸按钮191被按下时激活跳闸和复位电路189并打开接触器190，当螺线管操作的接触器被使用时开关接触器190，识别发生的故障并输出数据以显示系统状况并提供诊断信息，并激活视觉和/或听觉报警器194/195。通过增加无线接口，tpci监控和诊断信息可以被远程且无线地访问和获取，以及接收跳闸或复位命令。只有在接触器190具有螺线管激活的跳闸和复位机构的情况下，tpci的无线复位才是可能的。

降压变压器(ptx)198用于监测线路和中性线171/172的电压，并且其额定值高于tpci的工作电压以进行更广泛的测量和使用仪器。它是低电流额定值仪器型降压变压器，具有适合于基于微控制器的电路的低副电压，用于获取tpci电压监测功能的数据。ptx的输出电压根据tpci的线路电压来缩放，其中最小和最大工作电压被建立以供正常工作条件参考。用于tpci正常工作的最小到最大允许电压的缩放输出数据范围在微控制器188代码中定义，允许由于某些电气负载(例如感应电动机)的正常启动特性而引起的变化。ptx198的输出信号通过调节电路199使其适合于由微控制器188处理，以根据用于过压和欠压检测的tpci代码算法来确定线路电压状况。ptx198的输出信号也是用于计算在tpci代码内管理的电路功耗的要素。对于精确的功率测量，由ptx198输出所测量的实际电压与由mpcs182测量的电流一起，在微控制器188代码内进行管理，以进行功率计算和记录。当线路电压超过在tpci代码中设置的tpci的最大允许电压时，或者当线路电压低于tpci的最小允许电压时，微控制器188代码例程相应地标记该状态，并将信号发送到跳闸电路189以将接触器190跳闸。tpci代码例程中的故障标识符和相应的通知将被激活。ptx198输出也被微控制器188代码用于确定和通知浪涌故障的发生。在浪涌保护电路元件179/179a/179b保护电路免受浪涌的影响的同时，ptx198提供了用于检测事件、跳闸电路、根据tpci浪涌故障检测代码例程识别和通知它的手段。当应用于多相系统时，ptx198需要跨线路以执行本文公开的相同功能。ptx198可以是任何形式的电压变换器，其中输出电压虽然减小，但仍保持原电压的信号特性。

在可能发生发光连接之前，tpci温度传感器电路200用于将tpci跳闸，因此是故障预防系统。温度传感器电路被配置为向tpci提供信号或数据，用于发光连接和过载状况。它们可以向微控制器188提供信号以检测发光连接和过载状况，或者用作开关工具来激活控制电路以将接触器跳闸，从而将负载与电源线隔离。图8、图8a、图8b、图8c、图8d中示出的温度传感器电路200，由在策略上位于tpci内的各种温度传感器210/211/212/213构成，其中可能发生发光连接。为了举例说明，温度传感器210/211/212/213在图7、图7a、图7b中示为表示插座插口内的顶部、侧面和等距视图，代表设置有螺线管激活的跳闸电路和接触器的装置。温度传感器210/211/212/213位于171/172/174/175上的端子连接处，其中电线被固定，这是可能发生发光连接的地方，尽管它们可以被放置在tpci的其他地方用于特殊保护和监控目的。传感器210/211/212/213安装在安装螺柱209旁边，用于将布线固定到tpci的螺钉208被安装到安装螺柱209。为了举例说明的目的，传感器安装在印刷电路板(pcb)214上，该印刷电路板拥有安装螺柱209，使得螺柱表面可以有效地将热量传导到温度传感器210/211/212/213。传感器210/211/212/213还可以直接安装到安装螺柱209或在其感测距离内的任何位置处。传感器210/211/212/213还可以安装在当插入插口时与插头片接触的线路和中性冲压件处。

图7c、图7d、图7e是多插口电源板的图示，其是具有螺线管激活的跳闸电路和机构或接触器的装置的另一个代表，其中温度传感器210/211/212/213在策略上被放置在线路245和中性246冲压件上，作为在插入时与插头的刀片接触时发光连接可能发生的最可能的点。通过任何方式的安装，传感器210/211/212/213与安装固定件之间保持适当的绝缘，当tpci在使用时，该固定件是带电的。

测试和复位开关电路189通过将接触器190跳闸来中断被保护电路上的故障。当系统复位开关随后被启用时，微控制器188程序初始化值并禁用故障指示器，通过评估跳闸感测电路193来检查系统的错线和报废状况。当系统复位检查成功完成时，被保护的电路174/175保持关闭，直到微控制器188程序检测出另一个电路故障。

跳闸和复位机构或接触器190将tpci的线路171/172和负载174/175侧隔离。为了举例说明的目的，图4示出了具有单独的螺线管185a/185b的用于使tpci跳闸和复位的接触器。接触器190配备有用于跳闸和复位功能的两个单独的螺线管185a/185b，在这种情况下，跳闸和复位开关电路189控制接触器190的跳闸和复位操作。可替代地，接触器190可以是具有闩锁机构的可伸缩的单螺线管，以通过在每次开关操作中交替地将接触器190开和关，来通过单个螺线管来控制跳闸和复位操作。本领域技术人员认识到，通过相应地配置开关和跳闸电路189以适应实际应用，可以使用各种类型的接触器来实现本发明的相同目的。

复位和跳闸开关或按钮191/192控制tpci处于“开”或“关”的状态。在手动复位接触器190上，复位按钮是接触器的组成部分，并且机械地锁定以保持其位置，而跳闸按钮是作为电路的一部分的电开关，其向微控制器188发送信号以执行代码例程来激活跳闸电路189，触发螺线管以将接触器190跳闸。在接触器190具有用于跳闸和复位185a/185b的单独的螺线管线圈的情况下，跳闸和复位按钮191/192是作为电路的一部分的开关，该电路向微控制器188发送信号以执行代码例程，从而激活跳闸或复位电路189，触发螺线管以将接触器190跳闸或复位。

