專利名稱：斷電系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開和教導(dǎo)的發(fā)明一般涉及電力系統(tǒng)、設(shè)備和方法；并且更具體地涉及用于 處理故障條件的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
很多當(dāng)前的浪涌抑制設(shè)備被設(shè)計為處理相對短持續(xù)時間的電壓和/或電流浪涌。本文公開和教導(dǎo)的發(fā)明針對用于處理故障條件的改善的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于防止負(fù)載免受線路上的故障損害的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控 該線路的檢測電路；以及插入在該線路和負(fù)載之間的開關(guān)；其中在檢測到故障時，該檢測 電路觸發(fā)開關(guān)以從該線路斷開負(fù)載。一旦故障被清除，該檢測電路可以自動地使得開關(guān)將 負(fù)載重新連接到線路。該檢測電路可以在檢測到故障的一秒內(nèi)觸發(fā)開關(guān)。該檢測電路可以 監(jiān)控該線路的線電壓，其中該線電壓正常約為240伏特交流電壓，并且當(dāng)線電壓達(dá)到約300 伏特交流電壓時可以檢測出故障。該檢測電路可以監(jiān)控該線路的線電壓并且可以在該線電 壓超過正常電壓的125%或130%時檢測出故障。該系統(tǒng)可以具有承受約1200伏特交流電 壓至少一個小時的能力。該系統(tǒng)可以在高達(dá)約200安培的交流電流暴露于約240伏特交流 電壓或在高達(dá)約500安培的交流電流暴露于約480伏特交流電壓。當(dāng)線電壓降低到約250 伏特交流電壓時，負(fù)載可以被自動地重新連接到線路。當(dāng)線電壓降低到正常電壓的5%或 10%內(nèi)時，負(fù)載可以被自動地重新連接到線路。故障可以是過壓、欠壓、相位缺失以及諸如接 入傳感器(access sensor)、煙霧傳感器和/或熱傳感器的外部觸發(fā)中的任意一個或多個。


圖1示出利用本發(fā)明的某些方面的斷電系統(tǒng)的特定實(shí)施例的簡化框圖；圖2A示出利用本發(fā)明的某些方面的斷電電路的特定實(shí)施例的示意圖；圖2B示出圖2A的斷電電路的第一部分特寫圖；圖2C示出圖2A的斷電電路的第二部分特寫圖；圖2D示出圖2A的斷電電路的第三部分特寫圖；圖3示出利用本發(fā)明的某些方面的第一測試設(shè)置、過程和結(jié)果；圖4示出利用本發(fā)明的某些方面的第二測試設(shè)置、過程和結(jié)果；圖5示出利用本發(fā)明的某些方面的第三測試設(shè)置、過程和結(jié)果；圖6示出利用本發(fā)明的某些方面的第四測試設(shè)置、過程和結(jié)果；圖7示出利用本發(fā)明的某些方面的第五測試設(shè)置、過程和結(jié)果。
具體實(shí)施例方式呈現(xiàn)上述附圖和下面具體結(jié)構(gòu)和功能的書面描述并不限制申請人發(fā)明的范圍或者所附權(quán)利要求的范圍，而是提供附圖和書面描述以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員得到和使用尋求 專利保護(hù)的本發(fā)明。為清晰和理解的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，并沒有描述或示出本 發(fā)明的商業(yè)實(shí)施例的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將意識到，結(jié)合本發(fā)明的各方面的實(shí)際 商業(yè)實(shí)施例的發(fā)展將需要很多具體實(shí)施決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者用于商業(yè)實(shí)施例的最終目的。這 種具體實(shí)施決定可以包括但不限于符合于系統(tǒng)相關(guān)的、業(yè)務(wù)相關(guān)的、政府相關(guān)的和其他約 束，這些約束可以通過具體實(shí)施方式
