專利名稱：具有起火電弧防止的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有起火電弧防止的電路，特別是但不是專有地 供本質(zhì)安全的以太網(wǎng)系統(tǒng)使用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的本質(zhì)安全的電氣系統(tǒng)，以及至到新產(chǎn)生的電弧檢測(cè)系統(tǒng)， 使用兩根導(dǎo)線傳輸電力和信號(hào)，并且為了能量限制和故障檢測(cè)只使用 這兩根導(dǎo)線。
以KEVIN M HUCZKO名義的US 5982594/>開了 一種只4吏用兩 根導(dǎo)線傳輸電力的本質(zhì)安全的電源單元。直接輸出消弧電路和分立阻 抗元件用來消散和限制在電源單元中否則會(huì)引起外部故障的能量，并 且自適應(yīng)切斷電路區(qū)分包括來自外部故障的負(fù)栽變化的額定負(fù)載條 件。
以PEPPERL AND FUCHS名義的WO 2006/003445公開了 一種 使用兩根導(dǎo)線傳輸電力和信號(hào)的電路。在這種情況下，起火電弧防止 裝置借助于電抗器裝置監(jiān)視電路，并且如果具有引起起火電孤的可能 性的短路、或具有特征在于傳播非起火電弧的電流和/或電壓模式的事 件發(fā)生在電路中，則檢測(cè)電抗器裝置的電抗，并且把電源與事件完全 或部分地隔離，從而不能發(fā)生起火電弧。
在這兩個(gè)文獻(xiàn)中，電路都不能適當(dāng)?shù)胤直嬖谪?fù)栽中斷、與電弧或 電纜故障之間的差別，并因此沒有對(duì)于沒有任何負(fù)載變化校正電子裝 置的負(fù)載變化作出反應(yīng)。因此，關(guān)于已知布置的根本問題是，要么系 統(tǒng)響應(yīng)負(fù)載變化并切斷，要么必須釆用復(fù)雜的電子電路以校正負(fù)載變 化中斷。
另夕卜，這些已知的故障檢測(cè)系統(tǒng)僅在具有低電壓或電流的電路中
才是實(shí)用的。具體地說，兩導(dǎo)線系統(tǒng)的靈敏度必須被調(diào)節(jié)以適合絕對(duì)
測(cè)量，并且電源電壓和/或負(fù)載電流越大，并且負(fù)載分級(jí)變化越大，這 樣一種布置變得越無效。例如，在一或兩安培下，靈敏度必須增大到
其中電孤檢測(cè)變?yōu)闊o效的點(diǎn)。
此外，用于靜態(tài)電纜故障的電纜探測(cè)對(duì)于較高電壓和/或較大電 流變得更困難。這樣的探測(cè)僅對(duì)于隔離的負(fù)載是有效的，所以探測(cè)實(shí) 際上在穩(wěn)定狀態(tài)下有效，并且不受電容性負(fù)載和/或傳感元件作用的影 響。
另外的問題在于負(fù)載連接的點(diǎn)，在該點(diǎn)至全功率的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)無助 于故障檢測(cè)和/或電弧防止的恒定電流特性?；旧希阎娎|探針沒 有考慮到負(fù)載，因?yàn)樨?fù)載可能被誤解為電纜故障。此外，矩形電流限 制對(duì)于由某些負(fù)載引起的涌入電流也不利地反應(yīng)，借此過渡階段對(duì)于 起火故障可能不敏感。
然而，隨著以太網(wǎng)、和類似有線系統(tǒng)的引入，電纜現(xiàn)在可包含至 少四個(gè)芯并且典型地八個(gè)芯。這些電纜的四根通常為電力分配，使用 包括幻路電力或分立電力的兩種技術(shù)。圖l表明用于以太網(wǎng)電纜的電 纜布置。第一雙扭對(duì)電纜傳輸信號(hào)，第二和第三雙扭對(duì)是電力電纜， 并且第四雙扭對(duì)電纜接收信號(hào)。電力電纜的每一對(duì)各自包括負(fù)電纜和 正電纜。圖1也指示，為了較高傳輸速度，把電纜長度限制到大約一 百二十米。
圖2a至2d表明在以太電纜中的電力線如何能以不同組合布置以 把較大量的電力傳輸?shù)窖b置。在圖2a中，電力線布置成串聯(lián)耦合以 增大電壓。在圖2b中，電力線布置成并聯(lián)耦合以增大電流。在圖2c 中，電力線以交流供電型式布置，并且在圖2d中，電力線布置成實(shí) 現(xiàn)幻路電力。當(dāng)然，有以上的多種變化，但在每一種情況下，所有可 用線的利用允許比僅用單對(duì)電纜大的電力傳送。
然而，多芯電纜的這種使用通常不支持用在包含易燃?xì)怏w或液體 的危險(xiǎn)區(qū)域中的本質(zhì)安全電路。(例如，以JOHANNSMEYER等的 名義的WO 2004/032302公開了一種電路，在該電路中，連續(xù)中斷用 來實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全性。盡管這種技術(shù)可用于以太網(wǎng)電力電纜，但會(huì)產(chǎn)生 與投射到極鄰近的剩余信號(hào)線或任何其它線上的調(diào)制交擾、或干擾相 關(guān)的問題。這樣，這種手段對(duì)于以太網(wǎng)電纜不可行。)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要克服一 些上述問題。
因此，根據(jù)本發(fā)明， 一種電路包括電源、負(fù)載、在電源與負(fù)載之 間的第一對(duì)并聯(lián)正電纜、在負(fù)載與電源之間的第一對(duì)并聯(lián)負(fù)電纜、及 起火電弧防止裝置，在該電路中，起火電弧防止裝置包括適于監(jiān)視第 一對(duì)正電纜和第 一對(duì)負(fù)電纜、并檢測(cè)第 一對(duì)正電纜之一 中的電流和/ 或電壓是否偏離另一個(gè)、和第一對(duì)負(fù)電纜之一中的電流和/或電壓是否 偏離另一個(gè)的監(jiān)視裝置，并且在該電路中，起火電弧防止裝置包括適 于如果蕈視裝置檢測(cè)到第 一對(duì)正電纜之一 的電流和/或電壓已經(jīng)偏離 另 一個(gè)、或如果第一對(duì)負(fù)電纜之一的電流和/或電壓已經(jīng)偏離另 一個(gè)則 把電源與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離的控制裝 置。
因此，本發(fā)明的電路利用四根電纜，不僅用于電力分配，而且也 分辨在負(fù)載附加或變化與具有是起火電孤的可能性的故障之間的差 別。負(fù)載附加或變化將以相同方式影響一對(duì)的兩根電纜，而故障將不 會(huì)被忽略，并因此可忽略負(fù)載影響，并只考慮電纜故障。
另外，由于起火電弧防止裝置基于檢測(cè)在帶電電纜之間的差別的 原理而操作，所以與僅在一點(diǎn)處監(jiān)視單根電纜相反，它可依賴于在電 纜之間的相對(duì)測(cè)量以分辨故障，而不是依賴于絕對(duì)測(cè)量。這樣，可使 電路遠(yuǎn)比可能起火故障測(cè)量更靈敏，而使用較大靜態(tài)電流或線電流。
此外，四導(dǎo)線系統(tǒng)具有本質(zhì)保護(hù)，因?yàn)槿绻桓鶚O性線接通或斷 開，那么其它相同極性線將要求總電流的主要部分，因?yàn)樗鼘⒈葦嚅_ 線具有更低的電阻，如果不是缺少起火能量的全部也有效地缺少大多 數(shù)故障。這是在區(qū) 一或等效環(huán)境內(nèi)在增大安全性用途中對(duì)于非起弧連
