CN117396766A - 用于对电弧故障断路器的可操作性进行测试的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对输电线路进行保护的领域，以及更特别地涉及对电网和发电装置中旨在检测和防止电弧的设备的可操作性进行测试。所要求保护的是一种用于对电弧故障断路器(AFCI)的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行测试的方法，其中，使用AFCI来对受保护的电路中的电压信号和电流信号进行测量，以对电弧事件进行确定，其中，该方法包括：对在受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数进行确定，所述AFCI对在受保护的电路中在受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数下的电弧进行记录；从受保护的电路在AFCI可操作性测试点供应电力；利用与前述电压信号和电流信号的设置参数相对应的参数来生成电压信号和电流信号；以及使用AFCI对所生成的电压信号和电流信号进行检测并且对AFCI激活事件进行确定。一种用于对AFCI的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行检测的设备包括：电压和电流信号发生器，该电压和电流信号发生器能够生成与在受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数相对应的信号，所述AFCI对在受保护的电路中在受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数下的电弧进行记录。该技术成果在于拓宽了现有的AFCI测试设备的范围并且使其具有诸如对由AFCI提供的覆盖范围进行测试的新的功能能力，同时还简化了设备的设计并且减小了其尺寸。

Description

用于对电弧故障断路器的可操作性进行测试的方法和设备

技术领域

本发明涉及对输电线路进行保护的领域，以及更特别地涉及对电网和发电装置中旨在检测和防止电弧的设备的可操作性进行测试。

背景技术

电弧故障断路器(在英文文献中，使用缩写AFCI)是一种相对新型的安全设备，旨在保护电路免受由这些电路中的各种损坏和缺陷引起的过热和着火的火灾危险。AFCI以连续模式进行操作并且任何时候都应该是完全可操作的。根据GOST IEC 62606-2016标准，这种完全可操作性由“手动和/或自动激活测试功能”来确认以测试电弧检测电路(该标准的第8.17条)，该测试功能的实现是设备本身的内部操作。在这种情况下，首先，显然无法保证测试功能本身是正确的。其次，大多数AFCI制造商都没有提供有关实施这种测试功能的方法的数据，这使得无法评估其有用的程度或充分性的程度。此外，这种自测试也无法提供有关AFCI与用电设备(来自受保护的电路的电力消耗者)的连接点之间的电路状态的数据。因此，为了可靠地确认AFCI和由其保护的电路的可操作性，有必要使用一种通过激励待测试的AFCI来从外部影响AFCI的控制，优选地从用电设备的连接点影响AFCI的控制。

此类设备可从许多非AFCI制造商处获取并且统称为“AFCI测试仪”(在下文中也称为“测试仪”)。例如，此类测试仪包括：来自IDEAL Electrical的Suretest CircuitAnalyzer 61-165(可从https://www.protoolreviews.com/trades/electrical-trades/ideal-suretest-digital-an alyzer-61-165/951/在线获取)、来自Klein Tools的RT310(可从https://www.kleintools.com/catalog/electrical-testers/afci-gfci-outlet-tester在线获取)、或来自Extech的CT80(可从http://www.extech.com/products/CT80在线获取)。它们中的任何一种都可以作为所要求保护的发明的原型。

所述众所周知的设备具有许多特性，这些特性阻止了它们在大规模引入AFCI的过程中得到有效和广泛的使用，其中主要的特性如下。

所有已知的AFCI测试仪都是多用途设备，该多用途设备对电路的大量的各种参数进行测量。因此，它们有大量的控制和指示，并且设置有由大多数消费者难以理解的操作手册。由这些测试仪执行的各种功能导致高昂的设备成本。由于可以通过不同的AFCI以不同的方式识别电弧的这个事实，正如本领域技术人员所指出的那样(例如，点击链接https://www.nachi.org/afci-testers-indicators.htm)，AFCI测试仪并不能保证特定AFCI的正确激活，并且因此仅被视为用于对AFCI可操作性进行测试的辅助手段。

最后，AFCI测试仪并不旨在且也不对在特定安装的电网中通过AFCI提供的有效覆盖范围进行评估。这一概念指的是用于用电设备的一组连接点，其中，根据GOST IEC62606-2016标准，具有最低电弧电流的电弧故障由安装在该电路中的AFCI来识别。上面提及的标准限定了对于电路中具有一系列特定负载和扩展的AFCI的操作的要求，但当不同频率范围内的信号从电弧故障点传递到AFCI时，实际电路也可能表现出明显不同频率范围内的信号的更大的衰减，从而导致其潜在的故障。