、地點(diǎn)來變化且隨時間變化。盡管開發(fā)者的努力在絕對 意義上說可能是復(fù)雜和耗時的，不過這種努力將是本領(lǐng)域技術(shù)人員受益于本公開的例行事 業(yè)。必須理解，本文公開和教導(dǎo)的發(fā)明容易得到各種不同修改和備選形式。最后，諸如但不 限于“一個”的單數(shù)術(shù)語的使用并不旨在作為項(xiàng)目數(shù)目的限制。而且，在書面描述中使用諸 如但不限于“頂”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“側(cè)”等關(guān)系術(shù)語，為清楚起 見，具體參考附圖，并且使用這些術(shù)語并不旨在限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明的特定實(shí)施例可以參考方法的框圖和/或操作說明在下面描述。應(yīng)當(dāng)理 解，框圖和/或操作說明的每個方框以及框圖和/或操作說明中的方框的組合可以通過模 擬和/或數(shù)字硬件和/或計算機(jī)程序指令實(shí)施。這種計算機(jī)程序指令可以被設(shè)置到通用計 算機(jī)、專用計算機(jī)、ASIC和/或其他可編程數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理器中。執(zhí)行的指令可以創(chuàng) 建用于實(shí)施框圖和/或操作說明中指定的行為的結(jié)構(gòu)和功能。在一些備選實(shí)施方式中，附 圖中示意的功能/動作/結(jié)構(gòu)可以不以框圖和/或操作說明中示意的順序發(fā)生。例如，依 賴于涉及的功能性/動作/結(jié)構(gòu)，示為連續(xù)發(fā)生的兩個操作實(shí)際上可以基本上同時執(zhí)行或 者操作可以以相反的順序執(zhí)行。與本文公開的實(shí)施例一起使用或者被本文公開的實(shí)施例使用的計算機(jī)程序可以 以面向?qū)ο缶幊陶Z言、常規(guī)的過程化編程語言或者諸如匯編語言和/或微碼的較低級代碼 書寫。程序可以作為獨(dú)立軟件包或者其他軟件包的一部分全部在單個處理器上執(zhí)行和/或 跨越多個處理器執(zhí)行。發(fā)明人發(fā)明了一種用于保護(hù)負(fù)載免受線路上的故障損害的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān) 控該線路的檢測電路；以及插入在該線路和負(fù)載之間的開關(guān)；其中在檢測到故障時，該檢 測電路觸發(fā)開關(guān)以從該線路斷開負(fù)載。一旦故障被清除，檢測電路可以自動地使得開關(guān)將 負(fù)載重新連接到線路。該檢測電路可以在檢測到故障的一秒內(nèi)觸發(fā)開關(guān)。該檢測電路可以 監(jiān)控該線路的線電壓，其中該線電壓正常約為240伏特交流(AC)電壓，且當(dāng)線電壓達(dá)到約 300伏特交流電壓(VAC)時可以檢測出故障。該檢測電路可以監(jiān)控線路的線電壓并且當(dāng)該 線電壓超過正常電壓的125%或130%時檢測出故障。該系統(tǒng)可以具有能夠承受約1200VAC 至少一個小時的能力。系統(tǒng)可以在高達(dá)約200安培的交流電流(AAC)暴露于約240VAC或 者在高達(dá)約500AAC暴露于約480VAC。當(dāng)線電壓降低到大約250VAC時，負(fù)載可以被自動地 重新連接到線路。當(dāng)線電壓降低到正常電壓的5%或10%內(nèi)時，負(fù)載可以被自動重新連接 到線路。故障可以是過壓、欠壓、相位缺失以及諸如接入傳感器、煙霧傳感器和/或熱傳感 器的外部觸發(fā)中的任意一個或多個。圖1是本發(fā)明的斷電系統(tǒng)的特定實(shí)施例的示意。系統(tǒng)可以安裝在諸如120/240VAC 住宅服務(wù)線路的輸入電力線與諸如住宅電表、斷路器面板和/或浪涌保護(hù)器的負(fù)載之間。 系統(tǒng)可以具有從線路斷開負(fù)載的能力，為了在線路面臨任何故障條件時隔離負(fù)載。一旦故 障被清除，該系統(tǒng)還可以具有自動將負(fù)載重新連接到線路的能力。
