專利名稱：工業(yè)電弧故障電路斷續(xù)器和檢測起電弧狀況的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電路斷續(xù)器，更具體地涉及電弧故障電路斷續(xù)器。本發(fā)明還涉 及檢測起電弧狀況(arcing conditions)的方法。
背景技術(shù)：
維護(hù)人員經(jīng)常需要在通電的低壓電力電路上工作，例如，在測試斷路器時。斷路器 具有被設(shè)計(jì)成保護(hù)電力電路免受過載和過電流損害的脫扣(跳閘)功能。這些脫扣功能通 常包括允許更靠近故障的下游斷路器首先進(jìn)行響應(yīng)以便將運(yùn)行中斷僅限制在該電路中的 延遲脫扣功能。延遲脫扣功能還允許暫時的過載，例如與較大電機(jī)的起動電流相關(guān)的過載。斷路器之間的協(xié)調(diào)工作可通過區(qū)域互鎖來增強(qiáng)，在區(qū)域互鎖中，保護(hù)等級較低的 斷路器在檢測到故障時向上游斷路器發(fā)送信號以暫時阻止后一斷路器的操作，從而給予下 游斷路器以時間來響應(yīng)。來自下游斷路器的區(qū)域互鎖信號的缺失表明故障位于該斷路器以 上，由此允許上游斷路器比其操作被暫時阻止時相對更快地作出響應(yīng)。電力斷路器還常常具有瞬時脫扣功能，其無延遲地響應(yīng)相對來說非常高的電流， 例如與短路相關(guān)的電流。這些斷路器還可具有通常也包含延遲時間的接地故障脫扣功能。維護(hù)和測試人員在對通電的開關(guān)裝置進(jìn)行工作或測量時可能暴露于帶電的端子。 由意外故障引起弧閃(電弧閃光)的可能性要求這些人員穿著保護(hù)服。美國專利No. 7，203，040公開了一種用于減小弧閃能量和遭受弧閃的嚴(yán)重程度的 電弧減小維護(hù)開關(guān)(ARMS)。在發(fā)生故障時，特定的脫扣功能手動地被減小電弧能量的維護(hù) 脫扣功能取代。被手動地激活和解除的維護(hù)脫扣功能減小特定脫扣功能的啟動(pickup) 電流和/或減小或消除特定脫扣功能的時間延遲。例如，瞬時脫扣從10倍額定電流減小到 2倍額定電流，短延遲啟動從8倍額定電流減小到1. 5倍額定電流，0. 5秒的短時間延遲減 小到0. 050秒(基本沒有時間延遲)，(設(shè)備保護(hù))接地故障啟動電流從0. 5倍額定電流減 小到0. 25倍額定電流，并且接地故障時間延遲從0. 5秒減小到0. 050秒(基本沒有時間延 遲)。作為另一個例子，瞬時脫扣從10倍額定電流減小到4倍額定電流，短延遲啟動從8倍 額定電流減小到3倍額定電流，0. 5秒的短時間延遲減小到0. 050秒(基本沒有時間延遲)， (設(shè)備保護(hù))接地故障啟動電流從0. 5倍額定電流減小到0. 25倍額定電流，并且接地故障 時間延遲從0. 5秒減小到0. 050秒(基本沒有時間延遲)。ARMS通過降低故障的脫扣水平來減小弧閃能量，并被限制在比模制外殼(塑殼) 斷路器的殼架額定值(frame rating)高的故障水平。ARMS在比殼架額定值低的故障水平 下不檢測起電弧狀況。另外，它需要在必要時被打開，并且在維護(hù)完成后解除。接地故障(例如弧閃)或最相似的電弧故障是常規(guī)的工業(yè)斷路器能檢測和中斷的 短路事件。但是，這些斷路器在某些情況下由于斷路器耐受要求而可能脫扣得過慢。這就 是在維護(hù)進(jìn)行時ARMS特征需要被打開或者脫扣水平需要降低的原因，是為了使斷路器能 更快地脫扣，且由此更快地中斷故障。在工業(yè)應(yīng)用中，傳統(tǒng)的電弧故障電路斷續(xù)器(AFCI)對于在傳統(tǒng)的斷路器開關(guān)期間發(fā)生的“起電弧”(可能持續(xù)達(dá)大約整個周期)可能脫扣得過快。電弧故障電路斷續(xù)器存在改進(jìn)的空間。檢測起電弧狀況的方法也存在改進(jìn)的空間。

發(fā)明內(nèi)容
這些及其它需求由本發(fā)明的實(shí)施例來滿足，本發(fā)明涉及較低和較高電流起電弧狀 況兩者的識別和解決，例如，不良連接、對地起電弧、相間起電弧、材料擊穿(漏電)和與起 電弧相關(guān)的系統(tǒng)完好性。電路斷續(xù)器感測與起電弧相關(guān)的高頻電流信號以檢測起電弧故障 或弧閃并使電路斷續(xù)器脫扣。因而，這能檢測各種電流水平下的起電弧狀況并且不需要被 打開或解除。所述電路斷續(xù)器能應(yīng)用于許多工業(yè)系統(tǒng)電壓應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種電路斷續(xù)器包括一定數(shù)量的極，所述一定數(shù)量的極 中的每個都包括一對可分離觸點(diǎn)；操作機(jī)構(gòu)，所述操作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成針對所述一定數(shù)量的極 打開和閉合所述一對可分離觸點(diǎn)；和脫扣機(jī)構(gòu)，所述脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以脫扣 打開所述一定數(shù)量的極，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括處理器并且還針對所述一定數(shù)量的極中的每個 包括第一電流傳感器，所述第一電流傳感器構(gòu)造成感測流過所述一定數(shù)量的極中相應(yīng)一 個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流；一定數(shù)量的第二電流傳感器，所述一定數(shù)量的第二電 流傳感器構(gòu)造成由流過所述一定數(shù)量的極中所述相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電 流感測一定數(shù)量的高頻電流信號；一定數(shù)量的帶通濾波器，所述一定數(shù)量的帶通濾波器中 的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的高頻電流信號之一；一定數(shù)量的 峰值檢測器，所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述 一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出；和一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器，所述一 定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波 器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出；其中所述處理器構(gòu)造成對所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器 中各個的輸出超過第一預(yù)定值的事件的計(jì)數(shù)值(事件的次數(shù)，count of occurrences)進(jìn) 行計(jì)數(shù)；維持與所述一定數(shù)量的峰值檢測器中各個的輸出對應(yīng)的一定數(shù)量的臨時值；將電 弧故障脫扣時間針對所述一定數(shù)量的極確定為流過所述一對可分離觸點(diǎn)的、所感測到的電 流的函數(shù)；判定是否所述一定數(shù)量的峰值檢測器中任一個的輸出都大于第二預(yù)定值，并且 如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增大第三預(yù)定值，而 如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值減小第四預(yù)定值；判 定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值，并且如果是這樣，則針對所述 一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個，將所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值加 到累加器中，而如果不是這樣，則使所述累加器減小第六預(yù)定值；并且如果(a)與半周期 (half-cycle)中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半周期中具有 相同極性的前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加器大于第七 預(yù)定值，且(c)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述一定數(shù)量 的極。