接利用的雙-牽制(bi-pinning)的實(shí)質(zhì)。
也必須注意，在正常操作期間的任何電力中斷，對(duì)于混合或多-芯電力/信號(hào)線，可能通過交擾影響通信線。
將認(rèn)識(shí)到，有可監(jiān)視電纜對(duì)以便檢測(cè)在它們之間出現(xiàn)的差別的幾 種途徑。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視裝置可適于分離地監(jiān) 視在兩根正電纜和兩根負(fù)電纜中的電流和/或電壓，以便分辨第一對(duì)正 電纜之一、或第一對(duì)負(fù)電纜之一的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)。這 樣的分離監(jiān)視可借助于電抗器以已知方式實(shí)現(xiàn)。
作為對(duì)于這種布置的選擇例，電路可包括在電源與負(fù)載之間的共 用正部分、或在負(fù)載與電源之間的共用負(fù)部分，并且監(jiān)視裝置可適于 分離地監(jiān)視在正電纜之一中、在負(fù)電纜之一中、及在提供的無論哪個(gè) 共用正部分或共用負(fù)部分中的電流和/或電壓。如果在一根正電纜或一 根負(fù)電纜中的電流和/或電壓偏離在提供的無論哪個(gè)共用正部分或共
用負(fù)部分中的電流和/或電壓的大體一半，那么控制裝置可適于把電源 與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離。這種布置把要求
的監(jiān)視點(diǎn)的數(shù)量減小到三個(gè)。
然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，監(jiān)視裝置可依靠共用電感性電 抗器芯的磁化，以檢測(cè)電纜中的分散度。這樣，監(jiān)視裝置可包括位于 第一對(duì)正電纜的每一根的第一端和第一對(duì)負(fù)電纜的每一根的第一端 處的電感性電抗器，并且在第一對(duì)正電纜的第一端處的兩個(gè)電感性電 抗器可共享第一共用芯，而在第一對(duì)負(fù)電纜的第一端處的兩個(gè)電感性 電抗器可共享第二共用芯。第一傳感器線圏然后可繞第一共用芯纏 繞，并且第二傳感器線圏可繞第二共用芯纏繞。
借助于這種布置，當(dāng)電纜中的電流和/或電壓保持相等時(shí)共用芯 將被保持在去磁狀態(tài)下，但一有任何散度它將立即被磁化，并且這種 磁化可由傳感器線圏檢測(cè)。
優(yōu)選地，第一傳感器線圏和第二傳感器線圏可饋電給適于驅(qū)動(dòng)隔 離裝置的窗口比較器，該隔離裝置適于一旦從第一傳感器線圏或第二 傳感器線圏接收到信號(hào)，就把電源與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完 全或部分地隔離。
隔離裝置包括筒單的串聯(lián)元件，或者它包括分路元件，該分路元 件提供下面關(guān)于附圖描述的一定電力切斷的優(yōu)點(diǎn)。可選擇地，可使用 兩者。
在優(yōu)選構(gòu)造中，電感性電抗器可位于第一對(duì)正電纜的每一根的第 二端處、和第一對(duì)負(fù)電纜的每一根的第二端處。在第一對(duì)正電纜的第 二端處的兩個(gè)電感性電抗器可共享第三共用芯，并且在第一對(duì)負(fù)電纜 的第二端處的兩個(gè)電感性電抗器可共享第四共用芯。將認(rèn)識(shí)到，這種 布置使整個(gè)電路對(duì)于檢測(cè)電纜中的散度要靈敏得多，因?yàn)樵诠灿眯局?br> 的電抗將纟皮放大o
盡管不是嚴(yán)格必要的，也有可能的是，監(jiān)視裝置還包括繞第三共 用芯纏繞的第三傳感器線圏和繞第四共用芯纏繞的第四傳感器線圏。 如以上那樣，第三傳感器線圏和第四傳感器線圏可饋電給適于驅(qū)動(dòng)隔 離裝置的窗口比較器，盡管這時(shí)隔離裝置可位于電路的負(fù)栽端處。這 種布置允許電纜在長度上安全地加倍，因?yàn)楦綦x裝置離任何潛在故障
絕不會(huì)大于理想的120米。
以上描述的所有電感性電抗器可設(shè)有電阻性分路器。
在其中分開地監(jiān)視線的每一根的上述本發(fā)明的較簡單型式中，控 制裝置可以是任何已知類型的功能電路，例如處理器或計(jì)算器。
在本發(fā)明的這些型式中，第一對(duì)正電纜的每一根可在其負(fù)栽端處 設(shè)有二極管，并且第一對(duì)負(fù)電纜的每一根可在其負(fù)載端處設(shè)有二極 管。這種布置防止來自任何電感性和/或電容性負(fù)栽或其它能量存儲(chǔ)負(fù) 載的反向電流注入，該負(fù)載為了檢測(cè)目的有效地把每根線彼此隔離。
在優(yōu)選構(gòu)造中，電路可設(shè)有控制裝置，該控制裝置適于在使用中 把電源與電纜已經(jīng)隔離之后的預(yù)定時(shí)間把電源重新連接到電纜上。這 種布置允許電路中的事件被安全地識(shí)別。具體地說， 一旦檢測(cè)到任何 事件，控制裝置就可把電源與電纜隔離，然后當(dāng)重新連接電力時(shí)分辨 事件的性質(zhì)。如果每根線中的電流測(cè)量呈現(xiàn)指示負(fù)載要求或平衡充電 分量的普通模式或相等變化速率，那么電力保持連接，然而，如果電 流變化不平衡，這將指示電纜故障，那么電力將被再次隔離。這個(gè)過
程可循環(huán)地重復(fù)，直到已經(jīng)清除電纜故障。
要考慮的一個(gè)問題區(qū)域是在何處連接器用來把電纜耦合到負(fù)載 或裝置上。在脫開處，兩個(gè)電路可同時(shí)脫開，這可能導(dǎo)致呈現(xiàn)相同電 阻性特性的兩個(gè)同時(shí)起火電弧。如果情形是這樣，那么兩個(gè)電弧可誤 解為普通負(fù)載變化，并因此不會(huì)安全地隔離電源。
為了避免這點(diǎn)發(fā)生，有多種解決方案，但在本發(fā)明的一種型式中， 第 一對(duì)正電纜和/或第 一對(duì)負(fù)電纜可設(shè)有在一個(gè)端處包括兩根插針的 連接器，每根電纜一根插針，并且兩根插針可以是不同的長度。借助 于這種布置，在脫開/連接時(shí)，將始終有指示故障的不平衡，并且這樣， 控制裝置將作出反應(yīng)或切斷，直到已經(jīng)接通插針并且清除所有故障。 這種技術(shù)可包括差別解決方案，例如可以有當(dāng)除去/施加時(shí)中斷線之一 以引起電源切斷等的互鎖。
如以上提到的那樣，本發(fā)明要與以太網(wǎng)電纜一起使用，并因此電 路可包括在電源與負(fù)載之間的 一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)并聯(lián)正電纜、和在負(fù) 載與電源之間的一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)并聯(lián)負(fù)電纜。這些第二對(duì)電纜以已 知方式的任一種可提供有他們自己的本質(zhì)安全性。然而，作為選擇例， 監(jiān)視裝置可適于，監(jiān)視一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)正電纜和一個(gè)或多個(gè)第二對(duì) 負(fù)電纜，和在每種情況下檢測(cè)在電纜對(duì)任一對(duì)之一中的電流和/或電壓 是否偏離另一個(gè)。這樣，在以太網(wǎng)電纜中的所有電纜可包括在系統(tǒng)中。
