CN109478773B

CN109478773B - 故障电弧识别单元

Info

Publication number: CN109478773B
Application number: CN201680087707.8A
Authority: CN
Inventors: K.温兹拉夫; J.迈耶; P.谢格纳
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: US11205891B2; US20200326365A1; CN109478773A; EP3446386B1; WO2017207029A1; EP3446386A1

Abstract

本发明涉及一种用于电路的故障电弧识别单元，具有：与所述电路相关联的至少一个电压传感器，用于周期性地确定所述电路的电压值，与所述电路相关联的至少一个电流传感器，用于周期性地确定所述电路的电流参量，两者与评估单元连接，所述评估单元被设计为，向第一故障电弧识别功能馈送所述电压值，所述第一故障电弧识别功能根据电压的信号曲线执行第一故障电弧识别，并且在量值上超过第一阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号，向第二故障电弧识别功能馈送所述电压值和电流参量，所述第二故障电弧识别功能根据所述电压值和电流参量执行第二故障电弧识别，并且在量值上超过第二阈值的情况下，输出第二故障电弧识别信号，向“或”功能馈送两个故障电弧识别信号，使得在存在第一或者第二故障电弧识别信号的情况下，作为输出侧的故障电弧识别信号输出“或”连结的故障电弧识别信号。

Description

故障电弧识别单元

技术领域

本发明涉及一种故障电弧识别单元、断路器、短路器和用于识别故障电弧的方法。

背景技术

在低压电路或低压设备或者低压电网、即电压直至1000伏交流电压或者1500伏直流电压的电路中，短路通常与出现的故障电弧、例如并联或者串联故障电弧相关联。特别是在大功率的分配和开关设备中，其在切断不够快的情况下可能导致运行部件、设备部分或者整个开关设备的毁灭性的损坏。为了避免长持续时间并且大面积的能量供应停止并且减少人员伤害，需要在几毫秒内识别出并且熄灭这些故障电弧、特别是大电流故障电弧或并联故障电弧。传统的能量供应设备保护系统(例如保险装置和断路器)无法在所需要的时间要求下提供可靠的保护。

断路器这里特别是意为用于低压的开关。断路器特别是在通常用于63至6300安培的电流的低压设备中使用。更具体地，对于63至1600安培、特别是125至630或者1200安培的电流，使用闭路断路器、例如塑壳断路器。特别是对于630至6300安培、更具体地1200至6300安培的电流，使用开路断路器、例如空气断路器。

本发明的意义上的断路器特别是可以具有电子触发单元，也称为电子跳闸单元(Electronic Trip Unit，缩写为ETU)。

断路器监视流过其的电流，并且当超过电流限制值或者电流-时间段限制值(即当在一定的时间段内存在一定的电流值时)时，中断到能量汇点或用电设备的电流或能量流，这称为触发。触发条件的确定以及断路器的触发可以借助电子触发单元来进行。

短路器是用于将线路或母线短路的特殊装置，用于产生定义的短路，以保护电路或设备。

传统的故障电弧检测系统评估由于电弧而产生的光发射，由此检测故障电弧。

这具有如下缺点：必须与电气线路或母线并行地铺设光波导或光学检测系统，以识别可能出现的故障电弧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，给出一种用于识别故障电弧的可能性。

上述技术问题通过具有权利要求1的特征的故障电路识别单元、根据权利要求15的断路器、根据权利要求16的短路器以及具有权利要求17的特征的方法来解决。

根据本发明设置为，用于电路的故障电弧识别单元具有：与所述电路相关联的至少一个电压传感器，用于周期性地确定所述电路的电压值；与所述电路相关联的至少一个电流传感器，用于周期性地确定所述电路的电流参量。两者与评估单元连接，所述评估单元被设计为，向第一故障电弧识别功能馈送所述电压值，所述第一故障电弧识别功能根据电压的信号曲线执行第一故障电弧识别，并且在量值上超过第一阈值(SW1)的情况下，输出第一故障电弧识别信号；向第二故障电弧识别功能馈送所述电压值和电流参量，所述第二故障电弧识别功能根据所述电压值和电流参量执行第二故障电弧识别，并且在量值上超过第二阈值(SW2)的情况下，输出第二故障电弧识别信号；向“或”功能馈送两个故障电弧识别信号，使得在存在第一或者第二故障电弧识别信号的情况下，作为输出侧的故障电弧识别信号输出“或”连结的故障电弧识别信号。

在量值上超过不仅是指单纯地在量值上超过一个阈值，而且是指关于正阈值和/或负阈值超过，其中，相应地超过阈值的量值。正阈值和负阈值的量值可以相同，但是也可以彼此不同。

这具有如下特别的优点：使得能够全面地识别故障电弧，因为借助两个功能来检查故障电弧的存在。因此，可以检测不同类型的故障电弧，并且可以实现全面的设备保护。

在从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案。

在本发明的一个有利的设计方案中，电路是低压电路、特别是交流电路。这具有如下特别的优点：本发明在这里可以特别有效地使用。

在本发明的一个有利的设计方案中，所述评估单元被设计为，向第三故障电弧识别功能馈送所述电流参量，所述第三故障电弧识别功能连续将所述电流参量或者其等同物与第三阈值(SW3)进行比较，并且在超过所述第三阈值的情况下，输出第三故障电弧识别信号；向“与”功能馈送所述“或”连结的故障电弧识别信号和所述第三故障电弧识别信号，使得仅在存在所述第三和所述“或”连结的故障电弧识别信号的情况下，所述故障电弧识别单元输出所述输出侧的故障电弧识别信号。这具有如下特别的优点：对于故障电弧的存在，存在另一个标准，因此避免误输出故障电弧识别信号。故障电弧经常在大电流下才出现。根据本发明，在进行评估时考虑这一点。

在本发明的一个有利的设计方案中，以固定的时间间隔(dt)确定电压值和/或电流参量。这具有使得能够特别准确地确定故障电弧的特别的优点，因为值以规则的间隔存在，因此能够特别好地确定故障电弧标准。

在本发明的一个有利的设计方案中，连续根据在时间上连续的两个电压值确定电压差。将电压差除以电压值的时间上的差(dt)。将由此确定的差商(Dqun)作为电压相对于时间的变化的度量在量值上与第四阈值(SW4)、而不是第一阈值进行比较。在超过第四阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号。这具有提供针对故障电弧的简单的第一确定可能性的特别的优点。

在本发明的一个有利的设计方案中，连续对第一数量的电压值的第一一半求和，形成第一部分和(TS1)，并且对电压值的第二一半求和，形成第二部分和(TS2)。确定两个部分和的差(DU)。将差(DU)在量值上与第一阈值(SW1)进行比较。在超过第一阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号。这具有使得能够简单、但是更准确地确定故障电弧的特别的优点。

在本发明的一个有利的设计方案中，故障电弧识别单元被设计为，以低压电路的频率的倍数或者以2-100kHz的范围内、特别是10至40或者60kHz的范围内、更具体地40-50kHz的采样频率确定电压值。这具有如下特别的优点：对于根据本发明的评估，存在最优数量的电压值。因此，在50或者60Hz的低压电路的电网频率下，电网频率的每个基波存在大约1000个电压值。已经表明，在该数量下，利用本发明良好地识别出故障电弧。

在本发明的确定部分和的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，第一数量通过时间窗口来确定。也就是说，要求和的电流值的数量通过要使用的时间窗口来确定。从例如可以处于0.1至5ms或者10ms的范围内、特别是1ms的时间窗口中，进一步通过所使用的采样频率得到第一数量个电压值。这具有如下特别的优点：局部地进行评估，因此使得能够特别准确地识别故障电弧。