所述處理器還可構(gòu)造成，如果(1) (a)所述差不是至少為二，或所述累加器不大 于所述第七預(yù)定值，或未達(dá)到所述電弧故障脫扣時間，且(b)所述累加器小于或等于第八 預(yù)定值；或者(2) (a)所述差不是至少為二，或所述累加器不大于所述第七預(yù)定值，且(b)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則重新設(shè)定所述電弧故障脫扣時間。流過所述一定數(shù)量的極中所述相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流可以是 包括多個半周期的交流電流；所述處理器還可構(gòu)造成針對所述半周期中的每個輸入所述一 定數(shù)量的高頻電流信號中每個的多個樣本；并且所述處理器還可構(gòu)造成，在針對所述一定 數(shù)量的峰值檢測器中的每個判定所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值是否大 于所述第五預(yù)定值之前，收集全部的所述樣本。所述一定數(shù)量的高頻電流信號可以是多個高頻電流信號；所述一定數(shù)量的帶通濾 波器可以是多個帶通濾波器；所述一定數(shù)量的峰值檢測器可以是多個峰值檢測器；所述一 定數(shù)量的包絡(luò)檢測器可以是多個包絡(luò)檢測器；所述處理器可包括多個比較器、一或門和一 計(jì)數(shù)器，所述一定數(shù)量的比較器中的每個都包括構(gòu)造成表明所述包絡(luò)檢測器中相應(yīng)一個包 絡(luò)檢測器的輸出何時大于所述第一預(yù)定值的輸出，所述或門包括構(gòu)造成由各個所述比較器 的輸出提供邏輯或功能的輸出，所述計(jì)數(shù)器構(gòu)造成由所述或門的輸出對事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。作為本發(fā)明的另一個方面，一種檢測起電弧狀況的方法包括感測流過電力電路 的電流；由所述電流的流動感測一定數(shù)量的高頻電流信號；對所述一定數(shù)量的高頻電流信 號中的每個進(jìn)行帶通濾波并提供一定數(shù)量的相應(yīng)的帶通濾波信號；由所述一定數(shù)量的相應(yīng) 的帶通濾波信號檢測一定數(shù)量的峰值信號；由所述一定數(shù)量的相應(yīng)的帶通濾波信號檢測一 定數(shù)量的包絡(luò)；對所述一定數(shù)量的包絡(luò)超過第一預(yù)定值的事件的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)；維持與 所述一定數(shù)量的峰值信號對應(yīng)的一定數(shù)量的臨時值；將電弧故障脫扣時間確定為所述所感 測到的電流的流動的函數(shù)；判定是否所述一定數(shù)量的峰值信號中的任一個都大于第二預(yù)定 值，并且如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增大第三預(yù) 定值，而如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值減小第四預(yù) 定值；判定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值，并且如果是這樣，則將 所述一定數(shù)量的臨時值加到累加器中，而如果不是這樣，則使所述累加器減小第六預(yù)定值; 并且如果(a)與半周期中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半周 期中具有相同極性的前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加器 大于第七預(yù)定值，且(c)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則脫扣打開所述電力電路。作為本發(fā)明的又一個方面，一種電路斷續(xù)器包括可分離觸點(diǎn)；操作機(jī)構(gòu)，所述操 作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成打開和閉合所述可分離觸點(diǎn)；和脫扣機(jī)構(gòu)，所述脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié) 作以脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括處理器；第一電流傳感器，所述第一電 流傳感器構(gòu)造成感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流；一定數(shù)量的第二電流傳感器，所述一定 數(shù)量的第二電流傳感器構(gòu)造成由流過所述可分離觸點(diǎn)的電流感測一定數(shù)量的高頻電流信 號；一定數(shù)量的帶通濾波器，所述一定數(shù)量的帶通濾波器中的每個都包括輸入和輸出，所 述輸入接收所述一定數(shù)量的高頻電流信號之一；一定數(shù)量的峰值檢測器，所述一定數(shù)量的 峰值檢測器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng) 一個帶通濾波器的輸出；和一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器，所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中的每個 都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸 出；其中所述處理器構(gòu)造成對所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中各個的輸出超過第一預(yù)定值 的事件的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)；維持與所述一定數(shù)量的峰值檢測器中各個的輸出對應(yīng)的一定數(shù) 量的臨時值；將電弧故障脫扣時間針對所述一定數(shù)量的極確定為流過所述一對可分離觸點(diǎn)的、所感測到的電流的函數(shù)；判定是否所述一定數(shù)量的峰值檢測器中任一個的輸出都大于 第二預(yù)定值，并且如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增 大第三預(yù)定值，而如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值減 小第四預(yù)定值；判定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值，并且如果是 這樣，則針對所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個，將所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng) 的一個臨時值加到累加器中，而如果不是這樣，則使所述累加器減小第六預(yù)定值；并且如 果(a)與半周期中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半周期中具 有相同極性的前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加器大于第 七預(yù)定值，且(C)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離 觸點(diǎn)。


