專利名稱：檢測一個內部電弧和一個阻斷電弧的方法
技術領域：
本發明涉及一個在金屬殼體或“鍍過金屬的”殼體中的一個高壓或中等電壓的電氣裝置內部，區分檢測出的一個內部電弧和一個阻斷電弧的方法。
在電氣設備中，尤其是在至少包括一組匯流條(bus bars)和一個電路斷路器，而且按常規配備了一個保護系統和一臺計算機的金屬外殼的設備中，采用一個傳感器去檢測金屬外殼和導體之間(或在一個三相裝置中的導體之間)電弧的出現是眾所周知的，在那里這樣的電弧被稱為“內部的”。傳感器可以是一個壓力傳感器或一個光傳感器。在專利EP-0 197 778和EP-0 313 422中有這樣的裝置的說明。
然而，當電路斷路器的觸點正在阻斷一個負載電流或故障電流時，在它的觸點之間觸發的電弧被稱為“阻斷”電弧，該電弧具有與內部電弧相似的一些特點。當阻斷一個大的短路電流時，亮度或壓力的增加與一個小的短路電流的快速消失的內部電弧產生期間所建立起的結果是相近的。
這使得僅僅通過測量亮度或壓力的增加去區分一個內部電弧和一個阻斷電弧在執行時是不可靠的。
本發明解決了這個問題，而且提供了在至少包括一組匯流條和一個電路斷路器，和配備了一個保護系統和一臺計算機的金屬外殼的設備中區分一個內部電弧和一個阻斷電弧的方法。
按常規，這樣的設備配備了一個保護系統，該系統是由用于分析電壓和/或電流的電子裝置構成的。保護系統檢測到一個故障就向電路斷路器的起動器裝置和計算機同時發出起動命令。在起動器裝置中，一個用于開啟電路斷路器的電磁線圈開始運行，使得它的電磁鐵推動用于驅動電路斷路器觸點的裝置。從一個電弧出現到起動命令被計算機接收的時間間隔一般是在5毫秒至20毫秒的范圍內，5毫秒的適用于所謂的“快”保護，而20毫秒的適用于所謂的“慢”保護。
本發明的方法是在于利用一個能產生電弧發生信號的傳感器去檢測電弧的發生；在于傳送上述的信號給計算機；和在于確定瞬間t0和瞬間ta之間的時間間隔T＝t0-ta，其中的t0之保護系統傳送給計算機的電路斷路器起動命令被計算機接收的瞬間，而ta是上述的信號被計算機采集的瞬間。
根據第一個特點，如果時間間隔T是正值，那么電弧就被確定為一個內部電弧。
根據第二個特點，如果時間間隔T是負值，而它的絕對值是小于或等于10毫秒，那么該電弧就被確定為一個內部電弧。
根據第三個特點，如果時間間隔T是負值，而它的絕對值是大于10毫秒，就需要對電弧發生的信號變化進行分析。
在這種情況下，如果從開始采集信號之后的500毫秒之內，出現了一個轉折點，那么，該電弧就被確定為一個內部電弧，而且如果在開始采集信號之后的500毫秒之內沒有轉折點，該電弧就被確定為一個阻斷電弧。
本發明還提供了另一個方法去在至少包括一組匯流條和一個閉合的電路斷路器，并配備了一個保護系統和一臺計算機的金屬外殼的設備內部，區分檢測到的一個內部電弧和一個阻斷電弧，這個方法是打算作為上述方法的補充。
第二個方法在于利用一個能產生電弧發生信號的傳感器去檢測電弧的發生；在于傳送上述的信號給計算機；和在于確定信號的持續期是小于或者大于一個預定的界限值。
上述的界限值最好位于一個阻斷電弧的可測量的持續期T1和可測量的時間間隔T2之中，和由于電路斷路器的打開，引起的一個內部電弧的發生和熄滅之間，如果信號的持續期小于上述的界限值，該電弧就被確定為一個阻斷電弧，而如果信號的持續期大于上述的界限值，該電弧就被確定為一個內部電弧。
實際上，最好是上述的界限值大約為50毫秒。
本發明在下面參照圖例有更詳細的說明，該圖例只表示本發明的一個最佳實例。


圖1A到1C表示位于電路斷路中的一個內部電弧的事例。
圖2A到2C表示位于電路斷路器外部的一個內部電弧的事例，和接著的是短路電流被電路斷路器阻斷的事例。
圖3A到3D表示由于阻斷一個短路電流在電路斷路器內部的一個內部電弧的事例。
圖4表示被計算機記錄的一個電弧發生的信號。
如圖1A中所示，金屬外殼的設備包括一組匯流條1和一個電路斷路器2與一條輸出的饋線3連接。它配備了一個保護系統4和一臺計算機5。
保護系統4是用于分析電壓和/或電流的電子裝置構成的。當它檢測到一個故障電流時，它同時向電路斷路器2的起動裝置6和計算機5發送起動命令。在起動裝置6中的一個電磁的線圈開始工作，打開電路斷路器，而且電磁鐵因此推動用于驅動電路斷路器觸點的裝置。從故障的出現(在這種情況下是電路斷路器內部的一個內部電弧)到計算機獲得起動命令的時間間隔一般是在5毫秒至20毫秒的范圍內，5毫秒適用于所謂的“快”保護的事例而20毫秒適用于所謂的“慢”保護的事例。