在本发明的确定部分和的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对于确定的每个电压值(u(k))，执行差确定。也就是说，连续针对每个新的电压值执行根据本发明的差确定。这具有使得能够特别是立即快速地确定故障电弧的特别的优点。

在本发明的确定部分和的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，将差(DU)乘以一个因数，该因数的大小与第一数量有关。特别是，该因数是常数与第一数量的倒数的乘积。这具有如下特别的优点：提供标准化的差(DU)，将该差与标准化的第一阈值进行比较。由此使得能够利用客观比较来进行评估。

在本发明的确定部分和的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，连续对第二数量的差(DU)求和以形成差和(DS)，代替差(DU)，将差和(DS)与第一阈值(SW1)进行比较，并且在量值上超过第一阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号。这具有如下特别的优点：使得能够进一步更准确地确定故障电弧，因为对在故障电弧中出现的差求和。由此提供更准确或更大的值用于阈值比较。

在本发明的连续存在第一时间点的电压值和电流参量的第一值对以及第二时间点的电压值和电流参量的第二值对的一个有利的设计方案中，根据两个值对计算电弧电压(Ulb)，将电弧电压与第二阈值(SW2)进行比较。在量值上超过第二阈值的情况下，输出第二故障电弧识别信号。这具有如下特别的优点：给出了一种简单并且可靠的识别故障电弧的可能性。

在本发明的一个有利的设计方案中，在根据值对计算电弧电压时，存在第三时间点的电压值(u3)和电流参量的第三值对。根据三个值对计算电弧电压(Ulb)，将电弧电压与第二阈值(SW2)进行比较。在量值上超过第二阈值的情况下，输出故障电弧识别信号。这具有如下特别的优点：给出了一种更准确并且更可靠的识别故障电弧的可能性。

在本发明的一个有利的设计方案中，电流参量是电流值(i_m)或者电流相对于时间的变化的值(i'_m)。这具有如下特别的优点：仅需要确定电流参量、即电流值或者电流相对于时间的变化或者电流相对于时间的导数。例如，为了确定电流参量可以有利地使用罗氏线圈(Rogowskispule)，由此检测电流相对于时间的变化。

在本发明的一个有利的设计方案中，在确定电流值(i_m)的情况下，根据其确定电流相对于时间的变化的值(i'_m)或者电流值相对于时间的一阶导数，或者在确定电流相对于时间的变化的值(i'_m)的情况下，根据其确定电流值(i_m)。一个值对由此有利地具有电压值(u_m)、电流值(i_m)和电流相对于时间的变化的值(i'_m)，由此能够计算电弧电压(U1b)。

在本发明的一个有利的设计方案中，在根据值对计算电弧电压时，评估单元被设计为，借助微分方程或者其求解执行电弧电压(U1b)的计算。这具有如下特别的优点：提供一种在考虑实际电路的许多参数的情况下全面的计算可能性。

在本发明的一个有利的设计方案中，在根据值对计算电弧电压时，第一时间点在时间上在第二时间点之前。替换地，第二时间点在时间上在第三时间点之前。替换地，第一时间点在时间上在第二时间点之前并且其在时间上在第三时间点之前。这具有使得能够特别准确地确定故障电弧电压的特别的优点。

在本发明的一个有利的设计方案中，一个值集合包括多个值对，并且根据至少两个值集合计算电弧电压。将电弧电压与第二阈值(SW2)进行比较，并且在量值上超过第二阈值的情况下，输出第二故障电弧识别信号。

在本发明的一个有利的设计方案中，将传感器布置在外部，而不需要布置在故障电弧识别单元的壳体中。周期性或者连续地确定特别是一个时间点的电压值和电流参量的值对例如可以通过对对应的值进行采样来进行。这具有如下特别的优点：给出了故障电弧的灵活的确定。

在本发明的一个有利的设计方案中，根据三个值集合计算电弧电压。这具有如下特别的优点：使得能够特别准确地确定电弧电压，以便更可靠地识别故障电弧。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，借助积分方程或者其求解执行电弧电压(U_lb)的计算。这具有如下特别的优点：提供一种在考虑实际电路的许多参数的情况下全面的计算可能性。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，一个值对仅被分配给一个值集合。这具有如下特别的优点：使得能够特别准确地进行计算，因为在不同的值集合中排除了所确定的值对的冗余。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，每个值集合具有固定数量的值对。这具有如下特别的优点：给出了一种循环计算电弧电压的简单的可能性，因为在每一轮中可以对相同数量的值对进行评估。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对一个值集合不间断地分配值对，直至达到固定数量的值对为止，并且对下一个值集合分配后续的值对。这具有如下特别的优点：不仅使得能够更准确地确定电弧电压，而且使得能够循环地确定电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对于根据值集合的电弧电压(U_lb)的计算，形成下面的项中的至少一个：

a)由时间间隔(dt)与电压值(um)的和形成的时间-电压和积(us)，其中，电压值的和由值集合的第一个电压值的一半、最后一个电压值的一半与其余电压值的和形成；

b)由时间间隔(dt)与电流值的和形成的时间-电流和积(is)，其中，电流值的和由值集合的第一个电流值的一半、最后一个电流值的一半与其余电流值的和形成；

c)由时间间隔(dt)与电流相对于时间的变化的值的和形成的时间-电流变化值积(i's)，其中，电流相对于时间的变化的值的和由值集合的第一个值的一半、最后一个值的一半与其余值的和形成；

d)由时间间隔(dt)与电流值的符号值的和形成的时间-符号值积(ss)，其中，在电流值为正的情况下符号值取值正1，在电流值为负的情况下符号值取值负1，并且在电流值为零的情况下，符号值取值零，其中，符号值的和由值集合的第一个电流值的符号值的一半、最后一个电流值的符号值的一半与其余电流值的符号值的和形成。

这具有如下特别的优点：使得能够利用这些项中的至少一个来确定故障电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，当该值对的电压值的量值低于第二阈值时，电流值的符号值取值零。也就是说，当相同时间的电压值的量值小于或等于第二阈值时，总是将符号函数或正负号函数的结果设置为零。对此，作为一般的阈值，例如可以取例如20V的阳极-阴极电压降，因为可以假设在该第二阈值以下不会形成电弧。通过引入计算正负号函数的该辅助条件，在电弧点燃时，使计算电弧电压时的不稳定明显最小化。这具有如下特别的优点：特别是在电弧点燃时和之后，存在更准确的计算结果，由此使得能够更好地进行故障电弧识别。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对于电弧电压(U_lb)的计算，对于两个连续的值集合，分别形成下面的项：计算

第一(us1)和第二(us2)时间-电压和积，

第一(is1)和第二(is2)时间-电流和积，

第一(i's1)和第二(i's2)时间-电流变化值积，

第一(ss1)和第二(ss2)时间-符号值积。

这具有如下特别的优点：使得能够简单地、特别是通过积分确定故障电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对于电弧电压(U_lb)的计算，对于三个连续的值集合，分别形成下面的项：计算

第一(us1)、第二(us2)和第三(us3)时间-电压和积，

第一(is1)、第二(is2)和第三(is3)时间-电流和积，

第一(i's1)、第二(i's2)和第三(i's3)时间-电流变化值积，

第一(ss1)、第二(ss2)和第三(ss3)时间-符号值积。

这具有如下特别的优点：使得能够简单并且更准确地、特别是通过积分确定故障电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，对于电弧电压(U_lb)的计算，形成下面的项中的至少一个：

