專利名稱：用于泄漏電流屏蔽和接地故障檢測的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施例大體上涉及電路故障檢測，并且更具體地涉及檢測電路中的接地故障。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的電氣系統(tǒng)中，正弦AC電流和電壓性能的分析通過使用正弦曲線的相量表征而簡化。這樣的相量表征一般使用復(fù)數(shù)，其具有與電阻元件關(guān)聯(lián)的“實(shí)”部分量和與無功元件關(guān)聯(lián)的“虛”部分量。例如，電路中的接地故障電流的相量表征包括流過電氣系統(tǒng)的電容元件的無功虛電流分量，和電阻實(shí)電流分量。該無功電流分量純粹是無功的并且既不引起加熱也不出現(xiàn)電擊事故。因此，接地故障電流的無功電流分量不需要保護(hù)裝置跳間。相比之下，電阻分量可以引起加熱并且出現(xiàn)電擊事故。因此，僅接地故障電流的電阻分量需要保護(hù)裝置跳閘。至少一些已知的用于在對電裝置充電中使用的系統(tǒng)和裝置(例如電動車輛或混合動力車輛)不能區(qū)分電容產(chǎn)生的泄漏電流和電阻接地電流。因此，至少一些已知的系統(tǒng)和裝置容易誤跳閘，這中斷電流流到電裝置。例如，充電系統(tǒng)或裝置一般通過家用壁裝電源插座(例如在車庫或車棚中提供的插座)連接到配電網(wǎng)絡(luò)。大多數(shù)消防規(guī)范和規(guī)章要求這些插座包括接地故障電路中斷(GFCI)斷路器或使用自包含的接地故障中斷壁裝插座，其檢測電阻電流。然而，許多車載電動車輛電池充電器產(chǎn)生高的泄漏電流，其可以由于電容電流而引起例如GFCI斷路器或GFI壁裝插座等GFCI裝置跳閘并且這時真正的電阻接地故障實(shí)際上沒有出現(xiàn)?？稍趯?shí)際或電阻接地故障狀況不存在時通過通向接地的電容電流而使至少一些GFCI裝置誤跳閘。例如，電容電流可以超出至少一些已知的GFCI裝置的預(yù)定電流閾值并且導(dǎo)致GFCI裝置的誤跳閘。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，提供用于與電路一起使用的泄漏電流屏蔽裝置。該泄漏電流屏蔽裝置包括至少一個電感負(fù)載裝置，其耦合于該電路并且配置成向該電路供應(yīng)電感負(fù)載；和處理器，其通信上耦合于該電感負(fù)載裝置。該處理器配置成接收代表通過該電路的電流的信號、計算該電流的電容泄漏電流分量，以及使該電感負(fù)載裝置調(diào)整向該電路供應(yīng)的電感負(fù)載以減小電容泄漏電流分量。在另一個方面，充電系統(tǒng)包括接地故障電路中斷器GFCI，其配置成檢測電路(其將源和負(fù)載耦合)中的電阻接地故障；和泄漏電流屏蔽裝置，其電耦合于GFCI。該泄漏電流屏蔽裝置包括至少一個電感負(fù)載裝置，其耦合于該電路并且配置成向該電路供應(yīng)電感負(fù)載；和處理器，其通信上耦合于該電感負(fù)載裝置。該處理器配置成接收代表通過該電路的電流的信號、計算該電流的電容泄漏電流分量和使該電感負(fù)載裝置調(diào)整向該電路供應(yīng)的電感負(fù)載以減小電容泄漏電流分量。在另一個方面，提供用于檢測電路中的電阻接地故障的方法。該方法包括在處理器處接收代表通過電路的電流的信號以及計算該電流的電容泄漏電流分量和接地故障電流分量。該方法還包括使至少一個電感負(fù)載裝置調(diào)整向該電路供應(yīng)的電感負(fù)載以減小電容泄漏電流分量，并且該基于接地故障電流分量檢測電路中的電阻接地故障。


圖1是示范性充電系統(tǒng)的示意框圖。圖2是可與在圖1中示出的充電系統(tǒng)一起使用的示范性泄漏電流屏蔽裝置的示意框圖。圖3是圖示用于使用在圖1中示出的充電系統(tǒng)檢測電路中的電阻接地故障的示范性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式用于在屏蔽泄漏電流(例如電容泄漏電流)和/或檢測接地故障中使用的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的示范性實(shí)施例在本文描述。這些實(shí)施例便于區(qū)分電容產(chǎn)生的泄漏電流和電阻接地故障，由此減少電路中斷裝置(例如接地故障電路中斷器)的誤跳閘。術(shù)語“電裝置”一般指能夠從電插座接收電力并且將該電力的至少一部分存儲在電池或其他電力存儲裝置中的任何裝置。示范性電裝置可包括但不限于只包括電動車輛和混合電動車輛。上文的實(shí)施例僅僅是示范性的，并且從而不意在以任何方式限制術(shù)語“電裝置”的定義和/或含義。