接触器位置感测电路193指示接触器190的位置是否处于等效于电路的打开和关闭的跳闸或复位位置。该电路如图10所示，并在2012年6月20日提交的tomimbang的专利申请13/528809中公开，其被作为参考并且是本发明的一部分。接触器位置感测电路193(在图10中详细示出)由数字隔离器241(诸如通过电阻分压器239/240连接到接触器238的负载侧线路和中性线235/236的光耦合器)组成。当接触器238被复位时，光耦合器241被加电并且向微控制器提供信号以指示接触器238位置为开。来自该感测电路193的信号用于在复位按钮被按下时验证接触器的机械故障的报废状态以进行接合，或者用于在跳闸按钮被按下时进行脱离。即使在接触器处于关闭或脱离位置时，该感测电路193也用于tpci的错线检测系统，以指示何时电源连接到负载侧。在具有手动复位的接触器238的情况下，需要辅助指示器来验证接触器位置，并且其由辅助开关(未示出)提供，辅助开关可以是常开(no)或常闭(nc)，这取决于如何配置开关代码，所述辅助开关与接触器238集成。

作为微控制器188执行例程以指示系统、故障和诊断条件的结果，视觉指示器194被激活。故障被分配了特定的led开关频率以将它们区分开来。可替代地，视觉指示器是由微控制器控制的图形显示器，以指示系统、故障和诊断条件。

作为微控制器188执行代码例程以指示系统、故障和诊断条件的结果，听觉指示器195被激活。故障被分配特定的频率和音调以将它们区分开来。

tpci使用视觉指示器194和听觉指示器195用于系统、故障和诊断条件，并且通过tpci代码例程可以根据需要使用两者的组合或任一个。

微控制器188使用被设计为检测接地故障、电弧故障、错线状态、发光连接、浪涌、过载、过压、欠压和短路的软件代码来操作tpci；在发生故障时将电路跳闸，通知系统状况，发生故障时识别故障，并控制由于将错误检测得到的电气故障模拟为电弧故障的电子负载的正常工作特性导致的损害或错误跳闸的发生。该代码还被设计为执行自检，其包括电路完整性、监管gfci周期性自检和报废状态的确定，当自检失败时或当报废状态出现时将电路跳闸，并通知结果。tpci还被设计为在不同的电力线频率下操作，并且代码包括确定频率、相应地实施适用的tpci代码例程。

软件代码使微控制器能够通过初始和连续测试系统组件来检测系统报废状态，然后因此系统中断电路并启用视觉指示器194和/或听觉指示器195。系统报废由以下任一条件决定：

a)微控制器时钟计数器达到预定的安全寿命限制。

b)跳闸和复位机构190不能接合tpci的线路侧和负载侧之间的接触。这是由微控制器188测试代码例程检测的，其确定在复位命令被启用之后触点不接合，这可能意味着电子或机械故障，或两者兼而有之。

c)跳闸和复位机构190不能脱离tpci的线路侧和负载侧之间的接触。这是由微控制器188测试例程检测的，其确定在跳闸命令被启用之后，触点保持接合，这可能意味着电子或机械故障，或两者兼而有之。

d)看门狗定时器故障

e)crc(循环冗余校验)故障

f)ram奇偶校验失败

g)主要电子组件故障

h)电路、组件和代码的篡改

根据具体应用和所需的保护等级，tpci检测到的任何故障都可以分类为微控制器188代码中的报废状态。报废状态可用作诊断工具，用来提醒用户检查装置和连接的电线，以确定可能需要维修或更换装置的危险状况，因此在这种情况下，通过在暂时禁用电源之后重新设置功能，tpci是可重复使用的装置。报废状态也可以用作自毁装置，或者对其电路组件造成不可逆转的损坏，并且擦除加载到微控制器188中的软件代码，以使tpci永久地不可操作。这个自毁特征包含在tpci的代码例程中。

通过将上述电路和组件集成到一体设备中，tpci能够在发生故障时执行以下功能要素：监控、电路保护和将电路跳闸，当故障出现时识别故障并通过视觉和听觉方式进行通知：

—浪涌保护系统；

—接地故障保护系统；

—电弧故障保护系统；

—错线检测系统；

—发光连接检测系统；

—过载检测系统；

—短路检测系统；

—过压和欠压检测系统；

—在有和没有接地的电力系统中运行的系统；

—用于识别电源基频并使设备能够使用该电源基频的系统；

—用于通知系统状况和电气故障的发生的系统；

—用于自动且周期性地测试电路的完整性或自检的系统；

—用于在发生故障时测试触点的正确操作的系统；

—用于确定报废状态的系统；

—防篡改系统；

—用于当检测到故障且测试按钮被激活时，将负载与装置的线路侧隔离的系统；

—用于当复位按钮被激活时，将负载复位或连接到装置的线路侧的系统；

—用于识别电路中发生的故障类型的系统；

—用于减轻虚假跳闸并对其进行识别的诊断系统；

—用于为外部设备充电并通过无线和有线连接实现软件更新的接口。

虽然tpci被集成以执行本发明中公开的所有功能，但是本领域技术人员认识到，不同的保护系统可以被单独地、分组地使用或者作为单独的设备或系统集成使用，或与其他系统集成，以检测特定故障并执行不同的功能。

浪涌保护电路元件179/179a/179b在本文中以示例性目的地公开为一组金属氧化物压敏电阻(mov)，通常称为连接在线路、中性线和接地171/172/173之间的压敏电阻器，其被适当地额定承受来自外部源的tpci上的浪涌，通常来自闪电或任何其他外部浪涌源。当发生浪涌时，高压将变阻器钳位为维持浪涌的最小电阻的路径，从而保护负载和tpci电路和组件免受浪涌的影响。压敏电阻在本文中用于示例的目的，然而，本领域技术人员认识到可以使用其它组件来实现与本发明相同的浪涌保护目的。尽管这种浪涌保护方法对于接线设备来说是常见的，但此处的浪涌保护电路元件179/179a/179b是包含在本发明中作为tpci的主浪涌保护系统。二级和三级浪涌保护系统提供有tpci，tpci利用来自ptx198和mpcs182的信号通过微控制器188代码内的特定算法进行数字分析，来检测、识别和通知浪涌故障的发生，这些也被解释在本发明的以下部分中。本发明中的二级和三级浪涌保护系统使用将负载从线路断开、识别和通知该故障的手段，来保护tpci电路以及连接到它的负载。二级和三级浪涌保护系统可以与上述的主浪涌保护结合以形成多系统保护，或者它们可以与主浪涌保护系统分开实现。

