CN110703031A - 定位电弧故障的方法和实现该方法的电气装置保护设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于定位电气保护设备的上游或下游电弧故障的方法，该电气保护设备串联连接在电能源和电气负载之间的电路中，该源向电气负载供应电源电流(I)。该方法包括以下步骤：‑测量(100)与电源电流(I)相关的若干电气量，‑检测(200)与电源电流(I)相关的至少两个电气量的同时变化，‑确认(300)电弧故障的存在,以及‑确定(400)保护设备上游或下游电弧故障的位置。本发明还涉及实现这种方法的保护设备。
Description
技术领域
本发明属于电能分配装置中的电气故障检测领域。本发明更具体地涉及一种用于确定电弧故障是位于电气保护设备的上游还是下游的方法。本发明还涉及实现这种方法的电气保护设备。
背景技术
电能分配装置包括导体，该导体用于将电能从一个或多个源传导到一个或多个负载。控制和/或保护设备与该导体串联连接，以控制能量从源传输到一个或多个负载和/或保护该导体免受过载或短路类型的故障。
在该装置中也可能出现电弧故障。电弧故障是由于在不同电势下运行的导体之间的电绝缘(这导致电弧的形成)的故障而产生的，电弧可以是短期的、周期性的或永久性的。电弧故障必须迅速消除，以避免电弧引起的任何潜在火灾。为此，必须启动位于电弧故障上游的保护设备，以断开故障电路部分。
电弧生成高频电磁波，其频谱介于几kHz和几十MHz之间，甚至更高。为了更清楚，高频特性将在下文中以首字母缩略词“HF”的形式提及。HF电磁波辐射到所有电流导体上，这在导体中感应出HF电流。通常对这些HF电流的检测使得识别电弧故障的存在成为可能。另一方面，电弧故障的定位很困难，因为所有的电流导体都携带HF电流。因此，重要的是要有一种方法来可靠地区分故障电流导体与串扰产生的HF电流在其中循环的电流导体。
专利申请US 2016/0 241 017 A1描述了一种防止电弧故障的集中方法。在断路器处测量的电流和电压信号与在各种输出路径中的每一个中测量的信号之间进行比较，以确定哪个输出路径有故障。这种方法需要断路器和安装在各种输出路径上的传感器之间的通信装置，这增加了设备项目的成本。
专利US 6 339 525 B1描述了一种能够区分电弧故障是位于所述设备的上游还是下游的电弧检测设备。为此，串联连接在电路中的电感具有衰减高频电流的功能。该设备测量电感的上游和下游HF电流水平，由此推断电弧故障的位置。在存在电力线通信能量的情况下，可以暂时禁用该设备。
专利US 6 987 389 B1描述了一种允许通过分析电压和电流波动的极性来对电弧故障进行上游/下游区分的设备。电流和电压之间的相位变化关系使得确定电弧故障是位于设备的上游还是下游成为可能。然而，这种设备对连接在所述设备的下游的负载类型很敏感。
本发明的目的是区分电弧故障是位于电弧检测设备的上游还是下游，而不需要布置在被监控的电网的不同分支上的装备项目之间的任何通信链路，不需要在被监控的电线上增加串联电感，也不需要在监控点同时测量电流和电压。并且，本发明对可能在电线上循环的通信信号不敏感。
发明内容
本发明的主题是一种用于定位电气保护设备的上游或下游的电弧故障的方法，所述设备在上游连接到与至少一个电能源相关(linked to)的第一能量供应线，并且在下游连接到与至少第一电气负载相关的第二能量供应线，该电能源向第一电气负载供应电源电流，其中所述方法包括以下阶段：
-测量与电源电流相关的若干电气量(electrical quantity)，
-确认电气保护设备的上游或下游存在电弧故障，以及
-用信号通知电气保护设备的下游的电弧故障，
并且：
-若干电气量的测量和电弧故障的存在的确认之间的转换取决于检测与电源电流相关的至少两个电气量的伴随变化，以及
-电弧故障的存在的确认和下游电弧故障的用信号通知之间的转换取决于电气保护设备的下游的电弧故障的位置的确定。