圖1是用于在對電裝置102充電中使用的示范性充電系統(tǒng)100的示意框圖。在示范性實(shí)施例中，電裝置102包括充電裝置104和一個或多個電池106，其電耦合于充電裝置104。如本文描述的，電裝置102、充電裝置104和/或電池106可稱為負(fù)載。在示范性實(shí)施例中，充電系統(tǒng)100包括電源108、接地故障電路中斷器(GFCI)IlO和泄漏電流屏蔽裝置200。屏蔽裝置200配置成可移除地耦合在GFCI 110和充電裝置104之間。在備選實(shí)施例中，屏蔽裝置200是電裝置102的部件。例如，屏蔽裝置200可以是充電裝置104的部件或可電耦合于充電裝置104。此外，在示范性實(shí)施例中，屏蔽裝置200調(diào)整電路或電路的一部分(例如線路導(dǎo)體)上的電感負(fù)載，直到流到接地的電容泄漏電流小于預(yù)定閾值或近似被消除。該閾值可以是任何期望的值。例如，在一些應(yīng)用中該閾值可以是近似五毫安并且從而對于電容泄漏電流的閾值應(yīng)該更低。優(yōu)選地，屏蔽裝置200調(diào)整電感負(fù)載直到電容泄漏電流盡可能接近零。一旦電感負(fù)載添加到電路以減小電容泄漏電流，可以通過GFCI 110檢測電路的電阻接地故障。減小或消除電容泄漏電流并且只測量電阻電流便于降低GFCI 110的誤跳閘。圖2是泄漏電流屏蔽裝置200的示意框圖。在示范性實(shí)施例中，屏蔽裝置200包括一個或多個電流傳感器202和一個或多個電壓傳感器204。電流傳感器202測量GFCI 110和負(fù)載之間的電流，例如剩余電流或差動電流。例如，電流傳感器202可測量通過電路208的相或線路導(dǎo)體206的電流。在備選實(shí)施例中，電流傳感器202測量通過電路208的線路導(dǎo)體206的第一電流和通過電路208的中性導(dǎo)體210的第二電流。然后可以計算作為該第一電流和該第二電流之差的剩余電流。在另一個備選實(shí)施例中，并且當(dāng)電路208包括兩個線路導(dǎo)體206時，電流傳感器202測量通過第一線路導(dǎo)體的第一電流、通過第二線路導(dǎo)體的第二電流和通過中性導(dǎo)體210的第三電流?？扇缓笥嬎阕鳛樵摰谝缓偷诙娏?、該第二和第三電流或該第一和第三電流之和的剩余電流。在示范性實(shí)施例中，電流傳感器202是電流互感器。然而，可使用能夠測量通過電路208的電流的任何適合的電流傳感器。一旦測量電流，電流傳感器202傳送代表該測量的電流的信號。在示范性實(shí)施例中，電壓傳感器204可測量電路208的導(dǎo)體之間的電壓。例如，電壓傳感器204可測量跨線路導(dǎo)體206和中性導(dǎo)體210的電壓。在備選實(shí)施例中，電壓傳感器204測量跨兩個線路導(dǎo)體206的電壓。一旦測量電壓，電壓傳感器204產(chǎn)生代表該測量的電壓的信號。在示范性實(shí)施例中，屏蔽裝置200還包括信號調(diào)節(jié)單元212，其通信上耦合于電流傳感器202和/或電壓傳感器204。信號調(diào)節(jié)單元212包括用于在例如并且不作為限制的濾波、放大和/或轉(zhuǎn)換電流和/或電壓信號中使用的電氣部件。在示范性實(shí)施例中，信號調(diào)節(jié)單元212包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(未示出)，其使用A/D轉(zhuǎn)換操作將例如電流信號和/或電壓信號等模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。此外，屏蔽裝置200包括電感負(fù)載裝置214和選擇器216，其操作地耦合于電感負(fù)載裝置214。在示范性實(shí)施例中，電感負(fù)載裝置214包括電感器，其具有多個能夠調(diào)整該電感器的電感的抽頭218。選擇器216是選擇性地耦合于該電感器的抽頭218以調(diào)整電路208上的電感負(fù)載的量的開關(guān)。在其中電路208包括兩個線路導(dǎo)體206和中性導(dǎo)體備選實(shí)施例中，屏蔽裝置200包括多個電感負(fù)載裝置214。在這樣的實(shí)施例中，每個電感負(fù)載裝置214向相應(yīng)的線路導(dǎo)體206提供電感負(fù)載。此外，屏蔽裝置200包括處理器200，其通信上耦合于信號調(diào)節(jié)單元212。術(shù)語“處理器” 一般指任何可編程系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)和微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)和能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其他電路。