在結(jié)合附圖閱讀時從下面對優(yōu)選實(shí)施例的說明可獲得對本發(fā)明的充分理解，在附 圖中圖1A-1B構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的斷路器的框圖。圖2是使圖1A-1B的斷路器的瞬時脫扣功能、高頻脫扣功能、標(biāo)準(zhǔn)脫扣曲線功能和 接地故障脫扣功能協(xié)調(diào)的程序的流程圖。圖3A-3C構(gòu)成了圖1A-1B的斷路器的高頻脫扣功能程序的流程圖。圖4是針對圖1A-1B的斷路器的高頻脫扣功能和標(biāo)準(zhǔn)脫扣曲線功能的、電流對時 間的圖示。
具體實(shí)施例方式如本文所用，術(shù)語“處理器”是指能存儲、檢索讀取和處理數(shù)據(jù)的、可編程的模擬和 /或數(shù)字裝置；計(jì)算機(jī)；工作站；個人計(jì)算機(jī)；微處理器；微控制器；微計(jì)算機(jī)；中央處理單 元；大型計(jì)算機(jī)；小型計(jì)算機(jī)；服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)處理器；或任意適當(dāng)?shù)奶幚硌b置或設(shè)備。如本文所用，術(shù)語“數(shù)量”應(yīng)指一個或大于一個的整數(shù)個(即，多個)。如本文所用，術(shù)語“電流傳感器”應(yīng)指電流互感器(currenttransformer)或用于 感測流過導(dǎo)體的電流的任意適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。本發(fā)明是結(jié)合用于三相系統(tǒng)的三極工業(yè)電弧故障斷路器來描述的，但本發(fā)明可應(yīng) 用于用于具有任意數(shù)量的對應(yīng)相的系統(tǒng)的、具有任意數(shù)量的極的多種電弧故障電路斷續(xù)
ο參照圖1A-1B，三極電路斷續(xù)器如工業(yè)電弧故障斷路器2包括成對的可分離觸點(diǎn) 4A、4B、4C，構(gòu)造成打開和閉合可分離觸點(diǎn)4A、4B、4C的操作機(jī)構(gòu)6，和構(gòu)造成感測在三相線 路端子10和三相負(fù)載端子12之間流過相應(yīng)的可分離觸點(diǎn)4A、4B、4C的電流的傳感器8A、 8B、8C。斷路器2還包括與傳感器8A、8B、8C和操作機(jī)構(gòu)6協(xié)作以脫扣打開可分離觸點(diǎn)4A、 4B、4C的處理器如示例性的微計(jì)算機(jī)(μ C) 14(例如而不限于，由Arizona的Microchip Technology Incorporated of Chandler 銷售的 Microchip PIC16F685 微控制器)，和構(gòu)造 成至少給μ C 14供電的電源16。電源16例如是交流(AC)轉(zhuǎn)直流(DC) (AC/DC)電源，其 例如從節(jié)點(diǎn)27接零并從節(jié)點(diǎn)28輸入電力。電源16自這兩個節(jié)點(diǎn)27、28之一限定有共用接地點(diǎn)(common) 22。一模擬感測電路24具有對于所述三個傳感器8A、8B、8C的六個輸入。 AC/DC電源16向μ C 14提供適當(dāng)?shù)腄C電壓20和所述共用接地點(diǎn)22，并且按照需要給例 如模擬感測電路24供電。模擬感測電路24接收來自節(jié)點(diǎn)27、28的輸入和來自傳感器8A、8B、8C的六個輸 出，流過這些傳感器8A、8B、8C的三個電流由所述六個輸出來確定。來自例如模擬感測電路 24的各個輸入電壓信號29由yC 14的多通道模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 30輸入并被轉(zhuǎn)換為 相應(yīng)的數(shù)字值以供μ P 32輸入。μ P 32包括如將所述的程序34、100。響應(yīng)于從ADC輸入電壓信號29感測出的一個或多個狀況，μ P 32產(chǎn)生經(jīng)μ C 14 到達(dá)輸出端38并接通SCR 40的脫扣信號36。SCR 40繼而使脫扣螺線管42通電，并由此 致動操作機(jī)構(gòu)6以便響應(yīng)于例如過電壓、電弧故障或其它脫扣狀況而脫扣打開可分離觸點(diǎn) 4。脫扣螺線管42由此便成為與μ P 32和操作機(jī)構(gòu)6協(xié)作以便響應(yīng)于由μ P 32檢測到的 不同脫扣狀況之一而脫扣打開可分離觸點(diǎn)4的脫扣致動器。與螺線管42的線圈串聯(lián)的電 阻器44限制線圈電流，并且電容器46保護(hù)SCR 40的門極免遭電壓尖峰和因噪聲引起的誤 脫扣。高頻隔離器(HFI) 48A、48B、48C優(yōu)選地分別電連接在可分離觸點(diǎn)4A、4B、4C和傳感 器8A、8B、8C之間。HFI 48A、48B、48C將在隔離器下游產(chǎn)生的高頻信號與隔離器上游隔離 開，以及將在隔離器上游產(chǎn)生的高頻信號與隔離器下游隔離開。在該示例中，對于每相而言，示出了四個電流傳感器。例如，對于A相而言，示出了 傳感器8A和三個高頻(HF)電流互感器(CT)50、51、52，但是也可采用一個、兩個、三個、四 個或更多個HF電流傳感器。因而，對于該相而言，一個電流傳感器可供給模擬感測電路24 和三個帶通濾波器54、55、56。作為另一個示例，三個HF CT 50、51、52不僅從感測出的電流 測得三個HF電流信號，而且從感測出的電流測得電力頻率信號。示例性的HF CT 50,51,52 感測di/dt，并且它們的輸出在有限時段上被積分以獲得電流信號。三個示例性的HF CT被 用于使期望頻率范圍內(nèi)的輸出優(yōu)化，以避免HF CT的輸出的大幅放大。HF CT 50、51、52的輸出分別由示例性的窄帶濾波器54、55、56輸入。第一(Π) 濾波器54的第一頻率范圍的非限制性示例為約80kHz+/-10kHz (中心頻率與帶寬的比率 (Q)約為8)；第二(f2)濾波器55的第二頻率范圍的非限制性示例為約600kHz+/-75kHz(Q 約為8)；以及最后一個(fn)濾波器56的最后一個頻率范圍的非限制性示例為約 1. 6MHz+/"200kHz (Q約為8)。優(yōu)選地，濾波器54、55、56的每個都具有大于約5的中心頻率 與帶寬的比率(Q)。對于HF電流信號的濾波器54、55、56允許檢測起電弧狀況，并將電弧故 障與和正常開關(guān)相關(guān)的正常起電弧狀況區(qū)分開來。濾波器54、55、56的輸出分別由峰值檢測器58、59、60以及由包絡(luò)檢測器62、63、 64輸入。峰值檢測器58、59、60的輸出由ADC 30的相應(yīng)輸入通道239、235、237輸入。