由GOST IEC 62606-2016标准限定的一系列电弧故障发生器可以作为对由AFCI提供的可操作性以及覆盖范围进行测试的通用装置。具有电缆样本的发生器可再现沿绝缘碳化部分的过电弧过程，以及具有电极的发生器可再现导体之间形成的间隙中的过电弧过程。然而，这样的设备具有过大的总体尺寸，这样的设备在操作中的耗材和劳动强度方面太昂贵且成本太高，而不被大多数消费者使用。

对于测试仪的最佳解决方案可能是基于以下原则实施的AFCI测试设备：

1)这样的设备应该仅生成用于利用给定的、特定的电弧故障识别算法激活AFCI所需的且足够的信号。这将大大降低产品的总体尺寸和成本。至于该测试设备是否将激活另外的类型的AFCI，这并不重要；

2)这样的测试设备从与其连接的测试点供电；

3)在设计这种测试设备时，必须将其生成的信号的幅度设置为——就激活这种类型的AFCI的标准而言——等于由GOST IEC

62606-2016标准限定的具有最低电弧电流的电弧故障生成的信号的幅度。这是通过使用设置在AFCI与电弧发生器之间的衰减器(例如一定长度的电缆)来实现的。首先，确定关键电缆长度，在该长度上，保持由电弧发生器启动的AFCI可靠激活，并且然后，基于该电缆长度，选择AFCI信号强度值为用于AFCI激活的限制值并且将其纳入测试设备的设计中。由于确保由具有电缆样本的电弧发生器启动的激活的关键电缆长度和具有电极的电弧发生器启动的激活的关键电缆长度可能是不同的，因此选择该长度的两个值中较小的值。

因此，有必要创建一种在操作中简单且方便、具有小型尺寸的AFCI测试设备，并且该AFCI测试设备被配置成评估其在特定安装的电网中由AFCI提供的有效覆盖范围。

发明内容

所要求保护的本发明的技术成果在于拓宽了现有的AFCI测试设备的范围并且使其具有诸如对由AFCI提供的覆盖范围进行测试的新的功能能力，同时还简化了设备的设计并减小了其总体尺寸。

使用所提出的用于对AFCI的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行测试的方法(为简洁起见，在下文中也称为“测试方法”)解决了上述问题，并且实现了所要求保护的技术效果，其中，使用AFCI来对受保护的电路中的电压信号和电流信号进行测量，以对电弧事件进行确定。为此，该方法包括：对受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数进行确定，所述AFCI对在受保护的电路中在受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数下的电弧进行记录；从受保护的电路在AFCI可操作性测试点处供应电力；利用与电压信号和电流信号的设置参数相对应的参数来生成电压信号和电流信号；以及使用AFCI对所生成的电压信号和电流信号进行检测并且对AFCI激活事件进行确定。

使用本发明的另一主题，即，一种用于对AFCI的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行测试的设备(为简洁起见，在下文中也称为“测试设备)，解决了上述问题，并且实现了所要求保护的技术效果，所述设备实施了用于对AFCI的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行测试的特定方法，并且该设备包括：电压和电流信号发生器，该电压和电流信号发生器能够生成与受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数相对应的信号，AFCI对在受保护的电路中在电压信号和电流信号的设置参数下的电弧进行记录。

所要求保护的测试方法和测试设备的本质在于，测试设备仅生成用于利用其中的电弧故障识别算法激活AFCI所需的且足够的那些信号。在这种情况下，测试设备从与其连接的测试点供电，测试设备生成的信号的幅度设置为等于由根据该特定类型AFCI的激活的标准的电弧故障生成的信号的幅度。此外，如果针对由AFCI所记录的最低电弧电流来确定所述电压信号和电流信号的特定参数，特别地利用由GOST IEC 62606-2016标准所限定的最低电弧电流来确定，则更为优选。

根据本发明，测试设备以及通过该设备实现的测试方法的实施限制了它们对特定类型的AFCI的使用，其中在该AFCI中设置有用于记录电弧事件和后续激活的算法，这大大简化了测试设备的设计以及其操作的方法，提高了其可靠性，并且此外，能够通过从测试设备连接的测试点向测试设备供电来测试由AFCI提供的覆盖范围。

附图说明

在下文中，将参照附图对本发明进行更详细的描述，在附图中：

图1示出了所要求保护的测试设备的连接图，该测试设备旨在对AFCI的可操作性以及由被测试的AFCI提供的覆盖范围进行测试；

图2示出了所要求保护的测试设备用于确定由测试设备生成的电流脉冲的形状的连接图；以及

图3示出了与由测试设备生成的电流脉冲的形状相对应的电压波形。

具体实施方式

所要求保护的测试设备及其操作的方法的描述是参照其与俄罗斯联邦的专利RU2660285中限定的AFCI结合使用而提供的；然而，本领域的技术人员将理解，本发明中所提出的测试方法的原理和用于其实现的设备的原理可以根据该AFCI的操作算法使用任何其他AFCI来实现。