tpci的接地故障检测系统元件与图3所示的以及如上所述的gfci一致。它主要包括测试电路196/197、gfcs180、gfci控制器181、替代的接地故障信号调节电路187，而tpci的所有其他元件和组件与其他检测系统共同使用。当线路171/174与接地173/176之间或中性线172/175和接地173/176之间发生接地故障时，gfcs180产生差分电流，其由gfci控制器181处理，将信号输出到微控制器180表示发生接地故障事件。可替代地，当不使用gfci控制器181时，来自gfcs180的信号由接地故障信号调节电路187调节以使得微控制器188执行其用于接地故障确定的代码例程。当接地故障状态被标记时，跳闸电路189被激活，并且跳闸螺线管185a将接触器190跳闸，从而将连接到174/175/176的负载与线路侧171/172/173隔离。除了tpci测试例程之外，测试电路196/197用作当发生故障时测试机械完整性或接触器机械跳闸的能力的手段。作为tpci测试代码例程的一部分，接地故障测试被包括在用于验证当实际故障发生时tpci能够正如它打算做的那样检测故障的大量测试中。测试电路196/197通过在线路和中性线171/172之间产生差分电流来用作模拟接地故障的手段，该差分电流由接地故障电流传感器180生成、由接地故障调节电路187进行处理，接地故障调节电路187然后通过其代码例程发送信号给微控制器188，以通过跳闸电路189将接触器190跳闸、识别和通知故障。

为了满足被包括作为tpci一部分的接地故障保护系统的ul标准要求，与tpci的常规自检例程分开的接地故障周期性自检例程包括在tpci测试程序中。为了实现这种周期性自检例程，tpci使用其测试电路196/197。该隔离器开关197可以是可以通过微控制器188操作的光耦合器、继电器或类似的开关设备。周期性自检例程是控制本文公开的tpci的操作的微控制器188代码的一部分。当实施周期性自检例程时，使用测试按钮191的测试代码程序暂时停止，隔离器开关197由微控制器188加电，并且其隔离开关产生将由微控制器188检测到的接地故障事件。由于在这种情况下，测试按钮例程被暂停，而不是将接触器190跳闸，因此一个信号被实现用来指示成功的周期性自检和工作接地故障检测系统，并且微控制器188代码以其常规例程恢复。如果周期性自检失败，那么它将被指示为报废状态，并且接触器190在通知的情况下跳闸。当接触器190是双螺线管或可伸缩的单螺线管接触器时，其中跳闸和复位操作由单独的螺线管控制，如果需要，可以在周期性自检期间实现接触器的实际跳闸和随后的复位，以检查接触器操作的实际完整性，而不仅仅是接地故障检测系统。

当测试按钮191被按下时，tpci经历一系列代码例程，以检查电路完整性，将数据输入到例程中用于要检测的不同故障，而不仅仅是接地故障，并且如本文公开的其它实施例中所述，并随后将接触器190跳闸。

tpci的电弧故障检测系统元件主要包括mpcs182、抗混叠滤波器186、缓冲放大器186a和mpcs182相移校正电路184，而tpci的这些和所有其他元件和组件与其他检测系统共同使用。当tpci线路侧连接171/172上电并且接触器190开启时，tpci通过负载侧连接174/175监视负载。检测系统与2012年6月20日的tomimbang的专利申请no.13/528809和2011年10月14日的专利申请no.13274291中公开的一致。mpcs182通过与线路电流成比例的比例输出电压监视流经电路连接171/172/174/175的电流。来自mpcs182的输出信号反映流经连接171/172/174/175的电流，需要所有信号分量用于监测电路并检测本文公开的电弧和其它故障。mpcs182输出信号经过相移校正，并与线路信号同步，其产生中断例程以开始采样。抗混叠滤波器和缓冲放大器186/186a用于将电流传感器信号调节为适合由微控制器188在电弧和其它故障的检测中进行信号处理。当发生电弧故障时，通过微控制器188确定电弧，微控制器188执行将真实电弧状况与电弧模拟信号区分开的代码例程，然后激活跳闸电路189并最终将螺线管操作的跳闸机构或接触器190跳闸，从而将负载从线路连接隔离。因此，在确定电弧并将接触器跳闸的情况下，微控制器188通过微控制器代码中的特定例程激活听觉和/或视觉指示。诊断特征也包括在代码程序中，用于识别发生的每一种故障，并通过包括图形显示在内的听觉和视觉指示进行通知。当测试按钮被按下时，tpci通过一系列代码例程来检查需要检测的所有不同的故障(而不仅是电弧故障)的电路完整性，并且如本文公开的其它实施例中所描述的。

tpci的错线检测元件主要包括图10中例示的接触器位置感测电路193，虽然tpci的这个和所有其他元件和组件与其他检测系统共同使用。本文所公开的错线保护是多用途的，即使当tpci被断开并从一个电路传送到另一个电路时，它也保持运行。这与其他商用保护设备不同，它们的错线保护仅在组件被永久性禁用时一次性使用，从而使得如果从有源电路中取出并重新安装在其他地方，则所述保护设备不能检测错线。

当tpci在电源连接到负载侧174/175/176并且负载连接到线路侧171/172/173以及接触器190断开时接线不正确时，接触器位置感测电路193提供信号到微控制器188，微控制器188识别接触器190的负载侧上的电力的存在，尽管它处于关闭位置，指示错线状态。tpci的线路侧的信号也通过相移校正电路184反馈到微控制器188，微控制器188通过数字隔离器(诸如将直流与交流电路分离的光耦合器)指示在线路侧上存在电力。线路和负载侧感测电路通过将信号馈送到微控制器188来提供对错线状态的确定，并且当存在错线状态时激活跳闸电路189并将接触器190跳闸。因此，在确定错线状态并将接触器跳闸的情况下，微控制器188通过微控制器代码中的特定例程激活听觉和/或视觉指示。代码程序中还包含一个诊断特征，其将一个故障从另一个故障中清楚地识别出来，并通过包括图形显示在内的听觉和视觉指示进行通知。