包 絡(luò)檢測器62、63、64的輸出分別由比較器66、67、68的負(fù)輸入端輸入。這些比較器66、67、 68在它們的正輸入端使用各自的基準(zhǔn)值REFA、REFB、REFC。比較器66、67、68的輸出由線或 (wired-OR) 70輸入，還由μ P 32的計(jì)數(shù)器(TMR1)74輸入。比較器66、67、68的每個都包括 構(gòu)造成表明包絡(luò)檢測器62、63、64中相應(yīng)一個的輸出何時大于相應(yīng)的預(yù)定值(REFA、REFB, REFC)的輸出。線或70構(gòu)造成由比較器66、67、68各個的輸出提供邏輯或功能。計(jì)數(shù)器74 構(gòu)造成由線或70對從高到低事件(high-to-low occurrences)進(jìn)行計(jì)數(shù)。μ P32還包括如將所述的定時器(TMRO) 72。盡管示出的是三組HF CT 50、51、52，窄帶濾波器54、55、56，峰值檢測器58、59、 60，包絡(luò)檢測器62、63、64和比較器66、67、68，但是可采用任何適當(dāng)數(shù)量的這些組。在采用 多個(例如，兩個或更多個)這些組的情況下，相應(yīng)的帶通濾波器(例如，54、55、56中的兩 個或更多個)的多個高頻、較窄的帶完全分開并且不交迭。另外，高頻的多個較窄的帶需要 分開得足夠遠(yuǎn)，以使得它們不會重復(fù)信息以及提供由各電路中的電弧產(chǎn)生的高頻信息。由 相應(yīng)的ADC通道239、235、237輸入的高頻電流信號用于檢測電弧故障。多個頻帶被分得足 夠開以便基于高頻電流信號峰值檢測來捕獲由電弧產(chǎn)生的高頻信號。這考慮了由電弧產(chǎn)生 的高頻信號噪聲，同時消除了在特定頻帶中由負(fù)載(未示出，但電連接到示例性的端子12 和26)產(chǎn)生的信號噪聲，以及克服了由因電路中的具有容抗的負(fù)載如EMI濾波器(例如而
不限于，Corcom 濾波器)(未示出)導(dǎo)致的信號強(qiáng)度減弱所帶來的影響。濾波器54、55、56可覆蓋相應(yīng)的頻帶(范圍)，各個頻帶都具有不同的中心點(diǎn)，大 于或等于約IOkHz并且小于或等于約20kHz。相應(yīng)高頻的這些較窄的帶通濾波器54、55、56 的輸出(如通過相應(yīng)的包絡(luò)檢測器62、63、64檢測出的那樣)由線或70進(jìn)行求“或”。第一 包絡(luò)檢測器62與第一濾波器54協(xié)作以便從第一通帶位于第一預(yù)定幅值范圍(例如而不限 于，約2. 652V及更高；任意適當(dāng)?shù)闹?之內(nèi)檢測多個第一事件。第二包絡(luò)檢測器63與第二 濾波器55協(xié)作以便從第二通帶位于第二預(yù)定幅值范圍(例如而不限于，約2. 756V及更高； 任意適當(dāng)?shù)闹?之內(nèi)檢測多個第二事件。第三包絡(luò)檢測器64與第三濾波器56協(xié)作以便從 第三通帶位于第三預(yù)定幅值范圍(例如而不限于，約2. 756V及更高；任意適當(dāng)?shù)闹?之內(nèi) 檢測多個第三事件。脫扣機(jī)構(gòu)或脫扣單元如適當(dāng)?shù)拿摽垭娐?6與操作機(jī)構(gòu)6協(xié)作以脫扣打開三個示 例性極的可分離觸點(diǎn)4A、4B、4C。脫扣電路76包括yC 14，傳感器8A、8B、8C，HF CT 50、51、 52，濾波器54、55、56，峰值檢測器58、59、60，包絡(luò)檢測器62、63、64，比較器66、67、68，線或 70和脫扣螺線管42。參照圖2，程序100協(xié)調(diào)圖1A-1B的斷路器2的瞬時脫扣功能、高頻脫扣功能程序 34(圖3A-3C)、標(biāo)準(zhǔn)脫扣曲線功能和接地故障脫扣功能。程序100每個線路周期運(yùn)行至少 一次。首先，在102，μΡ 32(圖1Α)從ADC 30讀取從模擬感測電路24輸入的、來自傳感器 8A、8B、8C的三相電流信號(IA, Ib, Ic)。接下來，在104，判定三相電流信號之和(IA+IB+IC) 是否等于或適當(dāng)?shù)亟咏诹?，以便查?yàn)慣常的接地故障脫扣狀況。如果是這樣，則在106繼 續(xù)執(zhí)行過程。否則，通過產(chǎn)生經(jīng)μ C 14到達(dá)輸出端38并使SCR 40接通的脫扣信號36來 使斷路器2脫扣。在106，判定三相電流信號中的任一個(14或。或1。)是否大于額定電流 (Irated)的預(yù)定值(例如而不限于，15 ；13 ；任意適當(dāng)值)倍。如果是這樣，則在110斷路器 2以與在108所述相同的方式瞬時脫扣。另一方面，如果三相電流信號全部…與。與Ic) 都小于或等于額定電流(Irated)的預(yù)定值(例如而不限于，15 ；13 ；任意適當(dāng)值)倍，則， 在112，判定圖3A-3C的程序34的HF算法是否準(zhǔn)備好使斷路器2脫扣(例如，起電弧高頻 電流信號的持續(xù)時間是否比預(yù)定脫扣時間長)。如果是這樣，則在114斷路器2以與在108 所述相同的方式脫扣。如結(jié)合圖3A-3C和4將要討論的那樣，當(dāng)在106的檢驗(yàn)未被滿足時 程序34確定相應(yīng)的電弧故障脫扣時間。在那里，如果程序34的HF算法確認(rèn)了電弧故障， 則慣常的脫扣曲線119被取代，在這種情況下斷路器2根據(jù)在圖3C的252限定的電弧故障脫扣時間來脫扣。另一方面，如果圖3A-3C的程序34的HF算法未準(zhǔn)備好使斷路器2脫扣，則，在116， 判定是否三相電流信號全部(^與。與I。)都小于額定電流(Irated)的預(yù)定值(例如而 不限于，15 ；13 ；任意適當(dāng)值)倍并且還大于額定電流(Irated)。如果是這樣，則，在118，斷 路器視情況而定如通過考慮慣常的脫扣曲線所確定的那樣脫扣，如在圖4的119所示，該脫 扣曲線由時間和所感測的電流來限定。另一方面，如果116的檢驗(yàn)未被滿足，則，在120，程 序100退出。程序100優(yōu)選地用于實(shí)現(xiàn)或增強(qiáng)多個斷路器的“選擇性協(xié)調(diào)”。在這種選擇性協(xié)調(diào) 中，主路斷路器能夠保持閉合或短暫打開，以便在支路中發(fā)生故障事件的情況下幫助支路 斷路器中斷故障，以使得其它支路不受影響。否則，如果在主路斷路器和支路斷路器之間發(fā) 生故障，則主路斷路器應(yīng)立即脫扣。參照圖3A-3C，示出了高頻脫扣功能程序34。程序34每個線路半周期運(yùn)行八次。 當(dāng)在200開始后，在202，μ P 32(圖1A)從ADC 30讀取從峰值檢測器58、59、60輸入的HF 電流信號。為清楚起見，對于示例性的三相斷路器2，就一定數(shù)量(“η”)組的HF CT 50、 51、52，窄帶濾波器54、55、56和峰值檢測器58、59、60而言，這包括“3η”個HF電流信號。這 樣，如果“η”例如為三(不要與三相混淆)，則存在九個(3n = 3X3)HF電流信號。接下來，在204，例如利用低于相應(yīng)預(yù)定閾值(Tl(n))的HF電流信號的8點(diǎn)移動 平均值來獲取對于HF電流信號的噪聲基線(NBn)。此處，對于通過不同濾波器如54、55、56 的不同HF電流信號可存在不同的預(yù)定閾值(Tl⑴、T1 (2),...Tl (η))(例如而不限于，120、 100、80;任意適當(dāng)值)。如果一特定的HF電流信號高于相應(yīng)的預(yù)定閾值，則其被忽略。因 而，示例性的8點(diǎn)移動平均值是針對各個不同的HF電流信號、基于該HF電流信號的低于相 應(yīng)預(yù)定閾值的最近的八個樣本來確定的。