由第三时间-电压和积(us3)与第二时间-电流和积(is2)形成的第一乘积(P1)，

由第二时间-电压和积(us2)与第三时间-电流和积(is3)形成的第二乘积(P2)，

由第二时间-电流变化值积(i's2)与第一时间-电流和积(is1)形成的第三乘积(P3)，

由第一时间-电流变化值积(i's1)与第二时间-电流和积(is2)形成的第四乘积(P4)，

由第二时间-电压和积(us2)与第一时间-电流和积(is1)形成的第五乘积(P5)，

由第一时间-电压和积(us1)与第二时间-电流和积(is2)形成的第六乘积(P6)，

由第三时间-电流变化值积(i's3)与第二时间-电流和积(is2)形成的第七乘积(P7)，

由第二时间-电流变化值积(i's2)与第三时间-电流和积(is3)形成的第八乘积(P8)，

由第一时间-符号值积(ss1)与第二时间-电流和积(is2)形成的第九乘积(P9)，

由第二时间-符号值积(ss2)与第一时间-电流和积(is1)形成的第十乘积(P10)，

由第二时间-符号值积(ss2)与第三时间-电流和积(is3)形成的第十一乘积(P11)，

由第三时间-符号值积(ss3)与第二时间-电流和积(is2)形成的第十二乘积(P12)，

第一差(D1)，其被减数是第一乘积(P1)，并且其减数是第二乘积(P2)，

第二差(D2)，其被减数是第三乘积(P3)，并且其减数是第四乘积(P4)，

第三差(D3)，其被减数是第五乘积(P5)，并且其减数是第六乘积(P6)，

第四差(D4)，其被减数是第七乘积(P7)，并且其减数是第八乘积(P8)，

第五差(D5)，其被减数是第九乘积(P9)，并且其减数是第十乘积(P10)，

第六差(D6)，其被减数是第十一乘积(P11)，并且其减数是第十二乘积(P12)，

由第一差(D1)与第二差(D2)形成的第十三乘积(P13)，

由第三差(D3)与第四差(D4)形成的第十四乘积(P14)，

由第五差(D5)与第四差(D4)形成的第十五乘积(P15)，

由第六差(D6)与第二差(D2)形成的第十六乘积(P16)，

第七差(D7)，其被减数是第十三乘积(P13)，并且其减数是第十四乘积(P14)，

第八差(D8)，其被减数是第十五乘积(P15)，并且其减数是第十六乘积(P16)。

这具有如下特别的优点：利用这些项中的至少一个，使得能够特别是基于积分拟设(Ansatz)确定故障电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，电弧电压(Ulb)是被除数具有第七差(D7)的项并且除数具有第八差(D8)的项的商。这具有如下特别的优点：使得能够非常准确地确定故障电弧电压。

在本发明的一个有利的设计方案中，评估单元被设计为，当第一(ss1)、第二(ss2)和第三(ss3)时间-符号值积的和等于零时，将电弧电压(Ulb)设置为值零。这具有如下特别的优点：在计算电弧电压时避免不允许的计算结果。其可能在三个时间-符号值积(ss1,ss2,ss3)分别为零时出现。在这种情况下，将电弧电压设置为值零。

根据本发明，还提供一种用于电路、特别是低压电路的断路器。其具有根据本发明的故障电弧识别单元。故障电弧识别单元与断路器连接，其中，故障电弧识别单元被设计为，在输出故障电弧识别信号时，触发断路器，即中断电路。由此可以使故障电弧熄灭。如果断路器具有电子触发单元，则在存在故障电弧识别信号时，可以实现断路器的非常快速的触发。这具有如下特别的优点：为断路器扩展了另一个有利的用于保护电气设备的功能。在此，故障电弧的识别和断开有利地在一个设备中进行。在需要时，可以一起使用已有的组件、例如电压和/或电流传感器、电源件、评估单元的微处理器等，因此实现协同作用。

根据本发明，还提供一种具有故障电弧识别单元的短路器，故障电弧识别单元与短路器连接。故障电弧识别单元被设计为，在输出故障电弧识别信号时，短路器将电路短路，以使得故障电弧熄灭。这具有如下特别的优点：提供一种简单、快速并且有效的用于熄灭故障电弧的可能性。

此外，根据本发明，提供一种用于识别电路的故障电弧的方法，其中，周期性地确定电路的电压值和电流参量，向第一故障电弧识别功能馈送电压值，第一故障电弧识别功能根据电压的信号曲线执行第一故障电弧识别，并且在量值上超过第一阈值(SW1)的情况下，输出第一故障电弧识别信号。此外，向第二故障电弧识别功能馈送电压值和电流参量，第二故障电弧识别功能根据电压值和电流参量执行第二故障电弧识别，并且在量值上超过第二阈值(SW2)的情况下，输出第二故障电弧识别信号。向“或”功能馈送两个故障电弧识别信号，使得在存在第一或者第二故障电弧识别信号的情况下，作为输出侧的故障电弧识别信号输出“或”连结的故障电弧识别信号。这具有提供一种简单的用于识别故障电弧的方法的特别的优点。

本发明的所有设计方案和特征使得故障电弧的识别或其熄灭得到改善。

附图说明

结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述，所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式将变得更清楚并且更容易理解。

附图中：

图1示出了电弧点燃之后的时间电压和电流曲线的曲线图，

图2示出了电路的等效电路图，

图3示出了用于识别故障电弧的第一流程图，

图4示出了根据本发明的解决方案的框图，

图5示出了用于说明本发明的使用的第一图示，

图6示出了用于说明本发明的使用的第二图示，

图7示出了用于说明本发明的使用的第三图示。

具体实施方式

在故障电弧燃烧的电路或电网中，可以测量到具有独特的曲线的电流和电压曲线。在图1中示出了针对故障电弧的一般的电压和电流曲线。其示出了曲线图的图示，其中示出了在电路、特别是低压电路中电弧或故障电弧、特别是并联故障电弧点燃之后的电压U和电流I的时间曲线。

在水平的X轴上以毫秒(ms)为单位示出了时间t。在垂直的Y轴上，在左侧标度上以伏(V)为单位描绘了电压U的大小。在右侧标度上以安培(A)为单位描绘了电流I的大小。

在电弧点燃之后，电流I的曲线近似为正弦形的。电压U的曲线严重变形，例如为具有快速的电压变化的“锯齿形”的。粗略地解释为，电压曲线在一次近似中是矩形的，而不是通常的正弦形曲线。抽象地考虑的话，在电压曲线中可以看到在高台上呈现高随机部分的矩形波形。矩形波形的特征在于，在电弧点燃时，并且在随后的交流电压的电压过零点，出现下面称为电压跳变的显著增大的电压变化，因为电压变化的增加与正弦形的电压曲线相比明显更大。

与电压曲线不同，故障电弧的电流曲线具有几乎正弦形的曲线。然而，在电弧点燃的时间点，出现电流增加的减小，其可以用电弧的物理限流效应来解释。在电流曲线中，在电弧点燃之后的每一个后续过零点附加地出现显著的增加变化。

根据本发明，要利用这种电压变化或电压跳变来识别故障电弧。此外，要计算电弧电压。在此，根据本发明，至少要通过这两种不同的确定方法来进行识别。

为此，以例如固定的采样时间或采样频率fa周期性地对电路的电压值和电流参量进行确定、采集、采样或测量。在此，采样频率或测量频率应当是所测量的交流参量的频率的倍数。例如，在常见的具有例如50Hz或60Hz电网频率的电网中，测量频率可以处于千赫范围内，例如1和200kHz之间，更具体地处于10至40或60kHz范围内，特别是处于40-50kHz。

