[发明专利]使用在插座处的开关元件检测电弧故障的方法

说明书

一种检测在分支布线中的电弧故障的系统以及方法。该系统包括线路导体和中性导体。断路器经由线路导体和中性导体连接到交流电源。电源插座器件经由线路导体和中性导体耦合到断路器。电源插座器件中的每一个具有在线路导体和中性导体之间耦合的中性短路开关元件，和在线路导体中的负载控制开关元件。电源插座器件每一个还包括控制开关元件的插座控制器。插座控制器闭合中性短路开关元件以及主控制器，确定是否存在高阻抗以检测串联电弧故障。插座控制器断开负载控制开关元件以及主控制器确定是否有任何电流在线路导体中流动以检测并联电弧故障。

技术领域

本公开一般地涉及电气系统中的故障检测，以及更具体地涉及在分支布线上通过在插座处的开关元件进行的电弧故障检测。

背景

电源插座经由具有连接到线路导体、中性导体和接地的触头的三插座连接器分配功率。传统的断路器通过检测来自连接到分支布线的下游电源插座的过电流来保护免受电流浪涌或短路。当电流浪涌或短路被检测到时，断路器经由跳闸机构中断功率。传统断路器无法检测其它故障，如可能发生在插座或到插座的布线中的、构成安全危害的电弧故障。因此，出于与电力分配有关的安全原因，需要各种其它故障检测和保护器件。例如，接地故障电路断续器(GFCI)插座已经是标准所需的设备数年了。这样的器件保护免受地面线路上发生的故障。额外的保护被期望用于其它类型的故障，如发生在线路和中性导体上的电弧故障。例如，出于安全原因，需要电弧故障检测以在插座中的电弧故障电路断续器(AFCI)器件的形式进行电弧故障检测。这样的器件检测在线路和中性导体上的电流电弧故障并在这种电弧可能导致电气火灾之前切断功率。这种AFCI保护的插座提供防止电弧的保护，从而降低电气火灾的风险。AFCI器件必须分析电弧以确定电弧是否是电源插座的常规使用(如接通负载器件)的结果，或者电弧是否是可能威胁到造成火灾的故障。

当前的AFCI器件通过运行基于复杂概率的算法执行电弧故障检测来检测被检测到的电弧事件是否构成了在来自AFCI器件的下游分支布线中的串联电弧故障或并联电弧故障。存在基于一些非概率(阻抗)的电弧故障检测算法方法，其需要对在存储器中的处于非故障状态的电路和负载进行完整的校准以用于与在AFCI器件操作期间感测到的值进行比较。算法根据校准值检测任何偏差，以确定电弧故障是否存在。在用基于概率的算法的情况下，由负载不兼容引起的不期望的跳闸是一个问题，因为这样的负载可能落在校准值之外，但可能不是电弧故障。然后需要激烈的故障排除以确定跳闸是否是由于实际的电弧故障或负载不兼容性。

概述

因此，有需要一种AFCI器件，其用阻抗测量来检测电弧状态从而省去了对于基于概率的算法和在分支布线中的实际故障和潜在的负载不兼容性之间的相关联的故障排除的需要。还进一步需要一种用于使用阻抗测量而不需要完整的电路校准的电弧检测的系统。也需要一种AFCI系统，其允许用户检测串联故障的特定位置。也需要一种AFCI系统，其允许用户检测并联电弧故障。

根据本公开的实施方式包括以下内容：

1)一种检测分支电弧故障的电源插座器件，包括：

线路导体；

中性导体，所述线路导体和所述中性导体提供电力给连接到所述电源插座器件的负载，

中性短路开关元件，所述中性短路开关元件耦合在所述线路导体和所述中性导体之间且具有断开位置和闭合位置，所述闭合位置将所述线路导体耦合至所述中性导体；

负载控制开关元件，所述负载控制开关元件在所述线路导体中，所述负载控制开关元件具有用于控制电流通过所述线路导体的断开位置和闭合位置，其中，所述中性短路开关元件处于所述断开位置且所述负载控制开关元件处于所述闭合位置，以提供来自所述线路导体的功率；以及

插座控制器，所述插座控制器耦合到所述开关元件，所述插座控制器断开所述负载控制开关元件，供所述电源插座器件上游的电流传感器来确定电流是否存在于所述线路导体上来检测并联电弧故障。