[发明专利]用于保护断路器中电流感测设备的被动故障监测的装置和方法

说明书

提供了用于被动地监测保护设备中电流感测设备和相关联的电路的完整性的装置和方法，例如接地故障断路器和电弧故障断路器。保护断路器采用通过相对于罗氏线圈布置线路侧臂中的一个或两个而获得的电容耦合噪音信号。在保护断路器的线路侧和负载侧断开时监测噪音信号，如果噪音信号无法与参考信号周期充分相关联，则使线路侧和负载侧的连接无效。当线路侧和负载侧连接时，监测观察到的电流信号的RMS值，使得如果观察到的电流信号无法符合RMS阈值，则断开线路侧和负载侧。否则，通过在监测适用于保护设备的故障情况之前减去参考噪音周期，补偿观察到的电流信号。

技术领域

本发明涉及被动地监测保护断路器中电流感测设备和相关联的电路的完整性的方法和装置。

背景技术

电弧故障断路(AFCI)和接地故障断路(GFCI)是保护人及其住宅以免遭受电气故障带来的电击和火灾危险的不同、但同等重要的技术。

电弧故障通常限定为电流通过破损导体的两个端部之间、供给负载的两个导体之间、或者导体与地之间的电离气体。若干情况可以导致电弧故障，例如腐蚀、破损或老化的电线或绝缘体，松动的连接，因绝缘体中的钉子或卡钉造成的电线损坏，以及重复过载状况或放电导致的电应力等等。例如，当电气部件变得磨损或受损时，松动的零件起火花或电弧以保持电流，从而快速加热周围区域。这些火花可以点燃附近的电线绝缘体，引发可能会快速蔓延的火灾。AFCI设备(例如，AFCI断路器)检测因电弧故障造成的电流波动，并且断开电路以避免因电弧导致的电线火灾。

另一方面，当电流通过人或物从热导体流至地时发生接地故障。例如，当带电电路或电源电路接触地(例如，诸如螺钉或电线箱的接地金属)时，可能会发生接地故障，从而产生电击危险。GFCI插座在这类故障的毫秒内切断电路，从而避免杂散电流对人产生伤害。

GFCI插座或壁箱在住所中较为常见。电弧故障防护通常由AFCI断路器提供；然而，希望AFCI插座或壁箱在住所中变得更为常见。这些GFCI和AFCI设备设计成符合安全标准主体的要求，例如符合保险商实验室(Underwriters Laboratories)的要求或分别符合UL要求UL 943和UL 1699。

通常，保护断路器采用电磁耦合设备、例如铁或铁氧体芯电流互感器来感测交流电(AC)线路电流。来自感测设备的电信号经历模拟处理，例如缩放、过滤和积分，然后提供给监控电路，该监控电路负责用于确定故障状况在保护设备监测的配电电路上的存在。包括处理功能的电流感测设备和电子部件以及其间的互连存在潜在的故障点，应当监测这些潜在的故障点以便确保该保护断路器进行符合可适用的标准主体要求(例如UL 1699)的适当操作。

在接地故障断路器(后文也被称作“GFCI”)中，电流感测设备和相关联的电路的完整性通常被评估为操作者启动的自测试的一部分。在自测试过程期间，GFCI在常规操作中监测的实际故障状况，即热导体和中性导体之间的电流的不平衡，被GFCI内的测试电路可靠地重现。如果GFCI操作适当(包括电流感测设备和相关联的电路)，将检测到故障状况并且设备的负载侧将与线路侧断开；否则，将通过单独的监测电路提供保护设备故障的视觉指示，所述监测电路与监控电路并行操作。

在电弧故障断路器(后文中也被称作“AFCI”)中，待检测的故障状况，即电弧的存在，在最好的情况下也难以作为自测试功能的一部分在保护设备内以安全、可靠并且节约成本的方式重现。因此，诸如UL 1699的标准主体要求允许采取测试电路，该测试电路仿真电弧。更特别地，不同于由GFCI检测的电流不平衡的情况，电弧的存在不能由单一简单定义或单一波形描述。相反，电弧呈现为众多混乱现象，在最普遍的意义上，电弧可以描述成观察到的电流波形的特定失真。因此，AFCI设备中的电弧检测需要改进。