利用电流变化检测电弧的方法和装置制造方法及图纸

检测交流电流周期到周期的改变来提供电弧检测。在交流电ｍ个周期的每个周期内由Ｑ↓［１］到Ｑ↓［ｎ］的ｎ个相位上采样交流电流，得到一组电流Ｉ↓［ｎ，ｍ］，ｎ为相位，ｍ为周期。差值（Ｉ↓［ｎ，ｍ］）－（Ｉ↓［ｎ，ｍ－ｘ］），其中Ｘ是周期数，提供一组电流差信号。其绝对值在ｍ周期内由同步求和器累加。响应给定的条件和累加绝对值电流差信号ＩＤ的给定条件的组合（１１６）发出电弧指示信号，交流电压的周期对周期的改变也用谐波陷波滤波器（１４６）检测，响应给定的电压条件不发出电弧指示信号。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电路保护技术，更具体地说，涉及因太小而不能使断路器之类跳闸的电弧的检测。本专利技术是在电路保护技术的发展期间出现的，包括民用的商业和工业应用的具有用来防止财产损坏与/或人身伤害的过流保护与/或接地故障遮断(GFI)系统。过流保护系统一般包括一个负荷中心或配电盘，用来接收来自电力公司变压器的电力，并通过主电路断路器或保险装置然后通过分支断路器或保险装置把电力供给一个或多个电气负荷。如果电流超过或落在导线和负载设计限制值之外或表明出现电流不平衡时，断路器或保险装置就把电流切断，以减少包括火灾在内的危险、人身伤害和财产破坏。通常较多地使用断路器，是因为它们可以借助于复位而被简单地再利用。电路断路器具有热/磁跳闸特性。热特性是响应持续的过电流，它加热双金属片而使其运动，接着使一个闩释放而打开一组接点。例如，热行性在15安培的电路中会响应吸取的30安培的电流而动作。磁物性是一种响应突发的高幅值过电流的操作，并使用在磁心中产生的磁场吸引一个衔铁，衔铁的运动使闩释放而打开一组接点。例如，响应由导体直接接地而把负载旁路引起的短路而发生磁型动作。电路保护的另一种形式是接地故障遮断器，它响应给定电路的火线和中性线之间的电流不平衡来使断路器跳闸，在人处在接地路径中的情况下这尤其是需要的。本专利技术属于另一类型的电路保护和监测，即检测电路中的电弧。被监测的电弧不仅包括通过气体或跨过绝缘的放电，也包括高阻抗故障或其它预期的或非预期的电路通路，它没有足够的能量或电流使断路器跳闸，然而可以产生破坏性过热或其它不希望的影响。电弧可以和负载串连或并连发生，并可由于大量原因，例如接头松动、导线或绝缘的磨损或老化，原先的由夹或扭引起的机械或电气应力，使用过度，先前的雷电冲击等。这种电弧中的电流可以在断路器的热动作或磁动作设定值以下，并/或可能在火线和中线之间不存在电流的不平衡，因而这种电弧检测不到。这种电弧带来的害处在于沿住宅或类似物内的电线形成热点，它会带来火灾的危险。这些电线可以包括墙壁导线，接线盒，接线座，开关，插头，延长软线以及负载装置本身。本专利技术提供了一种有效的电弧检测。本专利技术尤其适用于识别潜在的破坏性电弧和无电弧故障或暂时的短时间转换的事件，为了防止误动作，这是需要的。本专利技术不是响应所有电弧而跳闸，也不响应类似电弧的情况而跳闸，而是依靠统计的可能性来响应很可能有电弧的情况来提供电弧揭示信号。要企图响应所有的电弧就会导致不可接受的误动作的经常发生，这是不希望的，因为它会关断应该继续运行的机械或安全设备，除了那些实际上具有高的统计可能性的电弧现象之外。附图说明图1是一个配电电路示意图，取自美国专利5,185,685，在此作为参考。图2是图1中电路的一部分示意图，与上述′685专利中的图2类似；图3是本专利技术的电弧检测器的功能框图；图4是表明一个具体例子的交流线电流的波形图；图5是说明图3中的电路部分工作的波形图；图6是说明图3中电路部分工作的波形图；图7—11是说明图3中电路部分的累积的操作的波形图；图12是图3的电弧检测器的功能电路方框图；图13和14表明具有在标记的相中相关点的参考正弦波。