tpci的发光连接检测系统包含在电弧检测系统元件中。发光连接，尽管其以电弧开始，但随着时间的推移积聚能量，直到发展成为一个。当发生电弧故障时，通过微控制器188确定电弧，该微控制器188执行将真实电弧状况与电弧模拟信号区分开的代码例程，然后激活跳闸电路248并最终将螺线管操作的跳闸机构或接触器221跳闸，从而隔离负载与线路连接。代码例程中还包含一个诊断特征，用于识别发生的每一种故障，并通过包括图形显示在内的听觉和视觉指示进行通知。微控制器188记录电路中的重复电弧事件的数量，并且通过tpci的软件驱动的诊断特征，确定发展中发光连接状况的可能性并且根据相应指示将电路跳闸。由于发光连接是以低电平电弧开始的渐进事件，所以相似弧的重复出现被确定、被特征化，并且在微控制器188代码中定义的重复次数之后，将其识别为潜在的发光连接事件。在那一刻，微控制器188将接触器190跳闸，识别并通知发光连接事件，并且用户需要检查tpci是否有发展中的发光连接的迹象、拧紧连接、复位设备或根据需要进行更换。

tpci配备有二级系统，用于使用温度传感器电路200检测发光连接。在策略上定位在tpci中(其中可能发生发光连接)的温度传感器，因为故障的发生向微控制器188提供反馈。当任何传感器由于升高的温度超过被设立作为阈值的预定正常条件而被激活时，信号被反馈到微控制器188，并且发光连接状态由微控制器188代码标记，在有故障和报废状态的通知的情况下激活跳闸电路189。在此时，需要对tpci进行物理检查，以确定可能的发光连接，并采取校正措施来校正松动的连接或其他引起发光连接的技术问题，或更换它。

tpci的过载检测系统元件作为通过mpcs182检测到的故障的一部分被包括在内。通过mpcs182流经电路连接的电流被转换成比例输出电压。tpci的最大工作电流额定值被缩放并作为微控制器188代码中的阈值，并且任何更高的值被认为是过载状态，除了高于阈值的瞬时高电流是某些感性负载的正常启动特性，其将在微控制器188代码内被考虑。来自mpcs182的输出信号反映了通过负载流经连接171/172/174/175的电流，所有信号分量需要用于监控和过载故障检测。当过载故障发生时，mpcs182信号超过设定的阈值，以在预设停留时间内被认为是过载，从而将其与某些电气负载(如感应电机)的正常起动特性区分开。

用于发光连接检测系统的温度传感器200也被用作检测过载的次要方式，因而成为tpci过载检测系统的一部分。过载和发光连接的区别在于通过从温度传感器接收的反馈到微控制器188的数据确定的温度水平。来自温度传感器电路200的过载信号可以是仅报警状态，其只需要通知而不用将接触器跳闸，但是可替代地，其可被视为是要求接触器190通过特定的微控制器188代码例程跳闸的故障。

当发生过载时，微控制器通过其代码例程然后激活跳闸电路189并最终将螺线管操作的跳闸机构或接触器190跳闸，从而将负载与线路连接隔离。因此，在确定过载和将接触器跳闸的情况下，微控制器188通过微控制器代码中的特定例程激活听觉和/或视觉指示。代码例程中还包括一个诊断特征，其识别发生的每一种故障，并在需要时根据包括图形显示的听觉和视觉指示的频率进行识别。

tpci的短路检测系统元件作为通过mpcs182检测到的故障的一部分被包括在内。通过mpcs182流过电路连接171/172/174/175的电流被转换成比例输出电压。来自mpcs182的输出信号反映了流经连接171/172/174/175的电流，所有信号分量需要用于监控和短路故障检测。短路特性由微控制器188代码内的特定算法定义。当发生短路故障时，微控制器执行代码例程，其激活跳闸电路189并最终将螺线管操作的接触器190跳闸，从而隔离负载与线路连接。因此，在确定短路故障并将接触器190跳闸的情况下，微控制器188通过微控制器代码中的特定程序激活听觉和/或视觉指示。代码例程中还包括一个诊断特征，用于识别发生的每一种故障，并在需要时根据包括图形显示的听觉和视觉指示的频率进行识别。

tpci的过压和欠压检测系统元件是软件管理系统，其中从ptx198接收的数据被监控，并与在tpci代码中建立的正常操作参数进行比较。ptx198的输出通过调节电路199，使其适合于微控制器182的处理，以根据用于过压和欠压保护的软件代码例程来确定线路电压状况。ptx198输出也用作负载功耗计算的元素，其也是软件管理的，并且是tpci例程的组成部分。当线路电压超过tpci代码例程中预设的tpci最大电压时，或当线路电压小于tpci的最小额定电压时，在既定的阈值时间内，代码例程将条件标记为过压或欠压状态，并将信号发送到跳闸电路189以将接触器190跳闸。代码例程中的故障标识符将为诊断显示提供指示发生故障的通知。

tpci可以与具有接地的电源以及没有系统接地的电源一起使用。这通过在线路侧线路和中性线路171/172之间连接的电阻分压器电路183成为可能，其通过代码管理的例程来控制产生中断的电路，以使电流传感器数据的采样与线路信号同步。微控制器188中断过程使用内置的比较器、和等于mpcs182的稳定输出偏移电压值的软件调整的mpcs182零基准偏移电压值。电阻分压器电路183允许用于零交叉基准的线路信号的采集，用于在故障发生时将接触器190跳闸。电阻分压器183跨线路171和中性线172而不是线路171和系统接地173连接，使得gfci甚至在没有接地的系统中也能运行，而不管线路171和中性线172的连接是否相反。例如数字隔离器184和光耦合器将直流与交流电路隔离。

tpci被提供有代码管理的系统，以识别电源的基频并根据实际频率进行操作。tpci配备了针对不同工作线路频率设计的共享和特定的代码例程。一旦tpci通电，单元将开始采样信号以识别频率。一旦线路频率被识别，微控制器代码就对应于该频率执行tpci代码例程。

通知系统状况和电气故障的发生的作为tpci的元件的系统由微控制器188代码来驱动。这是与tpci集成的特征，并且在本发明所依赖的tomimbang专利申请和专利中被披露。tpci被提供有视觉指示来指示系统状况，并且这通过led来指示通电、断电、故障条件、报废。作为诊断特征，每个故障具有代码管理的标识符和通过开/关操作的频率和持续时间指定的指示。可替代地，视觉指示是通过具有字母和/或数字字符的图形显示来指示不同的系统状况、故障和报废状态。该系统还提供有使用铃声、蜂鸣器和类似功能的听觉指示，以通过代码确定的和通过开关操作的频率和持续时间指定的指示来通知故障和报废状态。

