CN109496379A

CN109496379A - 故障电弧识别单元

Info

Publication number: CN109496379A
Application number: CN201780046103.3A
Authority: CN
Inventors: J.迈耶; P.谢格纳; K.温兹拉夫; S.威德曼
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: US20190173271A1; CN109496379B; EP3443626A1; WO2017207535A1; US11088527B2; EP3443626B1

Abstract

本发明涉及一种用于具有三个相导体和一个中性导体的三相交流电路的故障电弧识别单元，其具有：‑与每个相导体相关联的电压传感器，用于周期性地确定相‑中性导体电压值和相‑相电压值，‑与每个相导体相关联的电流传感器，用于周期性地确定相导体电流参量，根据其确定相导体电流值和电流相对于时间的变化的值，‑评估单元，其与电压传感器和电流传感器连接，并且被设计为：‑将电流有效值分别与电流阈值进行比较，并且在超过电流阈值时，输出过电流信号，‑根据相‑中性导体电压值、相‑相电压值、相导体电流值、交联电流、电流相对于时间的变化的值和交联变化电流值计算电弧电压，将电弧电压与阈值进行比较，使得输出故障电弧识别信号，‑根据相‑中性导体电压值和相‑相电压值计算另外的电弧电压，将电弧电压与另外的阈值进行比较，使得输出另外的故障电弧识别信号，‑当存在至少一个过电流信号和故障电弧识别信号时，发出输出侧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。

本专利申请要求以下申请的优先权：

PCT/EP2016/062274

PCT/EP2016/062273

PCT/EP2016/062272

PCT/EP2016/062271

(欧洲专利局)

以及：

102016209444.0

102016209443.2

102016209445.9

(德国专利局)。

上述7个申请的内容在此通过引用包含在本申请中。

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。低压特别地是指比具有25伏或者50伏交流电压以及60伏或者120伏直流电压的值的小电压大的电压。

特别是在大功率的分配和开关设备中，这些故障电弧在关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以及一般的伤害，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。

不是指在特别是在触点处进行电气开关时出现的开关电弧。

故障电弧是指在电路中或者在设备中出现电气故障时出现的电弧。例如，故障电弧可能由于短路或不良连接引起。

如果电流在“几乎中断”的相导体中流动，则在中断位置处形成所谓的串联故障电弧。

当出现与另一个相导体的(几乎)短路时，将其称为并联故障电弧。

并联故障电弧例如可能由于绝缘材料的老化或者在相导体之间导电的污染的存在而引起。并联故障电弧可能出现在两个不同的相导体之间、相导体(L)和接地导体(PE)之间或者相导体和中性导体(N)之间。

如果电弧呈现并联故障电弧和串联故障电弧的特性，则将其称为组合故障电弧。如果提到相导体、接地导体或者中性导体，则这不仅涉及导体，而且涉及具有与相导体、接地导体或者中性导体相同的电位的所有设备部分。

通常，故障电弧会在不同电位的导体或者设备部分之间产生错误的连接。

断路器这里特别地是指用于低压的开关。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。

关断电流是指通常例如通过保护装置、例如断路器使电路中断的电流。

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

断路器是与保险装置类似地工作的保护设备。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控制单元/电子触发单元(ETU)来进行。控制单元监视通过传感器、例如罗氏线圈(Rogowskispule)测量的电流或者附加地以类似的方式获得的电压和/或电路的其它参数的大小并且使得电路中断。

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，提供一种用于识别故障电弧的可能性，特别是实现对故障电弧的快速识别。

上述技术问题通过具有权利要求1的特征的故障电弧识别单元、根据权利要求12的断路器、根据权利要求13的短路器和具有权利要求14的特征的方法来解决。

根据本发明设置为，用于具有三个相导体和一个中性导体的三相交流电路的故障电弧识别单元具有：

-与每个相导体相关联的电压传感器，用于周期性地确定相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)，其中在此，例如可以相应地设置三个电压传感器，其中，分别在相导体和中性导体之间设置电压传感器，以便直接确定相-中性导体电压值，并且通过计算确定相-相电压值；替换地，可以针对相-相电压值设置电压传感器；例如，通过如下计算来确定电压：

计算交联电压：

u_L1-L2(v)＝u_L1(v)-u_L2(v)

u_L2-L3(v)＝u_L2(v)-u_L3(v)

u_L3-L1(v)＝u_L3(v)-u_L1(v)