图1表示一种电流分配电路20，它包括一负载中心22，其具有一进线侧24，用来接受来自预定频率的电压源的电力，和负载侧28，给负载30与/或31分配电力。电压源可以是电力公司的变压器，它在第一和第二线路上以240伏以及相对于第一第二线路120伏的中性线上都以60Hz供电。本专利技术不限于这一个例子，可以应用于任何电压和频率的交流系统，包括480伏和660伏，50、60以及400Hz。负载中心具有一主电响应的电路断路器32，用来接收来自变压器26的电能，并将其分配给支路断路器34、36等。支路断路器接着在例如38的支路上向电气插座40、42等供电，插座内由插头44插入负载30，或支路38直接供电给负载31。如图2所示，支路电路38包括火线46和中线48，用来把电供给负载30。支路电路也可以包括地线50。电路断路器34包括一过载跳闸机构52，它具有一热/磁特性使断路器触头54跳闸，从而响应给定的电路过载条件断开电路，使负载30从电源26断开，如现有技术那样。在现有技术中也已经知道提供具有接地故障遮断电路56的电路断路器34，响应火线或中线的接地故障使可控硅58导通，从而激励打开断路器触点54的线圈60。一种GFI电路的例子如US Re30，678所示，在此列为参考。本专利技术提供一电弧检测器64和电弧检测方法，用于从给定频率的交流电源26给负载30提供交流线电流的电路，给定频率提供重复的周期，例如，60Hz的频率提供具有16.67毫秒的重复周期。电弧检测器64感知在交流线电流中周期与周期间的改变，并产生代表这一改变的差值信号，并响应该差值信号的给定条件，在线67上产生一电弧指示跳闸信号，给SCR58的控制极提供控制信号使其导通并且激励线圈60，从而断开断路器接点54。电路56和64的输出在公共点65上被连到SCR58的控制极。如果电路断路器没有GFI电路56，则增加SCR58和线圈60。图3示出了电弧检测器64。在图3和图4中，电流波形70为交流线电流波形，它就是从交流电源26在图2的中线46上供给负载30的电流。该电流最好由一电流互感器检测，例如在上述′685号专利中的68所示，虽然此电流也可以用其它检测器检测。检测到的交流线电流由谐波陷波滤波器72在m个周期期内在几个采样点或相n处被采样，代表采样点的相关的相位具有相同的周期。例如，参照图4，在交流电源的第一周期期间在相位Q1，1采样交流线电流，从而提供第一采样电流I1，1。第一个下标是采样点的相位，第二个下标是周期；此处I1，1是在第一周期内在第一相位或第一采样点的电流。在交流电源的第二周期期间在第一相位或第一采样点Q1，2采样交流线电流，提供采样电流I1，2它是第二周期内在第一相位或第一采样点的电流。在第一和第二周期的每一个期间内在同一相关相位采样交流线电流，即Q1，1和Q1，2。换句话说，Q1，1和Q1，2相隔交流电源的一周期或360°或其整数倍。在60Hz交流电的情况下，Q1，1和Q1，2相隔1/60秒即16.67毫秒或其整数倍，所述差值信号由I1，2减去I1，1得到。在交流电源的第一周期期间，在几个相位Q1，1到Qn，1用谐波陷波滤波器采样交流线电流，从而提供第一周期的几个采样电流I1，1到In，1。在交流电的第二周期内在几个相位Q1，2到Qn，2用谐波陷波滤波器采样交流线电流，从而提供第二周期的几个采样电流I1，2到In，2。Q1，1到Qn，1分别等于Q1，2到Qn，2，即第一周期内的第一采样点和第二周期内的第一采样点出现在同一相关相位，在第一周期内的第二采样点和第二周期内的第二采样点出现在同一相关相位，如此等等。借助于谐波陷波滤波器，从采样电流I1，2到In，2中点对点地减去采样电流I1，1到In，1，从而提供所述的差值信号。