有利的是，与电源电流相关的若干电气量的测量包括以下步骤：
-在低频带和第一周期内测量与电源电流相关的第一电气量，
-在低频带和第二周期内测量与电源电流相关的第二电气量，以及
-在高频带和第三周期内测量与电源电流相关的第三电气量。
有利地，至少两个电气量的伴随变化的检测包括以下步骤：
-计算在两个连续测量循环期间评估的两个第一电气量之间的第一偏差，
-比较第一偏差与第一阈值，
-比较第三电气量与第二阈值，
-当第一偏差高于第一阈值并且当第三电气量高于第二阈值时，切换到电弧故障的存在的确认阶段，
-当第一偏差低于第一阈值或当第三电气量低于第二阈值时，返回到新测量循环的电气量的测量阶段。
有利的是，电弧故障的存在的确认阶段包括以下步骤：
-将第二电气量的测量值存储在存储器中，
-零初始化时间计数器和电弧故障发生计数器，
-递增时间计数器，
-测量第二电气量，
-测量第三电气量，
-比较第三电气量的值与第二阈值，
-当第三电气量的值高于第二阈值时，递增电弧故障发生计数器，
-比较电弧故障发生计数器与预定发生阈值，
-比较时间计数器与预定持续时间，以及
-当电弧故障发生计数器高于预定发生阈值时，切换到电弧故障的定位步骤。
有利的是，电弧故障的位置的确定阶段包括以下步骤：
-计算存储器的值和第二电气量之间的第二偏差的绝对值，
-比较第二偏差的值与第三阈值，以及
-当第二偏差的值高于第三阈值时，切换到下游故障用信号通知阶段。
优选地，第二电气量的测量值是第一电气量的测量值的指数移动平均。
优选地，电能源输送具有基本周期的交流电，并且第一周期介于半个基本周期和基本周期之间。
优选地，第二周期大于或等于第一周期的两倍。
有利的是，第一电气量是电源电流的有效值的测量值。
优选地，第二频带包括介于1MHz和40MHz之间的频率。
本发明的另一个主题是电气装置的保护设备，包括：
-至少一个上游端子，用于通过第一电流线将设备连接到电能源，
-至少一个下游端子，用于通过第二电流线将设备连接到电气负载，
-至少一个电流开关，通过上游端子和下游端子之间的至少一个电流导体串联连接，用于断开电源电流或允许电源电流通过，
-致动器，用于致动电流开关，
-至少一个电流传感器，其被布置成提供表示流过电流导体的电源电流的信号，
-至少一个测量单元，其连接到电流传感器以测量表示电源电流和与电源电流相关的其他电气量的信号，以及
-处理单元，其连接到测量单元，用于接收与电源电流相关的电气量，并用于实现前述电弧故障检测方法。
有利的是，处理单元连接到致动器以激活致动器，以便当该方法切换到下游故障用信号通知阶段时断开电流开关。
优选地，处理单元通过状态机实现该方法，该方法的每个阶段对应于状态机的状态。
附图说明
其他优点和特征将从本发明特定实施例的以下描述中更加清楚地显现出，这些描述作为非限制性示例给出，并在附图中表示，其中：
图1A和图1B是电气装置的示意图，该电气装置包括用于向若干电气负载供应能量的源，并表示两种不同的电弧故障情况；
图2示出了根据本发明的允许定位电弧故障的方法的一般流程图；
图3是表示电弧故障定位方法的不同阶段以及从一个阶段切换到另一个阶段的转换的状态图；
图4A示出了用于详细说明当该方法处于第一阶段时该方法所遵循的步骤和转换到第二阶段的条件的流程图；
图4B示出了用于详细说明当该方法处于第二阶段时该方法所遵循的步骤的流程图；
图4C示出了详细说明从第二阶段切换到第三阶段的方法所遵循的步骤的流程图；
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F表示在电弧故障位于电弧检测设备下游的情况下，在该方法期间测量或计算的电气量随时间的趋势；
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F表示在电弧故障位于电弧检测设备上游的情况下，在该方法期间测量或计算的电气量随时间的趋势；以及