在一個實(shí)施例中，在住宅電力設(shè)有與公共配電和/或傳輸線路相接近的線路時， 該系統(tǒng)尤其有用。在一個示例中，在120/240VAC住宅服務(wù)線路安裝在與12k VAC公共配電 線路和60k VAC公共電力傳輸線路相同的桿上或結(jié)構(gòu)上時可以使用該系統(tǒng)。在該示例中， 假設(shè)出現(xiàn)住宅服務(wù)線路的配電線路故障或者配電線路或住宅服務(wù)線路的傳輸線路故障，住 宅服務(wù)線路將被視為故障電壓。在一個實(shí)施例中，當(dāng)檢測到故障電壓時，本發(fā)明的系統(tǒng)立即 從線路斷開負(fù)載，并且繼續(xù)監(jiān)控線電壓。如果和/或當(dāng)線電壓返回到接近正常操作電壓時， 系統(tǒng)自動地將負(fù)載重新連接到線路。更具體而言，該系統(tǒng)可以包括檢測或檢測器電路，該檢測或檢測器電路可以從線 路布線到接地或者從線路布線到線路。該系統(tǒng)還可以包括在線路和負(fù)載之間布線的斷路 器、接觸器、斷開器或其他開關(guān)，并且可操作以在檢測電路檢測到故障并且觸發(fā)開關(guān)時從線 路斷開負(fù)載。檢測電路或者系統(tǒng)的其他部分也可以被配置成在故障被校正、清除或度過時 復(fù)位開關(guān)，或者將負(fù)載重新連接到線路。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D示出了示例性檢測電路 和開關(guān)。如上面所討論，線路可以是110VAC、115VAC、120VAC、220VAC、230VAC、240VAC、 208VAC、277VAC、380VAC、415VAC、480VAC、600VAC或住宅服務(wù)常用的任意其他電壓的住 宅服務(wù)線路。該線路備選地可以是 2400VAC、3300VAC、4160VAC、7200VAC、7620VAC、llk VAC、12470VAC、13200VAC、14400VAC、19920VAC、22k VAC、22860VAC、24940VAC、33k VAC、 34500VAC或配電常用的任意其他電壓的公共配電線路。優(yōu)選地，以小于5秒檢測出故障。在一優(yōu)選實(shí)施例中，以小于1秒檢測出故障。在 另一優(yōu)選實(shí)施例中，以小于半秒檢測出故障。在一具體實(shí)施例中，以約340毫秒檢測出故 障。在任一情況中，當(dāng)檢測到故障時，檢測電路可以立即觸發(fā)開關(guān)。因而，負(fù)載優(yōu)選地在從 檢測到故障開始小于5秒的時間內(nèi)從線路斷開。在一優(yōu)選實(shí)施例中，負(fù)載優(yōu)選地在從檢測 到故障開始小于1秒的時間內(nèi)從線路斷開。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，負(fù)載優(yōu)選地在從檢測到 故障開始小于半秒的時間內(nèi)從線路斷開。在一具體實(shí)施例中，負(fù)載在從檢測到故障開始約 340毫秒的時間內(nèi)從線路斷開。當(dāng)然，如下文將更詳細(xì)討論的，在從線路斷開負(fù)載之前，故障 可能實(shí)際被檢測。例如，在負(fù)載在約340毫秒的時間內(nèi)從線路斷開的情況下，在小于340毫 秒，諸如約300毫秒，約200毫秒或約100毫秒的時間內(nèi)實(shí)際檢測到故障。檢測電路優(yōu)選地在故障之前、之中和之后監(jiān)控線路。例如，檢測電路可以監(jiān)控線路 的線電壓、線電流和/或線相位，并且在這些參數(shù)其中任意一個超出正常范圍時宣布故障。 檢測電路還可以監(jiān)控諸如接入傳感器、煙霧傳感器和/或熱傳感器的外部輸入，并且當(dāng)接 收或丟失這些輸入其中任意一個時宣布故障。這種傳感器可用作聯(lián)鎖、備選和/或備用子 系統(tǒng)。檢測電路還可以在線路條件和/或外部輸入的任意組合時宣布故障。更具體而言，在一個實(shí)施例中，檢測電路可以監(jiān)控線路的線電壓并且當(dāng)線電壓超 過正常電壓的120 %至200 %之間的范圍，諸如約為125 %或約為130 %時可以檢測出故障。 例如，在具體實(shí)施例中，檢測電路可以監(jiān)控線路的線電壓，其中線電壓正常約為240VAC，并 且當(dāng)線電壓達(dá)到約300VAC時可以檢測出故障。這種系統(tǒng)可以具有承受約1200VAC的線電 壓至少一個小時的能力。該系統(tǒng)在約100AAC、200AAC或甚至高達(dá)500AAC時可以正常暴露 于線電壓。當(dāng)然，如上面討論，可以使用其他線電壓和故障范圍。當(dāng)線電壓降到正常線電壓的5%或10%范圍內(nèi)時負(fù)載可以自動地重新連接到線