最好第一、第二等周期是连续的。谐波陷波滤波器72完成所述的从I1，2到In，2中分别减去I1，1到In，1的点对点的相减，从而提供谐波陷波滤波器电流差信号HNFI，其绝对值即是由流差信号ID。例如，采样信号I1，1，它是在第一周期内在第一采样点本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测由给定基波频率的交流电源（２６）向负载（３０）提供交流线电流的电路（２０）中的电弧的装置（４６），包括：具有检测所述交流线电流装置的（１７０）的检测装置（１７０，１８２），用来产生交流电流检测信号；装置（７２），由所述交流电 流检测信号产生具有给定基波频率的并且除去其中谐波的滤波信号；装置（９４），在选定的所述交流电流的若干周期内，由所述滤波信号产生由滤波信号得到的累加信号，并保留所述滤波信号的相位和幅值信息；以及条件检查装置（１１６），响应代表电弧的所 述累加信号的选定条件，产生输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1993-8-20 1100901.用于检测由给定基波频率的交流电源(26)向负载(30)提供交流线电流的电路(20)中的电弧的装置(46)，包括具有检测所述交流线电流装置的(170)的检测装置(170，182)，用来产生交流电流检测信号；装置(72)，由所述交流电流检测信号产生具有给定基波频率的并且除去其中谐波的滤波信号；装置(94)，在选定的所述交流电流的若干周期内，由所述滤波信号产生由滤波信号得到的累加信号，并保留所述滤波信号的相位和幅值信息；以及条件检查装置(116)，响应代表电弧的所述累加信号的选定条件，产生输出信号。2.如权利要求1的装置，其中所述产生滤波信号的装置(72)包括在所述交流电流信号的相应点产生所述检测交流电流的幅值之间的差值信号的谐波陷滤波器；其中产生所述累加信号的装置(94)包括同步求和器，它把在所述交流电流选定周期数的所述相应点的所述差信号的绝对值之和作为所述累加信号发出。3.如权利要求2的装置，其中所述产生所述累加信号的装置(94)在交流信号的几个连续部分重复发出所述累加信号，每个所述部分包括选定数目的交流电流周期，其中所述条件检查器(116)进一步包括部分检查装置(140)，它使得只有当所棕条件检查器(116)检查到以对于给定部分数的所选条件在所述交流信号的连续部分的预定数之外时才发出所述输出信号。4.如权利要求3所述的装置(64)，其中所述产生累加信号的装置(94)在所述交流信号的几个连续的部分中重复发出所述累加信号，其中所述构成每个部分的选定的周期数为交流电流的5个周期，其中所述部分检查器(140)能够使得只当所述条件检查器检查到对于给定部分数的所选条件至少是预定的11个所述交流信号的连续的部分中的3个部分时才输出信号。5.如权利要求1至4之一的装置(64)，其中所述条件检查器(116)响应从一组条件中选取的条件，包括所述累加信号的峰值对平均值之比超过给定门限值，检测的累加信号的平均值超过给定的平均值门限值，检测在每周期的累加信号中至少两个静区中的每一个是一周期的一部分，在这部分中所述累加信号不上升到给定的电流动作门限以上，并且持续至少一最小间隔，在所述累加信号中没有检测到持续时间大于给定静区时间上限的静区，检测所述累加信号具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫C朱尔彻，查尔斯J坦尼尔斯，
申请(专利权)人：尹顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]