图7表示实现电弧故障定位方法和能够在电弧故障位于设备下游的情况下切断电气负载的电气保护设备的框图。
具体实施方式
图1A和图1B是电气装置的示意图，该电气装置包括用于向若干电气负载3、5供应电能的源2。源2通常包括与第一接地22a的连接点。第一保护设备1通过第一能量供应线21连接到源2。第一负载3通过第二能量供应线31连接到第一保护设备1。第二能量供应线31包括例如包括彼此连接的第一连接端子31a和第二连接端子31b的连接。第一保护设备1可以是例如断路器、接触器、开关或者甚至隔离开关。第一保护设备1包括用于断开(open)第二能量供应线31，以便将第一负载3与源2隔离(即停止第一负载3的操作)的开关，，这是因为故障已经出现在第二能量供应线31上或第一电气负载3上。第二保护设备4也通过第一能量供应线21连接到源2。第二电气负载5通过第三能量供应线51连接到第二保护设备4。第二保护设备4可以是例如断路器、接触器、开关或者甚至隔离开关。像第一保护设备1一样，第二保护设备4的功能是控制或一般保护。其他保护设备可以连接到第一能量供应线21，以向其他电气负载供应能量。
例如，第一电弧故障32可以接连(in series)出现在第二能量供应线31中第一连接端子31a和第二连接端子31b之间，如图1A所示。必须迅速消除这种故障，以避免电弧引起的任何潜在火灾危险。因此，第一保护设备1必须断开源2和第一负载3之间的连接。另一方面，第二保护设备4必须继续向第二负载5供应能量，以保证服务的连续性。相反，如果第二电弧故障52接连出现在第三能量供应线51上的第三连接端子51a和第四连接端子51b之间，如图1B所示，则第二保护设备4必须断开源2和第二负载5之间的连接，并且第一保护设备1必须继续向第一负载3供应能量。可能存在其他类型的电弧故障，例如，第一连接端子31a和到第二接地22b的第二链路之间的电弧故障，具有生成由第一接地22a回送(loop back)的故障电流的效果。
电弧生成高频或“HF”电磁波，其频谱范围很宽，从几kHz到几十MHz甚至更广。第一保护设备1和第二保护设备4测量这些HF电流的水平以检测电弧故障的存在，例如，根据专利US 6 377 427 B1中描述的方法。然而，HF电磁波在所有电流导体上辐射，这在所有导体中感应出HF电流。特别是当第二电弧故障52出现在第三能量供应线51上时，HF电流由第二能量供应线31上的串扰效应生成。因此，第一保护设备1具有作为电弧故障特征的HF电流循环，但是，由于电弧故障52不位于第一保护设备1的下游，所以该第一保护设备1不得断开源2和第一负载3之间的连接。
图2示出了根据本发明的允许定位电弧故障的方法的一般流程图。该方法由第一保护设备1实现，其允许电弧故障定位在所述第一保护设备1的上游52或下游32。阶段100包括与在第二能量供应线31中流动的电源电流I相关的若干电气量的测量。电气量包括例如电流、功率、负载阻抗、功率因数、谐波失真率等，所述量被测量例如为瞬时值、平均值、有效值、峰值。测量可以包括电气量随时间的漂移或积分的计算。最后，测量可以限于位于预定频带内的电气量的分量。优选地，源2是输送基本频率F为例如50或60Hz和基本周期为T的交流电力的源，周期T为基本频率的倒数，T＝1/F。第一量MES_AC_W优选地是在第一预定周期TS内，在低频带LFB中(例如，在几赫兹和几百赫兹之间)，计算的电源电流I的有效值的测量。第二量MES_AC_A优选地是在低频带LFB中的电源电流I的有效值的测量，所述有效值在对应于频率F的几个周期上被平均。第三电气量MES_HF优选地是在第三周期TH内，在位于高频带HFB的电源电流I的分量的有效值的测量。高频带HFB优先对应于介于1MHz和40MHz之间的频率。第三电气量MES_HF的计算可以在电源电流I的解调HF宽带信号幅度上执行，并且所述信号根据非线性定律来压缩。