5路。例如，當(dāng)系統(tǒng)被設(shè)計為使用240VAC的正常線電壓時，當(dāng)在負(fù)載由于故障而被斷開之后， 線電壓降回到約250VAC時，負(fù)載可以自動地重新連接到線路。系統(tǒng)可以在故障被清除之后 立即將負(fù)載重新連接到線路，或者可以等待某一段時間以確保故障被清除。例如，系統(tǒng)可以 在故障被清除之后等待1秒至10分鐘的范圍，諸如1秒、10秒、30秒、1分鐘或5分鐘，并且 在重新連接負(fù)載到線路之前保持清除以確保故障確實(shí)被清除。備選地，不是使用預(yù)定的重 連時間段，而是當(dāng)重新連接負(fù)載到線路時，系統(tǒng)可以使用依賴于故障的嚴(yán)重性的可變重連 時間段。例如，對于更嚴(yán)重的故障，系統(tǒng)可以使用更長的重連周期，對于較不嚴(yán)重的故障，可 以使用更短的重連周期。類似地，當(dāng)從線路斷開負(fù)載時，對于更嚴(yán)重的故障，系統(tǒng)可以更快地反應(yīng)。例如，系 統(tǒng)可以被設(shè)計為在檢測故障之后并且在從線路斷開負(fù)載之前等待短的延遲時間段。因而， 對于更嚴(yán)重的故障，系統(tǒng)可以使用更短的延遲時間段，并且對于較不嚴(yán)重的故障，系統(tǒng)使用 更長的延遲時間段。備選地和/或另外地，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)本質(zhì)上可以搭載更常規(guī)的 浪涌抑制系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)系統(tǒng)和/或一些其他電源質(zhì)量或保護(hù)系統(tǒng)，諸如更常規(guī)的 斷路器系統(tǒng)。常規(guī)的浪涌抑制器典型地被設(shè)計為處理快速、短持續(xù)時間、高能量的浪涌，但 是一般缺乏處理可能依賴于過壓的嚴(yán)重性的持續(xù)浪涌的能力。類似地，常規(guī)UPS僅可以維 持負(fù)載一個時間長度，該時間長度依賴于過壓、欠壓和/或相位缺失的嚴(yán)重性。最后，常規(guī) 斷路器系統(tǒng)可能由于過度的過壓而橋接。因此，在從線路斷開負(fù)載之前，本發(fā)明的系統(tǒng)可以 等待，直到清除處于或超出搭載的系統(tǒng)的能力的任意故障。更具體而言，本發(fā)明的系統(tǒng)可以 分析諸如過壓、欠壓和/或相位缺失的故障的嚴(yán)重性，并且以依賴于該嚴(yán)重性的時間和/或 方式從線路斷開負(fù)載。圖3、圖4、圖5、圖6、圖7示出可以與本發(fā)明的系統(tǒng)一起使用和/或從本發(fā)明的系 統(tǒng)預(yù)期的各種測試設(shè)置、過程和結(jié)果?？梢栽O(shè)計利用如上所述本發(fā)明的一個或更多方面的其他或進(jìn)一步實(shí)施例而不偏 離申請人的發(fā)明的精神。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)可以被修改用于三相負(fù)載和/或電機(jī)并且與 三相負(fù)載和/或電機(jī)一起使用。在電機(jī)的情況下，檢測電路可以附加地或備選地檢測相位 故障條件。當(dāng)檢測到線路上的相位故障時，系統(tǒng)可以立即從線路斷開負(fù)載或電機(jī)，繼續(xù)監(jiān)控 線路的相位，并且當(dāng)相位故障被清除時將負(fù)載重新連接到線路。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠被 設(shè)計為用于直流應(yīng)用并且可以與直流應(yīng)用一起使用。另外，不是僅從線路斷開負(fù)載，本發(fā)明 的系統(tǒng)可以將負(fù)載連接到冗余、備選或者備用電源。而且，本發(fā)明的各種方法和實(shí)施例可以 相互組合以產(chǎn)生公開的方法和實(shí)施例的變型。單數(shù)元件的討論可以包括多個元件并且反之 亦然。除非明確限定，步驟的順序可以以各種序列發(fā)生。本文描述的各種步驟可以與其 他步驟組合，被插入所述步驟，和/或分成多個步驟。類似地，元件已被功能性地描述并且 可以被實(shí)施為單獨(dú)的組件或可以組合為具有多個功能的組件。本發(fā)明在優(yōu)選和其他實(shí)施例的上下文中被描述并且沒有描述本發(fā)明的每一個實(shí) 施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到對于所述實(shí)施例的明顯的修改和備選方式。公開和未公開 的實(shí)施例并不旨在限制或約束申請人持有的本發(fā)明的范圍或應(yīng)用性，而是遵照專利法，申 請人旨在完全保護(hù)落在下面的權(quán)利要求的等價的范圍中的所有這樣的修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
