NO313162B1 - Elektrisk lysbuedeteksjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte og anordning for å detektere nærværet av elektrisk lysbuedannelse på en AC-kraftledning, slik som angitt i ingressen av krav 1 og 11, særlig for å tilveiebringe forutvarsling av potensielt farlige tilstander.

Elektriske lysbuer kan utvikle temperaturer som ligger godt over tenningsnivået for de fleste brennbare materialer, og byr derfor på en vesentlig brannrisiko. Eksempelvis kan slitte strømledninger i hjemmet gnistre tilstrekkelig til å starte en brann. Heldigvis er lysbuedannelse et naturlig ustabilt fenomen og varer vanligvis ikke lenge nok til å starte en brann. Under visse betingelser, gjengitt i bestemte karakteristika for den elektriske forstyrrelse som frembringes, er sannsynligheten for at lysbuen vedvarer og starter en brann langt høyere. Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning for å detektere slike potentielt farlige lysbuer ved å overvåke spenningsforstyrrelser på kraftledninger.

To grunnleggende typer av lysbuedannelse vil sannsynlig opptre i hjemmet: ledningsfeil-lysbuedannelse og kontakt-lysbuedannelse. En lysbue på grunn av en ledningsfeil skyldes enten en ledning-til-ledningkortslutning eller en ledning-til-jordkortslutning. Når en feil av denne type opptrer, vil flere ting sannsynligvis skje: 1) Feilen vil trekke strøm opp til eller over kapasiteten for kretsen, 2) lys vil dempes, hvilket angir at for stor belastning trekkes, og 3) dersom kretsen er riktig beskyttet av en kretsbryter, vil bryteren utløse, hvorved tilførsel av kraft til lysbuen avbrytes. Alt dette vil sannsynligvis opptre og gjennomføres i løpet av mindre enn et sekund. Den resulterende lysbue vil være eksplosiv, men ha kort levetid, hvilket reduserer den totale varme som skal forbrukes av omgivende materialer og reduserer dermed sannsynligheten for en brann. Kontakt-lysbuedannelse skyldes en høy-motstandsforbindelse i serie med en belastning. Dette kan skyldes løse forbindelser, oksiderte kontakter, eller fremmed, ikke-ledende materiale som forstyrrer ledningsbanen.

Et eksempel på en slik tilstand som kan bevirke kontakt-lysbuedannelse er et velbrukt vegguttak der fjærtrykket som tilveiebringes av kontaktene er blitt redusert på grunn av alder og bruk, slik at utilstrekkelig trykk påføres de innførte pluggkontakter til å sikre lav-motstandsforbindelse.

Kontakt-lysbuedannelse bevirkes vanligvis også ved bruken av skjøteledninger som har utilstrekkelig strømføringsevne. Eksempelvis kan støpselet bli oppvarmet ved motstandsoppvarm-ing, hvorved elastomert, isolerende materiale gradvis dekomponeres rundt kontaktene, inntil materialet delvis flyter inn i kontaktområdet, hvorved det hindres at riktig kontakt dannes. Denne prosess kan bli regenerativ når den initielle lysbuedannelse frembringer mer varme, hvorved isolasjonen karboniseres og det frembringes et hardt, isolerende lag på kontaktoverflaten.

En tredje årsak til kontakt-lysbuedannelse som ofte obser-veres ved aluminiumoppkobling involverer oksidering av kontaktene. I dette tilfellet vil en kjemisk prosess, hovedsakelig oksidering, bygge opp et halvledende eller ikke-ledende lag på kontaktenes overflate. Når materialet på lederene er utsatt for oksidering, er kontaktene fortrinnsvis gasstette, hvilket hindrer oksygen fra å trenge inn og fremme oksidering. Dersom forbindelsene imidlertid blir løse over tid, vil oksidering begynne og lysbuedannelse kan oppstå.

Mange tilfeller av kontakt-lysbuedannelse skyldes gradvis degenerering av de strømførende kontakter. Farlige lysbuer kan begynne som liten tidvis gnistring, hvilket gradvis bygges opp over tid inntil gnistringen blir vedvarende nok til å starte en brann. Av denne grunn vil det være meget fordelaktig dersom kontakt-lysbuetilstander kunne detekteres tidlig, og et varsel tilveiebringes før feilen når et farlig nivå.