上文的實(shí)例僅僅是示范性的，并且從而不意在以任何方式限制術(shù)語“處理器”的定義和/或含義。在示范性實(shí)施例中，處理器220分別從電流傳感器202和/或電壓傳感器204接收電流信號和/或電壓信號。具體地，處理器220從信號調(diào)節(jié)單元212接收數(shù)字化的電流信號和/或數(shù)字化的電壓信號。然后處理器220確定該電流信號的實(shí)部和該電流信號的虛部。在示范性實(shí)施例中，該電流信號的該實(shí)部代表電阻接地故障電流分量并且該虛部代表電容泄漏電流分量。應(yīng)該理解，對于具有接地故障電流Igf的給定電路，該電流Igf可以使用剩余電流U其是相電流和中性線電流之和)與相至中性點(diǎn)電壓V的復(fù)共軛的乘積的實(shí)部的比率來確定。這在下文的方程(1)中表達(dá)
權(quán)利要求
1.用于與電路(208)—起使用的泄漏電流屏蔽裝置000)，所述泄漏電流屏蔽裝置(200)包括至少一個電感負(fù)載裝置014)，其耦合于所述電路(208)并且配置成向所述電路(208)提供電感負(fù)載；和處理器020)，其通信上耦合于所述至少一個電感負(fù)載裝置014)，所述處理器(220)配置成接收代表通過所述電路O08)的電流的信號；計算所述電流的電容泄漏電流分量；以及使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)調(diào)整向所述電路(208)提供的電感負(fù)載以減小所述電容泄漏電流分量。
2.如權(quán)利要求1所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其進(jìn)一步包括通信上耦合于所述處理器(220)的電流傳感器002)，所述電流傳感器(20 配置成測量通過所述電路(208)的電流并且傳送代表所述電流的信號到所述處理器(220)。
3.如權(quán)利要求2所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其中所述電路(208)包括至少一個線路導(dǎo)體(206)和中性導(dǎo)體O10)，所述電流傳感器(20 進(jìn)一步配置成測量通過所述至少一個線路導(dǎo)體(206)的第一電流、測量通過所述中性導(dǎo)體(210)的第二電流，傳送代表所述第一電流的第一信號到所述處理器O20)以及傳送代表所述第二電流的第二信號到所述處理器(220)。
4.如權(quán)利要求3所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其中所述處理器(220)配置成計算作為所述第一電流和所述第二電流之和的通過所述電路O08)的電流。
5.如權(quán)利要求2所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其進(jìn)一步包括通信上耦合于所述電流傳感器(20 和所述處理器(220)的信號處理單元012)，所述信號處理單元(21 配置成從所述電流傳感器(20 接收代表通過所述電路(208)的電流的信號并且對所述信號應(yīng)用濾波操作和模數(shù)轉(zhuǎn)換操作中的至少一個。
6.如權(quán)利要求1所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其中所述處理器(220)進(jìn)一步配置成將所述電容泄漏電流分量與閾值比較。
7.如權(quán)利要求6所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其中所述處理器(220)進(jìn)一步配置成當(dāng)所述電容泄漏電流分量大于所述閾值時使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)增加所述電路(208)上的電感負(fù)載。
8.如權(quán)利要求1所述的泄漏電流屏蔽裝置000)，其進(jìn)一步包括通信上耦合于所述處理器(220)和所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)的選擇器016)，所述處理器(220)進(jìn)一步配置成傳送命令信號到所述選擇器016)，其中所述選擇器(216)配置成使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)響應(yīng)于所述命令信號調(diào)整向所述電路(208)供應(yīng)的電感負(fù)載。