用于测试电路完整性的系统(或也被称为tpci的自检特征元件)是由微控制器代码驱动并以连续循环重复执行的功能。这确保了整个系统在tpci上电时的任何给定时间都能正常运行，否则应该指示报废状态，其中tpci应被检查损坏或停止服务并被更换。这是一个代码驱动的功能，微控制器操作该功能以确保以下内容：

a)微控制器188时钟计数器尚未达到代码中设置的预定寿命限制

b)从mpcs182接收的微控制器adc信号是正常的，表示良好的电流传感器

c)包括crc、ram奇偶校验和看门狗定时器在内的所有微控制器标准工作测试都正常工作

d)跳闸和复位电路正常工作

e)没有主要的电子组件故障

f)微控制器可以执行其所有代码例程

g)设备没有被篡改

用于确定报废状态的系统在微控制器代码内被实现和管理，并且是多目的的。当tpci可重复使用时，它可以用作诊断工具，以提醒用户检查装置和连接的电气线路需要维修或更换的危险状况。当tpci不可重复使用时，用于确定报废状态的系统可以用作自毁装置，以对装置的电路造成不可逆的损害，并擦除微控制器188的代码，使装置永久地不可操作。

tpci的篡改保护系统是多系统的，并且包括机械、电子和代码管理的系统，其可以单独实施或组合以实现最佳保护。在机械上，tpci外壳通过防篡改紧固件固定，使其难以接近其零件。电路的特定部分用超细导体固定，使得仅通过拆卸该装置来切断装置电路的一部分的连续性。微控制器采用内部和外部防篡改方式制造。微控制器188通过其代码例程检测指示篡改电路的异常信号以及指示篡改操作的仪表信号。在检测到篡改操作时，微控制器188执行其自毁功能，包括其块擦除例程，其中tpci变得完全不可操作，并且代码变得不可恢复。

作为tpci的元件的、用于在发生故障时测试接触点正确操作的系统，是通过测试按钮操作。这是为了确保跳闸电路189激活跳闸螺线管185a，并且在测试按钮191被按下时接触器190打开。当测试按钮191被按下时，微控制器188执行例程以将由特定算法定义的包括电弧、接地、过载、欠压、过压、浪涌和发光连接的一系列电故障输入到故障检测例程中，以确保检测系统工作，并且跳闸机构能够因为故障而跳闸。

作为tpci的元件的、用于在故障被检测到并且在测试按钮191被激活时将负载从装置的线路侧隔离的系统，是在螺线管被跳闸电路激活时根据微控制器188代码例程而打开的接触器190的功能，当检测到故障时，微控制器188代码例程执行其跳闸功能。如上所述，当测试按钮被激活时，接触器190也跳闸。

当复位按钮是手动类型时用于将负载复位或连接到装置的线路侧的系统，使用集成在接触器190内的机械闩锁，其通过按下复位按钮被激活。该复位按钮的机械闩锁将接触器190的触点固定在接合位置，从而连接tpci的线路171/172和负载174/175侧。一旦复位按钮被接合，tpci被接合并操作以监控和检测本发明中描述的故障和其他tpci功能的发生。可替代地，当复位按钮被螺线管操作时，按下复位按钮192使得微控制器188执行代码例程以激活类似于跳闸电路的复位电路，除了在这种情况下，有二级螺线管185b用于执行接触器190的开关，从而关闭接触器190接触以连接tpci的线路和负载侧。

识别作为tpci的元件的电路中发生的故障类型的方法是作为微控制器188代码例程的一部分的诊断系统。在由tpci保护的电路中发生的每个故障都由其他频率和时域算法定义的特定特性来确定，数字值将其与正常电路条件和其他故障条件区分开。因此，每个故障在代码中通过由不同的适用算法计算的数字值进行表征，并且输出标识符，然后微控制器188将该标识符转换成如本发明的其它部分中所讨论的听觉和/或视觉显示的预设通知方法。使用标识符，用户将有能力诊断电路状况和电路中的电气故障源，并将其用作服务工具。

tpci诊断系统用于错误跳闸减轻，这是接线设备制造商的主要关注点。有许多电负载，其正常信号模拟电弧的特征，并且因此导致tpci甚至在不应该的情况下跳闸。通过诊断系统，tpci通过其微控制器代码能够识别导致其跳闸的特定故障，并确定其是否是真正的电弧或可能是某些电负载的正常工作特性的妨碍跳闸条件。在识别出故障的情况下，可以使用数据来确定电气设备或负载的特性，从而导致可以区别于有效故障的虚假跳闸。

作为tpci的元件的、用于为外部设备充电的接口，使用的电源的额定的电流水平高到足以对电子设备的电池充电。连接到直流电源的usb充电端口作为tpci的一部分包括在其中。

tpci提供了一个用于连接控制系统的可连接接口，以控制tpci的运行，从而负载连接到它，并获得故障和诊断数据。这可以通过向tpci的微控制器提供输入接口来实现，以远程控制其操作，并发送或接收开关或跳闸命令，甚至提供诊断信息。该特征适用于通过单独的螺线管完成跳闸和复位功能的情况。可替代地，tpci被提供有无线接口以从远程控制中心或设备接收和发送数据，以操作tpci并且接收故障检测信息作为具有听觉和/或视觉指示的输出。

凭借tpci的众多功能，它运行在一个相当复杂的代码上，以对连续环路监控系统条件进行操作并执行诊断。当afci首次通电并且复位机构复位时，故障保护电路从线路侧线路导体171开始，通过电流传感器182和接触器190到达负载侧线路导体174，然后通过连接的负载并返回到负载侧中性导体175和线路侧中性导体172。电路接地导体173在整个系统中连接，然而，tpci可以在有或没有系统接地173的情况下运行。tpci使用的直流电动组件由开关模式电源(smps)177供电，该电源177在广泛的电源交流电压下工作，并产生稳定的输出直流电压。mpcs182监测从线路侧流过线路导体171/174到负载侧的电路电流，其中电流传感器182输出电压与具有稳定输出偏移电压的电路电流负载波形成比例。mpcs182向微控制器188提供信号，用于检测电弧、浪涌、错线、发光连接、过载和短路故障。它还提供代码管理的tpci的电源监控和计量信息。当微控制器188检测到这些电路故障中的任一个时，跳闸命令被发送到跳闸和复位开关电路189，其通过将电磁跳闸和复位机构190跳闸来中断故障保护电路。然后用于电路故障的视觉通知194和听觉通知195被启用。当系统复位开关185a随后被启用时，微控制器188程序初始化值并禁止故障指示器，通过评估跳闸和复位感测电路189来检查系统的错线和报废状况。当系统复位检查成功完成时，被保护的电路保持关闭，直到微控制器188代码检测到另一个电路故障。微控制器188还通过其代码例程检测指示篡改电路的异常信号以及指示篡改操作的仪表信号。在检测到篡改操作时，微控制器执行其自毁功能，包括其块擦除例程，其中装置变得完全不可操作，并且代码变得不可恢复。