若干电气量的测量阶段100的退出取决于检测200到与电源电流I相关的至少两个电气量的同时变化。优选地，所述两个量是与电源电流I的有效值变化相对应的第一电气量MES_AC_W和所述第三电气量MES_HF。电源电流的同时变化和高频分量的出现表征了第一保护设备1的下游电弧故障的存在。发生除了被监控的能量供应线之外的能量供应线上的电弧故障将通过出现由串扰效应引起的高频分量的电源电流I的相对稳定性来表现。然而，这可能是与电气负载3的切换相关的瞬时电弧故障或电磁污染。为了避免任何诊断错误，该方法切换到确认电弧故障的存在的阶段300。电弧故障的存在的确认阶段300的退出取决于下游电弧故障32和上游电弧故障52之间的区分400。为此，当第三电气量MES_HF高于第二预定阈值TH_HF并且当故障之前和之后的第二量MES_AC_A的测量值之间的偏差高于第三预定阈值TH_AC_A时，这些条件必须在预定的持续时间内为真，然后下游电弧故障被确认，并且该方法切换到下游电弧故障阶段500。
用于定位电弧故障的方法在图3中以状态图的形式表示，该状态图表示用于定位电弧故障的方法的不同阶段以及从一个阶段切换到另一个阶段的转换。在第一测量和检测阶段100中，该方法包括测量和量化与电源电流I相关的电气量，以检测电源电流I的扰动的出现。当电气量及其变化超过预定极限时，该方法切换到识别和定位阶段300，在该阶段期间，该方法包括确认电弧故障的存在的步骤和相对于电气量的测量的位置的故障上游或下游的定位的步骤。如果该方法的进展导致其是异常值的结论，则该方法返回到第一测量和检测阶段100。当下游电弧故障被确认时，该方法切换到确认的下游电弧故障阶段500。该确认可以导致开关打开，以切断电网的故障部分。复位对于从确认的下游电弧故障阶段500退出并返回测量和检测阶段100是必需的。该复位确认操作员确实考虑了下游电弧故障存在信息。图3所示的方法意图由状态机(也称为有限状态机)依次执行。该方法的每个阶段对应于状态机的状态。
图4A示出了当该方法处于第一测量和检测阶段100时详细说明该方法所遵循的步骤的流程图。测量与电源电流I相关的电气量的步骤包括测量第一量MES_AC_W的步骤110。该第一量用于评估与流过第一负载3的电流相关的瞬时值。优选地，所述第一量是在低频带LFB中在第一周期TS内计算的电源电流I的有效值的测量。可以采用其他测量值，诸如瞬时值、平均值、峰值、方差或任何其他统计描述符、谐波失真率的测量值，或者甚至电源电流I或能量供应功率(energy supply power)的漂移的有效值的测量值。优选地，第一周期TS位于半个基本周期T和整个基本周期T之间。低频带LFB包括基本频率F。优选地，低频带LFB对应于介于50Hz和1000Hz之间的间隔。在步骤120期间测量第二量MES_AC_A。该第二量用于评估流过第一负载3的平均电流。第二量优选地是在第二周期TL内电源电流I的有效值的测量值，第二周期TL优选地大于或等于第一周期TS的两倍。所述第二量MES_AC_A例如是电源电流I的有效值。优选地，为了简化计算并减少存储连续测量值所需的存储器空间，第二量MES_AC_A是第一电气量MES_AC_W的测量值的指数移动平均，也就是说，在给定时刻t处：
MES_AC_A(t)＝αMES_AC_W(t)+(1–α)MES_AC_A(t-Tcy)
MES_AC_A(t-Tcy)是在前一个循环中评估的第二电气量的值。α是表征最早测量值的衰减程度的系数。系数α介于0和1之间。测量循环Tcy的周期介于基本周期T的一半和几个周期T之间。优选地，Tcy等于半个基本周期T。
在步骤130期间测量第三电气量MES_HF。该第三量意图识别电弧故障的存在。优选地测量与电源电流I相关的信号在高频带HFB中的有效值，该测量在大于或等于半个基本周期T的第三周期TH内执行。这些高频分量与电流I相关，因为它们直接由下游电弧故障32生成，或者在上游电弧故障52的情况下由串扰生成。这些分量通常不参与给第一负载3供电。