Det vil således forstås at der er grunnleggende forskjeller mellom en ledningsfeil-lysbue og kontakt-lysbue. Førstnevnte vil generelt involvere høye strømmer (>20A), være noe eksplosive og enten brenne seg ut eller utløse en kretsbryter. Vanlige kretsbeskyttelseanordninger er normalt adekvate til å verne mot ledningsfeil-lysbuedannelse. Ved sammenlig-ning er den gjennomsnittlige strøm som trekkes ved kontakt-lysbuedannelse ikke mer enn den strøm som trekkes av selve belastningen. Ikke desto mindre kan endog en lav-strøms kontaktlysbue, eksempelvis en 60 watt lyspære på enden av feilbeheftet skjøteledning, eller et sett av juletrelys med feilbeheftede kontakter frigi tilstrekkelig varme til å bevirke en brann. Følgelig er vanlige kretsbrytere util-strekkelige for å hindre farlige tilstander på grunn av kontakt-lysbuedannelse.

Det eksisterer derfor et behov for en billig overvåkningsan-ordning av innpluggingstypen som er i stand til å detektere lysbuedannelse som kan medfører brann. Den mest hensiktsmessige anordning ville være en liten innpluggingsmodul av "natt-lys"-typen som er i stand til å overvåke et helt lys og gi et varsel dersom potentielt farlig lysbuedannelse opptrer. Deteksjonen må i dette tilfellet foretas ved å overvåke spenningen alene. Å overvåke strøm ville kreve at en strømføler anbringes rundt en leder, hvorved det kreves at anordningen må kobles inn. Ideelt ville en slik lysbuedetektor være den elektriske lysbueekvivalent til røykdetektorer som er i omfattende bruk i dag, med den ytterligere fordel å varsle en brann dager, uker eller endog måneder forut for dens opptreden.

Det foreligger også et behov for en kretsbryter som i tillegg til å detektere lysbuedannelse kan resultere i at en brann fjerner kraft fra belastningen i det tilfellet at den detekterer tilstrekkelig lysbuedannelse til å by på en risiko. En slik anordning kunne hensiktsmessig være pakket stort sett på den samme måten som en vanlig kretsbryter eller kunne installeres i et uttak tilsvarende de i øyeblikket tilgjengelige jordfeilavbrytere. På grunn av at belastnings-strømmen flyter gjennom kretsbryteren, er det hensiktsmessig i denne anvendelse å overvåke belastningsstrømmen.

Begge lysbuedetektorer må være immune overfor vanlig støy som er tilstede på kraftforsyningsledningene for en husstand, for eksempel forårsaket av lampedimmere, motorer, bærebølge-strøm kommunikasjonssystemer, brytere og lignende.

Selv om der er blitt foreslått et antall av anordninger for å detektere lysbuedannelse, knytter de fleste seg til lysbuer bevirket av ledningsfell. US-patent nr. 5121282 (White) beskriver eksempelvis et system som overvåker både ledningsspenning og strøm med hensyn til karakteristika som er særpregede for lysbuedannelse og utløser en kretsbryter dersom tilstrekkelig av disse karakteristika er tilstede. Denne kjente anordning antar imidlertid at lysbuen er resultatet av en ledningsfell. En karakteristikk ved en ledningsfeil er at feilstrømmen vil ligge etter spenningen med 70-90°. Dette skyldes at under ledningsfeiltilstander, vil strømflyten avhenge faktisk talt fullstendig av kraftfor-delingsoppkoblingen som er generelt meget induktiv. Et støpsel som mater en oppvarmer som gnistrer i kontakten, dvs. oppviser en kontaktfeil, vil ikke oppvise denne karakteristikk og således vil feilen ikke bli detektert av den kjente anordningen.

US-patent nr. 4639817 (Cooper et al.) viser en lysbuedetektor for "gitter"- eller "punkt"-type kraftnett som anvendes i store kommersielle eller industrielle installasjoner. Denne kjente krets avbryter kraften dersom høyfrekvens (10 KHz-100 KHz) støy mer enn en terskelamplitude detekteres i mer enn 0,7 sekunder. Dersom tilpasset for hjemmebruk, vil denne detektor bli utløst ved kontinuerlig høy-frekens støy, slik som fra elektriske boremaskiner og lignende.