例如分别利用传感器连续或周期性地确定这些电压值和电流值。在此，例如可以直接测量电流。替换地，也可以测量电流相对于时间的变化。

在测量电流i_m的情况下，例如通过对电流值i_m进行微分，可以由此确定电流相对于时间的变化i'_m。在测量电流相对于时间的变化i'_m的情况下，例如通过对电流相对于时间的变化i'_m进行积分，可以由此确定电流i_m。对电流相对于时间的变化i'_m的测量例如可以利用罗氏线圈(Rogowskispule)来进行。在电路中的电流为正弦形的情况下，积分可以特别简单地实现，因为正弦的积分为余弦，余弦的积分为正弦。也可以例如利用2个传感器并行地测量电流值i_m和电流相对于时间的变化i'_m。由此不需要进行换算。

以一定的时间间隔、例如固定的时间间隔dt(采样频率)反复确定电压值u_m和电流值i_m或者电压值u_m和电流相对于时间的变化i'_m的值。在此，例如相应地在一定的时间点、特别是在相同的时间点确定电压值和电流参量。

对于第一故障电弧功能，例如可以利用两个连续确定的电压值(um,um-1)进行差计算，其中，针对电压(um)的每个采样值计算差商(Dqun)。为此，求当前的电压采样值(um)与先前的电压采样值(um-1)的电压差。将该电压差(dun)除以电压采样值(um,um-1)的时间上的差(dt)，即dt＝tn–tn-1，从而得到根据公式1的差商(Dqun)。

将该差商(Dqun)作为针对电压相对于时间的变化的度量与第四阈值(SW4)、而不是第一阈值进行比较。在满足阈值条件的情况下，输出第一故障电弧识别信号。替换地，也可以从先前的电压采样值(um-1)中减去当前的电压采样值(um)(dun＝(um-1)–(um))。由此，仅差商的符号发生变化。在不是将量值、而是将绝对值与阈值进行比较的比较中，相应地也必须注意并且调整阈值的符号。

例如，以20μs的时间间隔(这对应于50KHz的采样频率)测量到了30伏(um-1)和50伏(um)的电压值。

第一阈值例如可以是0.5V/μs。所确定的差商1V/μs处于0.5V/μs以上。因此，输出第一故障电弧识别信号。

在图3中示出了对应的评估。根据图3，在第一步骤(1)中，进行差商电压(Dqun)的连续计算。在第二步骤(2)中，将差商与第四阈值(SW4)进行比较。如果在量值上超过了第四阈值(SW4)，则在第三步骤(3)中输出第一故障电弧识别信号。如果未超过第四阈值(SW4)，则可以在第四步骤(4)中通知不存在故障电弧或燃烧的故障电弧。计算可以连续进行。

替换地，第一故障电弧功能也可以借助部分和计算来执行。根据本发明，要识别电弧点燃时以及每一个随后的电压过零点的电压跳变，以检测故障电弧。在电压曲线中提取该信号特性的一个显著的优点是周期性的出现。由此，当在电弧点燃时信号特性的第一次出现有意或者无意地未导致检测到故障电弧时，可以实现附加的检测可靠性。对于该信号特性的提取，根据本发明，应当使用利用差计算的求和，将其称为W-RU，并且在一个设计方案中应当将其称为W-RUs方法。

进行评估，以引入差或电压跳变DU。其如下来确定，其中，下面也将电压值um或u_m与时间点有关地表示为u(k)和u(n)：

其中：

u(k)(过去的)时间点k的电压值

u(n)当前的时间点n的电压值

DU(n)当前的时间点n的差

j第一数量，即计算差使用的时间点或采样值的数量

利用上面的公式，针对当前测量的电压值u(n)确定差DU(n)。作为计算的基础，使用第一数量j，其例如可以是固定的数量。例如，每一次计算使用固定数量j个采样值。例如，j可以处于10至100的范围内、特别是40-50的范围内。

针对j＝40的情况示出了计算。为此使用当前测量的电压值u(n)和以前或者过去或先前的39个测量值

u(n-1)至u(n-(40-1))，即

u(n-1)至u(n-40+1)，即

u(n-1)至u(39)。

总共(j＝)40个电压值。

对于第一部分和(TS1)，对电压值u(k)求和，其中，

k＝n-(j-1)＝n-(40-1)＝n-39

至

k＝n-j/2＝n-40/2＝n-20

也就是说，对从过去的(较远的)第39个电压值至过去的(较近的)第20个电压值、总共20个值求和。

作为第二部分和(TS2)，对电压值u(k)求和，其中，

k＝n-(j/2-1)＝n-(40/2-1)＝n-19

至

k＝n

也就是说，对从过去的第19个电压值至当前的电压值u(n)、同样总共20个电压值求和。

将这两个部分和的差DU和与数量j有关的第一阈值SW1在量值上进行比较。在超过其的情况下，输出第一故障电弧识别信号。

在此，分别对第一数量j的一半求和。本发明的意义上的一半也意为与一半相差一个值的值。也就是说，根据第一变形方案，可以在第一部分和中对19个值求和，并且在第二部分和中对21个值求和。其中，j的值为40。在第二变形方案中，在第一数量j为奇数的情况下，意为非对称的划分。也就是说，例如可以在第一部分和中对19个值求和，并且在第二部分和中对20个值求和，其中，j的值在这种情况下为39。作为部分和，也可以使用根据各个电压值、例如通过部分和确定的平均值。也就是说，也可以根据明显不同数量的电压值例如针对每个部分和求平均值。

替换地，可以将两个部分和或差乘以一个因数，该因数例如包含第一数量j的倒数，即例如乘以1/j或者2/j。

由此，可以和与所使用的采样值的数量、即与第一数量无关的第一阈值SW1进行量值比较，因为将差标准化为在电路中使用的电压，也就是说，差对应于等效地发生的电压跳变。因此，差的值不再与求和的数量有关，而与所使用的电压有关。

根据第一或者第二变形方案，可以将一半划分为第一部分和数量g和h，其中，j＝g+h并且g≠h。

第一数量j或者使用的采样值的数量j关于所使用的采样频率确定所使用的时间框。相反，可以在预先给定的采样频率下针对要检查的时间窗口确定要使用的第一数量。时间窗口ta、采样频率fa和采样值的数量(＝第一数量)j这三个参量相应地可以相互转化，j＝ta·fa。

在50-60Hz的低压电路的电网频率下，对于故障电弧的可靠检测，得到1至200kHz、特别是1至60kHz、更具体地40-50kHz的采样频率以及0.1ms至5ms或者10ms、特别是大约1ms的时间窗口或扩张时间。因此，对于所需的采样值或采样点的第一数量j，得到j＝40–50。扩张时间是指计算部分和或等效电压跳变的时间窗口的大小。

也可以将两个部分和TS1和TS2互换。也就是说，从第二部分和中减去第一部分和。由此，仅符号发生变化。例如，可以以类似的方式在交流电网中在边沿改变之后，即当从通常正弦形的交流电压的上升沿改变为下降沿时，同样出现符号改变。在正弦形电压的情况下，通常在0°至90°以及270°至360°的范围内出现上升沿，通常在90°至270°的范围内出现下降沿。

在量值上超过差DU时，输出第一故障电弧识别信号。

对于第二故障电弧信号的输出，评估可以与先前根据图3所描述的类似地进行。在第一步骤1中，进行根据本发明的差DU的连续计算。在第二步骤2中，将差在量值上与第一阈值SW1进行比较。如果超过第一阈值SW1，则在第三步骤3中输出第一故障电弧识别信号。如果未超过第一阈值SW1，则可以在第四步骤4中通知不存在故障电弧。

例如，在标准化计算的情况下，第一阈值SW1可以处于8伏至300伏、特别是10至30或者100伏的范围内，更具体地处于15至20或者25伏的范围内。其中，应当指出，所计算的差DU或等效电压跳变处于在电压曲线中可识别的实际电压跳变以下。

