專利名稱：監(jiān)控中性線和地線的裝置，以及包括該裝置的電開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控中性導(dǎo)線和地線的裝置，該裝置包括處理裝置，用來提供一種中性線檢測(cè)信號(hào)的損耗；以及第一電壓檢測(cè)裝置，被設(shè)計(jì)連接到中性導(dǎo)線和地線之間，用來將表示中性導(dǎo)線和地之間電壓的第一信號(hào)提供給所述處理裝置。
本發(fā)明也涉及一種電開關(guān)裝置，其包括連接到輸入端和輸出端之間的主電觸點(diǎn)，和一用于觸發(fā)所述主觸點(diǎn)的斷開的切斷繼電器，該輸入端包括一中性導(dǎo)線端、一地線端和至少一個(gè)相導(dǎo)體端；背景技術(shù)已知的監(jiān)控裝置對(duì)于中性導(dǎo)線檢測(cè)電路的損耗和有時(shí)也包括地線檢測(cè)電路的損耗是基于接收中性電壓的輸入端和接收地線的輸入端之間的電壓測(cè)量的。
圖1示出了將被監(jiān)控的連接到電力系統(tǒng)2的監(jiān)控裝置1。電力系統(tǒng)包括交流電源3，包括中性線N，相導(dǎo)體Ph和連接到地連接4的地線PE。根據(jù)中性線系統(tǒng)，中性導(dǎo)線能夠直接或通過阻抗5連接到地線PE或接地連接4。
相導(dǎo)體、中性線和地線在到達(dá)電負(fù)載7之前經(jīng)常穿過不同的終端和連接電路6。某些負(fù)載可以要求連接到地線，尤其用于將金屬殼和電過濾器接地。
連接到被監(jiān)控的電力系統(tǒng)的導(dǎo)線的監(jiān)控裝置對(duì)中性導(dǎo)線的存在性進(jìn)行監(jiān)控，以便防止電壓浪涌風(fēng)險(xiǎn)和不提供需要輔助電源的保護(hù)電路的風(fēng)險(xiǎn)。如果檢測(cè)到尤其由于中性導(dǎo)線的斷開引起的電壓浪涌，裝置能夠命令電開關(guān)裝置8斷開，以便中斷到負(fù)載7的電源。
在美國(guó)專利4,931,893中描述了現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)中性線損耗和地線損耗的裝置。這種電路使用了到中性線或地線的電容的放電。
已知的現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)控裝置不能充分地確保中性線或地線的斷開的檢測(cè)和通知

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠確保中性線或地線的安全檢測(cè)的中性線監(jiān)控裝置以及一種包括這樣一種監(jiān)控裝置的電開關(guān)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一種監(jiān)控裝置包括第二電壓檢測(cè)裝置，被設(shè)計(jì)連接到相導(dǎo)體和地線之間，以便將表示相和地之間電壓的第二信號(hào)提供給所述處理裝置；以及第三電壓檢測(cè)裝置，被設(shè)計(jì)連接到相導(dǎo)體和中性導(dǎo)線之間，以便將表示相和中性線之間電壓的第三信號(hào)提供給所述處理裝置；根據(jù)由所述第一檢測(cè)裝置提供的所述第一信號(hào)的值、由所述第二檢測(cè)裝置提供的所述第二信號(hào)的值、以及由所述第三檢測(cè)裝置提供的所述第三信號(hào)的值，該處理裝置提供中性線的損耗和/或地信號(hào)的損耗。
在一個(gè)優(yōu)選例中，根據(jù)由所述第一檢測(cè)裝置提供的所述第一信號(hào)的值、由所述第二檢測(cè)裝置提供的所述第二信號(hào)的值、以及由所述第三檢測(cè)裝置提供的所述第三信號(hào)的值，該處理裝置提供中性線的損耗和/或地信號(hào)的損耗。
有利地，監(jiān)控裝置包括連接到處理裝置的中性線的損耗和/或地線損耗的故障通知裝置。
最好是，處理裝置提供一種正常連接信號(hào)，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)表示中性線和地之間的電壓小于第一預(yù)置閾值；第二信號(hào)表示相和地之間的電壓大于第二預(yù)置閾值；以及第三信號(hào)表示相和中性線之間的電壓大于第三預(yù)置閾值。
最好是，處理裝置提供中性導(dǎo)線信號(hào)的損耗，當(dāng)?shù)诙盘?hào)表示相和地之間的電壓大于第二預(yù)置閾值；以及第三信號(hào)表示相和中性線之間的電壓小于第三預(yù)置閾值。