US-patent nr. 4858054 (Franklin) angir at lysbuekortslut-ninger avviker fra direktekortslutnigner, slik det er angitt ovenfor, og angir at forskjellige deteksjonsteknikker bør anvendes. Imidlertid vil denne kjente anordning fortsatt overvåke strømmen og utløser kun når strøm som overstiger et forutbestemt nivå detekteres. Dette nivå av strøm må være langt høyere enn kretsens merkestrøm, for å unngå utløsning ved motoroppstartingsstrømmer og lignende. Følgelig kan denne kjente anordning kun detektere lysbuer i kortslutninger, og kan ikke detektere en kontaktlysbue i serie med en strømbegrensende belastning.

Av generell interesse er også US-patentene nr. 5038246 (Durivage), 4951170 (Fromm) og 4402030 (Moser et al.).

En anordning som I øyeblikket er tilgjengelig er jordfeil-avbryteren eller GFI (Ground Fault Interrupter). Typiske GFI-anordninger er i stand til å detektere lekkasjestrømmer til jord som er så lave som flere milliampere, og utløse en tilhørende kretsbryter som reaksjon. En GFI vil meget effektivt redusere ikke bare faren for brann på grunn av kortslutninger til jord, men også beskytte mennesker som kan være i den elektriske banen. En GFI-anordning er Imidlertid ikke i stand til å overvåke kontakt-lysbuedannelse, slik det er omtalt her.

Det vil forstås at selv om det er foretatt et skille her mellom ledningsfeil-lysbuedannelse og kontakt-lysbuedannelse for klarhets hensikt, kan lysbuedetektoren ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes på deteksjon av lysbuer som skyldes begge tilstander. Når eksempelvis en relativt høy-motstands ledningsfeil opptrer, kan den oppvise i alt vesentlig de samme karakteristika som er beskrevet for kontaktfeil.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte hvorved vedvarende lysbuedannelse som kan potentielt bevirke en brann vil kunne detekteres, mens støy på kraftledningen fra andre kilder, slik som elektriske motorer, lukking av bryter, lampedempere, eller kommunikasjonssystemer ignoreres, ved overvåkning av enten ledningsspenning eller belastningsstrøm.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe tre ytterligere alternative fremgangsmåter for bruk under spesielle omstendigheter, hvorved intermittent lysbuedannelse kan detekteres på en viss bekostning av avvisning av uvedkommende støy.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en billig, innpluggbar anordning som overvåker støy på kraftledningen på grunn av lysbuedannelse, pålitelig å detektere farlig ' lysbuedannelse og å varsle brukeren med både visuelle og hørbare alarmindikasjoner.

Det er nok et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en anordning som er i stand til å detektere lysbuedannelse som kan bevirke en brann, som utløser en kretsbryter som reaksjon på slik deteksjon, hvorved strøm til lysbuen avbrytes.

Lysbuedetektoren ifølge den foreliggende oppfinnelse overvåker høyfrekvensstøyen på enten nettspenningen eller belastningsstrømmen med hensyn til mønsteret som er blitt oppdaget av oppfinneren å være karakteristiske for kontaktlysbuer, og på denne måten frembringer en utmatning som er reaksjon på nærværet av kontaktlysbuer. Denne utmatning kan anvendes til å aktivere en alarm eller til å avbryte strøm til lysbuen.

Et generelt mønster av støykarakteristikk for kontakt-lysbuedannelse er omtalt med fire særlige variasjoner utledet derav, der hver gir relative fordeler og ulemper for forskjellige anvendelser. Den generelle fremgangsmåte og trekk som er felles for samtlige fire mønstre er beskrevet først, etterfulgt av en diskusjon av hver variant.

