[发明专利]具有起火电弧防止的电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有起火电弧防止的电路，特别是但不是专有地供本质安全的以太网系统使用。

背景技术

传统的本质安全的电气系统，以及至到新产生的电弧检测系统，使用两根导线传输电力和信号，并且为了能量限制和故障检测只使用这两根导线。

以KEVIN M HUCZKO名义的US 5982594公开了一种只使用两根导线传输电力的本质安全的电源单元。直接输出消弧电路和分立阻抗元件用来消散和限制在电源单元中否则会引起外部故障的能量，并且自适应切断电路区分包括来自外部故障的负载变化的额定负载条件。

以PEPPERL AND FUCHS名义的WO 2006/003445公开了一种使用两根导线传输电力和信号的电路。在这种情况下，起火电弧防止装置借助于电抗器装置监视电路，并且如果具有引起起火电弧的可能性的短路、或具有特征在于传播非起火电弧的电流和/或电压模式的事件发生在电路中，则检测电抗器装置的电抗，并且把电源与事件完全或部分地隔离，从而不能发生起火电弧。

在这两个文献中，电路都不能适当地分辨在负载中断、与电弧或电缆故障之间的差别，并因此没有对于没有任何负载变化校正电子装置的负载变化作出反应。因此，关于已知布置的根本问题是，要么系统响应负载变化并切断，要么必须采用复杂的电子电路以校正负载变化中断。

另外，这些已知的故障检测系统仅在具有低电压或电流的电路中才是实用的。具体地说，两导线系统的灵敏度必须被调节以适合绝对测量，并且电源电压和/或负载电流越大，并且负载分级变化越大，这样一种布置变得越无效。例如，在一或两安培下，灵敏度必须增大到其中电弧检测变为无效的点。

此外，用于静态电缆故障的电缆探测对于较高电压和/或较大电流变得更困难。这样的探测仅对于隔离的负载是有效的，所以探测实际上在稳定状态下有效，并且不受电容性负载和/或传感元件作用的影响。

另外的问题在于负载连接的点，在该点至全功率的转变呈现无助于故障检测和/或电弧防止的恒定电流特性。基本上，已知电缆探针没有考虑到负载，因为负载可能被误解为电缆故障。此外，矩形电流限制对于由某些负载引起的涌入电流也不利地反应，借此过渡阶段对于起火故障可能不敏感。

然而，随着以太网、和类似有线系统的引入，电缆现在可包含至少四个芯并且典型地八个芯。这些电缆的四根通常为电力分配，使用包括幻路电力或分立电力的两种技术。图1表明用于以太网电缆的电缆布置。第一双扭对电缆传输信号，第二和第三双扭对是电力电缆，并且第四双扭对电缆接收信号。电力电缆的每一对各自包括负电缆和正电缆。图1也指示，为了较高传输速度，把电缆长度限制到大约一百二十米。

图2a至2d表明在以太电缆中的电力线如何能以不同组合布置以把较大量的电力传输到装置。在图2a中，电力线布置成串联耦合以增大电压。在图2b中，电力线布置成并联耦合以增大电流。在图2c中，电力线以交流供电型式布置，并且在图2d中，电力线布置成实现幻路电力。当然，有以上的多种变化，但在每一种情况下，所有可用线的利用允许比仅用单对电缆大的电力传送。

然而，多芯电缆的这种使用通常不支持用在包含易燃气体或液体的危险区域中的本质安全电路。(例如，以JOHANNSMEYER等的名义的WO 2004/032302公开了一种电路，在该电路中，连续中断用来实现本质安全性。尽管这种技术可用于以太网电力电缆，但会产生与投射到极邻近的剩余信号线或任何其它线上的调制交扰、或干扰相关的问题。这样，这种手段对于以太网电缆不可行。)

发明内容

本发明是要克服一些上述问题。

因此，根据本发明，一种电路包括电源、负载、在电源与负载之间的第一对并联正电缆、在负载与电源之间的第一对并联负电缆、及起火电弧防止装置，在该电路中，起火电弧防止装置包括适于监视第一对正电缆和第一对负电缆、并检测第一对正电缆之一中的电流和/或电压是否偏离另一个、和第一对负电缆之一中的电流和/或电压是否偏离另一个的监视装置，并且在该电路中，起火电弧防止装置包括适于如果监视装置检测到第一对正电缆之一的电流和/或电压已经偏离另一个、或如果第一对负电缆之一的电流和/或电压已经偏离另一个则把电源与第一对正电缆和第一对负电缆完全或部分地隔离的控制装置。

因此，本发明的电路利用四根电缆，不仅用于电力分配，而且也分辨在负载附加或变化与具有是起火电弧的可能性的故障之间的差别。负载附加或变化将以相同方式影响一对的两根电缆，而故障将不会被忽略，并因此可忽略负载影响，并只考虑电缆故障。