进一步的改善可以通过对差DU进一步求和以得到差和DS来实现。下面，这也称为W-RUs方法。因此，可以在不产生大的电压跳变的故障电弧的情况下，实现快速的检测。

在W-RUs方法中，将特别是在电弧点燃时作为多个小的、依次点燃的电弧的结果出现的各个差或电压跳变相加。

对所确定的差DU以第二数量z求和，以得到差和DS，第二数量z处于第一数量j的范围内，但是也可以大于或小于第一数量j。例如，第二数量z的值可以是j的1至4至6倍。

z第二数量，即计算差和使用的差DU的数量

DS(n)关于当前的值n的差和

在此，第二数量z又可以关于采样频率fa和针对求和要观察的时间窗口ts来确定，z＝ts·fa。

事实表明，在使用求和时，可以或者应当将用于计算各个电压跳变的第一时间窗口或第一扩张时间ta选择为较小。时间ta在此例如可以取0.05至1ms，特别是处于0.2ms。

此外，证明有利的是，不将针对求和所使用的差第二次用于随后的求和。

对于算法的简单的通过程序的实现，例如对于每个电压值u(n)或采样点，可以如下关于第一数量j或扩展参数的大小针对每一个电压值u(n)计算相对等效电压跳变或采样差DA(n)：

也就是说，将差DU除以第一数量j，以获得针对电压值u(n)的采样差。所计算的采样差DA(n)描述每个电压值u(n)或采样值的相对等效电压跳变。

例如，测量到36伏的第一电压值u(1)、随后40伏的第二电压值u(2)、随后50伏的第三电压值u(3)、随后60伏的第四电压值u(4)、随后70伏的第五电压值u(5)、随后72伏的第六电压值u(6)、随后74伏的第七电压值u(7)。

例如，第一数量j的值为4。

根据公式2，第一部分和为76伏，第二部分和110伏。部分和的纯差为34伏，将该纯差乘以2/j，即2/4，则差DU(4)为17伏。也就是说，该差对应于17伏的关于4个电压值的平均电压跳变。

关于前四个电压值u(1),…,u(4)或采样值，将采样差DA(4)：17伏除以4，等于4.25伏(即每个电压值的相对电压跳变)。

关于接下来的四个电压值u(2),…,u(5)，部分和的差为130伏–90伏＝40伏。然后，差DU(5)又为20伏。采样差DA(5)为5伏(即每个电压值的相对电压跳变)。

关于接下来的四个电压值u(3),…,u(6)，部分和的差为142伏–110伏＝32伏，然后，差DU(6)为16伏，采样差DA(6)为4伏(即每个电压值的相对电压跳变)。

关于接下来的四个电压值u(4),…,u(7)，部分和的差为146伏–130伏＝16伏，然后，差DU(7)为8伏，采样差DA(7)为2伏(即每个电压值的相对电压跳变)。

在本发明的一个设计方案中，现在，要针对每个(连续)计算的采样差DA(n)，对相应的最大值求和。为此，将采样差DA(n)相应地与计算差与采样差使用的j个电压值相关联，参见下面的表。

如果对于计算还不存在第一数量j个电压值u(n),u(k)，则可以将差或采样差设置为零，参见在列DA(1),DA2,DA(3)中在括号中给出的值0伏。

从j个每个电压值U(n)的相关联的采样差中分别确定最大采样差DAmax(n)。在此，对于刚刚过去的采样差DA(n)，自然仅存在少于j个的采样差DA，其中，于是使用存在的采样差的当前或最大采样差DA。

对每个电压值U(n)的最大采样差DAmax求和，获得最大采样差的和SMA，更确切地说，相应地第二数量z个最大采样差SMA。

如果第二数量z的值例如为z＝6，则对于前6个最大采样差，得到最大采样差的和SMA(6)＝28.25伏。

将最大采样差的和SMA或其量值与第一阈值SW1进行比较，并且在量值上超过第一阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号SLES。这具有如下优点：对多个依次出现的电压跳变求和，并且使用其和来评估是否存在故障电弧。

在本发明的一个设计方案中，可以设置另一个阈值比较，使得对于采样差DA(n)的计算，当其量值低于第五阈值SW5时，将DU(n)的值设置为零。对于低压电网，该第五阈值SW5可以处于8伏至50伏的范围内、特别是10至30伏的范围内，更具体地处于10至20或者25伏的范围内。第五阈值也可以与第一阈值的量值相同或处于第一阈值的数量级。这具有如下优点：不考虑或者较少地考虑一般的(通常为正弦形的)电压曲线。例如，根据示例，值为8伏的第七差DU(7)在量值上低于例如量值为10伏的第五阈值SW5。由此，第七采样差DA(7)的值将为0伏。这特别是在列DA(7)中通过方括号中的值0伏示出。

图2示出了电路的等效电路图，该电路具有提供电网电压u_n(t)的电源100、与其连接的电网通道或馈电线缆200、之后的用电设备、运行部件或能量汇点300，馈电线缆200通过等效电路元件、例如馈电线缆电阻R_ek和馈电线缆电感或线圈L_ek示出，用电设备300也通过等效电路元件、例如用电设备电阻R_BM和用电设备电感或线圈L_BM示出。在馈电线缆200和用电设备300之间可以测量电压u_m(t)和电流参量、例如电流值i_m(t)和/或电流相对于时间的变化i'_m(t)或者电流相对于时间的一阶导数。在测量点600处采集这些参量、特别是电压或电压值，以便在故障电弧识别单元中进一步进行处理。

通过虚线500示出了针对故障电弧监视的区域。

在该电路中可能出现故障电弧，其通过具有电弧电压U_lb(t)的电弧400示出。根据本发明，对于第二故障电弧识别功能，在故障电弧识别单元中借助测量/采样的电压u_m(t)和测量/采样的电流参量(电流和/或电流变化)连续计算电弧电压U_lb。

根据本发明，针对计算使用电压、电流和电流相对于时间的变化。为此，对至少一个值集合分配这种值对。在一个优选实施方式中，将值对分配给恰好一个值集合。重要的是，一个值集合包含在先前或者随后的值集合中不包含的至少一个值对。根据本发明，根据至少两个值集合计算电弧电压。

在一个优选设计方案中，对一个值集合分配例如在时间上依次、例如以固定的时间间隔确定的固定数量的值对。例如，一个值集合包含10个值对。对第一值集合分配第一10个值对。对第二值集合分配第二10个值对，对第三值集合分配第三10个值对等。电弧电压或故障电弧的确定相应地使用至少2个值集合。连续进行计算，即例如利用值集合1和2或1至3进行第一次计算，利用值集合2和3或2至4进行第二次根据本发明的计算等(针对利用2个值集合的计算进行第一次陈述，针对利用3个值集合的计算进行第二次陈述)。

第1示例：

例如，对1至x

的值对进行采样，并且由10个值对构成一个值集合。相应地使用3个值集合来确定电弧电压或故障电弧。

对值集合1分配值对1-10。

对值集合2分配值对11-20。

对值集合3分配值对21-30。

连续进行计算，即例如利用值对1至30进行第一次根据本发明的计算，利用值对2至31进行第二次根据本发明的计算，利用值对3至32进行第三次根据本发明的计算等。由此，对于每一个采样点，可以获得用于随后的评估的计算结果。

第2示例：

对于计算，值集合也可以重叠。也就是说，两个值集合可以使用一个或多个相同的值对。其中，这里原则是，在每一个值集合中必须存在在其它值集合中不使用的至少一个另外的值对。例如，对1至x

对值集合1分配值对1-10。

对值集合2分配值对2-11。

对值集合3分配值对3-12。

连续进行计算，即例如利用值对1至12进行第一次根据本发明的计算，利用值对2至13进行第二次根据本发明的计算，利用值对3至14进行第三次根据本发明的计算等。由此，对于每一个采样点，可以获得用于随后的评估的计算结果。