-与每个相导体相关联的电流传感器，用于周期性地确定相导体电流参量，根据其确定相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)，在此例如可以例如利用传统的电流传感器直接确定电流值并且根据其确定电流相对于时间的变化；替换地，也可以例如通过罗氏线圈确定电流相对于时间的变化，并且根据其通过积分确定电流；

-评估单元，其与电压传感器和电流传感器连接，并且被设计为：

-根据相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)分别确定两个相导体的电流差作为交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)，并且根据每一相的电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)分别确定两个相导体的变化差作为交联变化电流值，例如通过：

计算交联电流：

i_L1-L2(v)＝i_L1(v)-i_L2(v)

i_L2-L3(v)＝i_L2(v)-i_L3(v)

i_L3-L1(v)＝i_L3(v)-i_L1(v)

根据如下电流计算电流微分，即电流相对于时间的变化：

i_L1，i_L2，i_L3，i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1，i_E

例如通过：

-根据相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)确定地电流(i_E(v))，特别是地电流是导体电流的总和：

i_E(v)＝i_L1(v)+i_L2(v)+i_L3(v)

-针对每个相电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和地电流(i_E(v))分别确定电流有效值(I(v))，特别是电流有效值可以如下计算：

ω＝2·π·f_电网；f_电网＝50Hz(作为50赫兹电网的示例，替换地：UL电网为60赫兹)

计算结果：I_L1，I_L2，I_L3，I_E

-将相应的电流有效值分别与第一、第二、第三和第四电流阈值(SSW1，SSW2，SSW3，SSW4)进行比较，并且分别在超过第一、第二、第三和第四电流阈值时，输出第一、第二、第三或第四过电流信号(F_L1，F_L2，F_L3，F_E)，特别是：

针对电流：I_L1，I_L2，I_L3，I_E进行阈值比较

结果：F_L1，F_L2，F_L3，F_E作为第一、第二、第三和第四过电流信号。

-特别是通过下面(I.-V.)(子)步骤中的至少一个，根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)、相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)、相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)、交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)、电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)以及交联变化电流值针对每个相-中性导体和每个相-相，分别计算第一、第二、第三、第四、第五和第六电弧电压，将电弧电压与第一至第六阈值进行比较，使得输出第一至第六故障电弧识别信号：

I.)计算电流：i_L1，i_L2，i_L3，i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1的符号函数：