一種用于保護(hù)負(fù)載免受線路上的故障損害的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)控所述線路的檢測電路；以及插入在所述線路和所述負(fù)載之間的開關(guān)；其中當(dāng)檢測到所述故障時，所述檢測電路觸發(fā)所述開關(guān)以從所述線路斷開所述負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中一旦所述故障被清除，所述檢測電路自動地使得 所述開關(guān)將所述負(fù)載重新連接到所述線路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路在檢測到所述故障的一秒內(nèi)觸發(fā)所 述開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓，其中所述 線電壓正常約為240伏特交流電壓，并且當(dāng)所述線電壓達(dá)到約300伏特交流電壓時檢測出 所述故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓并且當(dāng)所述 線電壓超過正常電壓的125%時檢測出所述故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓并且當(dāng)所述 線電壓超過正常電壓的130%時檢測出所述故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)能夠承受約1200伏特交流電壓至少一個 小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在高達(dá)約200安培的交流電流下正常地 暴露于約240伏特交流電壓.
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在高達(dá)約500安培的交流電流下正常地 暴露于約480伏特交流電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓，其中所述 線電壓正常地約為240伏特交流電壓，并且當(dāng)所述線電壓降低到約250伏特交流電壓時，所 述負(fù)載被自動地重新連接到所述線路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓并且當(dāng)所 述線電壓降低到正常電壓的5%內(nèi)時，所述負(fù)載被自動地重新連接到所述線路。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的線電壓并且當(dāng)所 述線電壓降低到正常電壓的10%內(nèi)時，所述負(fù)載被自動地重新連接到所述線路。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述故障是從由過壓、欠壓、相位缺失以及外部 觸發(fā)組成的組之中選出的條件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測電路監(jiān)控所述線路的過壓條件、欠壓條 件、相位缺失條件以及外部觸發(fā)條件，并且當(dāng)這些條件中的任意一個或多個發(fā)生時檢測出 所述故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于保護(hù)負(fù)載免受線路上的故障損害的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含監(jiān)控該線路的檢測電路；以及插入在該線路和負(fù)載之間的開關(guān)；其中當(dāng)檢測到故障時，該檢測電路觸發(fā)開關(guān)以從該線路斷開負(fù)載。該檢測電路可以在檢測到故障的一秒內(nèi)觸發(fā)開關(guān)。該檢測電路可以監(jiān)控該線路的線電壓并且當(dāng)線電壓超過正常電壓的125％或130％時可以檢測出故障。當(dāng)該線電壓降低到正常電壓的5％或10％內(nèi)時，該負(fù)載可以自動地重新連接到該線路。該故障可以是過壓、欠壓、相位缺失以及諸如接入傳感器、煙霧傳感器和/或熱傳感器的外部觸發(fā)器中任意一個或多個。
文檔編號H02H3/20GK101860004SQ20101015770
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者丹尼爾·布坎南, 格倫·威爾森 申請人:艾默生電氣公司