最好是，處理裝置提供地線信號(hào)的損耗，當(dāng)?shù)诙盘?hào)表示相和地之間的電壓小于第二預(yù)置閾值；以及第三信號(hào)表示相和中性線之間的電壓大于第三預(yù)置閾值。
最好是，處理裝置提供連接錯(cuò)誤信號(hào)，當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)表示中性線和地之間的電壓大于第一預(yù)置閾值；第二信號(hào)表示相和地之間的電壓小于第二預(yù)置閾值；以及第三信號(hào)表示相和中性線之間的電壓大于第三預(yù)置閾值。
有利地，第一、第二和第三監(jiān)控裝置包括用于輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的電絕緣的裝置。
有利地，處理裝置包括一自動(dòng)電源，在缺少正常電源的情況下用于將電源提供給所述處理裝置的電路。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種電開關(guān)裝置包括至少一個(gè)上面定義的監(jiān)控裝置，用于將切斷信號(hào)提供給切斷繼電器；第一電壓檢測(cè)裝置，連接到中性導(dǎo)線端和地線端之間；第二電壓檢測(cè)裝置，連接到相導(dǎo)體端和地線端之間；以及第三電壓檢測(cè)裝置，連接到相導(dǎo)體和中性導(dǎo)線端之間。


從下列僅作為非限制性示例給出的并在附圖中所表示的本發(fā)明特定實(shí)施例的描述，其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加清楚，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的連接到將被監(jiān)控的電力系統(tǒng)的監(jiān)控裝置的裝配圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置的方框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電壓檢測(cè)裝置的示圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電壓檢測(cè)裝置的示圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的處理電路監(jiān)控裝置的示圖；以及圖6示出了包括根據(jù)一實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電開關(guān)裝置的示圖。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置1的方框圖。該裝置包括一輸入端10，用于連接到地線PE；一輸入端11，用于連接到中性導(dǎo)線N；以及一輸入端12，用于連接到相導(dǎo)體Ph。第一電壓檢測(cè)電路13連接在輸入端10與輸入端11之間，用于提供表示中性導(dǎo)線和地線之間的電壓的信號(hào)V1。第二電壓檢測(cè)電路14連接在輸入端10與輸入端12之間，用于提供表示相導(dǎo)體和地線之間的電壓的信號(hào)V2。第三電壓檢測(cè)電路15連接在輸入端11與輸入端12之間，用于提供表示相導(dǎo)體和中性導(dǎo)線之間的電壓的信號(hào)V3。
處理電路16接收由檢測(cè)電路提供的信號(hào)V1、V2和V3，并根據(jù)所述信號(hào)V1、V2和V3的值提供該輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)就是表示中性損耗和/或接地?fù)p耗和/或連接錯(cuò)誤的信號(hào)。因此，處理電路將通知信號(hào)90提供給通知裝置17，和/或?qū)⒖刂菩盘?hào)91提供給繼電器18，和/或在輸出端20提供檢測(cè)信號(hào)19。
當(dāng)負(fù)載7沒有連接到電源系統(tǒng)時(shí)，連接在相輸入端與中性輸入端之間的阻抗21使檢測(cè)能夠被改善。
連接在相輸入端11與中性輸入端12之間的電源電路22將電力提供到處理電路和通知裝置。當(dāng)相與中性之間的電壓不再存在時(shí)，尤其在中性或相的損耗之后出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況中，自主備份電源23提供電力。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電壓檢測(cè)電路的方案圖。該檢測(cè)電路包括一個(gè)與變壓器連接的電阻分壓器電橋，用于達(dá)到電源系統(tǒng)與處理電路之間的電絕緣。