例如，對于一個HF電流信號而言，該HF電流信號的前八個樣本全都低于相應(yīng)的預(yù) 定閾值，則相應(yīng)的基線為這些信號的平均值。例如，對于另一個HF電流信號而言，該HF電 流信號的前二十個樣本具有十二個高于相應(yīng)的預(yù)定閾值的樣本和八個低于相應(yīng)的預(yù)定閾 值的樣本，則相應(yīng)的基線為這八個樣本的平均值。例如，對于又一個HF電流信號而言，該HF 電流信號的前九個樣本具有一個高于相應(yīng)的預(yù)定閾值的樣本和八個低于相應(yīng)的預(yù)定閾值 的樣本，則相應(yīng)的基線為這八個樣本的平均值。接下來，在206，通過從各個HF電流信號中減去相應(yīng)的基線(NBn)來修正這些HF 電流信號。這調(diào)整了 HF電流信號，以除去基線噪聲。然后，在208，判定是否經(jīng)修正的HF電 流信號中的任一個都高于相應(yīng)的預(yù)定閾值(Tl (η))。如果是這樣，那么，在210，如果一脫扣 記錄(存儲段，bucket) (Y)(下面結(jié)合220討論)小于或等于零則電弧故障脫扣時間(下面 結(jié)合252討論)被重新設(shè)定。接下來，在212，對于在208高于相應(yīng)的預(yù)定閾值(Tl (η))的那 些HF電流信號，相應(yīng)頻率下的臨時記錄(Χ(η))被增大該相應(yīng)頻率下的相應(yīng)預(yù)定值(Cl (η)) (例如而不限于，15、10、5;任意適當(dāng)值)。然后，在214，變量Sample遞減。該變量在236被 初始化為“N-1”，其中，例如而不限于，對于每個半周期八個示例性樣本而言，N = 8。接下 來，在216，如果遞減后的變量Sample等于零，則在218繼續(xù)執(zhí)行過程。在218，判定臨時記錄值(X(n))的預(yù)定函數(shù)(F2(fn))是否滿足預(yù)定閾值(T2)(例 如而不限于，零；任意適當(dāng)值)。作為一個非限制性示例，F(xiàn)2 = X(I) *X⑵…*X(n)>
13T2 = 0。這對于全部三個相重復(fù)進(jìn)行。如果該檢驗(yàn)得以滿足，則，在220，所有的臨時記錄的 值(Χ(η))都被加到脫扣記錄(Y)上。同樣，這對于全部三個相重復(fù)進(jìn)行。接下來，在222，判定是否滿足三個條件(i)圖IA的計(jì)數(shù)器74 (TMRl)在最近兩個 具有相同極性(正或負(fù))的半周期的值之差大于一；(ii)脫扣記錄(Y)大于預(yù)定值(T3) (例如而不限于，300;任意適當(dāng)值)；和(iii)電弧故障脫扣時間小于或等于零。如果該檢 驗(yàn)得以滿足，則在224斷路器2以上面結(jié)合圖2的步驟108所述的方式脫扣。接下來，在 225，脫扣記錄(Y)、各個臨時記錄值(X(n))和計(jì)數(shù)器74 (TMRl)(圖1A)全都被設(shè)定為零，并 且電弧故障脫扣時間被重新設(shè)定(如在252所討論的那樣)。此處，該重新設(shè)定將在斷路器 復(fù)位時進(jìn)行。如果在208的檢驗(yàn)未被滿足，則，在226，相應(yīng)頻率下的各個臨時記錄值(X(n))被 減小相應(yīng)頻率下的預(yù)定值(Si (η))(例如而不限于，5、10、15 ；任意適當(dāng)值)。此處，如果任意 臨時記錄值(Χ(η))都小于零，則其被設(shè)定為零。然后，在228，變量Sample遞減。接下來， 在230，如果遞減后的變量Sample等于零，則在232繼續(xù)執(zhí)行過程。在232，如果⑴脫扣記錄⑴小于或等于零；或者(ii)電弧故障脫扣時間小于或 等于零，則電弧故障脫扣時間被重新設(shè)定。否則，電弧故障脫扣時間被減小適當(dāng)?shù)念A(yù)定時間 (例如而不限于，8. 333mS/(N-I)，其中對于每個半周期8個樣本或中斷(interrupt)，N = 8，或者約1. 19mS ；任意適當(dāng)值)。然后，在234，各個臨時記錄值(X(n))和計(jì)數(shù)器74 (TMRl) (圖1A)全都被設(shè)定為零。接下來，在236，中斷被處理，以便處理來自前一半周期的數(shù)據(jù)，準(zhǔn) 備下一 TMRO中斷，并將變量Sample初始化為“N_l”。然后，在238，實(shí)現(xiàn)由定時器72 (TMRO) 限定的下一中斷。這被設(shè)定為適于在每個半周期提供示例性的八個樣本的時間段。在238 后，在202以下一中斷來繼續(xù)執(zhí)行過程。在該非限制性示例中，在大約過零處存在初始中 斷，后跟另7個中斷，形成總共8個中斷。如果在218檢驗(yàn)未被滿足，則，在240，脫扣記錄Y被減小預(yù)定值(S2)(例如而不限 于，8;任意適當(dāng)值)。此處，如果脫扣記錄Y將小于零，則其被設(shè)定為零。然后，在242，如果 電弧故障脫扣時間小于或等于零，則電弧故障脫扣時間被重新設(shè)定。否則，電弧故障脫扣時 間被減小適當(dāng)?shù)念A(yù)定時間(例如而不限于，8. 333mS/ (N-I)，其中對于每個半周期8個樣本， N = 8,或者約1. 19mS ；任意適當(dāng)值)。并行的(均等的，even)步驟244-248 (以虛線圖示出)不由程序34的固件執(zhí)行， 而是由包絡(luò)檢測器62、63、64，比較器66、67、68，線或70和圖IA的計(jì)數(shù)器74(TMRl)提供。 在244，確定與濾波器54、55、56對應(yīng)的各頻率下的各個高頻計(jì)數(shù)值Mn。然后，在246，確定 244的計(jì)數(shù)值的預(yù)定函數(shù)(F1 (M))(例如而不限于，F(xiàn)l = MfMjM3)。然后，在248，計(jì)數(shù)器74 遞增所述量Fl。并行的步驟250和252示出了電弧故障脫扣時間的確定。這些步驟按照需要針對 重新設(shè)定電弧故障脫扣時間的步驟210、232和/或242來執(zhí)行。在250，μ P 32從ADC 30 讀取從模擬感測電路24輸入的、來自傳感器8A、8B、8C的三相電流信號(IA，IB，Ic)。然后， 在252，電弧故障脫扣時間基于例如來自250的電流水平、額定電流和視情況而定的“選擇 性協(xié)調(diào)”被設(shè)定。作為一個非限制性示例，如果所有的電流信號(IA，IB，Ic)都小于額定電 流(Irated)的預(yù)定值(例如而不限于，15 ；13 ；任意適當(dāng)值)倍，則電弧故障脫扣時間被設(shè) 定為1000-60女I，其中I優(yōu)選地為三相RMS平均值?；蛘?，“I”可以例如是三相峰值平均值，三個三相電流(IA，IB，IC)中的任一個，或三個三相電流中的最大值。這便提供了圖4的 示例性工業(yè)電弧故障電路斷續(xù)器脫扣曲線121。該脫扣曲線121用于檢測在所感測的示例 性三相電流的多個不同值下的起電弧狀況。示例 1所公開的電路斷續(xù)器2可以例如是而不限于用于工業(yè)應(yīng)用的模制外殼斷路器 (MCCB)。示例 2對于單相系統(tǒng)，與三相系統(tǒng)的檢驗(yàn)三相電流失衡(在圖2的104)不同，進(jìn)行的是 慣常的檢驗(yàn)負(fù)載電流與負(fù)載中性電流之差是否與零大不相同(例如而不限于，任何適當(dāng)?shù)?設(shè)備保護(hù)接地故障脫扣水平；約30mA或更高)。示例 3對于所述一定數(shù)量的高頻電流信號中的每一個，存在一個窄帶濾波器(54、55或 56)、一個峰值檢測器(58、59或60)、一個包絡(luò)檢測器(62、63或64)和一個相應(yīng)的比較器 (66、67或68)。由于可存在一個或多個高頻電流信號，所以可存在任意多組窄帶濾波器、峰 值檢測器、包絡(luò)檢測器和相應(yīng)的比較器。