专利名称：用于泄漏电流屏蔽和接地故障检测的系统、方法和设备的制作方法
技术领域：
本文描述的实施例大体上涉及电路故障检测，并且更具体地涉及检测电路中的接地故障。
背景技术：
在常规的电气系统中，正弦AC电流和电压性能的分析通过使用正弦曲线的相量表征而简化。这样的相量表征一般使用复数，其具有与电阻元件关联的“实”部分量和与无功元件关联的“虚”部分量。例如，电路中的接地故障电流的相量表征包括流过电气系统的电容元件的无功虚电流分量，和电阻实电流分量。该无功电流分量纯粹是无功的并且既不引起加热也不出现电击事故。因此，接地故障电流的无功电流分量不需要保护装置跳间。相比之下，电阻分量可以引起加热并且出现电击事故。因此，仅接地故障电流的电阻分量需要保护装置跳闸。至少一些已知的用于在对电装置充电中使用的系统和装置(例如电动车辆或混合动力车辆)不能区分电容产生的泄漏电流和电阻接地电流。因此，至少一些已知的系统和装置容易误跳闸，这中断电流流到电装置。例如，充电系统或装置一般通过家用壁装电源插座(例如在车库或车棚中提供的插座)连接到配电网络。大多数消防规范和规章要求这些插座包括接地故障电路中断(GFCI)断路器或使用自包含的接地故障中断壁装插座，其检测电阻电流。然而，许多车载电动车辆电池充电器产生高的泄漏电流，其可以由于电容电流而引起例如GFCI断路器或GFI壁装插座等GFCI装置跳闸并且这时真正的电阻接地故障实际上没有出现。可在实际或电阻接地故障状况不存在时通过通向接地的电容电流而使至少一些GFCI装置误跳闸。例如，电容电流可以超出至少一些已知的GFCI装置的预定电流阈值并且导致GFCI装置的误跳闸。
发明内容
在一个方面，提供用于与电路一起使用的泄漏电流屏蔽装置。该泄漏电流屏蔽装置包括至少一个电感负载装置，其耦合于该电路并且配置成向该电路供应电感负载；和处理器，其通信上耦合于该电感负载装置。该处理器配置成接收代表通过该电路的电流的信号、计算该电流的电容泄漏电流分量，以及使该电感负载装置调整向该电路供应的电感负载以减小电容泄漏电流分量。在另一个方面，充电系统包括接地故障电路中断器GFCI，其配置成检测电路(其将源和负载耦合)中的电阻接地故障；和泄漏电流屏蔽装置，其电耦合于GFCI。该泄漏电流屏蔽装置包括至少一个电感负载装置，其耦合于该电路并且配置成向该电路供应电感负载；和处理器，其通信上耦合于该电感负载装置。该处理器配置成接收代表通过该电路的电流的信号、计算该电流的电容泄漏电流分量和使该电感负载装置调整向该电路供应的电感负载以减小电容泄漏电流分量。在另一个方面，提供用于检测电路中的电阻接地故障的方法。该方法包括在处理器处接收代表通过电路的电流的信号以及计算该电流的电容泄漏电流分量和接地故障电流分量。该方法还包括使至少一个电感负载装置调整向该电路供应的电感负载以减小电容泄漏电流分量，并且该基于接地故障电流分量检测电路中的电阻接地故障。
图1是示范性充电系统的示意框图。图2是可与在图1中示出的充电系统一起使用的示范性泄漏电流屏蔽装置的示意框图。图3是图示用于使用在图1中示出的充电系统检测电路中的电阻接地故障的示范性方法的流程图。
具体实施例方式用于在屏蔽泄漏电流(例如电容泄漏电流)和/或检测接地故障中使用的系统、方法和设备的示范性实施例在本文描述。这些实施例便于区分电容产生的泄漏电流和电阻接地故障，由此减少电路中断装置(例如接地故障电路中断器)的误跳闸。术语“电装置”一般指能够从电插座接收电力并且将该电力的至少一部分存储在电池或其他电力存储装置中的任何装置。示范性电装置可包括但不限于只包括电动车辆和混合电动车辆。上文的实施例仅仅是示范性的，并且从而不意在以任何方式限制术语“电装置”的定义和/或含义。图1是用于在对电装置102充电中使用的示范性充电系统100的示意框图。在示范性实施例中，电装置102包括充电装置104和一个或多个电池106，其电耦合于充电装置104。如本文描述的，电装置102、充电装置104和/或电池106可称为负载。在示范性实施例中，充电系统100包括电源108、接地故障电路中断器(GFCI)IlO和泄漏电流屏蔽装置200。屏蔽装置200配置成可移除地耦合在GFCI 110和充电装置104之间。在备选实施例中，屏蔽装置200是电装置102的部件。例如，屏蔽装置200可以是充电装置104的部件或可电耦合于充电装置104。此外，在示范性实施例中，屏蔽装置200调整电路或电路的一部分(例如线路导体)上的电感负载，直到流到接地的电容泄漏电流小于预定阈值或近似被消除。该阈值可以是任何期望的值。例如，在一些应用中该阈值可以是近似五毫安并且从而对于电容泄漏电流的阈值应该更低。优选地，屏蔽装置200调整电感负载直到电容泄漏电流尽可能接近零。一旦电感负载添加到电路以减小电容泄漏电流，可以通过GFCI 110检测电路的电阻接地故障。减小或消除电容泄漏电流并且只测量电阻电流便于降低GFCI 110的误跳闸。图2是泄漏电流屏蔽装置200的示意框图。