[发明专利]自动测试断路器接地故障和溅射电弧的跳闸单元

说明书

本发明涉及断路器的电子跳闸单元，更具体说，涉及的跳闸单元能对接地故障和溅射电弧故障（sputtering  arc  fault）作出响应，并配有测试回路以全面测试这些功能。

传统的住宅和照明工业及商业用断路器有一热跳闸装置，能响应中等幅值的永久性过电流，提供延时跳闸，还有一磁性跳闸装置，能瞬时响应大幅值的过电流。因而，故障电流必须达到预定的幅值，例如10倍额定电流，才能发生瞬时跳闸，或者故障电流在一个给定时间段中维持预定的平均值才能完成延时跳闸。

最近，在这一类断路器中加入接地故障跳闸单元已经变为很普通了。接地故障跳闸单元检测线路导体与地之间和中性导体与地之间的故障。通常用环型线圈开关的差动变压器来检测线路对地故障。线路及中性导体都穿过该线圈，所以，当不存在线路对地故障时，电流相等且方向相反，在次级线圈中不会产生信号。线路对地故障使两个导体中的电流有相当大的不平衡，它可以进行电平检测。规程要求中性导体在断路器附近接地。这样一来，被保护系统中的中性线对地故障使中性导体和地之间形成闭环。典型地，检测中性线对地故障是向中性导体注入一个信号，如果通过由中性线对地故障所形成的回路提供反馈，就会产生振荡。

普通型的接地故障检测器是一个休止（dormant）的振荡回路。这一接地故障电路包括两个传感线圈。第一个作为差动变压器，用来检测线路对地故障。中性线对地故障使两个线圈耦合，提供反馈，使运算放大器振荡。

接地故障断路器通常配有测试电路，用来测试电路中线路对地故障部分。典型地，它包括一条测试线，穿过差动变压器的线圈，并且可以通过开关有选择地跨接在线路和中性导体上。就我们所知，目前尚无用来测试中性线对地故障的电路。

最近已经关注电气系统的溅射电弧故障（sputtering  arc  fault）保护。当裸导线或剥皮导线接触时会产生溅射电弧故障。这种故障造成的电流产生磁推斥力，使导体分开，因此触发电弧。当电流过零时电弧熄灭。机械或静电力使导体又回来相接触，这样的循环不断重复。由这类故障所引起的电弧可以熔化导体的铜，特别是例如延伸芯线的多股绞线导体中的铜，它会点燃周围的材料。虽然这类故障会造成火灾，但电流通常不高，用热或磁性跳闸装置不能检测出来。

美国专利No.5，224，006公开了一种带有电子跳闸单元的断路器，能对溅射电弧故障作出响应。这一跳闸单元的根据是辨识由溅射电弧故障产生的阶跃电流波形不同于由闪电故障和过负荷电流产生的正弦波形。因而，跳闸单元产生一个有限带宽的di/dt信号，它进行电平检测，使得电流峰值低于热或磁性跳闸装置的起动值的溅射电弧故障也能使断路器跳闸。

专利No.5，224，006的溅射电弧故障检测器利用休止的振荡器接地故障检测器的传感线圈来产生di/dt信号，该检测器为中性线对地故障检测提供反馈。

1993年2月26日提交的名为“响应由溅射电弧故障产生的重复性涌流的断路器”的专利申请号为023，435，申请人为Raymond  W.Mackenzie和Joseph  C.Engel的申请强调的问题是：特征为快速连接通到由溅射电弧故障所产生的高值电流的电弧波形也可以由于其它一些电器或电器组同时接通产生。当由这些电器所产生的涌流幅值不如由溅射电弧故障所产生的电流那样大时，通过适当的整定电平检测器便可以避免误跳闸，后一专利申请提供对溅射电弧故障与电器涌流的判别是分辨后者为一次性事件，两溅射电弧故障产生和切断为重复性的。相对应地，这一专利申请计算在一个给定时间间隔中di/dt信号超过阈值的次数。

在以上专利申请中所叙述的跳闸单元均包括了前面所述的测试回路，它仅能测试线路对地跳闸功能，这些跳闸单元并不测试中性线对地检测器或溅射电弧检测器。

电子跳闸单元需要改进，使它对包括中性线对地故障在内的各种接地故障以及测试溅射电弧故障检测器提供全面测试。本发明能满足该需要及其它需要。

本发明自动测试跳闸单元提供对中性线对地故障检测功能的测试，以及对线路对地故障检测功能的测试。此外，本发明中的自动测试跳闸单元还提供了本跳闸单元对溅射电弧检测功能的测试。因此，电子跳闸单元的全部跳闸功能均被测试。