檢測(cè)電路13包括電阻24和25，串聯(lián)在輸入端11和10之間；以及變壓器26，具有連接到電阻25的初級(jí)繞組和將信號(hào)V1提供給處理電路16的次級(jí)繞組。檢測(cè)電路14包括電阻27和28，串聯(lián)在輸入端10和12之間；以及變壓器29，具有連接到電阻28的初級(jí)繞組和將信號(hào)V2提供給處理電路16的次級(jí)繞組。檢測(cè)電路15包括電阻30和31，串聯(lián)在輸入端11和12之間；以及變壓器32，具有連接到電阻31的初級(jí)繞組和將信號(hào)V3提供給處理電路16的次級(jí)繞組。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電壓檢測(cè)電路的方框圖。該檢測(cè)電路包括一個(gè)電流限制電阻，與頭尾相連的光耦合器以及保護(hù)二極管串聯(lián)連接。光耦合器執(zhí)行電源系統(tǒng)和處理電路之間的電絕緣。
檢測(cè)電路13包括一個(gè)與光耦合器34的一個(gè)輸出端串聯(lián)的電阻33，以及一個(gè)連接在輸入端11與輸入端10之間的反向保護(hù)二極管35，該光耦合器具有一個(gè)將信號(hào)V1提供給處理電路16的輸出端。檢測(cè)電路14包括一個(gè)與光耦合器37的一個(gè)輸出端串聯(lián)的電阻36，以及一個(gè)連接在輸入端10與輸入端12之間的反向保護(hù)二極管38，該光耦合器具有一個(gè)將信號(hào)V2提供給處理電路16的輸出端。檢測(cè)電路15包括一個(gè)與光耦合器40的一個(gè)輸出端串聯(lián)的電阻39，以及一個(gè)連接在輸入端11與輸入端12之間的反向保護(hù)二極管41，該光耦合器具有一個(gè)將信號(hào)V3提供給處理電路16的輸出端。光耦合器的輸出端可以是被處理電路16的部件極化的光電晶體管。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置的處理電路16的方框圖。第一比較器50接收信號(hào)V1，并將其與第一閾值51進(jìn)行比較，以便將一個(gè)輸出信號(hào)52提供給臨時(shí)存儲(chǔ)電路53。第二比較器54接收信號(hào)V2，并將其與第二閾值55進(jìn)行比較，以便將一個(gè)輸出信號(hào)56提供給臨時(shí)存儲(chǔ)電路57。第三比較器58接收信號(hào)V3，并將其與第三閾值59進(jìn)行比較，以便將一個(gè)輸出信號(hào)60提供給臨時(shí)存儲(chǔ)電路61。通過提供明顯的中性信號(hào)63的損耗、地信號(hào)64的損耗、連接錯(cuò)誤信號(hào)65、或正常操作信號(hào)66，電路53、57和61將信號(hào)V1m、V2m和V2m提供給一種能夠檢測(cè)到錯(cuò)誤類型的分析電路62。
當(dāng)信號(hào)V1低于閾值51，信號(hào)V2高于閾值55，以及信號(hào)V3高于閾值59時(shí)，分析電路最好提供一個(gè)正常連接信號(hào)。
當(dāng)信號(hào)V2高于閾值55，以及信號(hào)V3低于閾值59時(shí)，分析電路最好提供一個(gè)中性導(dǎo)線信號(hào)63的損耗。
當(dāng)信號(hào)V2低于閾值55，以及信號(hào)V3高于閾值59時(shí)，分析電路最好提供一個(gè)地線信號(hào)的損耗。
當(dāng)信號(hào)V1高于閾值51，信號(hào)V2低于閾值55，以及信號(hào)V3高于閾值59時(shí)，分析電路最好提供一個(gè)連接錯(cuò)誤信號(hào)。
例如，閾值51、55、59可以對(duì)應(yīng)于具有額定電源系統(tǒng)電壓3的20％到80％之間的效果的電壓。這些閾值的效果最好包括在電源系統(tǒng)2的額定電壓3的40％到60％之間。
在圖5的示例中，處理電路16包括第四比較器67，用于接收表示相與中性線之間的電壓的信號(hào)V3，以便將其與第四閾值68進(jìn)行比較，并提供電壓浪涌檢測(cè)信號(hào)69；第五比較器70，用于接收信號(hào)V3，以便將其與低閾值71進(jìn)行比較，并提供一個(gè)欠壓或電壓降檢測(cè)信號(hào)72。