電路斷路器2配備了一個傳感器8，在這個事例中是一個壓力傳感器，用于檢測裝置內部是否存在一個內部電弧的目的。壓力傳感器8打算用于把電路斷路器2內部得到的壓力傳送給計算機5，該計算機以某一個速率(即每隔20毫秒)取樣記錄這個壓力數據，如圖4中所示。當壓力數據顯著地大于正常的壓力P0，而且實質上是線性地上升，就檢測到一個電弧，而由數據構成的壓力上升信號S就被稱為“電弧發生”信號。這樣就可以從這里推斷出壓力開始上升的瞬間，即從三個壓力取樣大于正常的壓力。這個檢測出來的壓力上升前沿的開始點被認為是獲得信號的開始。
圖1B和1C用圖解說明了電弧檢測的過程和作為時間的函數的電路斷路器起動的過程。
內部電弧7建立起一個故障電流a和一個上升的壓力b。壓力的上升通過SF6傳播，近似于聲速，即150米每秒(m/s)，而且它是在對應于電弧7和傳感器8之間的距離的第一延遲之后被傳感器8檢測到的。這個第一延遲表示在c。
然后壓力上升前沿在一個相對小的第二延遲之后，在瞬間ta被傳送到計算機5，該第二延遲道先是由于傳感器的特性，其次是由于計算機的取樣系統引起的。這個第二延遲表示在d。
在這個時間，保護系統4檢測出故障電流并且在瞬間t0把電路斷路器的起動命令o送給計算機5。圖1B表示出快保護，在那里T＝t0-ta是負值而且絕對值小于或等于10毫秒，而圖1C表示的是慢保護，在那里T＝t0-ta是正值。
隨著一個內部電弧的發生，將是接觸點的分開和在觸點之間觸發阻斷電弧。最后所得到的壓力上升是不重要的，因為判別的標準是已經制定好了的。
在圖2A至2C中，一個內部電弧7’出現在電路斷路器2的外部，因此沒有被傳感器檢測出來。然而，故障電流a是被保護系統4檢測到了，該系統在瞬間t0把一個電路斷路器的起動命令o送給計算機5。
電路斷路器2的接觸點分開后如圖2B所示，而短路電流的阻斷電弧9引起壓力的上升b，該壓力經過一個第一延遲之后傳播到傳感器8。這個由于阻斷腔和傳感器8之間的距離引起的第一延遲在c表示出來。這個壓力的上升被觸點的移勸所產生的壓力波放大了。
如上所述，這個壓力上升前沿經過一個第二延遲就被傳送到計算機5，并且在瞬間ta被計算機所采集。
時間間隔T＝t0-ta是負值，而且在絕對值上大于從接收電路斷路器起動命令到接觸點分開這段時間，它大約是20毫秒。
必需注意到在以上圖中表示的這兩個事例中，判別標準可以直接由計算機5來確定。
圖3A至3D表示出一個第二種事例，對應于被電路斷路器阻斷一個短路電流之后，在電路斷路器中出現一個內部電弧。
在線路上出現一個故障電流10并且被保護系統4檢測到，該系統把一個起動命令o送給計算機5，計算機在瞬間t0接收到它。
接觸點被分開如圖3B所示，而且和前面的事例一樣，電弧引起一個第一壓力的增大h。
如果在電路斷路器2中接著出現一個內部電弧，跟在這個第一壓力上升前沿h后面的，就有一個坡度更陡峭的第二壓力上升前沿b’，引起一個“轉折”點e的出現。
這些壓力上升前沿被傳送到傳感器8，然后在瞬間ta被送到計算機5如d所示。與前面事例中一樣，T＝t0-ta是負值而且在絕對值上大于從接收到電路斷路器的起動命令到觸點分開這段時間，即大約20毫秒。
因此，當時間間隔T是負值而且在絕對值上大于10毫秒，分析在電弧發生信號中的變化被執行超過500毫秒，以便確定從開始取樣以來500毫秒之內是否包含一個轉折點。如果情況是這樣，那么就有一個內部電弧。
必需注意到，上述的例子假設了該裝置配備了一個保護裝置，包括有一組電流變壓器在匯流條的一端用于保護線路，和一組電流變壓器在線路的末端用于該組匯流條的差分保護(differ-ential protection)。
當這兩組變壓器都是位于線路的末端時，這是在匯流條部分的切斷開關打開時發生的，那么它就是遙控保護的，它通過搖控傳輸發出電路斷路器的起動命令，而且這個命令經過一個250毫秒至50毫秒的延遲之后將會被計算機所接收。所以這樣的環境導致類似于前面的所謂的“慢”保護的例子的結果的發生。
本發明的方法可以用下面的表格來總結