第3示例：

对于计算，值集合也可以具有不同的大小。例如，对1至x

的值对进行采样。相应地使用3个值集合来确定电弧电压或故障电弧，其中，第1值集合由6个值对构成，第2值集合由15个值对构成，并且第3值集合由9个值对构成。

对值集合1分配值对1-6。

对值集合2分配值对1-15。

对值集合3分配值对6-15。

连续进行计算，即例如利用值对1至15进行第一次根据本发明的计算；其中包含三个值集合。利用值对2至16进行第二次根据本发明的计算，并且利用值对3至17进行第三次根据本发明的计算等。由此，对于每一个采样点，可以获得用于随后的评估的计算结果。

此外，例如值对也可以依次布置并且相对于彼此具有特定数量的值对的距离。

通过连续计算一定的项(数学表达式或方程)来进行计算。

这些项的计算基于对如下1阶线性方程的求解：

假设在低压电网中存在故障电弧，因此电行为与电网中的反向电压源的电行为类似。由此得到下面的扩展的拟设微分方程：

以简化为纯欧姆用电设备的方式来模拟故障电弧。因此假设电弧电压与电弧电流同相。电弧电压因此可以利用下面的方程来描述：

u_LB(t)＝U_LB·sign(i_LB(t)) (3)

如果假设测量电流i_m(t)对应于故障电弧电流i_LB(t)，即在测量位置和故障电弧燃烧点之间没有电流分支，则可以描述为：

为了对该扩展的拟设微分方程进行求解，根据本发明，使用积分求解方法。因此得到如下的完全积分拟设(Ansatz)：

电弧电压的计算通过针对U_LB对方程(5)进行转换和求解来进行。

对于计算，使用下面的拟设方程：

对于数值积分，例如使用根据方程(7)的梯形方法(Sehnentrapez-verfahren)。

为了以简化的方式示出求解，用下面的项代替利用梯形公式(Sehnentrapezregel)求解的积分区间：

在此，值t_s是每个值集合的值对的数量，Δt对应于参考标记dt，参考标记dt对应于采样的电压值或电流参量或者值对的时间间隔。变量t_E对应于值集合的时间上最后的值对的时间，t_A对应于该值集合的时间上第一个值对的时间。

利用公式8至11，对于值集合分别计算以下项：

(8)由时间间隔(dt)与电压值(u_m)的和形成的时间-电压和积(u_s)，其中，电压值的和由值集合的第一个电压值的一半、最后一个电压值的一半与其余电压值的和形成。

(9)由时间间隔(dt)与电流值的和形成的时间-电流和积(i_s)，其中，电流值的和由值集合的第一个电流值的一半、最后一个电流值的一半与其余电流值的和形成。

(10)由时间间隔(dt)与电流相对于时间的变化的值的和形成的时间-电流变化值积(i'_s)，其中，电流相对于时间的变化的值的和由值集合的第一个值的一半、最后一个值的一半与其余值的和形成。

(11)由时间间隔(dt)与电流值的符号值的和形成的时间-符号值积(s_s)，其中，在电流值为正的情况下符号值取值正1，在电流值为负的情况下符号值取值负1，并且在电流值为零的情况下，符号值取值零，其中，符号值的和由值集合的第一个电流值的符号值的一半、最后一个电流值的符号值的一半与其余电流值的符号值的和形成。

利用代替的项，该方程组与拟设方程5对应地得到：

u_s＝R_BMi_s+L_BMi′_s+U_LBs_s (13)

该方程组包含3个未知变量R_BM,L_BM和U_LB。为了对其求解，例如通过根据本发明使用两个或三个值集合，使用(至少)两个、为了非常准确地进行确定使用三个彼此在时间上不同的积分界限。

因此，根据本发明，电弧电压U_LB例如可以利用下面的公式来计算。

其中，u_s,i_s,i'_s,s_s根据索引是第一、第二和第三值集合的根据公式8至11的时间-电压和积、时间-电流和积、时间-电流变化值积、时间-符号值积。

符号sign或sgn表示正负号函数或者符号函数。该函数对数字分配其符号。其如下定义：

如果x>0，则sign(x)＝+1；

如果x＝0，则sign(x)＝0；

如果x<0，则sign(x)＝-1。

公式14由12个积P1,…,P12构成，这些积包含：

a)时间-电压和积u_s与时间-电流和积i_s的积，

b)时间-电流和积i_s与时间-电流变化值积i'_s的积，

c)时间-符号值积s_s与时间-电流和积i_s的积。

这12个积形成6个不同的差D1,…,D6。

这6个差D1,…,D6又形成4个上级积P13,…,P16。其又形成2个上级差D7,D8，借助上级差D7,D8可以确定电弧电压。如果其在量值上超过第二阈值SW2，则输出第二故障电弧识别信号。

此外，电弧电压例如可以利用下面的同样是对积分方程求解的简化公式来计算。在此，根据本发明，进行确定仅需要两个值集合。

在下面的公式中给出了使用三个值集合的另一个示例性计算。

对积分方程的每一次求解、对积分方程的简化求解也是根据本发明的对本发明的使用。

借助图3，可以以类似的方式进行区分。

例如，对于这种情况，第二阈值SW2或其量值可以为30伏。一般来说，用于低压电网的阈值可以处于20至300伏的范围内，更具体地处于20至150伏的范围内，更具体地处于20至70伏的范围内。特别是25至50伏的值非常合适。

在利用根据本发明的评估计算电弧电压时，在电弧点燃时可能出现强烈的变化。因此，为了快速并且稳定地计算电弧电压，可以例如以对符号或正负号函数进行修正的方式进一步进行改进。

一般来说，如下根据测量的电流计算正负号函数：

s(t)＝sign(i_m(t))

经常在电弧点燃之后的、测量电压完全覆盖了燃烧的电弧并且完全包含在两个或三个积分区间或值集合中的时间内，才存在稳定的计算结果。在过渡区域中可能产生不稳定的计算结果。如果针对该区域对计算结果进行滤波，则检测由于这而略有延迟，但是具有更可靠的确定结果。因此，根据本发明，可以使用另一个设计方案，其中，当所确定的电压低于第六阈值SW6、例如电压阈值时，将正负号函数设置为值零。

例如，当例如相同时间的值对的电压值的量值小于或等于第六阈值SW6、例如

时，总是将正负号函数的结果设置为零。对此，作为一般的阈值，例如可以取例如20V的阳极-阴极电压降，因为可以假设在该值下不会形成电弧。第六阈值SW6或

可以取5至150伏的范围内、更具体地10伏至50伏、特别是15至20伏的范围内的任意值。

通过引入计算正负号函数的该辅助条件，在计算电弧电压时，使在电弧点燃时可能出现的不稳定最小化。

为了进一步避免不允许的计算结果，根据本发明，当正负号函数的两个或三个积分s_S的和或者两个或三个时间-符号值积s_s的和为值零时，可以有利地将电弧电压设置为值零。

U_LB＝0V|s_s1+s_s2＝0

U_LB＝0V|s_s1+s_s2+s_s3＝0

替换地，第二故障电弧功能也可以通过值对、例如通过微分拟设来实现。这里，根据本发明，对于计算也使用电压、电流和电流相对于时间的变化。根据本发明，必须存在这些参量中的至少两个值对。通过连续计算一定的项(数学表达式或方程)来进行计算。

