工业电弧故障电路断续器和检测起电弧状况的方法技术

一种检测起电弧状况的方法包括：感测电流及由其感测ＨＦ信号；对ＨＦ信号进行带通滤波并提供滤波信号；由滤波信号检测峰值信号和包络；对包络超过第一值的事件进行计数；维持与峰值信号对应的临时值；将脱扣时间确定为电流的函数；判定是否任一个峰值信号都大于第二值，并且如果是这样则响应地增大临时值，否则减小临时值；判定临时值的预定函数是否大于第五值，并且如果是这样则将临时值加到累加器中，否则使累加器减小；并且如果：当前一个半周期和具有相同极性的前一个半周期的所述事件之间的差至少为二，累加器大于第七值，且达到了脱扣时间，则脱扣打开电力电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及电路断续器，更具体地涉及电弧故障电路断续器。本专利技术还涉 及检测起电弧状况(arcing conditions)的方法。
技术介绍
维护人员经常需要在通电的低压电力电路上工作，例如，在测试断路器时。断路器 具有被设计成保护电力电路免受过载和过电流损害的脱扣(跳闸)功能。这些脱扣功能通 常包括允许更靠近故障的下游断路器首先进行响应以便将运行中断仅限制在该电路中的 延迟脱扣功能。延迟脱扣功能还允许暂时的过载，例如与较大电机的起动电流相关的过载。断路器之间的协调工作可通过区域互锁来增强，在区域互锁中，保护等级较低的 断路器在检测到故障时向上游断路器发送信号以暂时阻止后一断路器的操作，从而给予下 游断路器以时间来响应。来自下游断路器的区域互锁信号的缺失表明故障位于该断路器以 上，由此允许上游断路器比其操作被暂时阻止时相对更快地作出响应。电力断路器还常常具有瞬时脱扣功能，其无延迟地响应相对来说非常高的电流， 例如与短路相关的电流。这些断路器还可具有通常也包含延迟时间的接地故障脱扣功能。维护和测试人员在对通电的开关装置进行工作或测量时可能暴露于带电的端子。 由意外故障引起弧闪(电弧闪光)的可能性要求这些人员穿着保护服。美国专利No. 7，203，040公开了一种用于减小弧闪能量和遭受弧闪的严重程度的 电弧减小维护开关(ARMS)。在发生故障时，特定的脱扣功能手动地被减小电弧能量的维护 脱扣功能取代。被手动地激活和解除的维护脱扣功能减小特定脱扣功能的启动(pickup) 电流和/或减小或消除特定脱扣功能的时间延迟。例如，瞬时脱扣从10倍额定电流减小到 2倍额定电流，短延迟启动从8倍额定电流减小到1. 5倍额定电流，0. 5秒的短时间延迟减 小到0. 050秒(基本没有时间延迟)，(设备保护)接地故障启动电流从0. 5倍额定电流减 小到0. 25倍额定电流，并且接地故障时间延迟从0. 5秒减小到0. 050秒(基本没有时间延 迟)。作为另一个例子，瞬时脱扣从10倍额定电流减小到4倍额定电流，短延迟启动从8倍 额定电流减小到3倍额定电流，0. 5秒的短时间延迟减小到0. 050秒(基本没有时间延迟)， (设备保护)接地故障启动电流从0. 5倍额定电流减小到0. 25倍额定电流，并且接地故障 时间延迟从0. 5秒减小到0. 050秒(基本没有时间延迟)。ARMS通过降低故障的脱扣水平来减小弧闪能量，并被限制在比模制外壳(塑壳) 断路器的壳架额定值(frame rating)高的故障水平。ARMS在比壳架额定值低的故障水平 下不检测起电弧状况。另外，它需要在必要时被打开，并且在维护完成后解除。接地故障(例如弧闪)或最相似的电弧故障是常规的工业断路器能检测和中断的 短路事件。但是，这些断路器在某些情况下由于断路器耐受要求而可能脱扣得过慢。这就 是在维护进行时ARMS特征需要被打开或者脱扣水平需要降低的原因，是为了使断路器能 更快地脱扣，且由此更快地中断故障。在工业应用中，传统的电弧故障电路断续器(AFCI)对于在传统的断路器开关期间发生的“起电弧”(可能持续达大约整个周期)可能脱扣得过快。电弧故障电路断续器存在改进的空间。检测起电弧状况的方法也存在改进的空间。
技术实现思路
这些及其它需求由本专利技术的实施例来满足，本专利技术涉及较低和较高电流起电弧状 况两者的识别和解决，例如，不良连接、对地起电弧、相间起电弧、材料击穿(漏电)和与起 电弧相关的系统完好性。电路断续器感测与起电弧相关的高频电流信号以检测起电弧故障 或弧闪并使电路断续器脱扣。因而，这能检测各种电流水平下的起电弧状况并且不需要被 打开或解除。所述电路断续器能应用于许多工业系统电压应用。根据本专利技术的一个方面，一种电路断续器包括一定数量的极，所述一定数量的极 中的每个都包括一对可分离触点；操作机构，所述操作机构构造成针对所述一定数量的极 打开和闭合所述一对可分离触点；和脱扣机构，所述脱扣机构与所述操作机构协作以脱扣 打开所述一定数量的极，所述脱扣机构包括处理器并且还针对所述一定数量的极中的每个 包括第一电流传感器，所述第一电流传感器构造成感测流过所述一定数量的极中相应一 个极的所述一对可分离触点的电流；一定数量的第二电流传感器，所述一定数量的第二电 流传感器构造成由流过所述一定数量的极中所述相应一个极的所述一对可分离触点的电 流感测一定数量的高频电流信号；一定数量的带通滤波器，所述一定数量的带通滤波器中 的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述一定数量的高频电流信号之一；一定数量的 峰值检测器，所述一定数量的峰值检测器中的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述 一定数量的带通滤波器中相应一个带通滤波器的输出；和一定数量的包络检测器，所述一 