Elektrisk lysbuedannelse frembragt ved vekselspenning vil slukke hver gang spenningen over lysbuen faller under en verdi som er tilstrekkelig til å opprettholde lysbuen, og vil tenne på ny hver gang spenningen over lysbuen overskrider lysbuens minimum tenningsspenning. Tennlngsspenningen er i alt vesentlig proporsjonal med størrelsen av det fysiske gapet som lysbuen må traversere. Slukkespenningen, selv den også er en funksjon av gapstørrelsen, har tendens til å være lavere enn tennlngsspenningen. Det er blitt observert av foreliggende oppfinner at når lysbuegapet er meget stort, vil lysbuen være intermittent og meget ustabil, generelt med tendens til å slukke seg selv og tenne på ny når tilstandene tillater dette. Det er også blitt observert at når gapet blir mindre, blir lysbuen mer vedvarende og til sist selv-opprettholdende. Når gapet blir enda mindre, vil lysbuen igjen ha tendens til å være selv-slukkende, denne gang ved å fullføre strømbanen.

Når en lysbue leder strøm, frembringer den høy-frekvensstøy på kraftledningen i et frekvensområde fra ca. 10 KHz til kanskje 1 GHz. Den praktiske del av dette spektrum for overvåkning, på grunn av dempningen av høye frekvenser ved typiske kraftledningsimpedanser og behovet for å avvise nettfrekvenskomponenter, er mellom 100 KHz og 1 MHz. Signaler i dette frekvensområdet kan detekteres over typiske oppkoblingsdistanser i et hjem. Følgelig er det første trinnet ifølge fremgangsmåten å filtrere og forsterke nettspenningen eller belastningsstrømmen, for derved å ekstrahere høy-frekvensstøy i dette frekvensområdet.

Støy som stammer fra lysbuedannelse som derved ekstraheres, vil oppvise visse karakteristika. Først vil høy-frekvensstøy med bred båndbredde være tilstede på både nettspenningen og belastningsstrømmen når lysbuen leder strøm.

Dernest vil amplituden av høy-frekvenssstøyen gå i alt vesentlig til null når lysbuen slukker og tenner på ny. Dette frembringer et gap (10°-90° av 360° ledningsfrekvens-perioden) i høy-frekvensstøyen en gang hver halv-syklus av nettfrekvensen.

For det tredje er varigheten av gapet, når lysbuen ikke leder, en indikasjon på lysbuens evne til å vedvare og således dens potensial for generering av varme og start av en brann. Nærmere bestemt, når gapet er stort (60°-90°), svarende til et relativt stort fysisk gap, vil lysbuedannelsen ha tendens til å være meget intermittent og ikke i stand til å opprettholde seg selv. Når det fysiske gapet blir mindre, vil lysbuedannelsen bli mer og mer stabil inntil, innenfor et visst område (10°-60°), lysbuen kan være i stand til å opprettholde seg selv. Når gapet blir enda mindre (0°-10°), vil lysbuen igjen bli selvslukkende, denne gang ved fullføring av ledingsbanen.

Det er følgelig den generelle fremgangsmåte ved foreliggende oppfinnelse å overvåke nettspenningen eller belastningsstrøm-men med hensyn til mønsteret som har høy-frekvens støykarak-teristikk knyttet til kontakt-lysbuedannelse (i det etter-følgende av og til ganske enkelt "mønstre"), og derved frembringe en utmatning som reaksjon på nærværet av kontakt-lysbuedannelse. Fire bestemte mønstre er beskrevet, sammen med de relative fordeler og ulemper ved hvert.

Et første mønster av høy-frekvens støykarakteristikk for lysbuedannelse, betegnet som mønster 1, er det mønster som foretrekkes for detektering av vedvarende kontaktlysbuer i henhold til oppfinnelsen, fordi det gir den høyeste immunitet mot feilaktig utløsning fra uvedkommende støykilder. Dette betyr at støy som svarer til mønster 1 frembringes kun ved lysbuedannelse, så langt det er kjent, og skiller seg således ut fra alle andre kilder som har høy-frekvensstøy. Mønster 1 frembringes ved hjelp av lysbuer som er vedvarende og selvopprettholdende, kjennetegnet ved konstant lysbuedannelse gjennom hele nettfrekvensens syklus. Mønster 1 krever nærværet av høy-frekvensstøy gjennom hele nettfrekvensens syklus, bortsett fra et synkront gap med varighet t^, der i alt vesentlig ingen høy-frekvensstøy er tilstede. Nærmere bestemt, ifølge oppfinnelsen, blir en alarm som indikerer deteksjon av en lysbue gitt når høy-frekvensstøy bestemmes å være tilstede på nettet vedvarende bortsett fra under en pause med varighet t^ som opptrer ved det samme punktet i hver av en rekkefølge av sykluser av nettfrekvensen. Ettersom vedvarende lysbuer vil oppvise gap i området ca. 10°-40° av linjefrekvenssyklusen, kan lengden av gapet t^ begrenses i henhold til dette. Dette vil forbedre avvisning av uvedkommende støy. Mønster 1 lysbuer har tendens til å vedvare i mange sykluser, hvilke opptrer hver suksessive halv-syklus av nettfrekvensen.