这里，这些项的计算也基于在已经提及的假设下对1阶线性方程的求解。

为了对该扩展的拟设微分方程进行求解，根据本发明，使用微分求解方法。根据本发明，电弧电压的计算通过针对U_LB对前面的方程进行转换和求解来进行。

通过根据本发明不考虑方程的各个分量或元素，可以实现方程的简化。例如，仅考虑电弧电压和欧姆或电阻分量。替换地，例如仅考虑电感分量、电流的电感正符号、电流的欧姆正符号、欧姆分量和电感分量。在其完全形式下，不仅考虑电流的欧姆和电感分量，而且考虑电流的符号。这种简化具有如下特别的优点：由此使得能够特别简单地确定电弧电压，因此给出了一种简单的用于确定故障电弧的可能性。

在不考虑全部分量的情况下，可以通过根据本发明使用两个不同的值对，来计算电弧电压和对应的分量。

在此，例如可以如下计算电弧电压。

可以通过根据本发明使用三个不同的值对来计算电弧电压U_LB。

根据本发明，例如可以如下利用下面的公式中的一个来计算电弧电压U_LB：

或者：

其中，u₁,i₁,i'₁是第一值对的电压值、电流值和电流变化值。索引类似地适用于第二和第三值对。符号sgn表示正负号函数或者符号函数。该函数对数字分配其符号。其如下定义：

如果x>0，则sgn(x)＝+1；

如果x＝0，则sgn(x)＝0；

如果x<0，则sgn(x)＝-1。

前面的公式由两个差DD1,DD2构成，差DD1,DD2由多个积PD1,…,PD8形成，积PD1,…,PD8又形成差DD3至DD6的基础。其又可以组合成积PD9,…,PD12。这些积形成另外两个差DD7,DD8的基础，借助差DD7,DD8可以计算电弧电压。前面的公式可以如下改写：

又可以类似地根据图3进行阈值比较。在第一步骤1中，连续计算电弧电压。在第二步骤2中，将电弧电压相应地与第二阈值SW2进行比较。如果在量值上超过第二阈值SW2，则在第三步骤3中输出第二故障电弧识别信号。如果未超过阈值SW，则可以在第四步骤4中通知不存在故障电弧。

例如，对于这种情况，第二阈值SW2或其量值可以为30伏。假定阳极-阴极电压降例如为10-20V，则该假设基于电弧柱例如还附加地需要10V。一般来说，用于特别是400伏的低压电网的阈值可以处于20至300伏的范围内、更具体地处于20至70伏的范围内。特别是25至50伏的值非常合适。

根据本发明，故障电弧识别可以与其它标准组合。例如与电路的电流的大小的另一个比较组合。在此，将测量的电流、特别是例如可以根据曼恩莫里森(Mann-Morrison)方法计算的测量的电流的有效值与第三阈值SW3进行比较，并且也仅当超过该第三阈值SW3，并且满足针对故障电弧识别信号的标准时，才输出故障电弧识别信号。该称为过电流释放的标准产生可靠的故障划界。对于故障电弧识别，必须在电路中流过最小故障电弧电流，以产生故障电弧识别信号。作为用于过电流释放的阈值，可以选择与运行电流有关的值。替换地，阈值确定也可以以特定于电弧的方式进行，因为燃烧的并联低压电弧需要通常1000A的电弧电流。在电流明显更小的情况下，可能出现串联电弧。也就是说，第三阈值SW3可以根据使用或应用而具有从1A、10A、100A、1000A或者5000A起的任意值。

在图4中示出了过电流释放和根据本发明的电弧电压计算之间的连结。

图4示出了向第一评估单元AE馈送通过未示出的电压和电流传感器所确定的电路的电压U和所确定的电流参量I的图示。向第一故障电弧识别功能SLEF1和第二故障电弧识别功能SLEF2馈送电压U。向第二故障电弧功能SLEF2和第三故障电弧功能SLEF3馈送电流参量I。三个故障电弧识别功能SLEF1,SLEF2,SLEF3分别按照不同的原理确定故障电弧或故障电弧标准。例如，第一故障电弧识别功能SLEF1可以借助部分和计算或者W-RU执行故障电弧识别。替换地，其也可以执行电压值-差商计算。例如，第二故障电弧识别功能可以执行电弧电压的积分或者微分确定。例如，第三故障电弧识别功能可以执行关于一定的电流条件的检查。也可以想到并且包括所提到的方法的其它组合和交叉。重要的是使用至少两个不同的故障电弧识别功能、即两种不同的方法。最优的是，可以并行使用三种方法，或者也可以并行使用更多种方法。已经证明部分和计算/W-RU和积分确定的组合是特别有利的，最优的是与过电流释放组合。由此能够实现故障电弧的特别好的识别。

将在识别故障电弧时分别输出第一和/或第二故障电弧识别信号SLES1,SLES2的前两个故障电弧识别功能SLEF1,SLEF2的输出以“或”功能OF连接。将第三故障电弧识别功能SLEF 3的输出和“或”功能OF的输出以“与”功能UF连接。其输出形成评估单元AE的输出AUS。也就是说，在存在第一或者第二故障电弧识别信号SLES1,SLES2时，并且在存在第三故障电弧识别信号SLES3时，在评估单元AE的输出处输出故障电弧识别信号SLES。

在此，评估单元不需要作为封闭的组件来实现，而是可以以分散的方式构建。例如，其可以通过执行根据本发明的评估的微处理器来实现。

此外，可以在对应的评估值和/或电流标准至少两次超过对应的阈值时，才进行故障电弧识别信号的输出。类似地，也可以通过三次、四次、五次等超过阈值导致输出故障电弧识别信号。因此，实现特别可靠的故障电弧的评估和识别。

图5示出了具有用于检测故障电弧的输出选择性的故障电弧识别单元的设备配置的概览电路图的示意性图示。图5示出了具有保险装置SI的低压电源NSE，之后是其用于三相交流电网或电路的导线的汇流排或母线L1,L2,L3。未示出中性导线或零线。分别对三个母线L1,L2,L3中的每一个分配电压传感器SEU1,SEU2,SEU3和电流传感器SEI1,SEI2,SEI3。母线与开关和/或分配设备SVA连接。电压和电流传感器与根据本发明的故障电弧识别单元SEE连接，故障电弧识别单元SEE具有根据本发明的评估单元AE。其具有用于输出故障电弧识别信号SLES的输出。电压和电流传感器确定母线L1,L2,L3的电压值和电流参量(电流值和/或电流值变化)并且将其馈送到根据本发明的故障电弧识别单元SEE。传感器在此布置在故障电弧识别单元外部并且与其连接。

图6示出了具有用于检测故障电弧的中央故障电弧识别单元的设备配置的概览电路图的另一个示意性图示。图6示出了低压电源NSE，之后是馈入线缆ELT1，之后是馈入开关ESCH，之后是电流传感器SEI1和电压传感器SEU1，之后是母线SS。在母线SS上设置有3个输出ABG I,ABG II和ABG III。其分别与输出线缆ALT1,ALT2,ALT3相关联。传感器SEI1,SEU1与故障电弧识别单元SEE连接，其输出又与馈入开关ESCH连接。馈入开关在此可以是断路器。当例如在输出中的一个中出现故障电弧时，在识别出故障电弧时，可以将电路、即母线SS的电力供应中断。

图7示出了根据图6的图示，不同之处在于，传感器布置在第二输出ABG II中，第二输出ABG II还具有保险装置SI和短路器KS。传感器SEI1和SEU1检测输出ABG II的电流和电压值，并且将其传输到故障电弧识别单元SEE。如果故障电弧识别单元SEE识别出故障电弧，则在其输出处输出故障电弧识别信号SLES并且传输到短路器KS。其随后将输出ABG II短路，以使故障电弧熄灭。