能夠?qū)⑿盘?hào)63、64、65、66、69和/或70提供到輸出選擇電路73，以便設(shè)置將控制通知裝置17的信號(hào)、將觸發(fā)繼電器18的信號(hào)、和/或?qū)⒈话l(fā)送到通信輸出端20的信號(hào)的參數(shù)。例如，所有的信號(hào)可被發(fā)送到輸出端20，中性線的損耗、接地的損耗和電壓浪涌信號(hào)可命令繼電器18，以及中性線的損耗、接地的損耗、連接錯(cuò)誤、以及正常操作信號(hào)能夠被提供到通知裝置17。
圖6示出了包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)控裝置的電裝置80的方案圖。裝置80是一種電開關(guān)裝置，其包括一個(gè)連接在輸入端82與輸出端83之間的主電觸點(diǎn)81，以及一個(gè)用于觸發(fā)所述主觸點(diǎn)的斷開的切斷繼電器18。輸入端82包括中性導(dǎo)線接線端84、地線端85，以及至少一個(gè)相導(dǎo)體端86。輸出端包括一個(gè)中性輸出端87和至少一個(gè)相輸出端88，以便提供負(fù)載或電安裝的下行線路部分。
裝置80包括一種例如上面的實(shí)施例中所描述的監(jiān)控裝置1，以便將一個(gè)開路信號(hào)90提供給切斷繼電器18。
第一電壓檢測(cè)電路13連接在中性導(dǎo)線端84與地線端85之間。第二電壓檢測(cè)電路14連接在相導(dǎo)體端86和地線端85之間。第三電壓檢測(cè)電路15連接在相導(dǎo)體端86與中性導(dǎo)線端84之間。
在上述的實(shí)施例中，已經(jīng)分開描述了不同的電路。例如，用延時(shí)的單穩(wěn)電路能夠?qū)崿F(xiàn)電路53、57和61，以及電路62可以是3-8解碼電路。然而，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，通過在單個(gè)組件中集成的模擬、數(shù)字和/或組合的組件，能夠執(zhí)行這些電路的功能。利用例如微處理器或微控制器之類的可編程的組件也能夠執(zhí)行某些功能。
通知裝置17可以包括發(fā)光二極管、液晶顯示器或其它類型的指示裝置。
上面的實(shí)施例示出了單相電源方案，但是本發(fā)明也涉及操作三相電源系統(tǒng)的裝置。在這種情況中，相導(dǎo)體可以包括整流電路，與圖4中示出的檢測(cè)裝置一起工作。
電裝置80可以特別是電路斷路器或開關(guān)，并且它也可以包括其它電保護(hù)功能，例如接地漏電、超載或短路保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控中性導(dǎo)線(N)和地線(PE)的監(jiān)控裝置，包括處理裝置(16)，用于提供中性線檢測(cè)信號(hào)的損耗；以及第一電壓檢測(cè)裝置(13)，被設(shè)計(jì)連接到中性導(dǎo)線(N)和地線(PE)之間，以便將表示中性線和地線之間電壓的第一信號(hào)(V1)提供給所述處理裝置(16)；該裝置特征在于其包括第二電壓檢測(cè)裝置(14)，被設(shè)計(jì)連接到相導(dǎo)體(Ph)和地線(PE)之間，以便將表示相導(dǎo)體和地線之間電壓的第二信號(hào)(V2)提供給所述處理裝置；以及第三電壓檢測(cè)裝置(15)，被設(shè)計(jì)連接到相導(dǎo)體(Ph)和中性導(dǎo)線(N)之間，以便將表示相導(dǎo)體和中性線之間電壓的第三信號(hào)(V3)提供給所述處理裝置；根據(jù)由所述第一檢測(cè)裝置提供的所述第一信號(hào)(V1)的值、由所述第二檢測(cè)裝置提供的所述第二信號(hào)(V2)的值、以及由所述第三檢測(cè)裝置提供的所述第三信號(hào)(V3)的值，該處理裝置提供中性線的損耗和/或地信號(hào)(19、63、64、90、91)的損耗。
2.如權(quán)利要求1的監(jiān)控裝置，其特征在于根據(jù)由所述第一檢測(cè)裝置提供的所述第一信號(hào)(V1)的值、由所述第二檢測(cè)裝置提供的所述第二信號(hào)(V2)的值、以及由所述第三檢測(cè)裝置提供的所述第三信號(hào)(V3)的值，該處理裝置(16)提供中性線、相導(dǎo)體、和/或地線連接錯(cuò)誤信號(hào)(19、65、90、91)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)控裝置，其特征在于其包括連接到處理裝置的中性線的損耗和/或接地故障通知裝置(17)的損耗。