在示范性实施例中，屏蔽装置200包括一个或多个电流传感器202和一个或多个电压传感器204。电流传感器202测量GFCI 110和负载之间的电流，例如剩余电流或差动电流。例如，电流传感器202可测量通过电路208的相或线路导体206的电流。在备选实施例中，电流传感器202测量通过电路208的线路导体206的第一电流和通过电路208的中性导体210的第二电流。然后可以计算作为该第一电流和该第二电流之差的剩余电流。在另一个备选实施例中，并且当电路208包括两个线路导体206时，电流传感器202测量通过第一线路导体的第一电流、通过第二线路导体的第二电流和通过中性导体210的第三电流。可然后计算作为该第一和第二电流、该第二和第三电流或该第一和第三电流之和的剩余电流。在示范性实施例中，电流传感器202是电流互感器。然而，可使用能够测量通过电路208的电流的任何适合的电流传感器。一旦测量电流，电流传感器202传送代表该测量的电流的信号。在示范性实施例中，电压传感器204可测量电路208的导体之间的电压。例如，电压传感器204可测量跨线路导体206和中性导体210的电压。在备选实施例中，电压传感器204测量跨两个线路导体206的电压。一旦测量电压，电压传感器204产生代表该测量的电压的信号。在示范性实施例中，屏蔽装置200还包括信号调节单元212，其通信上耦合于电流传感器202和/或电压传感器204。信号调节单元212包括用于在例如并且不作为限制的滤波、放大和/或转换电流和/或电压信号中使用的电气部件。在示范性实施例中，信号调节单元212包括模数(A/D)转换器(未示出)，其使用A/D转换操作将例如电流信号和/或电压信号等模拟信号转换成数字信号。此外，屏蔽装置200包括电感负载装置214和选择器216，其操作地耦合于电感负载装置214。在示范性实施例中，电感负载装置214包括电感器，其具有多个能够调整该电感器的电感的抽头218。选择器216是选择性地耦合于该电感器的抽头218以调整电路208上的电感负载的量的开关。在其中电路208包括两个线路导体206和中性导体备选实施例中，屏蔽装置200包括多个电感负载装置214。在这样的实施例中，每个电感负载装置214向相应的线路导体206提供电感负载。此外，屏蔽装置200包括处理器200，其通信上耦合于信号调节单元212。术语“处理器” 一般指任何可编程系统，其包括系统和微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和能够执行本文描述的功能的任何其他电路。上文的实例仅仅是示范性的，并且从而不意在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。在示范性实施例中，处理器220分别从电流传感器202和/或电压传感器204接收电流信号和/或电压信号。具体地，处理器220从信号调节单元212接收数字化的电流信号和/或数字化的电压信号。然后处理器220确定该电流信号的实部和该电流信号的虚部。在示范性实施例中，该电流信号的该实部代表电阻接地故障电流分量并且该虚部代表电容泄漏电流分量。应该理解，对于具有接地故障电流Igf的给定电路，该电流Igf可以使用剩余电流U其是相电流和中性线电流之和)与相至中性点电压V的复共轭的乘积的实部的比率来确定。这在下文的方程(1)中表达
权利要求
1.用于与电路(208)—起使用的泄漏电流屏蔽装置000)，所述泄漏电流屏蔽装置(200)包括至少一个电感负载装置014)，其耦合于所述电路(208)并且配置成向所述电路(208)提供电感负载；和处理器020)，其通信上耦合于所述至少一个电感负载装置014)，所述处理器(220)配置成接收代表通过所述电路O08)的电流的信号；计算所述电流的电容泄漏电流分量；以及使所述至少一个电感负载装置(214)调整向所述电路(208)提供的电感负载以减小所述电容泄漏电流分量。
2.如权利要求1所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其进一步包括通信上耦合于所述处理器(220)的电流传感器002)，所述电流传感器(20 配置成测量通过所述电路(208)的电流并且传送代表所述电流的信号到所述处理器(220)。
3.如权利要求2所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其中所述电路(208)包括至少一个线路导体(206)和中性导体O10)，所述电流传感器(20 进一步配置成测量通过所述至少一个线路导体(206)的第一电流、测量通过所述中性导体(210)的第二电流，传送代表所述第一电流的第一信号到所述处理器O20)以及传送代表所述第二电流的第二信号到所述处理器(220)。
4.如权利要求3所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其中所述处理器(220)配置成计算作为所述第一电流和所述第二电流之和的通过所述电路O08)的电流。