该方法继续检查从第一阶段到第二阶段的转换条件。在步骤210中，计算在两个连续测量循环期间评估的两个第一电气量MES_AC_W之间的第一偏差TR_AC_W。因此，第一偏差TR_AC_W计算如下：
TR_AC_W(t)＝MES_AC_W(t)-MES_AC_W(t-Tcy)
也就是说，在时刻t处，第一偏差TR_AC_W的值是在时刻t处测量的第一电气量MES_AC_W的值和在前一循环t-Tcy测量的第一电气量MES_AC_W的值之间的差值。
在步骤220期间，将第一偏差TR_AC_W与第一预定阈值TH_AC_W进行比较。如果第一偏差TR_AC_W高于第一预定阈值TH_AC_W，则该方法切换到步骤230，在步骤230期间，将第三电气量MES_HF与第二预定阈值TH_HF进行比较。当第一偏差TR_AC_W小于第一阈值TH_AC_W时，或者当第三电气量MES_HF小于第二阈值(TH_HF)时，该方法返回到电气量的测量阶段100。因此，该方法执行至少一个电气量测量循环。当第一偏差TR_AC_W高于第一预定阈值TH_AC_W并且第三电气量MES_HF高于第二预定阈值TH_HF时，存在执行该方法的保护设备的下游电弧故障，并且该方法切换到确认电弧故障的存在的阶段的步骤310。
第一电气量MES_AC_W和第三电气量MES_HF的伴随或同时或联合变化被定义为在一个和相同的测量循环期间或在小于或等于有限数量的连续循环的时间间隔(优选地对应于六个基本周期T，即多于或少于120毫秒的时间间隔)内，高于第一预定阈值TH_AC_W的第一电气量MES_AC_W的变化和高于第二预定阈值TH_HF的第三电气量MES_HF的变化，这两个事件能够以任何顺序出现。第一电气量MES_AC_W和第三电气量MES_HF的伴随变化反映了与由于电气保护设备1的下游电弧而出现的高频相结合的电源电流I的变化。第一电弧32具有在第二能量供应线31上生成微短路或微切断的效果，从而产生电源电流I的变化。另一方面，第二电弧52可以通过第二能量供应线31上的串扰生成高频干扰，但不会干扰电源电流I。因此，当不满足两个前述条件之一时，该方法返回到测量步骤110。
当在步骤230期间检测到下游电弧故障时，该方法继续在步骤310期间将第二电气量MES_AC_A的测量值存储在存储器MEM_AC中，如图4B所示。该方法继续到步骤320，复位时间计数器TIM和电弧故障发生计数器AFC(电弧故障计数器)。时间计数器TIM在步骤330期间递增。在步骤340期间执行第二电气量MES_AC_A的测量，然后在步骤350期间执行第三电气量的测量。在步骤360中执行第三电气量MES_HF的值与第二阈值TH_HF的比较，并且当第三电气量MES_HF的值高于第二阈值TH_HF时，在步骤370中，电弧故障发生计数器AFC递增。当第三电气量MES_HF的值低于第二阈值TH_HF时，该方法不执行步骤370。在步骤380中，电弧故障发生计数器AFC与预定发生阈值TRIP_AFC进行比较。当电弧故障发生计数器AFC低于预定发生阈值TRIP_AFC时，该方法切换到步骤390，在该步骤期间，时间计数器TIM与预定持续时间TRIP_T进行比较。如果时间计数器TIM的值大于预定持续时间TRIP_T，也就是说，预定持续时间TRIP_T已经过去，从而知道电弧故障发生计数器AFC没有达到预定发生阈值TRIP_AFC，则该方法认为电弧故障没有被确认，并且该方法返回到步骤110。如果时间计数器TIM的值小于预定持续时间TRIP_T，则该方法返回到时间计数器TIM递增的步骤330。当在步骤380中，电弧故障发生计数器AFC高于预定发生阈值TRIP_AFC时，该方法切换到步骤410。在步骤410中，如图4C所示，计算存储器MEM_AC的值和第二电气量MES_AC_A之间的第二偏差TR_AC_A的绝对值。接下来，在步骤420中，该方法将第二偏差TR_AC_A的值与预定阈值TH_AC_A进行比较。