gfcs180向mpcs182提供信号以检测接地故障。

ptx198监视跨过线路侧线路和中性导体171/172上的电压，并向微控制器182提供信号用于过压、欠压和浪涌故障。它还向微控制器188提供电源监控和计量信息。

tsc200向mpcs182提供信号用于检测发光连接、以及过载检测中的二次信号源。

微控制器188通过其循环中连续工作的代码从mpcs182、gfcs180、ptx198和tsc200接收输入数据，执行检测直流和交流以及单相和多相系统中的电弧、接地、浪涌、错线、过载、短路、发光连接、过压、以及欠压故障等所有tpci功能；当发生任何所述故障时中断电路；提供诊断、识别和通知发生的故障；并提供电路监控和计量信息。本领域技术人员认识到，尽管本文中的示例是单相交流系统，但是本发明的相同原理适用于多相和直流系统。利用来自相同传感器mpcs182和ptx198的数据，本领域技术人员也将认识到，tpci可以通过检测任何相中的电压或电流的损失来提供多相系统中的相损耗保护。将所有传感器(包括mpcs182、gfcs180、ptx198和tsc200、接触器位置感测电路193)集成到tpci电路中，检测和中断任何电气故障所需的每种数据可供微控制器进行处理，因此，tpci提供全面保护免于电气故障。虽然tpci执行了许多复杂的功能，这些功能将相当于许多独立的装置、系统和方法，但是操作受控于单个微控制器的系统和组件的集成使得tpci成为一种高贵的发明。此外，尽管本发明涵盖了这种广泛的保护范围，但是并不限制本文公开的系统用于一个设备，而是将该系统用于具有本文所公开的特定的单个系统或系统的组合的多个设备中，而不脱离本发明的原理。

图5、图5a、图6、图6a是不同形式和类型的mpcs182的示例。这些示例不是限制性的，而是旨在教导本领域技术人员如何为本发明的目的采用不同的传感器。

mpcs182具有与线路导体不同的类型、形状、形式和安装方法。mpcs182输出信号被调节成适合于由微控制器188处理以检测电弧和其他故障以及用于监视系统状况。本领域技术人员认识到，该调节电路可以集成到电流传感器电路中，从而具有可以直接用作由微控制器188处理的信号的输出。

为了本发明的示例目的，图5、图5a示出了作为一种接触型霍尔效应电流传感器集成电路的一种类型的mpcs182，其中pcb203上的线路202直接连接到其引脚204，因此线电流通过它。在电流传感器的线路连接上方的铁磁层产生与线路电流成比例的磁通量，其通过其内部电路被转换成比例电压输出。此霍尔效应电流传感器182a原理上类似于allegromicro系列的霍尔效应电流传感器集成电路，与被监测的导体有不同的形式、形状和安装方式。该电流传感器182a是功率驱动的，并且输出信号通常是与线电流成比例的伏特。尽管也用于其他应用中的电流感测，但是这些类型的磁霍尔效应电流传感器集成电路电流传感器尚未用于如tomimbang当前发明中所公开的电气故障检测系统和装置。

为了本发明的示例目的，图6、图6a示出了作为非接触或无接触电流传感器集成电路的mpcs182的替代类型和变型，其中线路电流不通过设备的任何部分。这种类型的电流传感器是cmos(互补金属氧化物半导体)霍尔效应电流传感器集成电路182b，其具有在其表面上构造的用作提供高磁增益的磁通量集中器的铁磁层，该高磁增益显著增加了传感器的信噪比。该电流传感器182b特别适用于直流和交流电流测量，具有欧姆隔离、非常低的插入损耗、快速的响应时间、小的封装尺寸和低的组装成本要求，这对于本发明所涵盖的电弧故障检测和中断的目的是理想的。该电流传感器182b是功率驱动的，并且输出信号通常是与线路电流成比例的伏特。该电流传感器182b在原理上类似于melexis系列的霍尔效应电流传感器集成电路的那些传感器，相对于被监测的导体有不同的形式、形状和安装方式。在该电流传感器中用于afci应用的导体可以是pcb206中的迹线205、取决于所使用的电流传感器的形式或形状而布设在传感器下方、导体的上方或侧面上的导电条或电线。虽然也用于其他应用中的电流感测，但是这些非接触型磁霍尔效应电流传感器集成电路从未用于如tomimbang当前发明中所公开的电气故障检测系统和装置。图6、图6a同样例示了巨磁电阻(gmr)电流传感器182c，其也是非接触或无接触电流传感器集成电路，其通过将流过线路导体的电流产生的磁场转换成电压来感测电流，该电压与场成比例。gmr传感器在受到磁场影响时会产生很大的电阻变化。多层gmr传感器采用惠斯通桥电阻结构，在不同的应用温度下具有稳定的性能。该电流传感器182c设置有磁集中器，产生对磁场敏感的与通过线路导体的电流相对应的信号。在低电压、高灵敏度、欧姆隔离、非常低的插入损耗、快速响应时间、小封装尺寸和低组装成本要求下工作，适用于直流和/或交流电流测量，这对本发明所涵盖的电弧故障检测和中断的目的是理想的。例示的这些传感器在原理上类似于nve公司的gmr电流传感器，例如它们的aa和ab系列电流传感器以及它们的变型，相对于针对电流流动被感测的导体有不同的形式、形状和安装。在该电流传感器182c中的用于afci应用的导体可以是pcb206中的焊盘或迹线205、取决于电流传感器的形状或形状而布设在传感器下方、导线的上方或侧面的条带或导线。虽然也用于电流感测应用，但是特别是gmr传感器从未用于如tomimbang当前发明中所公开的电气故障检测系统和装置。