结果：s_L1，s_L2，s_L3，s_L1-L2，s_L2-L3，s_L3-L1

II.)针对3个积分区域的数值积分

1.电压u_L1，u_L2，u_L3，u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1的数值积分

这是第二种计算方法。理想情况下，可以针对所有积分使用相同的计算方法。

第一积分区域的结果：

u_s1，L1，u_s1，L2，u_s1，L3，u_s1，L1-L2，u_s1，L2-L3，u_s1，L3-L1

第二积分区域的结果：

u_s2，L1，u_s2，L2，u_s2，L3，u_s2，L1-L2，u_s2，L2-L3，u_s2，L3-L1

第三积分区域的结果：

u_s3，L1，u_s3，L2，u_s3，L3，u_s3，L1-L2，u_s3，L2-L3，u_s3，L3-L1

2.电流i_L1，i_L2，i_L3，i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1的数值积分

第一积分区域的结果：

i_s1，L1，i_s1，L2，i_s1，L3，i_s1，L1-L2，i_s1，L2-L3，i_s1，L3-L1

第二积分区域的结果：

i_s2，L1，i_s2，L2，i_s2，L3，i_s2，L1-L2，i_s2，L2-L3，i_s2，L3-L1

第三积分区域的结果：

i_s3，L1，i_s3，L2，i_s3，L3，i_s3，L1-L2，i_s3，L2-L3，i_s3，L3-L1

3.电流变化的数值积分

第一积分区域的结果：

i_s1，L1，i_s1，L2，i_s1，L3，i_s1，L1-L2，i_s1，L2-L3，i_s1，L3-L1

第二积分区域的结果：

i_s2，L1，i_s2，L2，i_s2，L3，I_s2，L1-L2，i_s2，L2-L3，i_s2，L3-L1

第三积分区域的结果：

i_s3，L1，i_s3，_L2，i_s3，L3，i_s3，L1-L2，i_s3，L2-L3，i_s3，L3-L1

4.符号s_L1，s_L2，s_L3，s_L1-L2，s_L2-L3，s_L3-L1的数值积分

第一积分区域的结果：

s_s1，L1，s_s1，L2，s_s1，L3，s_s1，L1-L2，s_s1，L2-L3，s_s1，L3-L1

第二积分区域的结果：

s_s2，L1，s_s2，L2，s_s2，L3，s_s2，L1-L2，s_s2，L2-L3，s_s2，L3-L1

第三积分区域的结果：

s_s3，L1，s_s3，L2，s_s3，L3，s_s3，L1-L2，s_s3，L2-L3，s_s3，L3-L1

用于确定积分区间的设置值

设置值	设置范围	推荐设置
			v<sub>A1</sub>	-1000…0	-150
v<sub>E1</sub>	-1000…0	-101
			v<sub>A2</sub>	-1000…0	-100
v<sub>E2</sub>	-1000…0	-51
			v<sub>A3</sub>	-1000…0	-50
v<sub>E3</sub>	-1000…0	-1

III.)I-RLs算法的求解(计算电弧电压)

结果：U_LB，L1，U_LB，L2，U_LB，L3，U_LB，L1-L2，U_LB，L2-L3，U_LB，L3-L1

IV.)对计算结果的后处理：

针对区域v-m至v-1计算中位数

结果：

设置值	设置范围	推荐设置
			m	0...1000	50

V)针对电弧电压的中位数：的阈值比较：

结果：D_L1，D_L2，D_L3，D_L1-L2，D_L2-L3，D_L3-L1作为第一至第六故障电弧识别信号。

-根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)分别计算第七至第十二电弧电压，将这些电弧电压与第七至第十二阈值进行比较，使得输出第七至第十二故障电弧识别信号，特别是通过：

1.)例如借助通过所谓的W-RU算法进行计算，利用：u_L1，u_L2，u_L3，u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1，计算电弧电压的等效电压跳变，

结果：

2.)计算电流变化的符号函数：

结果：s_di，L１，s_di，L2，s_di，L3，s_di，L1-L2，s_di，L2-L3，s_di，L3-L1

3.)计算与电弧相关的电压跳变：

结果：

4.)针对与电弧相关的电压跳变：

的阈值比较

结果：

5.)计算电弧电压的总计的电压跳变，计算相对的等效电压跳变：

结果：

6.)计算总计的等效电压跳变：

结果：

设置值	设置范围	推荐设置
			求和参数b	0...1000	50

7.)针对总计的等效电压跳变：

的阈值比较

结果：W_L1，W_L2，W_L3，W_L1-L2，W_L2-L3，W_L3-L1作为第七至第十二故障电弧识别信号。

-当存在至少一个过电流信号和故障电弧识别信号时，发出输出侧的故障电弧识别信号S_LB。

在一个设计方案中，仅当在一定的时间段内、即同时或者接近同时地存在至少一个过电流信号和故障电弧识别信号时，替换地，当在所谓的故障循环或者故障循环选择内进行评估，即，这些条件必须同时针对相同或者并行的故障循环存在时，才发出输出侧的故障电弧识别信号S_LB。

这具有如下特别的优点：使得能够对故障电弧进行全面的识别，因为借助两个功能和过电流识别来检查故障电弧的存在。故障电弧经常在较大的电流下才出现。根据本发明，在进行评估时考虑这一点。因此，可以检测不同种类的故障电弧并且可以实现全面的设备保护。此外，所述方法非常快速，从而可以实现故障电弧的快速识别和快速断开。

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，三相交流电路是低压电路。这具有如下特别的优点：在此，可以特别有效地使用本发明。

在本发明的一个有利的设计方案中，利用低通滤波器对要测量的电流或者所确定的电流参量进行滤波，使得代替相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3，i_E)和电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt，di_E/dt)，存在经过滤波的相导体电流值(i_F，L1，i_F，L2，i_F，L3，i_F，E)和经过滤波的电流相对于时间的变化的值(di_F，L1/dt，di_F，L2/dt，di_F，L3/dt，di_F，E/dt)，这些值至少用于进一步计算的一部分，特别是用于计算电流有效值。

这具有如下特别的优点：计算由于谐波分量仅略微失真，因此使得能够进行可靠的故障电弧识别。

在本发明的一个有利的设计方案中，低通滤波器具有50赫兹至10000赫兹的范围内、特别是50赫兹至1000赫兹的范围内、尤其是300赫兹的截止频率。

这具有如下特别的优点：由此使得能够进行特别好的故障电弧识别。

在本发明的一个有利的设计方案中，低通滤波器是1至6阶范围内的滤波器。

在本发明的一个有利的设计方案中，当存在至少一个过电流信号和基于相同的相-中性导体或者相-相的故障电弧识别信号时，发出输出侧的故障电弧识别信号。

这具有如下特别的优点：在紧急情况下，仅当故障电弧以高的概率存在时，才输出故障电弧信号。

在本发明的一个有利的设计方案中，根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)分别如下计算第七至第十二电弧电压：对于每个相-中性导体电压值和相-相电压值：

