[发明专利]利用电流变化检测电弧的方法和装置

说明书

本发明涉及电路保护技术，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。    

本发明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。

本发明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。

本发明提供了一种有效的电弧检测。本发明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。本发明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。

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是本发明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。