9.一種充電系統(tǒng)(100)，其包括接地故障電路中斷器GFCI，其配置成檢測將電源(108)和負(fù)載(102)耦合的電路(208)中的電阻接地故障；和泄漏電流屏蔽裝置000)，其電耦合于所述GFCI(llO)，所述泄漏電流屏蔽裝置(200)包括至少一個電感負(fù)載裝置014)，其耦合于所述電路(208)并且配置成向所述電路(208)供應(yīng)電感負(fù)載；和處理器020)，其通信上耦合于所述至少一個電感負(fù)載裝置014)，所述處理器(220)配置成接收代表通過所述電路O08)的電流的信號；計算所述電流的電容泄漏電流分量；以及使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)調(diào)整向所述電路(208)供應(yīng)的電感負(fù)載以減小所述電容泄漏電流分量。
10.如權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)(100)，其中所述泄漏電流屏蔽裝置(200)進(jìn)一步包括通信上耦合于所述處理器(220)的電流傳感器O02)，所述電流傳感器(20 配置成測量通過所述電路O08)的電流并且傳送代表所述電流的信號到所述處理器020)。
11.如權(quán)利要求10所述的充電系統(tǒng)(100)，其中所述電路(208)包括至少一個線路導(dǎo)體(206)和中性導(dǎo)體O10)，所述電流傳感器(20 進(jìn)一步配置成測量通過所述至少一個線路導(dǎo)體(206)的第一電流、測量通過所述中性導(dǎo)體(210)的第二電流，傳送代表所述第一電流的第一信號到所述處理器O20)以及傳送代表所述第二電流的第二信號到所述處理器(220)。
12.如權(quán)利要求11所述的充電系統(tǒng)(100)，其中通過所述電路Q08)的電流包括剩余電流，所述處理器(220)配置成通過對所述第一電流和所述第二電流求和來計算通過所述電路Q08)的所述剩余電流。
13.如權(quán)利要求10所述的充電系統(tǒng)(100)，其中所述泄漏電流屏蔽裝置(200)進(jìn)一步包括通信上耦合于所述電流傳感器(20 和所述處理器(220)的信號處理單元012)，所述信號處理單元(21 配置成從所述電流傳感器(20 接收代表通過所述電路(208)的電流的信號并且對所述信號應(yīng)用濾波操作和模數(shù)轉(zhuǎn)換操作中的至少一個。
14.如權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)(100)，其中所述處理器(220)進(jìn)一步配置成將所述電容泄漏電流分量與閾值比較；以及當(dāng)所述電容泄漏電流分量大于所述閾值時使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)增加所述電路(208)上的所述電感負(fù)載。
15.如權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)(100)，其中所述泄漏電流屏蔽裝置(214)進(jìn)一步包括通信上耦合于所述處理器(220)和所述至少一個電感負(fù)載裝置014)的選擇器016)，所述處理器(220)進(jìn)一步配置成傳送命令信號到所述選擇器016)，并且所述選擇器(216)配置成使所述至少一個電感負(fù)載裝置(214)響應(yīng)于所述命令信號調(diào)整向所述電路(208)供應(yīng)的電感負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于泄漏電流屏蔽和接地故障檢測的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。用于與電路(208)一起使用的泄漏電流屏蔽裝置(200)包括至少一個電感負(fù)載裝置(214)，其耦合于該電路(208)并且配置成向該電路(208)供應(yīng)電感負(fù)載；和處理器(220)，其通信上耦合于該電感負(fù)載裝置(214)。該處理器(220)配置成接收代表通過該電路(208)的電流的信號、計算該電流的電容泄漏電流分量，以及使該電感負(fù)載裝置(214)調(diào)整向該電路(208)供應(yīng)的電感負(fù)載以減小該電容泄漏電流分量。
文檔編號G01R31/02GK102565609SQ20111042702
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者C·小里弗斯, T·F·小帕帕羅 申請人:通用電氣公司