上面說明的方法可以和一個第二區分方法相配合使可靠性達到最高。這個第二方法可以說明如下。
當一個短路電流被電路斷路器2所阻斷時，在它的接觸點分開時，在觸點之間觸發了一個阻斷電弧。如果電路斷路器2是正常工作的，那么一個阻斷電弧的持續T1是可以測量的，而且實際上是小于30毫秒。否則保護系統還應包括其它的監視裝置用于監視正常的阻斷。
當在電路斷路器中或者在裝置的別的部分發生了一個內部電弧，故障電流就會被保護系統4檢測到，然后電路斷路器的起動命令就被送到起動裝置6，在那里開啟線圈就工作使電路斷路器2的觸點分開。由于電路斷路器2的打開，在內部電弧的發生和它的熄滅之間，經過了一段可測量的時間間隔T2，T2對應于操作時間加上保護系統4的傳輸時間，實際上，保護系統的傳輸時間大約是10毫秒，而起動裝置的操作時間大約是50毫秒，給出的總的時間間隔T2，實際上大約是60毫秒。
用于區分一個內部電弧和一個阻斷電弧的本發明的補充的第二方法，是在于用能產生一個電弧發生信號的傳感器8去檢測電弧的出現；在于發送上述的信號給計算機5，和在于確定信號的持續期是小于或者大于一個預定的界限值。
這個界限值被選擇在T1和T2之中，最好是大約50毫秒。
如果信號的持續期小于上述的界限值，檢測到的電弧就被確定為一個阻斷電弧，而如果信號的持續期超過上述的界限值，檢測到的電弧就被確定為一個內部電弧。
權利要求
1.在至少包括一組匯流條(8)和一個電路斷路器(2)，和配備了一個保護系統(4)和一臺計算機(5)的金屬外殼的設備中，區分一個檢測到的內部電弧和阻斷電弧的方法，該方法是在于利用一個能產生電弧發生信號(c)的傳感器(8)去檢測一個電弧的發生；在于傳送上述的信號給計算機(5)；和在于確定瞬間t0和瞬間ta之間的時間間隔T＝t0-ta，其中的t0是計算機(5)接收保護系統(4)發送到那里的電路斷路器起動命令(c)的瞬間，而瞬間ta是標明上述信號的開始被計算機(5)采集的瞬間。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，如果時間間隔T是正值，那么電弧就被確定為一個內部電弧。
3.根據前面權利要求中任一項的方法，其特征在于，如果時間間隔T是負值，而且它的絕對值是小于或者等于10毫秒，那么電弧就被確定為一個內部電弧。
4.根據前面權利要求中任一項的方法，其特征在于，如果時間間隔T是負值，而且它的絕對值是大于10毫秒，電弧發生信號的變化就被進行分析。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，如果從開始采集之后，信號在500毫秒之內出現了一個轉折點，那么該電弧就被確定為一個內部電弧。
6.根據權利要求4的方法，其特征在于，如果從開始它的采集之后，在500毫秒之內信號沒有出現轉折點，那么該電弧就被確定為一個阻斷電弧。
7.一個在金屬外殼的設備中區分檢測的一個內部電弧和一個阻斷電弧的方法，該方法是根據任何前面的權利要求的方法的一個補充，而且是在于利用一個能產生電弧發生信號(s)的傳感器(8)去檢測一個電弧的發生；在于傳送上述的信號給計算機(5)；和在于確定信號的持續期小于或者大于一個預定的界限值。
8.根據權利要求7的方法，其特征在于，上述的界限值位于一個阻斷電弧的可測量的持續期T1，和可測量的時間間隔T2之中，也位于由于電路斷路器(2)的打開引起的一個內部電弧的發生和熄滅之間，如果信號的持續期小于上述的界限值，該電弧就被確定為一個阻斷電弧，而如果信號的持續期大于上述的界限值，該電弧就被確定為一個內部電弧。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于上述的界限值大約是50毫秒。
全文摘要
本發明涉及在包括至少一組匯流條和一個電路斷路器,和配備了一個保護系統和一臺計算機的金屬外殼的設備中,區分檢測到的一個內部電弧和一個阻斷電弧的方法,該方法是在于利用一個能產生電弧發生信號的傳感器去檢測一個電弧的發生;在于傳送上述的信號給計算機;和在于確定瞬間t
文檔編號H02B13/065GK1185641SQ9712552
公開日1998年6月24日 申請日期1997年12月16日 優先權日1996年12月16日
發明者讓·瑪莫尼, 讓－佛朗克斯·佩寧 申請人:Gec阿爾斯托姆T&D公司