示例 4對于每個高頻電流信號可存在一個高頻電流互感器(CT) (50,51,52)?；蛘?，一個 CT可用于多個不同的高頻電流信號。示例 5對于圖3A-3C和4的電弧故障脫扣時間的IOOms到1000ms的示例性范圍可以是 任何適當(dāng)?shù)姆秶?。只要該范圍不會引起亂真脫扣(誤脫扣，nuisance tripping)，則電弧故 障脫扣時間可盡量短。示例 6盡管公開的是MCCB，但可采用多種斷路器(例如而不限于，空氣斷路器(ACB)；電 力斷路器(PCB))。示例 7盡管圖IB示出了三個(η = 3)帶通濾波器54、55、56，但本發(fā)明可應(yīng)用于任何適 當(dāng)數(shù)量(η)的帶通濾波器。作為非限制性示例，如果η = 1，則單個帶通濾波器的頻率(fl) 為:100kHz < fl < IMHz ；如果η = 2，則兩個帶通濾波器的頻率(fl和f2)為80kHz < fl < 300kHz，和700kHz < f2 < IMHz ；而如果η = 3，則三個帶通濾波器的頻率(fl、f2和f3) 為80kHz < fl < 300kHz,400kHz < f2 < 600kHz，和 700kHz < f3 < 2MHz。示例 8對于η = 1，單個頻率(fl)應(yīng)當(dāng)能夠?yàn)闄z測電弧故障提供恰當(dāng)?shù)闹甘径皇闺娯?fù) 載產(chǎn)生亂真脫扣。在兩個頻率(η = 2)的情況下，Π和f2兩者處的信號被用于利用“或” 功能使斷路器2脫扣。如果η = 1，則將只依靠Π處的信號來使斷路器2脫扣。示例 9對于η = 3，可采用頻率(fl、f2和f3)的三個適當(dāng)?shù)姆秶?。作為另一個非限制性 示例，IOkHz < Π < 80kHz,800kHz < f2 < IMHz，以及 1. 9MHz < f3 < 2MHz。示例 10
圖1A-1B的示例性脫扣電路76可與已有的電子脫扣單元結(jié)合，利用這種電子脫扣 單元的電流互感器來進(jìn)行高頻電流感測。盡管公開的是可分離觸點(diǎn)4A、4B、4C，但是也可采用適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)可分離觸點(diǎn)。例如， 所公開的斷路器2包括適當(dāng)?shù)碾娐窋嗬m(xù)器機(jī)構(gòu)，如通過操作機(jī)構(gòu)6打開和閉合的可分離觸 點(diǎn)4A、4B、4C，但本發(fā)明可應(yīng)用于多種電路中斷機(jī)構(gòu)(例如而不限于，固態(tài)或FET開關(guān)；接觸 器觸點(diǎn))和/或基于固態(tài)的控制/保護(hù)裝置(例如而不限于，驅(qū)動裝置；平穩(wěn)起動器)。盡管已詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到可根據(jù)本公 開的全部教導(dǎo)作出對這些細(xì)節(jié)的各種變型和替換。因此，所公開的特定配置僅僅是例述性 的而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其任何和所有等同物的完整范 圍給定。
1權(quán)利要求
一種電路斷續(xù)器(2)，包括一定數(shù)量的極，所述一定數(shù)量的極中的每個都包括一對可分離觸點(diǎn)(4A，4B，4C)；操作機(jī)構(gòu)(6)，所述操作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成針對所述一定數(shù)量的極打開和閉合所述一對可分離觸點(diǎn)；和脫扣機(jī)構(gòu)(76)，所述脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以脫扣打開所述一定數(shù)量的極，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括處理器(14)并且還針對所述一定數(shù)量的極中的每個包括第一電流傳感器(8A，8B，8C)，所述第一電流傳感器構(gòu)造成感測流過所述一定數(shù)量的極中相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流；一定數(shù)量的第二電流傳感器(50，51，52)，所述一定數(shù)量的第二電流傳感器構(gòu)造成由流過所述一定數(shù)量的極中所述相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流感測一定數(shù)量的高頻電流信號；一定數(shù)量的帶通濾波器(54，55，56)，所述一定數(shù)量的帶通濾波器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的高頻電流信號之一；一定數(shù)量的峰值檢測器(58，59，60)，所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出；和一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器(62，63，64)，所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中的每個都包括輸入和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出；其中所述處理器構(gòu)造成對所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中各個的輸出超過第一預(yù)定值(REFA，REFB，REFC)的事件的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)(74)；維持與所述一定數(shù)量的峰值檢測器中各個的輸出對應(yīng)的一定數(shù)量的臨時值(X(n))(212，226)；將電弧故障脫扣時間針對所述一定數(shù)量的極確定為流過所述一對可分離觸點(diǎn)的、所感測到的電流的函數(shù)(252)；判定是否所述一定數(shù)量的峰值檢測器中任一個的輸出都大于第二預(yù)定值(T1(n))(208)，并且如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增大第三預(yù)定值(C1(n))(212)，而如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值減小第四預(yù)定值(S1(n))(226)；判定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值(T2)(218)，并且如果是這樣，則針對所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個，將所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值加到累加器(Y)中(220)，而如果不是這樣，則使所述累加器減小第六預(yù)定值(S2)(240)；并且如果(a)與半周期中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半周期中具有相同極性的前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加器大于第七預(yù)定值(T3)，且(c)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述一定數(shù)量的極(222，224)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成，如果 (1) (a)所述差不是至少為二，或所述累加器不大于所述第七預(yù)定值，或未達(dá)到所述電弧故 障脫扣時間，且(b)所述累加器小于或等于第八預(yù)定值；或者(2) (a)所述差不是至少為二，或所述累加器不大于所述第七預(yù)定值，且(b)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則重新設(shè)定 所述電弧故障脫扣時間(222，232)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成重新設(shè)定 與所述半周期中所述當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值(234)并重新設(shè)定所述一定數(shù)量 的臨時值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，流過所述一定數(shù)量的極中所 述相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流是包括多個半周期的交流電流；所述處理器 還構(gòu)造成針對所述半周期中的每個輸入所述一定數(shù)量的高頻電流信號中每個的多個樣本 (202)；并且所述處理器還構(gòu)造成，在針對所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個判定所述一 定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值是否大于所述第五預(yù)定值(218)之前，收集全部 的所述樣本(214，216，202)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，流過所述一定數(shù)量的極中所述 相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的電流是包括多個半周期的交流電流；并且所述處理器 還構(gòu)造成針對所述半周期中的每個輸入所述一定數(shù)量的高頻電流信號中每個的八個樣本 (202)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述電路斷續(xù)器包括額定電 流；并且所述處理器還構(gòu)造成將所述電弧故障脫扣時間確定為流過所述一定數(shù)量的極中至 少一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的所感測電流(I)的函數(shù)(252)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，當(dāng)流過所述一定數(shù)量的極中所 述至少一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的所感測電流小于所述額定電流的第九預(yù)定值倍時 所述所感測電流的函數(shù)被所述處理器采用；并且所述電弧故障脫扣時間等于第十預(yù)定值減 去流過所述一定數(shù)量的極中至少一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)的所感測電流的第十一預(yù) 定值倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述電路斷續(xù)器具有額定電 流；并且所述處理器還構(gòu)造成，如果流過所述一定數(shù)量的極中任一個極的所述一對可分離 觸點(diǎn)的所感測電流大于所述額定電流的第八預(yù)定值倍，則使所述脫扣機(jī)構(gòu)脫扣打開所述一 定數(shù)量的極(106，110)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成，在流過 所述一定數(shù)量的極中所有極的所述一對可分離觸點(diǎn)的所感測電流小于或等于所述額定電 流的第九預(yù)定值倍時確定所述電弧故障脫扣時間(112，252)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成響應(yīng)于 (a)由時間和所述所感測電流限定的脫扣曲線(119)和(b)接地故障脫扣狀況中的至少一 者來使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述一定數(shù)量的極(104，106)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成，在流 過所述一定數(shù)量的極中所有極的所述一對可分離觸點(diǎn)的所述所感測電流都小于所述額定 電流的所述第八預(yù)定值倍時并且在流過所述一定數(shù)量的極中所有極的所述一對可分離觸 點(diǎn)的所述所感測電流都大于所述額定電流時，考慮所述脫扣曲線(116)。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成檢測在 流過所述一定數(shù)量的極之一的所述一對可分離觸點(diǎn)的所感測電流的多個不同值下的起電弧狀況(121，112)，所述不同值在所述額定電流的約零倍至約十五倍的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述電路斷續(xù)器是工業(yè)電弧 故障電路斷續(xù)器(2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成調(diào)節(jié)所 述一定數(shù)量的高頻電流信號以除去基線噪聲(204，206)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述處理器還構(gòu)造成由所述 一定數(shù)量的高頻電流信號的低于所述第二預(yù)定值的多個樣本的移動平均值確定所述基線 噪聲(204)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，在所述第一電流傳感器和所 述一定數(shù)量的極中所述相應(yīng)一個極的所述一對可分離觸點(diǎn)之間電連接有高頻隔離器(48A， 48B，48C)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述一定數(shù)量的第二電流傳 感器是多個高頻電流互感器(50，51，52)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述一定數(shù)量的帶通濾波 器中的每個都包括具有中心點(diǎn)的頻帶，所述中心點(diǎn)大于或等于約IOkHz并且小于或等于約 20MHz。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述一定數(shù)量的高頻電流信 號是多個高頻電流信號；所述一定數(shù)量的帶通濾波器是多個帶通濾波器(54，55，56)；所述 一定數(shù)量的峰值檢測器是多個峰值檢測器(58，59，60)；所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器是多 個包絡(luò)檢測器(62，63，64)；所述處理器包括多個比較器(66，67，68)、一或功能(70)和一計(jì) 數(shù)器(74)，所述一定數(shù)量的比較器中的每個都包括構(gòu)造成表明所述包絡(luò)檢測器中相應(yīng)一個 包絡(luò)檢測器的輸出何時大于所述第一預(yù)定值的輸出，所述或功能包括構(gòu)造成由各個所述比 較器的輸出提供邏輯或的輸出，所述計(jì)數(shù)器構(gòu)造成由所述或功能的輸出對事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路斷續(xù)器(2)，其特征在于，所述脫扣機(jī)構(gòu)是脫扣單元 (76)。