如果第二偏差TR_AC_A低于预定阈值TH_AC_A，这意味着第二电气量MES_AC_A没有显著变化，尽管存在由MES_HF测量的高频信号。因此，这不是下游电弧故障，所以该方法返回到步骤110中的第一测量和检测阶段。另一方面，当第二偏差TR_AC_A高于预定阈值TH_AC_A，并且电弧故障发生计数器AFC高于预定的发生阈值TRIP_AFC(如在步骤380中测试的)时，它是位于下游的电弧故障。该方法在步骤500切换到第三阶段。在步骤500期间执行信息和/或校正和/或验证动作，之后该方法返回到步骤110中的第一测量和检测阶段，以执行新的测量循环。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F表示在电弧故障位于电弧检测设备下游的情况下，在该方法期间测量或计算的电气量随时间的趋势。下游电弧故障发生在时间t＝1处。由于电弧故障位于下游，如图5A所示，电源电流I的幅度变化很大。第一偏差TR_AC_W，如图5B所示，量化所述变化。与此同时，高频分量如图5C所示。该方法处于切换到确认和定位的第二阶段的状态。在图5D中，在时间t＝1处，第二量MES_AC_A存储在存储器MEM_AC中，然后执行第二量MES_AC_A的新计算。图5E表示电弧故障发生计数器AFC的递增。所述计数器AFC从t＝1有规律地递增，因为第三电气量MES_HF不断地超过第二阈值TH_HF，如图5C所示。当时间计数器TIM已经达到预定持续时间TRIP_T时，在t＝1.15处，该方法在确认的下游电弧故障步骤500中切换到第三阶段，因为：
-时间TIM大于预定持续时间TRIP_T，
-电弧故障发生计数器AFC已经超过预定发生阈值TRIP_AFC，并且
-存储器MEM_AC和第二电气量MES_AC_A之间的第二偏差TR_AC_A大于第三预定阈值TH_AC_A。
图5F表示到不同阶段的切换：t＝1之前的第一阶段100，t＝1和t＝1.15之间的第二阶段300，以及t>1.15的第三阶段400。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F表示在电弧故障位于电弧检测设备上游的情况下，在该方法期间测量或计算的电气量随时间的趋势。在这种配置中，如图6A所示，电源电流I的幅度变化很小。第一偏差TR_AC_W(如图6B所示)量化了这个小的变化。然而，同时，高频分量似乎与串扰现象相关，如图6C所示。该方法切换到确认和定位的第二阶段。在图6D中，在时间t＝1处，第二量MES_AC_A被存储在存储器MEM_AC中，然后执行第二量MES_AC_A的新计算。图6E表示电弧故障发生计数器AFC的递增，因为第三电气量MES_HF高于第二预定阈值TH_HF。然而，由于第二量MES_AC_A和存储器MEM_AC之间的偏差低于第三预定阈值TH_AC_A，该方法返回到测量阶段100。图6F表示到不同阶段的切换：t＝1之前的第一阶段100，t＝1和t＝1.34之间的第二阶段300，以及t≥1.35处返回到第一阶段。
该方法的执行由介于半个基本周期T和几个周期T之间的循环Tcy的周期来计时。优选地，循环Tcy的周期等于半个基本周期T，以便尽可能快地执行该方法并在最早可能的时间检测电弧故障。循环Tcy的周期也可以对应于整个基本周期T。对于等于60Hz的基本频率，该周期对应于1/120秒或1/60秒。
本发明还涉及实现前述方法的电气保护设备1。图7表示这种设备的框图，在电弧故障位于所述设备下游的情况下，能够切断至少一个电气负载3。电气装置的保护设备1包括：
-至少一个上游端子11，用于通过第一电流线21将保护设备1连接到电能源2，
-至少一个下游端子13，用于通过第二电流线31将设备1连接到至少第一电气负载3，
-至少一个电流开关14，其通过上游端子11和下游端子13之间的至少一个电流导体12串联连接，以产生或断开电源电流I，
-致动器18，用于致动电流开关14，