在本發(fā)明的一種型式中，如果監(jiān)視裝置檢測(cè)到電纜對(duì)任一對(duì)之一 的電流和/或電壓偏離另一個(gè)，則控制裝置可把電源僅與該對(duì)電纜和其 對(duì)應(yīng)相反極性的電纜對(duì)完全或部分地隔離。這樣，如果故障出現(xiàn)在以 太電纜的主要電力電纜中，那么對(duì)于信號(hào)/幻路電力電纜可保持電力， 并且反之亦然。可選擇地，控制裝置可完全或部分地把電源與所有電 纜隔離。
在本發(fā)明的一種型式中，電路可設(shè)有包括來自兩根或更多根正電 纜和兩根或更多根負(fù)電纜的插針的連接器，并且來自兩根或更多根正 電纜的插針可一起分組，及來自兩根或更多根負(fù)電纜的插針可一起分 組。這樣一種布置降低起火電弧的可能性，因?yàn)樵谙嗤瑯O性的插針之
間不能形成起火電弧。


本發(fā)明能以各種方式進(jìn)行，但現(xiàn)在通過實(shí)例和參照附圖將描述多
個(gè)實(shí)施例，在附圖中
圖l是現(xiàn)有技術(shù)以太網(wǎng)電纜的視圖2a至2d是現(xiàn)有技術(shù)以太網(wǎng)電纜的視圖3是示出了電弧的特性的曲線圖4是一對(duì)電纜的視圖5是根據(jù)本發(fā)明的電路的視圖6是在圖5中示出的電路的可選擇的視圖7是供根據(jù)本發(fā)明的電路使用的連接器的立體圖8是根據(jù)本發(fā)明的電路的一部分的視圖9a至9d是根據(jù)本發(fā)明的電路的監(jiān)視裝置元件的視圖IO是根據(jù)本發(fā)明的電路的控制裝置元件的視圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的使用特性的曲線圖12是示出了在根據(jù)本發(fā)明的電路的使用特性中的多個(gè)的曲線
圖13a和13b是根據(jù)本發(fā)明的電路的部分的視圖14a和14b是在根據(jù)本發(fā)明的電路中使用的以太網(wǎng)電纜的視
圖15是在根據(jù)本發(fā)明的電路中使用的連接器的視圖16是在根據(jù)本發(fā)明的電路中使用的另一根以太網(wǎng)電纜的視
圖17是根據(jù)本發(fā)明的電路的監(jiān)視裝置元件的視圖； 圖18是根據(jù)本發(fā)明的電路的一部分的視圖； 圖19是根據(jù)本發(fā)明的電路的一部分的視圖； 圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的電路圖； 圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的電路圖22是根據(jù)本發(fā)明的電路的控制裝置元件的視圖；<image>image see original document page 12</image>
圖23是根據(jù)本發(fā)明的電路的視圖；<image>image see original document page 12</image>
圖24是根據(jù)本發(fā)明的電路的視圖；<image>image see original document page 12</image>
圖25是根據(jù)本發(fā)明的電路的視圖；<image>image see original document page 12</image>
圖26是根據(jù)本發(fā)明的電路的部分的視圖；<image>image see original document page 12</image>
圖27是根據(jù)本發(fā)明的電路的部分的視圖；及<image>image see original document page 12</image>
圖28是根據(jù)本發(fā)明的電路的兩種不同布置的視圖。<image>image see original document page 12</image>
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D3，理解電弧在最初十微秒期間將典型地呈現(xiàn)不小于 二十歐姆、并且不大于七十歐姆。這樣，電弧在大多數(shù)情況下在最初 十微秒內(nèi)不會(huì)起火的，盡管在某些情況下較大，而在其它情況下較小。
因此，如果要熄滅電弧，則它必須在最初IO微秒或更短時(shí)間內(nèi) 被檢測(cè)到和采取適當(dāng)動(dòng)作。圖4表明，計(jì)及電弧檢測(cè)和電孤耗盡的電 纜傳播延遲必須在IO微秒內(nèi)，因此電弧不會(huì)起火。這使得電纜傳播 長度極限為五微秒。因此，如果電纜具有六微秒每千米的傳播時(shí)間， 那么必須把電纜的長度限制到八百三十米。
然而，電弧的電子檢測(cè)需要一定時(shí)間以有效地操作，并因此在實(shí) 際中，四百米的電纜長度被認(rèn)為是實(shí)際極限。因此，限制到一百二十 米的以太網(wǎng)電纜允許顯著的裕量，并且也允許超過二十五瓦特、和可 能高達(dá)一百瓦特或更大的功率的可能性。
圖5和6示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖5示出了在以太網(wǎng)電纜 中的兩對(duì)電力電纜，對(duì)A (Pair A)和對(duì)B，它們布置有并聯(lián)的兩根 正電纜+ve[a和+ve[bl、及并聯(lián)的兩根負(fù)電纜-ve[al和-ve[b。由這張圖 可理解，由于對(duì)A的阻抗Za類似于對(duì)B的阻抗Zb，所以由開關(guān)SW1 啟動(dòng)的負(fù)載Rload附加或變化將要求在各對(duì)之間平均分布的電流 Iload。例如，電流I[+a、I[國al、 1[+b、1[-b將在類似時(shí)刻增大到類 似級(jí)。(這表明在圖ll中，在該處可看到，關(guān)于開關(guān)啟動(dòng)31，負(fù)載 要求27是N安培，并且通過每對(duì)對(duì)A和對(duì)B的分布電流相等或者是
N/2安培，允許容差28。)
圖6示出了在圖5中示出的相同電路，但正電纜和負(fù)電纜為解釋 容易而并排地示出。圖6表明如何實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和負(fù)載區(qū)分，其中電 纜在危險(xiǎn)區(qū)域10中布置成連接在一起的兩根正電纜、和連接在一起 的兩才艮負(fù)電纜。交叉阻塞二極管4和7設(shè)在電纜上，并且它們用來防 止來自任何電感性和/或電容性負(fù)載、或其它能量存儲(chǔ)負(fù)載的反向電流 注入，因此為了檢測(cè)目的把線彼此有效地隔離。
在每根線中/處的電流和/或電壓以已知方式的任一種由包括監(jiān)視 裝置和控制裝置(未示出)的起火電弧防止裝置監(jiān)視，并且如果在每 根線中有類似(普通模式)的變化，那么這將指示負(fù)載6或電源l或 ll的連接或脫開；或負(fù)載或電源改變、變化或要求。換句話說，在線 中的普通模式變化將指示正常非起火事件。然而，如果在每根線中有 差別變化，那么這將指示串聯(lián)電阻3或變化2、或電纜系統(tǒng)IO內(nèi)的分 路電阻9或變化8。如果一切都正常操作，那么這種差別變化只能對(duì) 于電纜系統(tǒng)10出現(xiàn)。二極管4和7參與分路故障9的檢測(cè)，因?yàn)殡?流會(huì)重新分布在剩余電纜中，所以沒有它們檢測(cè)是困難的。