21.一種檢測起電弧狀況的方法，所述方法包括 感測流過電力電路的電流(8A，8B，8C)；由所述電流的流動感測一定數(shù)量的高頻電流信號(50，51，52)； 對所述一定數(shù)量的高頻電流信號中的每個進(jìn)行帶通濾波(54，55，56)并提供一定數(shù)量 的相應(yīng)的帶通濾波信號；由所述一定數(shù)量的相應(yīng)的帶通濾波信號檢測一定數(shù)量的峰值信號(58，59，60)； 由所述一定數(shù)量的相應(yīng)的帶通濾波信號檢測一定數(shù)量的包絡(luò)(62，63，64)； 對所述一定數(shù)量的包絡(luò)超過第一預(yù)定值(REFA，REFB, REFC)的事件的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù) (74)；維持與所述一定數(shù)量的峰值信號對應(yīng)的一定數(shù)量的臨時值(Χ(η)) (212，226)； 將電弧故障脫扣時間確定為所述所感測到的電流的流動的函數(shù)(252)； 判定是否所述一定數(shù)量的峰值信號中的任一個都大于第二預(yù)定值(Tl (η)) (208)，并 且如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增大第三預(yù)定值 (Cl (η)) (212)，而如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨時值減小第四預(yù)定值(Sl(n)) (226)；判定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值(T2) (218)，并且如果是 這樣，則將所述一定數(shù)量的臨時值加到累加器(Y)中(220)，而如果不是這樣，則使所述累 加器減小第六預(yù)定值(S2) (240)；并且如果(a)與半周期中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半 周期中具有相同極性的前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加 器大于第七預(yù)定值(T3)，且(c)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則脫扣打開所述電力電路 (222,224)。
22. —種電路斷續(xù)器(2)，包括 可分離觸點(diǎn)(4A，4B，4C)；操作機(jī)構(gòu)(6)，所述操作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成打開和閉合所述可分離觸點(diǎn)；和 脫扣機(jī)構(gòu)(76)，所述脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)，所述 脫扣機(jī)構(gòu)包括 處理器(14)；第一電流傳感器(8A，8B，8C)，所述第一電流傳感器構(gòu)造成感測流過所述可分離觸點(diǎn)的 電流；一定數(shù)量的第二電流傳感器(50，51，52)，所述一定數(shù)量的第二電流傳感器構(gòu)造成由流 過所述可分離觸點(diǎn)的電流感測一定數(shù)量的高頻電流信號；一定數(shù)量的帶通濾波器(54，55，56)，所述一定數(shù)量的帶通濾波器中的每個都包括輸入 和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的高頻電流信號之一；一定數(shù)量的峰值檢測器(58，59，60)，所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個都包括輸入 和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出；和一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器(62，63，64)，所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中的每個都包括輸入 和輸出，所述輸入接收所述一定數(shù)量的帶通濾波器中相應(yīng)一個帶通濾波器的輸出； 其中所述處理器構(gòu)造成對所述一定數(shù)量的包絡(luò)檢測器中各個的輸出超過第一預(yù)定值(REFA，REFB, REFC)的事 件的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)(74)；維持與所述一定數(shù)量的峰值檢測器中各個的輸出對應(yīng)的一定數(shù)量的臨時值(X(n)) (212,226)；將電弧故障脫扣時間針對所述一定數(shù)量的極確定為流過所述一對可分離觸點(diǎn)的、所感 測到的電流的函數(shù)(252)；判定是否所述一定數(shù)量的峰值檢測器中任一個的輸出都大于第二預(yù)定值(Tl (η)) (208)，并且如果是這樣，則響應(yīng)地使所述一定數(shù)量的臨時值中相應(yīng)的一個臨時值增大第三 預(yù)定值(Cl (η)) (212)，而如果不是這樣，則使所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng)的一個臨 時值減小第四預(yù)定值(Sl(n)) (226)；判定所述一定數(shù)量的臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五預(yù)定值(Τ2) (218)，并且如果是 這樣，則針對所述一定數(shù)量的峰值檢測器中的每個，將所述一定數(shù)量的臨時值中所述相應(yīng) 的一個臨時值加到累加器(Y)中(220)，而如果不是這樣，則使所述累加器減小第六預(yù)定值 (S2) (240)；并且如果(a)與半周期中具有一極性的當(dāng)前一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值和與所述半周 期中具有相同極性的前 一個半周期對應(yīng)的所述計(jì)數(shù)值之間的差至少為二，(b)所述累加器 大于第七預(yù)定值(T3)，且(c)達(dá)到了所述電弧故障脫扣時間，則使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開 所述可分離觸點(diǎn)(222，224)。
全文摘要
一種檢測起電弧狀況的方法包括感測電流及由其感測HF信號；對HF信號進(jìn)行帶通濾波并提供濾波信號；由濾波信號檢測峰值信號和包絡(luò)；對包絡(luò)超過第一值的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)；維持與峰值信號對應(yīng)的臨時值；將脫扣時間確定為電流的函數(shù)；判定是否任一個峰值信號都大于第二值，并且如果是這樣則響應(yīng)地增大臨時值，否則減小臨時值；判定臨時值的預(yù)定函數(shù)是否大于第五值，并且如果是這樣則將臨時值加到累加器中，否則使累加器減??；并且如果當(dāng)前一個半周期和具有相同極性的前一個半周期的所述事件之間的差至少為二，累加器大于第七值，且達(dá)到了脫扣時間，則脫扣打開電力電路。
文檔編號H02H1/00GK101939888SQ200880126500
公開日2011年1月5日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者D·J·卡羅蘭, W·E·貝蒂, X·周 申請人:伊頓公司