因此，在对本发明的实施方式进行详细描述时，假定所要求保护的用于对AFCI的可操作性以及由AFCI提供的覆盖范围进行测试的设备旨在测试AFCI，其操作算法在俄罗斯联邦的专利RU2660285中进行了描述，并且因此在测试设备的设计和操作算法中是事先已知和考虑到的。

测试设备连接在如图1所示的电路中，使得测试设备1从在AFCI 2可操作性测试点处的受控网络供电。

此外，测试设备1利用与电压信号和电流信号的参数相对应的参数生成电压信号和电流信号，其中，这种类型的AFCI 2对在受保护的电路中在此电压信号和电流信号的参数下的电弧进行记录。

关于所描述的实施方式，测试设备1在网络电压的每个周期中生成具有持续时间约100μs的电流脉冲。为此，特别地，将特定持续时间的脉冲施加到高频场效应晶体管的栅极，该高频场效应晶体管的源极连接至电网的载流导体中的一个载流导体，以及漏极通过高精度电阻器连接至电网的另一个导体。根据上述算法的标准，脉冲的前沿的陡度和脉冲的持续时间足以识别电弧故障的迹象。脉冲在电压过零之后的1ms在电网电压的正半周期中生成，其对应于约100V的电网电压。

电流脉冲的波形可以通过230V的电网中与测试设备1串联连接的电流分流器两端的电压波形来表示，如图2所示。通过示波器3获得的电压波形与通过测试设备1生成的电流脉冲的形状相对应在图3中示出。

最后，由测试设备1生成的特定电流信号和电压信号通过被测试的AFCI 2进行检测，同时对该AFCI 2的激活事件进行确定。

因此，所提出的用于对AFCI进行测试的方法和设备能够估计电网中由AFCI提供的覆盖范围，所提出的用于对AFCI进行测试的方法和设备操作简单且方便，同时该设备本身具有小型的尺寸。设计的结果是，测试设备的总体尺寸和成本使其有可能将其包括在每个AFCI的整个供应范围中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于对电弧故障断路器(AFCI)的可操作性进行测试的方法，其中，使用所述AFCI来对受保护的电路中的电压信号和电流信号进行测量，以对电弧事件进行确定，其中，所述方法包括：

-对所述受保护的电路中的电压信号和电流信号的参数进行选择，这种类型的AFCI对在所述受保护的电路中在所述电压信号和电流信号的所述参数下的电弧进行记录；以及

-利用与所述设置的电压信号和电流信号的参数相对应的参数来生成电压信号和电流信号。

2.一种用于对电弧故障断路器(AFCI)的可操作性进行测试的设备，所述设备用于执行根据权利要求1所限定的方法，所述设备包括：电压和电流信号发生器，所述电压和电流信号发生器能够生成与所述受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数相对应的信号，所述AFCI对在所述受保护的电路中在所述电压信号和电流信号的所述设置参数下的电弧进行记录。

Claims (3)

1.一种用于对电弧故障断路器(AFCI)的可操作性以及由所述AFCI提供的覆盖范围进行测试的方法，其中，使用所述AFCI来对受保护的电路中的电压信号和电流信号进行测量，以对电弧事件进行确定，其中，所述方法包括：

-对所述受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数进行确定，所述AFCI对在所述受保护的电路中在所述电压信号和电流信号的所述设置参数下的电弧进行记录；

-从所述受保护的电路在AFCI可操作性测试点处供应电力；

-利用与所述电压信号和电流信号的设置参数相对应的参数来生成电压信号和电流信号；以及

-使用所述AFCI对所生成的电压信号和电流信号进行检测并且对AFCI激活事件进行确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，针对由所述AFCI所记录的最低电弧电流来确定所述电压信号和电流信号的参数。

3.一种用于对电弧故障断路器(AFCI)的可操作性以及由所述AFCI提供的覆盖范围进行测试的设备，所述设备旨在执行根据权利要求1或2所限定的方法，所述设备包括：电压和电流信号发生器，所述电压和电流信号发生器能够生成与受保护的电路中的电压信号和电流信号的设置参数相对应的信号，所述AFCI对在所述受保护的电路中在所述电压信号和电流信号的设置参数下的电弧进行记录。