-连续地将第一数量的电压值(u(n)，u(k))的前一半累加为第一部分和(TS1)，并且将电压值(u(n)，u(k))的后一半累加为第二部分和(TS2)，

确定两个部分和的差(DU)，

在第七至第十二差(DU)在量值上超过第七至第十二阈值时，输出第七至第十二故障电弧识别信号。

这具有如下特别的优点：由此使得能够通过确定电压跳变来进行特别准确的故障电弧识别。

在本发明的一个有利的设计方案中，连续地将第二数量的差(DU)累加为差和(DS)，代替差(DU)，将差和(DS)与阈值进行比较，并且当在量值上超过阈值时，输出故障电弧识别信号。

这具有如下特别的优点：由此使得能够进行进一步更准确的故障电弧识别。

在本发明的一个有利的设计方案中，根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)、相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)、相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)、交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)、电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)和交联变化电流值，对于每个相-中性导体并且对于每个相-相，分别通过积分方程或者对积分方程求解执行第一、第二、第三、第四、第五和第六电弧电压。

这具有如下特别的优点：在考虑实际电路的多个参数的情况下提供一种全面的计算可能性。

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。

这具有如下特别的优点：使得能够对故障电弧进行特别准确的确定，因为值以规律的间隔存在，因此可以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，故障电弧识别单元被设计为，以低压电路的频率的多倍或者以2-100kHz的范围内、特别是10至40或者60kHz的范围内、尤其是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，存在最佳数量的电压值。因此，在低压电路50或60Hz的电网频率下，对于电网频率的每个基波存在大约1000个电压值。在该数量下，已经证明利用本发明对电弧故障进行良好的识别。

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。即，要累加的电流值的数量通过要使用的时间窗口来确定。此外，从例如可以处于0.1至5ms或者10ms的范围内、特别地可以是1ms的时间窗口中，通过所使用的采样频率，得到第一数量的电压值。

这具有如下特别的优点：连续地进行评估，因此使得能够对故障电弧进行特别准确的识别。

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)乘以大小与第一数量相关的因数。特别地，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，使得能够利用客观的比较来进行评估。

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，连续地将第二数量的差(DU)累加为差和(DS)，代替差(DU)，将差和(DS)与阈值进行比较，并且当在量值上超过阈值时，输出故障电弧识别信号。

这具有如下特别的优点：使得能够对故障电弧进行更准确的确定，因为对在故障电弧中出现的差求和。由此，为阈值比较提供更准确或者更大的值。

在本发明的一个有利的设计方案中，将传感器布置在外部，也就是说，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。

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。

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。

在此：

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示出了根据本发明的解决方案的第一框图

图4示出了根据本发明的解决方案的第二框图

图5示出了用于说明本发明的第一图示

图6示出了用于说明本发明的使用的第一图示

图7示出了用于说明本发明的使用的第二图示

图8示出了用于说明本发明的使用的第三图示

图9示出了用于说明本发明的使用的第四图示

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，要通过至少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，在三相交流电路中，如已经示出的，特别是确定相和中性导体之间的电压

3x导体-中性导体电压：u_L1,u_L2,u_L3

以及相之间

u_L1-L2(v)＝u_L1(v)-u_L2(v)

u_L2-L3(v)＝u_L2(v)-u_L3(v)

u_L3-L1(v)＝u_L3(v)-u_L1(v)。

在此，例如可以直接测量电流

3x导体电流：i_L1,i_L2,i_L3(或者一般地i_m)。

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_L1(v),u_L2(v),u_L3(v)(一般地：um或者u_m)和电流值i_L1(v),i_L2(v),i_L3(v)(一般地：im或者i_m)或者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。

如在前面所示出的，故障电弧识别或故障电弧识别功能一方面例如利用也称为W-RU或者W-RUs的部分和计算来实现。以一般的形式再一次对其进行详细说明。

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。

以引入差或电压跳变DU的方式进行评估。其如下确定，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有关的阈值在量值上进行比较，也就是说，根据观察哪个电压值、相-相或者相-中性导体，将差DU与第七至第十二阈值中的一个在量值上进行比较，其中，阈值对于相-相关系在量值上可以相同，并且对于相-中性导体关系在量值上可以相同。在超过阈值的情况下，根据涉及哪个关系，输出第七至第十二故障电弧识别信号：W_L1,W_L2,W_L3,W_L1-L2,W_L2-L3,W_L3-L1。

