[发明专利]用于检测电路中电弧故障的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测电路尤其是光电系统内的电弧故障的方法。本发明还涉及电弧故障检测系统和包括相应检测系统的光电系统。

背景技术

电路，尤其是例如在光电系统或提供离网电源的系统中伴随高电压和高电流工作的DC（直流）电路，易于形成电弧。电弧可以例如在具有高电流载荷的电线在维修期间断开时或者在内连接处的触头退化的情况下发生。电弧故障，即电弧在电路中形成的其他可能途径是电线的腐蚀钎焊接头或裂开的绝缘器。电弧在光电系统中是最普遍的着火原因。这也反映在用于例如由2011年实施的美国国家电器规程（NEC）690.11规定的光电系统的电弧故障保护的要求中。

因此，可靠的电弧故障检测方法和系统至关重要。一方面，为了安全原因，电弧故障的存在必须尽可能可靠的进行检测。另一方面，尤其是如果电弧故障的错误检测可能导致光学系统在没有自动重新启动光学系统的选择的情况下关闭时，假定的电弧故障的错误指示的可能性应尽可能地低，例如在前面提及的NEC690.11规程中规定的。

电弧通常发射RF（射频）频率范围中的宽带AC（交流）信号。基于检测电路中的相符射频信号的电弧故障的检测系统被良好地建立并且例如在文献WO 95/25374中公开。经由RF频率范围中的电流信号与电弧故障检测相关的问题是干扰RF信号可能存在于电路中，被误认为和错误地确定为电弧故障，这通常导致错误报警情况。干扰信号的可能源为例如RF射频发射器、通过的电气列车或有轨电车、带有不充分电磁护罩或干扰抑制的电气或电子装置或相邻电力系统中的电弧。在下面，除了在相应电力系统中的电弧故障以外的所有可能RF源在下文中称作“干扰发射器”。

为了提高检测可靠性，文献US 7,633,727B2公开了一种电弧故障检测系统，该系统包括在不同频率下操作的两个窄带带通滤波器。电弧故障被确定为仅仅在射频信号在两个带通滤波器的频率带上观察时存在。然而，在干扰信号示出频谱与电弧的典型频谱宽度相同的情况下，该干扰信号不能与由电弧故障引起的信号区别开。

因此，期望的是形成用于检测电路中电弧故障的稳固和可靠的方法和系统。还期望的是描述具有相应检测系统的光电系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，检测电路中电弧故障的方法包括下面步骤：确定与电路中流动的电流相关的第一信号。第一信号被分析以确定第一信号是否指示电路中存在电弧故障。在第一信号指示电路中存在电弧故障的情况下，用于抑制电弧的器件被致动。然后，与电路中流动的电流相关的第二信号被确定和分析。如果第二信号不指示电弧的存在，则发出电路中出现电弧故障的信号。

测试是否致动用于抑制电弧的器件的这种方式影响指示电弧故障存在的信号。仅仅在该测试的输出为正时，被观察的信号很可能来源于电弧并发出电弧故障信号。假设来源于干扰发射器的信号不受用于抑制电弧的器件的影响，测试的负结果指示除了电弧以外的干扰发射器是被观察到的信号的源。因此，该方法提供了在电弧和干扰发射器之间进行区分的可能性。电弧故障被更可靠地检测并且错误报警情况可以被相应地阻止。

在方法的优选实施例中，分析第一信号和/或第二信号的步骤包括确定是否AC分量存在于信号中，并且信号中AC分量的存在被认为是电弧的存在的指示。这样，基于电路中AC信号的观察的电弧检测技术可以在本发明方法中使用。还优选的是致动用于抑制电弧的器件不排除交流可以在电路中流动。这就允许在电弧和干扰发射器之间进行区分。

在该方法的又一优选实施例中，致动用于抑制电弧的器件的步骤包括短路开关和/或断路器的操作。短路开关和断路器是用于抑制电弧的可靠和不昂贵的器件。

在该方法的又一优选实施例中，用于抑制电弧的器件在对电弧故障的出现发出信号之后被保持致动。这样，例如根据NEC690.11的安全测量被满足。

在该方法的再一优选实施例中，在第二信号仍旧指示电弧存在的情况下，分析信号的程序被优化成使得实际信号不再被认为用于电弧存在的指示。如果第二信号仍旧指示电弧的存在，则干扰发射器非常可能是被观察信号的源。然后，该知识可以被利用来使例如通过改变程序的参数而使分析信号的程序最优化，从而不再有信号被观察到，即干扰信号被抑制并且不被作为电弧故障的指示。