-至少一个电流传感器15，其被布置成提供表示在电流导体12中循环的电源电流I的信号，
-连接到电流传感器15的至少一个测量单元16，用于测量表示电源电流I的信号，并提供与电源电流I相关的第一、第二和第三电气量，以及
-连接到测量单元16的计算或处理单元17，用于接收与电源电流I相关的电气量，并用于实现如前所述的电弧故障检测方法。
处理单元17优选地被布置成通过状态机来实现该方法，该方法的每个阶段对应于状态机的状态。
处理单元可以是微处理器或微控制器、可编程逻辑电路或微状态机，该列表不是穷举的。处理单元17连接到致动器18。优选地，当执行下游故障用信号通知的步骤500时，处理单元执行检测方法并激活致动器18，以便执行电流开关14的断开。因此，通过断开开关14，检测到的并位于保护设备1下游的电弧故障32将被消除。第二电流线31和第一负载3将断电，电弧32将不会引起问题。前述电弧定位方法也可以在第二保护设备4中执行。所述第二设备将消除位于在第二电气负载5上或第三能量供应线51上的下游的电弧故障52，并且在这种情况下，第一负载3将保持通电。
这种方法特别适合于可靠地检测位于保护设备下游的电弧故障，并抑制由位于电能供应网络的另一分支上的电弧故障引起的串扰效应生成的信号。因此，这种方法对于在装置中存在电弧故障的情况下避免电气保护设备的任何不合时宜的跳闸特别有用。
Claims (13)
1.一种用于定位电气保护设备(1)的上游的电弧故障(52)或下游的电弧故障(32)的方法，所述设备在上游连接到与至少一个电能源(2)相关的第一能量供应线(21)，以及在下游连接到与至少第一电气负载(3)相关的第二能量供应线(31)，电能源(2)向第一电气负载(3)供应电源电流(I)，其中，所述方法包括以下阶段：
-测量(100)与所述电源电流(I)相关的若干电气量，
-确认(300)电弧故障的存在，以及
-用信号通知(500)所述电气保护设备(1)的下游的电弧故障(32)，
并且：
-若干电气量的测量(100)和电弧故障的存在的确认(300)之间的转换取决于检测(200)与所述电源电流(I)相关的至少两个电气量的同时变化，以及
-电弧故障的存在的确认(300)和下游电弧故障(32)的用信号通知(500)之间的转换取决于确定(400)所述电气保护设备(1)的下游的电弧故障(32)的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述电源电流(I)相关的若干电气量的测量(100)包括以下步骤：
-在低频带(LFB)和第一周期(TS)内测量(110)与所述电源电流(I)相关的第一电气量(MES_AC_W)，
-在低频带(LFB)和第二周期(TL)内测量(120)与所述电源电流(I)相关的第二电气量(MES_AC_A)，以及
-在高频带(HFB)和第三周期(TH)内测量(130)与所述电源电流(I)相关的第三电气量(MES_HF)。
3.根据前一权利要求所述的方法，其中，至少两个电气量的伴随变化的检测(200)包括以下步骤：
-计算(210)在两个连续测量循环期间评估的两个第一电气量(MES_AC_W)之间的第一偏差(TR_AC_W)，
-比较(220)第一偏差(TR_AC_W)与第一阈值(TH_AC_W)，
-比较(230)第三电气量(MES_HF)与第二阈值(TH_HF)，
-当第一偏差(TR_AC_W)高于第一阈值(TH_AC_W)和当第三电气量(MES_HF)高于第二阈值(TH_HF)时，切换到电弧故障的存在的确认(300)阶段，
-当第一偏差(TR_AC_W)低于第一阈值(TH_AC_W)或当第三电气量(MES_HF)低于第二阈值(TH_HF)时，返回到新测量循环的电气量的测量(100)阶段。
4.根据前一权利要求所述的方法，其中，电弧故障的存在的确认(300)阶段包括以下步骤：
-在存储器(MEM_AC)中存储(310)第二电气量(MES_AC_A)的测量值，