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阈值进行量值比较，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，输出故障电弧识别信号。

例如，在标准化计算的情况下，阈值可以处于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或其量值与阈值进行比较，并且在量值上超过第一阈值的情况下，输出故障电弧识别信号。

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，当其量值低于边界值GW时，将DU(n)的值设置为零。

对于低压电网，该边界值GW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。

边界值GW也可以与常见的阈值的量值相同或处于常见的阈值的数量级。

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伏的边界值GW。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，其中，三相交流电网以类似的方式实现，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(x≥32；)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(x≥14；)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(x≥17；)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上面提到的步骤来进行。替换地，这可以如下通过针对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。如果其在量值上相应地超过第一至第六阈值中的一个，则依据其输出第一至第六故障电弧识别信号D_L1,D_L2,D_L3,D_L1-L2,D_L2-L3,D_L3-L1。

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。

在此，第一至第六阈值或其量值例如可以为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十三阈值SW13、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十三阈值SW13、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。第十三阈值SW13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＝OV|s_s1+s₂＝0

U_LB＝OV|s_s1+s_s2+s_s3＝0

根据本发明，故障电弧识别可以与其它标准组合。例如与电路或相应的导体的电流根据本发明的地电流的大小的另一个比较组合。在此，将测量的电流、特别是例如在开头提到的或者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一至第四阈值SSW1,SSW2,SSW3,SSW4进行比较。当超过这些阈值中的一个时，依据其输出第一、第二、第三和/或第四故障电弧识别信号F_L1,F_L2,F_L3,F_E。

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，第一至第四阈值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。电流阈值也可以在量值上(近似)相同。

图3示出了根据本发明的解决方案的第一框图。示出了故障电弧识别单元SEE，向其馈送所确定的电压U和电流I的参量。示出了单相的情况。三相的情况以类似的方式得到。向过程参量预处理单元PVV馈送电压U和电流I，其根据所馈送的电流I输出电流值IW和电流相对于时间的变化的值I'。此外，这里例如可以利用低通滤波器对电流和/或电压进行滤波。

向第一故障电弧识别功能SLF1馈送电压U以及电流参量IW和I'，第一故障电弧识别功能根据其确定故障电弧识别信号，例如通过所描述的积分算法确定例如第一至第六故障电弧识别信号中的一个。

向第二故障电弧识别功能SLF2馈送电压U，在需要时馈送电流参量IW和I'，第二故障电弧识别功能根据其确定另一个故障电弧识别信号，例如通过所描述的电压的部分和计算、W-RU或W-RUs算法确定例如第七至第十二故障电弧识别信号中的一个。

向过电流释放UFG馈送电流IW，在需要时馈送电流的变化I'，过电流释放根据其确定过电流信号，例如四个过电流信号中的一个，如所描述的。

向信号评估或连结SA馈送过电流信号和两个故障电弧信号，信号评估或连结SA在存在过电流信号和两个故障电弧识别信号中的一个(或者两个)的情况下，将输出侧的故障电弧识别信号SLES或S_LB输出。

图4示出了类似于图3的具有针对三相情况的评估的第二框图。将前六个故障电弧识别信号D_L1，D_L2，D_L3，D_L1-L2，D_L2-L3，D_L3-L1和第七至第十二故障电弧识别信号W_L1，W_L2，W_L3，W_L1-L2，W_L2-L3，W_L3-L1分别通过例如6个“或”单元OE关于相-相或者相-中性导体“或”连结。将六个“或”单元的输出与四个过电流信号F_L1，F_L2，F_L3，F_E通过6个“与”单元UE分别“与”连接，如图所示。六个“与”单元UE的输出例如借助“或”单元OE分别再次“或”连结。在该“或”单元处将输出侧的故障电弧识别信号SLES或者S_LB输出。

图5示出了处理单元VE，可以对故障电弧识别单元SEE设置处理单元VE。向处理单元VE馈送相-中性导体电压，计算单元BLL根据其确定相-相电压并输出。

此外，馈送相电流，计算单元BEI根据其确定地电流。此外，计算单元BVI确定交联电流。计算单元BID针对相电流和交联电流确定电流相对于时间的变化。将所确定的电流参量在处理单元VE的输出处输出。

