使用在插座处的开关元件检测电弧故障的方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
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。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。概述所公开的一个示例是一种使用在分支的原点处的电压和电流的测量值来检测并定位分支布线的电弧故障的系统和方法。在所有分支终端使用器件点(如电源插座、电插座、固定照明等)的开关元件被用于电弧故障的检测。检测系统包括带有电流和电压传感器的断路器。断路器被经由线路导体和中性导体连接到多个插座。插座中的每一个在其中具有在线路导体和中性导体并包括在线路导体和中性导体之间的中性短路开关元件，以及在线路导体上的负载控制开关元件。在正常操作下，中性短路开关元件是断开的，且负载控制开关元件是闭合的，从而连接至插座的任何负载接收功率，并且没有电流会流过中性短路开关元件。断路器与在被断开和闭和的插座中的开关元件结合使用，以确定串联电弧故障或并联电弧故障是否存在于断路器的下游。对于并联电弧故障检测，所有插座的负载控制开关元件被暂时断开且上游断路器上的电流传感器测量电流。因为所有的负载已被暂时断开连接，任何测得的电流是由于故障电流(即电流未被考虑)引起的，且断路器将打开。对于串联电弧故障检测，每个插座的中性短路开关元件被暂时闭合，且上游断路器的电流传感器和电压传感器测量电压和电流。当中性短路开关元件被连接在线路导体和中性导体之间时，形成低阻抗通路且断路器可以计算所产生的电路的阻抗。如果阻抗过大，串联故障存在且断路器将断开。除了提供串联故障检测，串联故障的位置可以通过比较每个插座的阻抗测量值来估计。示例电气系统允许分支布线的连接插座中串联和并联电弧故障的检测。该系统提供这样的故障的准确检测，从而省去了用于在分支布线中的电弧故障检测的基于概率的算法的需要。本系统不需要针对这样的算法进行与电路或负载的任何校准。该系统允许对串联电弧故障的位置的确定。最后，由于电弧故障被利用实际测量值进行检测，误跳闸的可能性降低。鉴于参照附图进行的各种实施例的详细描述，其他方面对于本领域的那些普通技术人员将是明显的，下面提供了附图的简要描述。【附图说明】本专利技术的上述优点以及其他优点，将在阅读以下详细描述时以及在参照附图时变得明显。图1是用于电源插座的电弧故障保护系统的电路图；图2是显示表示由图1中的电弧故障保护系统检测到的电弧故障的位置的电路图；图3是用于使用图1中的电弧故障保护系统来检测电弧故障的过程的状态表；以及图4是由控制器执行的以检测电弧故障的控制算法的流程图。虽然本专利技术容许各种修改和替代形式，但具体实施例已通过在附图中示例的方式示出，并且将在本文中详细地描述。然而，应当理解的是，本专利技术不旨在限于所公开的特定形式。相反，本专利技术将覆盖由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。【具体实施方式】公开的一个示例是检测分支电弧故障的电源插座器件。电源插座器件包括线路导体和中性导体。线路导体和中性导体提供电力给连接到电源插座器件的负载。中性短路开关元件被耦合在线路导体和中性导体之间。中性短路开关元件具有断开位置和闭合位置，该闭合位置将线路导体耦合至中性导体。负载控制开关元件被连接到线路导体。负载控制开关元件具有用于控制电流通过线路导体的断开位置和闭合位置。中性短路开关元件处于断开位置且负载控制开关元件处于闭合位置，以从线路导体提供功率。插座控制器被耦合到开关元件。插座控制器为电源插座器件上游的电流传感器断开负载控制开关元件，以确定电流是否存在于线路导体上，来检测并联电弧故障。另一示例是一种确定经由线路导体和中性导体耦合到交流电源的断路器的下游的电弧故障的方法。控制电流通过在断路器的下游的第一电源插座器件中的线路导体的负载控制开关元件被断开。确定电流是否正在线路导体上流动。基于电流是否正在线路导体上流动，而检测出并联电弧故障。在第一电源插座器件中的中性短路开关元件被闭合，以耦合线路导体到中性导体。测量出在线路导体和中性导体之间的电压且测量出在线路导体上流动的电流，以确定阻抗。如果阻抗超过阈值，则检测出串联电弧故障。另一个示例是检测电弧故障的系统。该系统包括线路导体和中性导体。断路器被连接到线路导体和中性导体。多个电源插座器件被分别经由线路导体和中性导体耦合到断路器。多个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，和被耦合到线路导体的负载控制开关元件。电源插座器件中的每一个包括控制开关元件的插座控制器。插座当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·贝尔史密特，杰里米·D·施罗德，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US