電纜系統(tǒng)10中的檢測(cè)到的電阻變化可以包括有或沒有起火可能 性的分路或串聯(lián)電弧、或電纜斷開或短路。如以上描述的那樣，傳播 電弧典型地具有二十與七十歐姆之間的電阻，并且在給定線中的這樣 一種分級(jí)電阻變化必定是可檢測(cè)的和可分辨的。系統(tǒng)具有上和下檢測(cè) 閾值，并且超越這些閾值的任何情況是不會(huì)起火的。在下端處，如果 不能檢測(cè)到事件，那么它不會(huì)起火，而在上端處，如果分路電阻大于 一千歐姆，并且電源電壓是四十八伏特，那么任何以后斷開將不會(huì)起 火。(過渡電弧故障不可能是可檢測(cè)的，盡管如此它必定處于不大于 千分之一或更好的比率。)
監(jiān)視裝置(未示出)只需要在每個(gè)環(huán)路中采取措施一次，以估計(jì) 電流的差別模式變化。 一旦進(jìn)行電纜故障的檢測(cè)，就由控制裝置(未 示出)進(jìn)行及時(shí)方式的電力對(duì)于故障的適當(dāng)隔離，以便中斷故障或電 弧免于起火。這能以已知方式的任一種進(jìn)行，并且電力的隔離必須發(fā)
生在最初十微秒內(nèi)，并且必須到防止電孤起火的級(jí)和時(shí)間，例如，對(duì)
于IO微秒的時(shí)段內(nèi)電力可以由分路箝位電路或串聯(lián)開關(guān)隔離。
這種四導(dǎo)線系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，沿一根電纜的斷開或斷開電弧將 使電流分路到剩余電纜上，隨之是對(duì)于斷開或斷開電弧可用的電力的 減小。該減小顯然與系統(tǒng)元件和故障的性質(zhì)成比例。
在中斷之后，控制裝置(未示出)立即重新連接電源，條件是每 根線中的電流測(cè)量呈現(xiàn)指示負(fù)載要求或平衡充電分量的普通模式或 相等變化比率。然而，如果電流變化是不平衡的，這將指示電纜故障， 則控制裝置重復(fù)地隔離和恢復(fù)電源，直到已經(jīng)清除電纜故障。
要考慮的 一 個(gè)有問題區(qū)域是在何處使用連接器把電纜對(duì)耦合到
負(fù)載6上。在脫開處，兩個(gè)電路可能同時(shí)脫開，這可能導(dǎo)致呈現(xiàn)相同 電阻特性的兩個(gè)同時(shí)起火電弧。如果這點(diǎn)發(fā)生，那么兩個(gè)電弧可能由 控制裝置誤解為普通負(fù)載變化，并且它不會(huì)安全地隔離電源。
有克服這個(gè)問題的幾種途徑，并且圖7表明包括插頭13和插座 14布置的一種解決方案，其中連接插針15是不同長度。 一根插針故 意設(shè)置得比其它插針短，如在12處表示的那樣，從而兩個(gè)電路不能 同時(shí)脫開或連接。代之以，在脫開或連接時(shí)，總是有指示故障的不平 衡，并且控制裝置隔離電源，直到已經(jīng)接通所有的插針，并且清除所 有可能故障。從那里，控制裝置正常操作，并且對(duì)于差別模式中斷監(jiān) 視電纜。(這種技術(shù)可稍微改變，例如一根插針可比其它長而不是短， 或者可提供在脫開或連接期間中斷線之一的互鎖，以便使控制裝置隔 離電源。)
理論上有可能的是，兩個(gè)極同時(shí)短接到兩個(gè)相反極上，并且如果 這點(diǎn)發(fā)生，則起火情形將會(huì)出現(xiàn)而沒有作出反應(yīng)。(這當(dāng)然準(zhǔn)確地同 樣對(duì)于其中短接到兩個(gè)負(fù)極上的兩個(gè)正極起火的典型隔離is電路。)
然而，可忽視這種可能性，因?yàn)樗骾)兩根匹配正線和/或兩根 匹配負(fù)線同時(shí)切斷或斷開；ii)對(duì)于兩對(duì)同時(shí)起弧；iii)對(duì)于兩對(duì)借 助完全匹配電弧阻抗這樣做；iv)對(duì)于兩對(duì)在第一觸發(fā)時(shí)處于起火電 位下；v)在區(qū)1環(huán)境中在切斷點(diǎn)處有起火氣體/空氣混合物；及vi)
對(duì)于電孤點(diǎn)燃它。
當(dāng)人們考慮到"同時(shí)，，切斷或斷開將會(huì)在對(duì)于系統(tǒng)中的電子裝置
錯(cuò)過它必須在IOO億分之幾秒內(nèi)時(shí)，那么可看到，事件是不可能的情
況，并且一定比遇到可由已知系統(tǒng)錯(cuò)過的異常單個(gè)起火電孤的可能性 小。(事實(shí)上，單個(gè)串聯(lián)元件限流器失效短路，其中以后多余的串聯(lián) 元件失效短路而無需檢測(cè)，是更可能的情況。同樣，來自兩個(gè)獨(dú)立和 隔離的已知本質(zhì)安全電路的兩個(gè)電弧可在彼此的幾毫米內(nèi)開始，并且 結(jié)合局部化電弧電力以起火。然而，這不是由主要試驗(yàn)室當(dāng)作可能情 況，并且通常被忽視。)
圖8表明一種可能裝置，通過該可能裝置，以上描述的控制裝置 在電纜故障檢測(cè)時(shí)可把電源與電路隔離。在這種情況下，串聯(lián)元件19 用來斷開電路，但變化可包括分路箝位電路和/或串聯(lián)元件。用于串聯(lián) 元件19的驅(qū)動(dòng)器18包括死區(qū)功能或滯后現(xiàn)象，因此它不會(huì)落入振蕩 狀態(tài)中，并且也因此對(duì)于要求的時(shí)間段串聯(lián)元件19被適當(dāng)?shù)馗綦x以 充分地熄滅電弧。對(duì)于模擬死區(qū)的可選擇例可包括單穩(wěn)態(tài)元件、觸發(fā) 器元件或定時(shí)電路等等。
輸入16參考設(shè)置點(diǎn)17，因此忽略可以認(rèn)為安全的諸如背景噪聲、 LRC不平衡或中斷之類的容差。在故障條件期間，控制裝置必須重復(fù) 其循環(huán)隔離和電源的重新連接，從而使任何起火條件都不會(huì)發(fā)生。在
這種情況下，它使用一百千赫茲的循環(huán)波形重復(fù)，但這能更大。
圖9a至9d表明以上所提到的并且供上述電路使用的可能監(jiān)視裝 置，該監(jiān)視裝置適于監(jiān)視電纜的故障。在圖9a中，電阻性電流測(cè)量 用來監(jiān)視線23。在圖9b中，使用具有任選的箝位電阻器22的電感性 電抗器22L。在圖9c中使用對(duì)于高-線測(cè)量允許直流消除的交流耦合 24，并且圖9d表明引入也可以包括電壓放大或衰減的變壓器耦合。 必須注意，在這時(shí)，由于在最初十微秒內(nèi)必須進(jìn)行任何差別模式測(cè)量， 所述檢測(cè)可包括交流和/或直流測(cè)量。
在圖9a至9d中示出的監(jiān)視裝置被分開地用在四根線的每一根 上，因此有至少四個(gè)測(cè)量點(diǎn)。然而，圖17表明利用橋接網(wǎng)絡(luò)的可選
擇布置，以便把測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量減小到兩個(gè)。如在圖9b中那樣使用電 感器，并且示出了具有當(dāng)要求幻路電力時(shí)可使用的選擇性隔離變壓器 的每條路徑。
