[发明专利]工业电弧故障电路断续器和检测起电弧状况的方法

说明书

技术领域

本发明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。本发明还涉及检测起电弧状况(arcing conditions)的方法。

背景技术

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。

发明内容

这些及其它需求由本发明的实施例来满足，本发明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。