图6、图6a所示的非接触电流传感器182b/182c可以具有以诸如pcb迹线、电线或成形金属材料的任何方式或形式配置的导体。对于较高的电流，这些传感器也可以位于母线中。

本文还公开了一种替代电流传感器mcps182作为具有线性电流输出的传统隔离型电流互感器或变换器。该电流互感器是非接触或无接触电流互感器传感器，其中线路电流不通过设备的任何部分。相反，导体穿过芯部，空气作为线路与变压器的绕组之间的隔离介质。电阻元件连接到电流互感器的绕组以导出与线路电流成比例的电压。虽然这种类型的线性电流互感器也用于其他应用中的电流感测，但是它并不通常以与本发明中公开的相同的方式用于电气故障检测系统和装置中。

本领域技术人员认识到，使用本发明的原理，tpci不限于可用于实现本文所述相同目的的这类型的传感器mpcs182。

图7、图7a、图7b是根据本发明实施例的具有插座插口tpci的温度传感器的应用的图示。温度传感器210/211/212/213具有不同的形式、形状和安装方式，并且这些图示是示例，用于教导本领域技术人员温度传感器在诸如tpci的装置、或任何具有磁接触器和跳闸控制电路的其它装置备上的不同应用。在这些图示中，温度传感器210/211/212/213是pcb214，其安装成与螺钉208的安装螺柱209物理接触，该螺钉208用于将电线与插座插口207固定。传感器210/211/212/213安装在与tpci的监控部分邻近的感测距离内，其中可能发生发光连接。在发生发光连接之前，温度的积聚将使任何温度传感器以超过正常工作温度和低于实际发光连接条件的预定水平激活。图7、图7a、图7b是插座插口207中的部分，其示出了安装在pcb214上的温度传感器210/211/212/213作为其可以安装在tpci上的不同方式的例示。这里，温度传感器210/211/212/213安装在pcb214的表面上并与端子安装螺柱209物理接触。

为了对本发明使用温度传感器210/211/212/213进行过载和发光连接保护的应用的进一步例证，图7c示出了设有如图9中示意性所示的螺线管激活的跳闸机构或接触器的多插口电源板249。图7d和图7e是多插口电源板外壳248内的局部视图，示出了在策略上位于线路冲压件245和中性线冲压件246上的温度传感器210/211/212/213，其在插入时与插头的刀片接触。这些冲压件245和246被认为是可能发生发光连接的地方，因为它们是与插头的中性线和线路刀片的连接点。连接电源线的线路/中性线242/244通过电磁接触器与线路和中性线冲压件245/246连接，并且螺线管操作的跳闸机构和跳闸控制电路在多板电源板249内(未示出)。接地冲压件和连接247/243显示为与电源系统接地连接的多插口电源板249的一部分。当传感器210/211/212/213中的任何一个由于过载或发光连接积聚而被激活时，控制电路被激活，从而将接触器跳闸，这将线路与连接到多插口电源板249的负载隔离。本领域的任何技术人员都认识到，通过应用本发明所列出的原理，这些温度传感器210/211/212/213可被配置在控制电路中，以便通过控制电路将跳闸机构直接跳闸或提供输入到微控制器，该微控制器控制跳闸电路、作为tpci或类似装置的一部分。本领域技术人员还认识到，使用本发明的相同原理，温度传感器也可以是远程温度传感器、红外传感器等，将tpci内的被监视点上的数据反馈到微控制器用于发光连接和过载保护系统。

图8、图8a、图8b、图8c、图8d是温度传感器电路200以及其可应用于tpci发光连接和过载保护的不同方式的例示，如在本发明的不同实施例中所解释的。为了例示的目的，本文使用了图7、图7a、图7b所示的tpci。这些温度传感器电路配置仅是示例，并且不限于温度传感器具有不同类型、形式、形状和安装方式，并且可以以适当的方式配置以满足本发明的原理。这些例示不是限制性的，而是教导本领域技术人员以不同的方式来配置和应用具有tpci和类似装置的温度传感器电路以用于发光连接和过载保护。

图8示出了具有传感器210的温度传感器电路200，传感器210作为温度激活开关在策略上位于tpci中可能发生发光连接的地方，例如温度传感器电路200具有通过螺钉208或类似的紧固装置将电线固定在其上的插座插口的安装螺柱209。它们在策略上也可以位于与插头刀片或引脚连接的冲压件处。它们彼此并联并且根据需要与任何附加数量的传感器tsn连接以提供最佳保护。温度传感器电路200中的任何传感器210在实际发光连接发生之前由于升高的温度而被激活，关闭向微控制器188提供输入的电路以进行发光连接检测。可替代地，温度传感器210可以是在额定温度下激活的双金属开关。这些双金属开关将用于与温度激活开关210相同的目的。tpci发光连接保护电路旨在作为一种抢占式的方法，用于在其积聚阶段和当实际发生时阻止发光连接的发生。传感器210具有指定的开关温度额定值，这是其中可以安全地阻止发光连接建立并且高于正常tpci工作温度的水平。图8中例示的温度传感器电路也可以用于tpci的过载保护，因为过载也是通过升高的温度被确定作为发光连接。

图8a示出了具有温度传感器211的温度传感器电路200，温度传感器211是热敏电阻器或元件，它们随温度的变化改变它们的电阻，在策略上位于tpci中可能发生发光连接的地方，温度传感器电路200例如具有通过螺钉208或类似的紧固装置将电线固定在其上的插座插口的安装螺柱209。它们可以在策略上也位于与插头刀片或引脚连接的冲压件处。它们彼此并联连接，并且根据需要与任何附加数量的传感器thn连接以提供最佳保护。温度传感器电路200中的任何温度传感器211，由于在发光连接或过载发生之前升高的温度而具有偏离建立的正常条件值的电阻变化，所以提供一个输出，该输出被数据转换器215转换成到微控制器188的信号输入用于发光连接和过载检测。在正常情况下，温度传感器电路200具有预定电阻范围，该预定电阻范围通过数据转换器215监视，数据转换器215将信号输出到微控制器188，该信号通过其代码例程进行评估，以确定导致发光连接和过载状况的高温的出现。通过由微控制器188从传感器211接收到的数据确定的热度来区分过载和发光连接。过载状况也被确定为通常稳定的状况，因此尽管温度升高，但是通常是稳定的温度，而发光连接的特征在于温度升高，特别是在其积聚阶段。来自温度传感器电路200的过载信号可以是不需要接触器跳闸的仅报警状态，但是也可以认为是要求接触器190跳闸的故障。tpci发光连接保护系统旨在作为一种抢占式的方法，用于在其积聚阶段和当其实际发生时阻止发光连接的发生。过载和发光连接状况可以通过tpci的监控点上的温度水平相互区分开，并且这些温度被建立为微控制器188代码内的用于检测这些故障条件的阈值。