定数量的包络检测器中的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述一定数量的带通滤波 器中相应一个带通滤波器的输出；其中所述处理器构造成对所述一定数量的包络检测器 中各个的输出超过第一预定值的事件的计数值(事件的次数，count of occurrences)进 行计数；维持与所述一定数量的峰值检测器中各个的输出对应的一定数量的临时值；将电 弧故障脱扣时间针对所述一定数量的极确定为流过所述一对可分离触点的、所感测到的电 流的函数；判定是否所述一定数量的峰值检测器中任一个的输出都大于第二预定值，并且 如果是这样，则响应地使所述一定数量的临时值中相应的一个临时值增大第三预定值，而 如果不是这样，则使所述一定数量的临时值中所述相应的一个临时值减小第四预定值；判 定所述一定数量的临时值的预定函数是否大于第五预定值，并且如果是这样，则针对所述 一定数量的峰值检测器中的每个，将所述一定数量的临时值中所述相应的一个临时值加 到累加器中，而如果不是这样，则使所述累加器减小第六预定值；并且如果(a)与半周期 (half-cycle)中具有一极性的当前一个半周期对应的所述计数值和与所述半周期中具有 相同极性的前一个半周期对应的所述计数值之间的差至少为二，(b)所述累加器大于第七 预定值，且(c)达到了所述电弧故障脱扣时间，则使所述操作机构脱扣打开所述一定数量 的极。所述处理器还可构造成，如果(1) (a)所述差不是至少为二，或所述累加器不大 于所述第七预定值，或未达到所述电弧故障脱扣时间，且(b)所述累加器小于或等于第八 预定值；或者(2) (a)所述差不是至少为二，或所述累加器不大于所述第七预定值，且(b)达到了所述电弧故障脱扣时间，则重新设定所述电弧故障脱扣时间。流过所述一定数量的极中所述相应一个极的所述一对可分离触点的电流可以是 包括多个半周期的交流电流；所述处理器还可构造成针对所述半周期中的每个输入所述一 定数量的高频电流信号中每个的多个样本；并且所述处理器还可构造成，在针对所述一定 数量的峰值检测器中的每个判定所述一定数量的临时值中所述相应的一个临时值是否大 于所述第五预定值之前，收集全部的所述样本。所述一定数量的高频电流信号可以是多个高频电流信号；所述一定数量的带通滤 波器可以是多个带通滤波器；所述一定数量的峰值检测器可以是多个峰值检测器；所述一 定数量的包络检测器可以是多个包络检测器；所述处理器可包括多个比较器、一或门和一 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路断续器（２），包括：一定数量的极，所述一定数量的极中的每个都包括一对可分离触点（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）；操作机构（６），所述操作机构构造成针对所述一定数量的极打开和闭合所述一对可分离触点；和脱扣机构（７６），所述脱扣机构与所述操作机构协作以脱扣打开所述一定数量的极，所述脱扣机构包括处理器（１４）并且还针对所述一定数量的极中的每个包括：第一电流传感器（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ），所述第一电流传感器构造成感测流过所述一定数量的极中相应一个极的所述一对可分离触点的电流；一定数量的第二电流传感器（５０，５１，５２），所述一定数量的第二电流传感器构造成由流过所述一定数量的极中所述相应一个极的所述一对可分离触点的电流感测一定数量的高频电流信号；一定数量的带通滤波器（５４，５５，５６），所述一定数量的带通滤波器中的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述一定数量的高频电流信号之一；一定数量的峰值检测器（５８，５９，６０），所述一定数量的峰值检测器中的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述一定数量的带通滤波器中相应一个带通滤波器的输出；和一定数量的包络检测器（６２，６３，６４），所述一定数量的包络检测器中的每个都包括输入和输出，所述输入接收所述一定数量的带通滤波器中相应一个带通滤波器的输出；其中所述处理器构造成：对所述一定数量的包络检测器中各个的输出超过第一预定值（ＲＥＦＡ，ＲＥＦＢ，ＲＥＦＣ）的事件的计数值进行计数（７４）；维持与所述一定数量的峰值检测器中各个的输出对应的一定数量的临时值（Ｘ（ｎ））（２１２，２２６）；将电弧故障脱扣时间针对所述一定数量的极确定为流过所述一对可分离触点的、所感测到的电流的函数（２５２）；判定是否所述一定数量的峰值检测器中任一个的输出都大于第二预定值（Ｔ１（ｎ））（２０８），并且如果是这样，则响应地使所述一定数量的临时值中相应的一个临时值增大第三预定值（Ｃ１（ｎ））（２１２），而如果不是这样，则使所述一定数量的临时值中所述相应的一个临时值减小第四预定值（Ｓ１（ｎ））（２２６）；判定所述一定数量的临时值的预定函数是否大于第五预定值（Ｔ２）（２１８），并且如果是这样，则针对所述一定数量的峰值检测器中的每个，将所述一定数量的临时值中所述相应的一个临时值加到累加器（Ｙ）中（２２０），而如果不是这样，则使所述累加器减小第六预定值（Ｓ２）（２４０）；并且如果：（ａ）与半周期中具有一极性的当前一个半周期对应的所述计...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WE贝蒂，DJ卡罗兰，X周，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]