4.如權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于處理裝置提供一種正常連接信號(hào)，當(dāng)表示中性線和地之間的電壓的第一信號(hào)(V1)小于第一預(yù)置閾值(51)；表示相和地之間的電壓的第二信號(hào)(V2)大于第二預(yù)置閾值(55)；以及表示相與中性線之間的電壓的第三信號(hào)(V3)大于第三預(yù)置閾值(59)。
5.如權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于處理裝置(16)提供中性導(dǎo)線信號(hào)的損耗，當(dāng)表示相與地之間的電壓的第二信號(hào)(V2)大于第二預(yù)置閾值(55)；以及表示相與中性線之間的電壓的第三信號(hào)(V3)小于第三預(yù)置閾值(59)。
6.如權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于所述處理裝置提供地線信號(hào)的損耗，當(dāng)表示相與地之間的電壓的第二信號(hào)(V2)小于第二預(yù)置閾值(55)；以及表示相與中性線之間的電壓的第三信號(hào)(V3)大于第三預(yù)置閾值(59)。
7.如權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于處理裝置提供連接錯(cuò)誤信號(hào)，當(dāng)表示中性線與地之間的電壓的第一信號(hào)(V1)大于第一預(yù)置閾值(51)；表示相與地之間的電壓的第二信號(hào)(V2)小于第二預(yù)置閾值(55)；以及表示相與中性線之間的電壓的第三信號(hào)(V3)大于第三預(yù)置閾值(59)。
8.如權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于第一、第二和第三監(jiān)控裝置(13、14、15)包括用于輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的電絕緣(26、29、32、34、37、40)的裝置。
9.如權(quán)利要求1到8中的任一項(xiàng)的監(jiān)控裝置，其特征在于處理裝置包括一自備電源(23)，在缺少正常電源的情況下用于將電源提供給所述處理裝置的電路。
10.一種電開關(guān)裝置，包括主電觸點(diǎn)(81)，連接到輸入端(82)和輸出端(83)之間；切斷繼電器(18)，用于觸發(fā)所述主觸點(diǎn)的斷開；輸入端(82)，包括一中性導(dǎo)線端(84)、一地線端(85)和至少一個(gè)相導(dǎo)體端(86)；該裝置特征在于其包括至少一個(gè)如權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)所述的監(jiān)控裝置(1)，用于將一斷開信號(hào)(91)提供給切斷繼電器(18)；第一電壓檢測(cè)裝置(13)，連接到中性導(dǎo)線端(84)和地線端(85)之間；第二電壓檢測(cè)裝置(14)，連接到相導(dǎo)體端(86)和地線端(85)之間；以及第三電壓檢測(cè)裝置(15)，連接到相導(dǎo)體(86)和中性導(dǎo)線端(84)之間。
全文摘要
中性導(dǎo)線(N)和地線(PE)的監(jiān)控裝置，包括處理裝置(16)，以及將表示中性線和地之間電壓的第一信號(hào)(V1)提供給所述處理裝置(16)的第一電壓檢測(cè)裝置(13)。該裝置還包括第二電壓檢測(cè)裝置(14)，用于將表示相和地之間電壓的第二信號(hào)(V2)提供給所述處理裝置；和第三電壓檢測(cè)裝置(15)，用于將表示相和中性線之間電壓的第三信號(hào)(V3)提供給所述處理裝置。根據(jù)第一、第二和第三信號(hào)(V1、V2、V3)的值，該處理裝置提供中性線信號(hào)的損耗和/或地信號(hào)的損耗。電開關(guān)裝置包括例如用來觸發(fā)主觸點(diǎn)(81)的斷開的監(jiān)控裝置。
文檔編號(hào)H02H5/00GK1477747SQ03178488
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者西蒙·蒂安, 西蒙 蒂安 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司