图6示出了具有多个输出ABG1，ABG2，ABG3的低压电源NSE的示例。在低压电源NSE中确定或者测量电压U和电流值I，向根据本发明的故障电弧识别单元SEE馈送电压U和电流值I。在存在故障电弧的情况下，故障电弧识别单元SEE将输出侧的故障电弧识别信号SLES输出。可以设置另外的输出FA。

故障电弧识别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7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7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8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8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9示出了根据图8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8或图9的故障电弧识别例如可以作为移动系统实施。

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。

Claims

1.一种用于具有三个相导体和一个中性导体的三相交流电路的故障电弧识别单元，其具有：

-与每个相导体相关联的电压传感器，用于周期性地确定相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)，

-与每个相导体相关联的电流传感器，用于周期性地确定相导体电流参量，根据其确定相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)，

-根据相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)分别确定两个相导体的电流差作为交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)，并且根据每一相的电流相对于时间变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)分别确定两个相导体的变化差作为交联变化电流值，

-根据相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)确定地电流(i_E(v))，

-针对每个相电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和地电流(i_E(v))分别确定电流有效值(I(v))，

-将相应的电流有效值分别与第一、第二、第三和第四电流阈值(SSW1，SSW2，SSW3，SSW4)进行比较，并且分别在超过第一、第二、第三和第四电流阈值时，输出第一、第二、第三或第四过电流信号(F_L1，F_L2，F_L3，F_E)，

-对于每个相-中性导体并且对于每个相-相，根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)、相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)、相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)、交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)、电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)以及交联变化电流值，分别计算第一、第二、第三、第四、第五和第六电弧电压，将其与第一至第六阈值进行比较，使得输出第一至第六故障电弧识别信号，

-根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)分别计算第七至第十二电弧电压，将其与第七至第十二阈值进行比较，使得输出第七至第十二故障电弧识别信号，

-当存在至少一个过电流信号和故障电弧识别信号时，发出输出侧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，

利用低通滤波器对要测量的电流或者所确定的电流参量进行滤波，使得代替相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)，存在经过滤波的相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和经过滤波的电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)，这些值至少用于进一步计算的一部分，特别是用于计算电流有效值。

3.根据权利要求2所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述低通滤波器具有50赫兹至10000赫兹的范围内、特别是50赫兹至1000赫兹的范围内、尤其是300赫兹的截止频率。

4.根据权利要求2或3所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述低通滤波器是1至6阶范围内的滤波器。

5.根据上述权利要求中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

当存在至少一个过电流信号和基于相同的相-中性导体或者相-相的故障电弧识别信号时，发出输出侧的故障电弧识别信号。

6.根据上述权利要求中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)分别如下计算第七至第十二电弧电压：对于每个相-中性导体电压值和相-相电压值：

确定两个部分和的差(DU)，

7.根据权利要求6所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述第一数量通过时间窗口确定。

8.根据权利要求6或7所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

连续地将第二数量的差(DU)累加为差和(DS)，代替所述差(DU)，将所述差和(DS)与阈值进行比较，并且当在量值上超过阈值时，输出故障电弧识别信号。

9.根据上述权利要求中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

根据相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)、相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)、相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)、交联电流(i_L1-L2，i_L2-L3，i_L3-L1)、电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)和交联变化电流值，对于每个相-中性导体并且对于每个相-相，分别通过积分方程或者对积分方程求解执行第一、第二、第三、第四、第五和第六电弧电压。

10.根据上述权利要求中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

以低压电路的频率的倍数或者以1至200kHz的范围内的采样频率确定电压值和电流参量。

11.根据上述权利要求中任一项所述的故障电弧识别单元，其特征在于，

所述三相交流电路是低压电路。

12.一种用于低压电路的断路器，具有根据权利要求1至11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。

13.一种短路器，具有根据权利要求1至11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。

14.一种用于识别具有三个相导体和一个中性导体的三相交流电路的故障电弧的方法，其中，周期性地确定每个相导体的电压值和电流参量，使得：

-周期性地确定相-中性导体电压值(u_L1，u_L2，u_L3)和相-相电压值(u_L1-L2，u_L2-L3，u_L3-L1)，

-周期性地确定相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)和每一相的电流相对于时间的变化的值(di_L1/dt，di_L2/dt，di_L3/dt)，

-根据相导体电流值(i_L1，i_L2，i_L3)确定地电流(i_E(v))，