-零初始化(320)时间计数器(TIM)和电弧故障发生计数器(AFC)，
-递增(330)时间计数器(TIM)，
-测量(340)第二电气量(MES_AC_A)，
-测量(350)第三电气量(MES_HF)，
-比较(360)第三电气量(MES_HF)的值与第二阈值(TH_HF)，
-当第三电气量(MES_HF)的值高于第二阈值(TH_HF)时递增(370)电弧故障发生计数器(AFC)，
-比较(380)电弧故障发生计数器(AFC)与预定发生阈值(TRIP_AFC)，
-比较(390)时间计数器(TIM)与预定持续时间(TRIP_T)，以及
-当电弧故障发生计数器(AFC)高于预定发生阈值(TRIP_AFC)时，切换到电弧故障的定位(400)步骤。
5.根据前一权利要求所述的方法，其中，确定电弧故障的位置(400)的阶段包括以下步骤：
-计算(410)存储器(MEM_AC)的值和第二电气量(MES_AC_A)之间的第二偏差(TR_AC_A)的绝对值，
-比较(420)第二偏差(TR_AC_A)的值与第三阈值(TH_AC_A)，以及
-当第二偏差(TR_AC_A)的值高于第三阈值(TH_AC_A)时，切换到下游故障用信号通知阶段(500)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，第二电气量(MES_AC_A)的测量值是第一电气量(MES_AC_W)的测量值的指数移动平均。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述电能源(2)输送具有基本周期(T)的交流电，并且第一周期(TS)介于半个基本周期(T)和基本周期(T)之间。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，第二周期(TL)大于或等于第一周期(TS)的两倍。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，第一电气量(MES_AC_W)是所述电源电流(I)的有效值的测量值。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，第二频带(HFB)包括介于1MHz和40MHz之间的频率。
11.一种电气装置的保护设备(1)，包括：
-至少一个上游端子(11)，用于通过第一电流线(21)将所述设备(1)连接到电能源(2)，
-至少一个下游端子(13)，用于通过第二电流线(31)将所述设备(1)连接到电气负载(3)，
-至少一个电流开关(14)，其通过所述上游端子(11)和所述下游端子(13)之间的至少一个电流导体(12)串联连接，用于断开电源电流(I)或允许电源电流(I)通过，
-致动器(18)，用于致动所述电流开关(14)，
-至少一个电流传感器(15)，其被布置成提供表示流过所述电流导体(12)的电源电流(I)的信号，以及
-至少一个测量单元(16)，其连接到所述电流传感器(15)，以测量表示所述电源电流(I)和与所述电源电流(I)相关的其他电气量的信号，
其中，所述保护设备包括连接到所述测量单元(16)的处理单元(17)，用于接收与所述电源电流(I)相关的电气量，并用于实现如权利要求1至10中任一项所述的电弧故障检测方法。
12.根据前一权利要求所述的保护设备，其中，所述处理单元(17)连接到所述致动器(18)以激活所述致动器，以便当所述方法切换到下游故障用信号通知阶段(500)时断开电流开关(14)。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的保护设备，其中，所述处理单元(17)通过状态机来实现所述方法，所述方法的每个阶段对应于所述状态机的状态。
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