5.如权利要求2所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其进一步包括通信上耦合于所述电流传感器(20 和所述处理器(220)的信号处理单元012)，所述信号处理单元(21 配置成从所述电流传感器(20 接收代表通过所述电路(208)的电流的信号并且对所述信号应用滤波操作和模数转换操作中的至少一个。
6.如权利要求1所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其中所述处理器(220)进一步配置成将所述电容泄漏电流分量与阈值比较。
7.如权利要求6所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其中所述处理器(220)进一步配置成当所述电容泄漏电流分量大于所述阈值时使所述至少一个电感负载装置(214)增加所述电路(208)上的电感负载。
8.如权利要求1所述的泄漏电流屏蔽装置000)，其进一步包括通信上耦合于所述处理器(220)和所述至少一个电感负载装置(214)的选择器016)，所述处理器(220)进一步配置成传送命令信号到所述选择器016)，其中所述选择器(216)配置成使所述至少一个电感负载装置(214)响应于所述命令信号调整向所述电路(208)供应的电感负载。
9.一种充电系统(100)，其包括接地故障电路中断器GFCI，其配置成检测将电源(108)和负载(102)耦合的电路(208)中的电阻接地故障；和泄漏电流屏蔽装置000)，其电耦合于所述GFCI(llO)，所述泄漏电流屏蔽装置(200)包括至少一个电感负载装置014)，其耦合于所述电路(208)并且配置成向所述电路(208)供应电感负载；和处理器020)，其通信上耦合于所述至少一个电感负载装置014)，所述处理器(220)配置成接收代表通过所述电路O08)的电流的信号；计算所述电流的电容泄漏电流分量；以及使所述至少一个电感负载装置(214)调整向所述电路(208)供应的电感负载以减小所述电容泄漏电流分量。
10.如权利要求9所述的充电系统(100)，其中所述泄漏电流屏蔽装置(200)进一步包括通信上耦合于所述处理器(220)的电流传感器O02)，所述电流传感器(20 配置成测量通过所述电路O08)的电流并且传送代表所述电流的信号到所述处理器020)。
11.如权利要求10所述的充电系统(100)，其中所述电路(208)包括至少一个线路导体(206)和中性导体O10)，所述电流传感器(20 进一步配置成测量通过所述至少一个线路导体(206)的第一电流、测量通过所述中性导体(210)的第二电流，传送代表所述第一电流的第一信号到所述处理器O20)以及传送代表所述第二电流的第二信号到所述处理器(220)。
12.如权利要求11所述的充电系统(100)，其中通过所述电路Q08)的电流包括剩余电流，所述处理器(220)配置成通过对所述第一电流和所述第二电流求和来计算通过所述电路Q08)的所述剩余电流。
13.如权利要求10所述的充电系统(100)，其中所述泄漏电流屏蔽装置(200)进一步包括通信上耦合于所述电流传感器(20 和所述处理器(220)的信号处理单元012)，所述信号处理单元(21 配置成从所述电流传感器(20 接收代表通过所述电路(208)的电流的信号并且对所述信号应用滤波操作和模数转换操作中的至少一个。
14.如权利要求9所述的充电系统(100)，其中所述处理器(220)进一步配置成将所述电容泄漏电流分量与阈值比较；以及当所述电容泄漏电流分量大于所述阈值时使所述至少一个电感负载装置(214)增加所述电路(208)上的所述电感负载。
15.如权利要求9所述的充电系统(100)，其中所述泄漏电流屏蔽装置(214)进一步包括通信上耦合于所述处理器(220)和所述至少一个电感负载装置014)的选择器016)，所述处理器(220)进一步配置成传送命令信号到所述选择器016)，并且所述选择器(216)配置成使所述至少一个电感负载装置(214)响应于所述命令信号调整向所述电路(208)供应的电感负载。
全文摘要
本发明涉及用于泄漏电流屏蔽和接地故障检测的系统、方法和设备。用于与电路(208)一起使用的泄漏电流屏蔽装置(200)包括至少一个电感负载装置(214)，其耦合于该电路(208)并且配置成向该电路(208)供应电感负载；和处理器(220)，其通信上耦合于该电感负载装置(214)。该处理器(220)配置成接收代表通过该电路(208)的电流的信号、计算该电流的电容泄漏电流分量，以及使该电感负载装置(214)调整向该电路(208)供应的电感负载以减小该电容泄漏电流分量。
文档编号G01R31/02GK102565609SQ20111042702
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者C·小里弗斯, T·F·小帕帕罗 申请人:通用电气公司