根据图6或图7的故障电弧识别例如可以作为移动系统实施。

下面再一次说明本发明。

利用本发明，可以识别特别是低压开关和分配设备中的故障电弧、特别是并联或者大电流故障电弧。为此，根据本发明，可以提供特别是基于对测量的电压或电流值或信号的评估的数值求解或检测算法。为了识别故障电弧，特别是对电压进行测量，并且借助根据本发明的计算来确定故障电弧。由于在实践中需要进行快速的电弧检测，在此，根据本发明，可以提供在时间上极其快速的评估。

利用本发明，例如可以基于电源处的中央电压或电流测量，快速地检测例如处于低压的例如开关和分配设备中的大电流故障电弧。

本发明特别是可以有利地与断路器或者短路器协作使用。

不需要在设备中用于识别故障电弧的光波导的复杂的安装。电压/电流测量可以中央地实现，并且在需要时可以与其它运行部件协同使用。

此外，可以简单地在已有的开关和分配设备中实现，因为根据本发明的检测系统例如可以仅中央地安装，而不需要安装在要保护的各个单元中。

本发明可以作为具有中央电压和电流确定的组件来实现。

迄今为止在市场上可获得的检测系统基于光学故障识别，因此有由于外来光(例如闪光灯)的影响而被误触发的可能性。在根据本发明的解决方案中基于电压和电流测量，因此不存在这种潜在的风险。

虽然通过实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

A 安培

ABG I 输出I

ABG II 输出II

ABG III 输出III

AE 评估单元

AE1 第一评估(子)单元

AE2 第二评估(子)单元

ALT 1 输出线缆1

ALT 2 输出线缆2

ALT 3 输出线缆3

ARB 工作范围

AUS 输出

ELT1 馈入线缆1

ESCH 馈入开关，断路器

I 电流/电流参量

I_LB 电弧电流

i_m 测量的电流值

i'_m 电流值的变化的值

KS 短路器

L_BM 用电设备的电感

L_EK 馈入线缆的电感

L1 母线，导线1

L2 母线，导线2

L3 母线，导线3

ms 毫秒

NSE 低压电源

OF “或”功能

R_BM 用电设备的电阻

R_EK 馈入线缆的电阻

SEE 故障电弧识别单元

SLEF1 第一故障电弧识别功能

SLEF2 第二故障电弧识别功能

SLEF3 第三故障电弧识别功能

SEI1 电流传感器

SEI2 电流传感器

SEI3 电流传感器

SEU1 电压传感器

SEU2 电压传感器

SEU3 电压传感器

SLES 故障电弧识别信号

SLES1 第一故障电弧识别信号

SLES2 第二故障电弧识别信号

SLES3 第三故障电弧识别信号

SI 保险装置

SS 母线

SVA 开关和分配设备

SW1 电弧电压的阈值

SW2 电弧电压的阈值

SW3 电流释放的阈值

SW4 电压差商的阈值

SW5 第五阈值

SW6 第六阈值

t 时间

U 电压

UF “与”功能

U_LB 电弧电压

u_m 测量的电压值

u_n 能量源/电网的电压值

V 伏

& “与”单元

1 步骤1–连续进行计算

2 步骤2–阈值比较

3 步骤3–输出故障电弧识别信号

4 步骤4–没有故障电弧

100 能量源

200 电网通道/馈入线缆

300 用电设备/运行部件/能量汇点

400 电弧

500 监视的区域

600 测量点

Claims

1.一种用于低压交流电路的故障电弧识别单元，具有：

与所述电路相关联的至少一个电压传感器，用于周期性地确定所述电路的电压值，

与所述电路相关联的至少一个电流传感器，用于周期性地确定所述电路的电流参量，

两者与评估单元连接，所述评估单元被设计为，

向第一故障电弧识别功能馈送所述电压值，所述第一故障电弧识别功能根据电压的信号曲线执行第一故障电弧识别，并且在量值上超过第一阈值(SW1)的情况下，输出第一故障电弧识别信号，

向第二故障电弧识别功能馈送所述电压值和电流参量，所述第二故障电弧识别功能根据所述电压值和电流参量执行第二故障电弧识别，并且在量值上超过第二阈值(SW2)的情况下，输出第二故障电弧识别信号，

向“或”功能馈送两个故障电弧识别信号，使得在存在第一或者第二故障电弧识别信号的情况下，作为输出侧的故障电弧识别信号输出“或”连结的故障电弧识别信号。

2.根据权利要求1所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述评估单元被设计为，

向第三故障电弧识别功能馈送所述电流参量，所述第三故障电弧识别功能连续将所述电流参量或者其等同物与第三阈值(SW3)进行比较，并且在超过所述第三阈值的情况下，输出第三故障电弧识别信号，

向“与”功能馈送所述“或”连结的故障电弧识别信号和所述第三故障电弧识别信号，使得仅在存在所述第三和所述“或”连结的故障电弧识别信号的情况下，所述故障电弧识别单元输出所述输出侧的故障电弧识别信号。

3.根据权利要求1所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

以固定的时间间隔(dt)确定所述电压值和/或电流参量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第一故障电弧识别功能连续对第一数量的电压值的第一一半求和，形成第一部分和(TS1)，并且对电压值的第二一半求和，形成第二部分和(TS2)，

确定两个部分和的差(DU)，

将所述差(DU)与第一阈值(SW1)进行比较，并且在量值上超过第一阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号(SLES1)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第一故障电弧识别功能连续根据在时间上连续的两个电压值确定电压差，将所述电压差除以电压值的时间上的差，将由此确定的差商作为电压相对于时间的变化的度量与第四阈值(SW4)、而不是第一阈值进行比较，并且在量值上超过第四阈值的情况下，输出第一故障电弧识别信号。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

确定电流值(i_m)和/或电流相对于时间的变化的值(i'_m)，作为电流参量。

7.根据权利要求6所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

在确定电流值(i_m)的情况下，根据其确定电流相对于时间的变化的值(i'_m)，或者

在确定电流相对于时间的变化的值(i'_m)的情况下，根据其确定电流值(i_m)，

使得值对具有电压值(u_m)、电流值(i_m)和电流相对于时间的变化的值(i'_m)。

8.根据权利要求6所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第二故障电弧识别功能连续根据至少两个值对计算电弧电压(U_LB)，将所述电弧电压与所述第二阈值(SW2)进行比较，并且在量值上超过所述第二阈值的情况下，输出第二故障电弧识别信号。

9.根据权利要求8所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第二故障电弧识别功能连续根据三个值对计算电弧电压(U_LB)。

10.根据权利要求8所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第二故障电弧功能被设计为，借助微分方程或者其求解执行电弧电压(U_LB)的计算。

11.根据权利要求6所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

值集合包括多个值对(t_s)，并且所述第二故障电弧识别功能连续根据至少两个值集合计算电弧电压(U_LB)，将所述电弧电压与所述第二阈值(SW2)进行比较，并且在量值上超过所述第二阈值的情况下，输出第二故障电弧识别信号。

12.根据权利要求11所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第二故障电弧识别功能连续根据三个值集合计算电弧电压(U_LB)。

13.根据权利要求11所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第二故障电弧功能被设计为，借助积分方程或者其求解执行电弧电压(U_LB)的计算。

14.一种用于低压电路的断路器，具有根据权利要求1至13中任一项所述的故障电弧识别单元，所述故障电弧识别单元与所述断路器连接，并且所述故障电弧识别单元被设计为，在将输出侧的故障电弧识别信号输出时，触发所述断路器，以中断所述电路。

15.一种短路器，具有根据权利要求1至13中任一项所述的故障电弧识别单元，所述故障电弧识别单元与所述短路器连接，并且所述故障电弧识别单元被设计为，在将输出侧的故障电弧识别信号输出时，所述短路器将所述电路短路，以使得故障电弧熄灭。

16.一种用于识别低压交流电路的故障电弧的方法，

其中，周期性地确定所述电路的电压值和电流参量，

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，