將認(rèn)識(shí)到，以上描述的監(jiān)視裝置僅僅是實(shí)例，并且有可實(shí)現(xiàn)相同 結(jié)果的多種其它途徑。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠?qū)嵤┻m當(dāng)測(cè)量技術(shù)和 按照EN50020或等效物設(shè)計(jì)它們。
圖IO表明以上所提到的并且供上述電路使用的控制裝置，該控 制裝置包括可以是處理器或計(jì)算器的功能元件25。功能元件25適于 分析來自每根線的進(jìn)來事件信號(hào)1[+a至I[-b、和如果需要?jiǎng)t傳輸電 力隔離信號(hào)26。對(duì)于隔離環(huán)路，輸入線的數(shù)量可減小到兩根。功能元 件25適于把普通模式影響與差別模式影響、噪聲及任選的非起火差 別模式影響區(qū)分開。功能元件25中的電路可以是用于決定過程的快 速數(shù)字處理器或模數(shù)邏輯電路。這樣的電路可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員設(shè) 計(jì)，并且這里將不進(jìn)一步描述。
圖11表明可忽略的事件類型。關(guān)于啟動(dòng)31的普通模式開關(guān)導(dǎo)致 負(fù)載要求27，并且通過每個(gè)環(huán)路的分布電流29、 30是相等的，允許 容差28。
圖12表明指示普通模式或差別模式事件、并且可被分辨以便指 示已經(jīng)發(fā)生什么類型故障的不同進(jìn)來事件信號(hào)。首先，電流信號(hào)32 是具有容差的普通模式中斷，它指示由于功率升高、和/或負(fù)載變化的 普通模式分級(jí)變化，如在圖11中表明的那樣。它不是電纜故障或不 平衡電纜中斷，并且如果這樣的信號(hào)由功能元件25接收，則忽略它 們，它不會(huì)傳輸電力隔離信號(hào)26。
然而，電流信號(hào)33象征線的任一根中的切口，包括跨過切口的 傳播電弧。在一根正電纜中的電流I[+a已經(jīng)增大，而在其它負(fù)電纜中 的電流I[+b已經(jīng)減小。如果這樣的進(jìn)來信號(hào)由功能元件25接收，則 它會(huì)傳輸電力隔離信號(hào)26以主動(dòng)地把電源與故障隔離。
曲線信號(hào)34象征在兩個(gè)正極之一、與兩個(gè)負(fù)極之一之間的分路 短路或分路電弧。同樣，如果這樣的進(jìn)來信號(hào)由功能元件25接收，
則它會(huì)傳輸電力隔離信號(hào)26以主動(dòng)地把電源與故障隔離。任何其它 類型的進(jìn)來信號(hào)將不會(huì)起火，例如正極到正極短路將不會(huì)起火，并且 同樣，負(fù)極到負(fù)極短路將不會(huì)起火。
將認(rèn)識(shí)到，任何電纜漏電或電阻性故障，包括連接器故障，為了 預(yù)防性維護(hù)目的也可由功能元件25檢測(cè)。例如，對(duì)于一對(duì)的電流的 緩慢增大可被檢測(cè)，并且這會(huì)指示水進(jìn)入等。
控制裝置可布置成，它將僅對(duì)于實(shí)際具有可能會(huì)起火的電孤反 應(yīng)，并且將忽略不會(huì)起火的電孤。例如，如果電阻性故障發(fā)生，并且 它是差別模式故障，那么如果路徑的電阻高得足以限制對(duì)于電弧的功 率，則可能不必把電源與故障隔離。可分辨這樣一種事件，因?yàn)樗鼘?不具有恒流裝置的特性。
上述電路可通過具有在負(fù)載6點(diǎn)處的確發(fā)崩潰電路、和/或強(qiáng)迫 負(fù)載進(jìn)入準(zhǔn)恒定電阻和/或恒定固定電壓的確發(fā)電容性負(fù)載而加強(qiáng)。這 種技術(shù)在某些實(shí)例中可能是有益的，但它在較小電流下僅提供微少的 優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诮o定電纜長度中存儲(chǔ)的能量主要是電流的因數(shù)。然而， 電纜長度、和因此電感在以太網(wǎng)中非常低，因此在負(fù)栽點(diǎn)處保持恒定 電壓的優(yōu)點(diǎn)可能是有益的。然而，已經(jīng)說到，上述控制裝置將比電纜 放電時(shí)間反應(yīng)得快，因此如果電弧可在IO微秒時(shí)間幀內(nèi)熄滅，則這 樣的系統(tǒng)的好處可能是有疑問的。
圖13a表明實(shí)現(xiàn)以上的可能途徑，其中與在WO 2006/003445中 描述的相類似的崩潰電路用來固定最小負(fù)載電阻。圖13b表明可選擇 的布置，其中固定電容器用來保持準(zhǔn)電阻極限。任何電弧中的電位由 負(fù)載兩端的電壓、電源電壓及/或跨過電弧產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓支配， 因此這些布置將減小跨過任何電弧的可能電位。然而，對(duì)于要求大功 率的電路，最小電阻級(jí)將僅是稍微有利的。
將認(rèn)識(shí)到，上述四導(dǎo)線電路可擴(kuò)展成包括另外的導(dǎo)線對(duì)，并且這 特別適用于具有其八根導(dǎo)線的以太網(wǎng)電纜。例如，圖14a表明一種電 路，在該電路中，在以太網(wǎng)電纜中的所有四對(duì)導(dǎo)線被監(jiān)視用于故障分 辨，如在50處所示，并且不僅僅是兩對(duì)電力線或兩對(duì)信號(hào)/幻路電力
線。圖Hb表明一種電路，在該電路中，信號(hào)/幻路電力線用來沿著電 力線進(jìn)行故障分辨，如在51處所示。在這種電路中，如果在線的任 一根中檢測(cè)到故障則控制裝置將把電源與所有線隔離，并且特別是在 電力線在對(duì)于信號(hào)/幻路電力線產(chǎn)生電孤、或短接到信號(hào)/幻路電力線 上的地方。當(dāng)信號(hào)/幻路電力線用來增強(qiáng)電力分配時(shí)，這種布置是有利 的。當(dāng)然，電流隔離和/或分離可以防止對(duì)于這樣一種布置的需要。
作為選擇例，可使信號(hào)/幻路電力線與主電力線分開地本質(zhì)安全。 圖16表明一種電路，在該電路中，信號(hào)/幻路電力線和主電力線彼此 分開地被監(jiān)視用于故障分辨，如53和54處所示。這樣，控制裝置將 僅把電源與經(jīng)歷故障的電路部分隔離。這意味著，如果故障發(fā)生在主 電力線上，則信號(hào)/幻路電力線可保持可操作。信號(hào)/幻路電力線能與 電力線相同的方式被監(jiān)視，或者以已知方式的任一種可使它們與電力 線分開的本質(zhì)安全，例如通過是小功率。
在以上兩種布置的任一種中，在信號(hào)/幻路電力線中的電壓可被 升高，以防止在來自主電力線和信號(hào)/幻路電力線的相同極性的電纜之 間起弧。
由于以太網(wǎng)被布置成正和負(fù)電纜對(duì)，所以電弧可形成在任何相鄰 電纜之間。然而，沒有電弧將形成在相同極性的電纜之間，因此，在 上述電路的任一種中，使用把正線和負(fù)線分組成兩組的連接器，以使 對(duì)于起火故障的可能性最小。圖15表明這樣一種連接器，在該連接 器中，所有正線52+,(它們具有在彼此百分之二十內(nèi)的電壓)被定 位在一起，并且所有的負(fù)線52-也如此。這樣，只有兩;^艮相鄰正線和 負(fù)線呈現(xiàn)起火電弧的可能性，盡管它將顯然在故障的情況下被處置。 這種布置也可以應(yīng)用于極鄰近的其它線，然而它對(duì)于在線之間具有適 當(dāng)間隙的連接器將不是考慮事項(xiàng)。