图8b示出了使用温度传感器集成电路212的温度传感器电路200，温度传感器电路200感测tpci的监视点上的温度，并且通过数据转换器216向微控制器188输出信号，以检测发光连接和过载。这些温度传感器ic212在策略上位于tpci中可能发生发光连接的地方，例如具有通过螺钉或类似的紧固装置将电线安装在其上的安装螺柱。它们可以在策略上也位于与插头刀片或引脚连接的冲压件处。它们并联连接，并且根据需要可以具有任何附加数量的传感器icn来提供最佳保护，以覆盖tpci中可能发生发光连接的所有位置。温度传感器电路200中的传感器212通过数据转换器电路216进行监视，该数据转换器电路216向微控制器188输出信号，该信号通过微控制器188的代码例程将值与在微控制器代码内建立的预定正常条件值进行比较而被评估，以确定存在预示着发光连接和过载状况的高温。当检测到所述状况时，微控制器188执行其代码例程以将接触器190跳闸。过载和发光连接的区别在于通过从传感器接收的并被反馈给微控制器188的数据确定的温度水平。过载状况也被确定为一般稳定的状况，因此是一般稳定的温度，而发光连接是一个变化的状况，特别是在其随着时间的推移积聚温度的积聚阶段。来自温度传感器电路200的过载信号可以是不需要接触器跳闸的仅报警状态，但是也可以认为是要求接触器190跳闸的故障。tpci发光连接保护系统旨在作为一种抢占式的方法，用于在其积聚阶段和当其发生时阻止发光连接的发生。

图8c示出了由电阻温度检测器(rtd)213组成的温度传感器电路200，温度传感器电路200感测来自预设规格的温度值，并向微控制器输出信号用于发光连接和过载检测。这些温度传感器rtd213在策略上位于tpci中可能发生发光连接的地方，例如具有通过螺钉或类似的紧固装置将电线安装到其上的安装螺柱。它们也可以在策略上位于与插头刀片或引脚连接的冲压件处。它们并联连接，并根据需要与任何附加数量的传感器rtdn连接，以提供最佳保护并覆盖tpci中可能发生发光连接的所有位置。温度传感器电路200中的传感器213通过数据转换器217进行监控，该数据转换器217将信号输出到微控制器188，该信号通过其代码例程进行评估，以通过将该数据与微控制器188代码内用于正常工作条件的已建立的值进行比较来确定预示着发光连接和过载状况的高温的出现。当由任何传感器213检测到的高温检测到发光连接时，微控制器188执行其代码例程来将接触器跳闸。过载和发光连接的区别在于通过从传感器213接收的并通过数据转换器217被反馈给微控制器188的数据所确定的温度水平。过载状况也被确定为一般稳定的状况，并因此是一般稳定的温度，而发光连接是一个变化的状况，特征是特别是在于其积聚阶段升高的温度。来自温度传感器电路200的过载信号可以是不需要接触器跳闸的仅报警状态，但是也可以认为是要求接触器190跳闸的故障。tpci发光连接电路旨在作为一种抢占式的方法，用于在其积聚阶段和当其实际发生时阻止发光连接的发生。

图8d示出了具有传感器210的温度传感器电路200，传感器210作为温度激活开关在策略上位于tpci中可能发生发光连接的地方，温度传感器电路200例如具有通过螺钉或类似的紧固装置将电线安装到其中的安装螺柱。它们在策略上也可以位于与插头刀片或引脚连接的冲压件处。与图8、8a、8b和8c所示的其它电路不同，其通常适用于低压电路。图8d示出了通过具有数字隔离器218(诸如光耦合器)的电阻元件219直接连接到电力系统线路和中性线的温度传感器，以向微控制器188提供低电压电子信号，用于检测过载和发光连接。在该示例性电路中，负载侧的传感器210通过接触器190与线路侧分离。温度传感器电路200中的任何传感器210在发光连接发生之前由于升高的温度而被激活，闭合电路以向微控制器提供输入用于发光连接事件。该示例电路可用于直接触发在线路电压上工作的跳闸机构，例如市场上的普通gfci，并且不必要求微控制器控制其操作，而是直接开关所述设备中的跳闸电路，如图9中例示的。该示例电路也可以用于具有设置有螺线管的跳闸机构的方便插口，以隔离设备的负载侧和线路侧。传感器210具有指定的开关温度额定值，这是其中可以安全地阻止发光连接建立并且高于正常tpci工作温度的水平。

本领域技术人员认识到，使用本发明的原理和这些温度传感器电路作为例示，可以保护设置有跳闸电路的任何装置或系统免受发光连接和过载状况的影响。tpci发光连接保护电路旨在作为一个抢占式系统，以阻止过载和在其建立阶段和当其实际发生时的发光连接的发生。

图9示出了图8中示出的温度传感器电路，其被施加到具有螺线管激活的跳闸机构或诸如方便插口、多插口电源板、gfci和afci的接触器226的装置的电路。该跳闸电路231使用螺线管229，该螺线管229是接触器226、用于开关的晶闸管、开关二极管227和电阻元件228的组成部分。跳闸电路231通过在发光连接开始发展时由于升高的温度而接通的任何传感器210启动。传感器210具有指定的开关温度额定值，这是其中可以安全地阻止发光连接建立并且高于正常tpci工作温度的水平。tpci发光连接电路旨在作为一种抢占式的方法，用于在其建立阶段和当其实际发生时阻止发光连接的发生。

图10示出了在本发明不同实施例中所解释的用于错线检测的tpci中使用的接触器位置感测电路。诸如光耦合器240的数字隔离器通过电阻分压器238/239跨越tpci的负载侧线路和中性连接234/235。当tpci的负载侧通电时，这意味着接触器237处于复位位置，除非tpci被误接线作为负载线反向状态。该电路用于错线检测，以及用于测试tpci的完整性，以在发生故障或测试按钮被按下时跳闸，并在复位按钮被按下时进行复位。