上述電路在理論上可行，但它們由可用元件的質(zhì)量限制。例如， 圖6中的二極管4和7對(duì)于其中示出的電路將必須是'理想二極管，以 正確地起作用，而在實(shí)際中，普通二極管不夠高效。另外，存在可導(dǎo) 致由上述電路不會(huì)檢測(cè)到的起火電弧的某些故障，特別是在大負(fù)載和
高電源電壓下。例如，有可能在線或終端之間以低速率、并且以在所
有負(fù)載條件下都不能檢測(cè)到的電阻或速率形成氧化層或橋接器，并且 這樣一種故障在給定電源電壓下可能不是電阻安全的，及如果氧化層 斷開或分開以形成電弧則電弧可通過橋接器中的故障形成。這種類型 的故障情況與遇到終端的電阻性氧化層不同，后者可十分容易地被檢 測(cè)到。因此必要的是，實(shí)際電路使用可選布置以增大靈敏度。
圖18表明靈敏得足以檢測(cè)與以上描述的故障相像的故障、并且 不要求任何二極管的兩種可選擇電路布置。代之以，電感電抗器55 或57被放置在每根線的每個(gè)端處，代替或增強(qiáng)示例的二極管。電抗 器55是具有任選的電阻性分路器的簡單電感器，并且電抗器57相同 但具有共用芯。電抗器的測(cè)量可通過直接連接、或通過另外的纏繞(未 示出)進(jìn)行，如在圖9d中表明的那樣。
圖19表明與以上描述的電路相像的電路，但該電路使用交流電 源而不是直流電源，并且在該電路中，對(duì)A和對(duì)B彼此隔離。監(jiān)視每 對(duì)，如在59和58處所示，并且比較測(cè)量結(jié)果。在每對(duì)內(nèi)的類似負(fù)載 或增量(A)變化將起因于負(fù)栽和/或切換，并將由控制裝置忽略，而 差別變化將起因于故障或潛在的起火電弧，并且將采取適當(dāng)行動(dòng)。在 各對(duì)之間的隔離也可闡明對(duì)于交叉-故障檢測(cè)的要求。
在圖19中示出的電路具有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。變壓器62和63按照 EN50020構(gòu)造有本質(zhì)安全的分離，從而它們具有本質(zhì)安全側(cè)IS和非 本質(zhì)安全側(cè)NIS。這樣， 一個(gè)或多個(gè)繞組61a-n可用于非本質(zhì)安全電 路，并且一個(gè)或多個(gè)繞組60a-n可用于本質(zhì)安全電路。可附加有另外 的繞組(未示出)用于另外的故障檢測(cè)和/或借助短路匝的電力熄滅或 斷開。
控制裝置通過其可把電源與電路隔離的裝置可應(yīng)用于電路中的 任何點(diǎn)，包括在對(duì)A或?qū)中，并且可包括分路和/或串聯(lián)元件。電 路可在五十或六十赫茲交流電源下操作，然而為了較大效率并且不犧 牲完整性和成本，四百赫茲更有效。四百赫茲也是有利的，因?yàn)槎鄠€(gè) 本質(zhì)安全和非本質(zhì)安全接口對(duì)于一個(gè)前者是可實(shí)現(xiàn)的。線性四百赫茲
技術(shù)也具有優(yōu)于非線性隔離切換調(diào)節(jié)器的明顯優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樽儔浩鬏^便 宜，它們對(duì)于分離具有較好容差，元件數(shù)量減少，完整性提高及噪聲
影響可忽略。如果要求，則隔離的對(duì)A和對(duì)B也可轉(zhuǎn)換成直流。
圖20表明使用上述布置的實(shí)際工作電路。具有平衡互感器的平 衡電阻器設(shè)在每對(duì)線的每個(gè)端處。這樣，共用芯當(dāng)電纜中的電流和/ 或電壓保持相等時(shí)，保持在去磁狀態(tài)下，但一旦有任何分歧就立即被 磁化。離電源最近的電感器包括用于故障檢測(cè)的笫三繞組。共用芯一 被磁化，這就將由傳感器線圍檢測(cè)。然而，將認(rèn)識(shí)到，代之以可使用 監(jiān)視的線的其它方法，例如電阻器橋接器。在這種電路中，監(jiān)視僅在 電纜的一個(gè)端處進(jìn)行，然而將認(rèn)識(shí)到，鏡像布置可設(shè)在電纜的負(fù)載端 處，因此故障檢測(cè)和電力熄滅可發(fā)生在電路的兩個(gè)端處。
上述電路能以各種方式改變以實(shí)現(xiàn)各種目的，并且下面描述多種 可選的構(gòu)造。
這里應(yīng)該注意，可能必要的是，有策略地成行或按分路繞電路放 置二極管，以便滿足EN50020。這樣，必須布置通過其把電源與電路 其余部分隔離的裝置，如分路和/或串聯(lián)電力熄滅元件，因此它們與所 述二極管一道工作。此外，熄滅元件也可^:有負(fù)載以適當(dāng)?shù)睾纳⒃陔?纜系統(tǒng)中產(chǎn)生的能量。最后，監(jiān)視系統(tǒng)也可以被調(diào)諧以提供最小影響 和/或最大能量吸收。
圖21表明實(shí)現(xiàn)上述要求的電路。電路類似于在圖20中示出的電 路，但保護(hù)二極管放置在電路周圍，并且提供用于電纜電力切斷的任 選的系統(tǒng)，包括在分路和/或在串聯(lián)中的、在一個(gè)或兩個(gè)軌道上的Tl。 當(dāng)然，對(duì)于分路方法，必須保護(hù)電源免于分路，并且這能以已知方式 的任一種實(shí)現(xiàn)，包括同時(shí)串聯(lián)隔離或電流限制。
圖22表明供上述電路使用的可能的監(jiān)視裝置，該監(jiān)視裝置監(jiān)視 互感器繞組。利用兩個(gè)窗口比較器，因此來自線圏的輸出信號(hào)依據(jù)故 障類型和位置可以是一致的、正的、負(fù)的或相反的。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)， 比較器將起作用以把電源與電路的其余部分隔離。
圖23表明上述電路如何可設(shè)有用于添加的完整性的冗余度。在
圖23中示出的電路中，具有負(fù)載的兩個(gè)電源70共享選件73、具有任 選的警報(bào)通知的饋電分立監(jiān)視和控制裝置74、及兩個(gè)分離的電纜系 統(tǒng)。另外的分立監(jiān)視和控制裝置75被設(shè)在電纜的負(fù)載端處，并且被 二極管耦合，如在72處所示，以饋電共用負(fù)載或附加的功率變流器 71。
如果要求較高完整性的負(fù)載或功率變流器，那么能使它是自治 的。圖24表示這樣一種電路，其中輸出可被獨(dú)立地使用，或者當(dāng)然 被二極管耦合。
圖25表明具有用來分配交流電源的可選擇裝置的電路，并且與 在圖19中示出的電路的不同之處在于，電力傳輸和接收線圏是單繞 組，具有用于接地故障檢測(cè)的可能的中心抽頭。電力傳輸變壓器Tl 包括本質(zhì)安全的分離，并且可能包括用來供電其它電路，例如監(jiān)視電 路，的進(jìn)一步本質(zhì)安全或非本質(zhì)安全繞組。電力接收變壓器Tn也包 括本質(zhì)安全的分離，并且可以包括用來供電的其它電路，例如任何關(guān) 聯(lián)的非本質(zhì)安全電路中使用，的其它本質(zhì)安全或非本質(zhì)安全繞組。
如以上提到的那樣，在多芯電纜內(nèi)的電纜斷開不認(rèn)為是同時(shí)的， 并且絕不認(rèn)為兩個(gè)電弧可同時(shí)產(chǎn)生的想法是可能的。然而十分可能的 是， 一根線可斷開或脫開，并且隨即已經(jīng)斷開或脫開的這一根線，第 二根線可斷開或脫開。圖26和27示出了其中發(fā)生這種情況的電路。
在圖26中，電路包括具有負(fù)載Rmax的電纜10。負(fù)載Rmax處 于最佳高電阻從而不提供顯著的中斷讀數(shù)，但是在給定電源電壓下處 于正常起火區(qū)內(nèi)的最佳低電阻處。電纜10具有電阻Rcable，它可以 包括任何其它上游元件電阻，條件是它被適當(dāng)?shù)仄胶?。電纜中的第一 斷開2、或具有傳播電弧的斷開3把電流I+a從中斷線分路到非中斷 線，從而電流I[+b增大。這防止通過和/或跨過電弧的起火電流和/或 起火電壓，但它也增大在非中斷線中的電流，如果它以后斷開則使它 潛在地更危險(xiǎn)。然而，如以上描述的那樣，在各線中的差別變化將被 檢測(cè)到，并且對(duì)于兩根線將隔離電源，解決了該問題。
在圖27中，分離Cbreak已經(jīng)發(fā)生在電路的一根線中，并且全
電流現(xiàn)在由剩余線攜帶。十分可能的是，線通過腐蝕或類似作用，可
逐漸地到達(dá)這種狀態(tài)而無需檢測(cè)。然而，從剩余線中的斷開2上的點(diǎn) 起，其中起火點(diǎn)處的電弧3和最大電阻Rmax,會(huì)由上述監(jiān)視和控制 裝置檢測(cè)到，并被相應(yīng)地處置?？蛇x擇地，電路可布置成例如借助于 橋接器裝置測(cè)量在兩根線之間流動(dòng)的電流差。這對(duì)于各線之間的任何 差別更靈敏，并且不會(huì)受高線電流的影響。
在實(shí)際中，在電纜中一根線內(nèi)的電阻的緩慢增大必定從正常芯電 阻變化到高電阻或到開路。在變化的同時(shí)，可能的是，如果這種情況 認(rèn)為是可能的，則它通過可產(chǎn)生可能是起火的熱量的匹配電阻。例如， 十五伏特FISCO電源可以饋電具有以上所描述的電阻性過渡故障的 電纜，并且如果短路施加到電纜端上，則電阻可在從一百一^h二歐姆 至一百八十七歐姆的任何地方都會(huì)起火。此外，負(fù)載Rmax應(yīng)該包括 最小電阻，從而保持點(diǎn)Al-A2兩端的電壓?？蛇x擇地，如果Al-A2 兩端的電壓下降，則負(fù)栽Rmax電阻應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦龃蟆Ｈ欢?，如?Cbreak出現(xiàn)，則監(jiān)視和控制裝置會(huì)對(duì)它反應(yīng)并且與電源隔離。
圖28表明使用上述布置中的任一種的兩種可選擇的有利的電路 布置。圖28示出了電路如何可利用一根電纜為多于一個(gè)負(fù)載和故障 系統(tǒng)75a至75n供電，該系統(tǒng)從具有一個(gè)分立故障檢測(cè)74的一個(gè)電 源70取得電力、或者它如何可利用多于一根電纜為相同的元件供電。 當(dāng)然，可以使具有一個(gè)分立故障檢測(cè)74的一個(gè)電源70冗余。這個(gè)實(shí) 例表明一個(gè)電源如何能用來為'星形，和/或'總線，布局中的多個(gè)負(fù)載供 電，具有對(duì)于使用電纜互連的'多點(diǎn)(multi-drop)，的幾個(gè)負(fù)載系統(tǒng)的 選擇。
如以上提到的那樣，以上電路的任一種可包括一個(gè)或多個(gè)重疊以 滿足E訓(xùn)020。
另外，負(fù)載點(diǎn)Al-A2可包括任何電路，例如封裝系統(tǒng)[Exe或被 進(jìn)一步能量限制的系統(tǒng)[Exi。負(fù)載也可以包括電容性和/或電感性和/ 或恒定電流和/或電阻性特性、或任何其它復(fù)雜特性，條件是它們不導(dǎo) 致起火情形。這樣，必須提供用于每種選擇的適當(dāng)保護(hù)方法。當(dāng)然可能的是，適當(dāng)依賴于阻塞二極管以提供這種保護(hù)。另外的本質(zhì)安全隔 離也可以設(shè)在負(fù)載處，以容納非本質(zhì)安全電路等等。
對(duì)于較大功率的電路，有可能實(shí)施包括防止交叉故障的保護(hù)電纜 介質(zhì)的混合解決方案，因此只有較容易檢測(cè)的斷開/接通故障或電弧需 要被考慮。這允許使用連接器而不關(guān)心起火連接/脫開。
上述實(shí)施例可在不脫離權(quán)利要求l的范圍的情況下改變。具體地 說，在一種可選擇構(gòu)造中，(未示出)電路具有包括位于共用負(fù)線或 共用正線中的電源電流監(jiān)視元件的監(jiān)視裝置、和在兩根負(fù)線之一 中和 在兩根正線之一中的另外的電流監(jiān)視元件。在這種布置中，借助于三 元件系統(tǒng)代替四元件系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。在平衡系統(tǒng)的 一根線中的電流將 是電源電流的一半，并且與這個(gè)比值的任何偏差可被分辨，及將指示 電纜故障或傳播電弧。任何負(fù)載變化仍然將產(chǎn)生可分辨的平衡比值， 并且可,皮忽略。
權(quán)利要求
1. 一種電路，包括電源、負(fù)載、在電源與負(fù)載之間的第一對(duì)并聯(lián)正電纜、在負(fù)載與電源之間的第一對(duì)并聯(lián)負(fù)電纜、及起火電弧防止裝置，在該電路中，起火電弧防止裝置包括適于監(jiān)視第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜、并檢測(cè)第一對(duì)正電纜之一中的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)、和第一對(duì)負(fù)電纜之一中的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)的監(jiān)視裝置，并且在該電路中，起火電弧防止裝置包括適于如果監(jiān)視裝置檢測(cè)到第一對(duì)正電纜之一的電流和/或電壓已經(jīng)偏離另一個(gè)、或如果第一對(duì)負(fù)電纜之一的電流和/或電壓已經(jīng)偏離另一個(gè)則把電源與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離的控制裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，監(jiān)視裝置包括位于第一對(duì) 正電纜的每一根的第一端處和第一對(duì)負(fù)電纜的每一根的第一端處的 電感性電抗器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中，在第一對(duì)正電纜的第一端 處的兩個(gè)電感性電抗器共享第一共用芯，并且其中在第一對(duì)負(fù)電纜的 第一端處的兩個(gè)電感性電抗器共享第二共用芯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，監(jiān)視裝置包括繞第一共用 芯纏繞的第一傳感器線圏和繞第二共用芯纏繞的第二傳感器線圏。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中，第一傳感器線圏和第二傳 感器線圏饋電給適于驅(qū)動(dòng)隔離裝置的窗口比較器，該隔離裝置適于如 果從第一傳感器線圏或第二傳感器線圏接收到信號(hào)則把電源與第一 對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中，隔離裝置包括串聯(lián)元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中，隔離裝置包括在電源與第 一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜之間的分路元件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電路，其中，電感性電抗器位于第 一對(duì)正電纜的每一根的第二端處和第一對(duì)負(fù)電纜的每一根的第二端 處，并且其中在第一對(duì)正電纜的第二端處的兩個(gè)電感性電抗器共享第 三共用芯，及其中在第一對(duì)負(fù)電纜的第二端處的兩個(gè)電感性電抗器共 享第四共用芯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中，監(jiān)視裝置還包括繞第三共 用芯纏繞的第三傳感器線圏和繞第四共用芯纏繞的第四傳感器線圏。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所迷的電路，其中，第三傳感器線圏和第四 傳感器線圏饋電給適于驅(qū)動(dòng)隔離裝置的窗口比較器，該隔離裝置適于 如果從第三傳感器線圏或第四傳感器線圏接收到信號(hào)則把負(fù)栽與第 一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中，所有電感性電抗器設(shè)有 電阻性分路器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的電路，其中，監(jiān)視裝置適于分開地監(jiān) 視在兩根正電纜和兩根負(fù)電纜中的電流和/或電壓，以便分辨第一對(duì)正 電纜之一、或第一對(duì)負(fù)電纜之一的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所迷電路包括在電源與 負(fù)栽之間的共用正部分、或在負(fù)載與電源之間的共用負(fù)部分，其中監(jiān) 視裝置適于分開地監(jiān)視在正電纜中的一根中、在負(fù)電纜中的一根中、其中，控、制裝置適于;果在;迷二才艮正電i或所迷一4^負(fù):纜中的電 流和/或電壓偏離在提供的無論哪個(gè)共用正部分或共用負(fù)部分中的電 流和/或電壓的大體一半，則把電源與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完 全或部分地隔離。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的電路，其中，控制裝置包括功 能電路。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中，第一對(duì)正電纜的每一根 在其負(fù)載端處設(shè)有二極管，并且其中，第一對(duì)負(fù)電纜的每一根在其負(fù) 載端處設(shè)有二極管。
16. 根據(jù)以前權(quán)利要求中任一個(gè)所述的電路，其中，控制裝置適 于在使用中把電源與電纜已經(jīng)隔離之后的預(yù)定時(shí)間把電源重新連接 到第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜上。
17. 根據(jù)以前權(quán)利要求中任一個(gè)所述的電路，其中，第一對(duì)正電 纜或第一對(duì)負(fù)電纜設(shè)有在一個(gè)端處包括兩根插針的連接器，每根電纜 一根插針，并且其中，兩根插針是不同的長度。
18. 根據(jù)以前權(quán)利要求中任一個(gè)所述的電路，其中，所述電路包 括在電源與負(fù)載之間的一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)并聯(lián)正電纜、和在負(fù)載與電 源之間的一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)并聯(lián)負(fù)電纜，并且其中，監(jiān)視裝置適于，監(jiān)視一個(gè)或多個(gè)第二對(duì)正電纜和一個(gè) 或多個(gè)第二對(duì)負(fù)電纜，和在每種情況下檢測(cè)在電纜對(duì)的任一對(duì)之一中的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中，如果監(jiān)視裝置檢測(cè)到電 纜對(duì)的任一對(duì)之一的電流和/或電壓偏離另一個(gè)，則控制裝置把電源與 該電纜對(duì)和其對(duì)應(yīng)的相反極性電纜對(duì)完全或部分地隔離。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中，如果監(jiān)視裝置檢測(cè)到電 纜對(duì)的任一對(duì)之一的電流和/或電壓偏離另一個(gè)，則控制裝置把電源與 所有電纜完全或部分地隔離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一個(gè)所述的電路，其中，所迷電的連接器，其中來自;根或更多根正電纜的插-針一起分組，及其中來 自兩根或更多根負(fù)電纜的插針一起分組。
22. 根據(jù)以前權(quán)利要求中任一個(gè)所述的電路，其中，電纜配置成 以太網(wǎng)電纜。
全文摘要
一種電路，包括電源、負(fù)載、在電源與負(fù)載之間的第一對(duì)并聯(lián)正電纜、在負(fù)載與電源之間的第一對(duì)并聯(lián)負(fù)電纜、及起火電弧防止裝置，在該電路中，起火電弧防止裝置包括適于監(jiān)視第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜、并檢測(cè)第一對(duì)正電纜之一中的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)、和第一對(duì)負(fù)電纜之一中的電流和/或電壓是否偏離另一個(gè)的監(jiān)視裝置，并且在該電路中，起火電弧防止裝置包括適于如果監(jiān)視裝置檢測(cè)到第一對(duì)正電纜之一的電流和/或電壓已經(jīng)偏離另一個(gè)、或如果第一對(duì)負(fù)電纜之一的電流和/或電壓已經(jīng)偏離另一個(gè)則把電源與第一對(duì)正電纜和第一對(duì)負(fù)電纜完全或部分地隔離的控制裝置。
文檔編號(hào)H02H9/00GK101379673SQ200780004320
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日
發(fā)明者G·羅格爾, R·基特切納爾 申請(qǐng)人:德國倍加福公司