Mønster 1, slik det er angitt, er karakteristisk for lysbuer som er i stand til selv-opprettholdende oppvarming. I andre anvendelser kan det være ønskelig å detektere en hvilken som helst type av lysbue selv om den er intermittent og ikke selv-opprettholdende. I eksplosive miljøer kan det eksempelvis være ønskelig å tilveiebringe en alarm eller å avbryte strømflyten som reaksjon på en hvilken som helst lysbue som kan opptre. Selv om en anordning kunne ganske enkelt overvåke med hensyn til nærværet av eventuell høy-frekvens-støy, ville detektoren være meget følsom for falske utløs-ninger fra uvedkommende elektriske forstyrrelser. Følgelig kan de neste tre mønstre anvendes til å detektere endog intermittente lysbuer, samtidig som det fortsatt tilbys en viss avvisning av uvedkommende støy. Samtlige tre mønstre drar fordel av det faktum at en vesentlig mengde av høy-frekvensstøy vil være tilstede akkurat forut for og akkurat etter gapet når lysbuen kobler av og tilbake på. Støyen under disse intervaller vil være vesentlig høyere enn den støyen som genereres annet steds i bølgeformen på grunn av de brå endringer i strømflyten og, i visse tilfeller, belastningen .

Den første av disse varianter, mønster 2, krever at et Intervall med høy-frekvensstøy som har varighet ta eksisterer, fulgt umiddelbart av et gap med varighet t^ der i alt vesentlig ingen støy er tilstede. Dessuten, for et hvilket som helst intervall lik en halv-syklus av nettfrekvensen, kan der ikke være mer enn et slikt mønster for at bestemmelsen kan gjøres, at lysbuedannelse eksisterer. Varighetene ta og ttø bestemmes i henhold til den ønskede følsomhet og støyav-visningsopptredenen for anordningen. Typiske varigheter er 10°-30° for ta og 20°-40° for tt. Selv om avvisningsevnen for uvedkommende støy ifølge denne fremgangsmåte ikke er så god som for fremgangsmåte 1, reagerer den på intermittent lysbuedannelse som kanskje ikke varer under hele syklusen.

Mønster 3 er det samme som mønster 2 med rekkefølgen omsnudd. Mønster 3 krever at et gap med varighet t^, der i alt vesentlig ingen støy er tilstede, etterfølges umiddelbart av et intervall med varighet tc som har høy-frekvensstøy. Slik som med mønster 2, kan der ikke være mer enn et slikt mønster i et hvilket som helst intervall som er lik i varighet med en halv-syklus av nettfrekvensen for at det skal kunne bestemmes om lysbuedannelse eksisterer. Varighetene av t^ og tc blir igjen bestemt i henhold til den ønskede følsomhet og støyavvisningsopptredenen for anordningen. Typiske varigheter er 20°-40° for tb og 10°-30° for tc.

Mønster 4 er et kompromiss mellom mønstrene 2 og 3. Disse reagerer fortsatt på intermittent lysbuedannelse, men gir vesentlig mer avvisning av uvedkommende støy. I dette tilfellet blir et intervall ta, der høy-frekvensstøy er i alt vesentlig tilstede, fulgt umiddelbart av et intervall t^, der i alt vesentlig ingen høy-frekvensstøy er tilstede, etterfulgt av et annet intervall tc, der høy-frekvensstøy igjen er i alt vesentlig tilstede. Slik som tidligere må det for et hvilket som helst intervall som er lik en halv-syklus av nettfrekvensen ikke være mer enn et slikt mønster for at det kan bestemmes om lysbuedannelse eksisterer. Områdene for ta, tb og tc er typisk henholdsvdis 10°-30°, 20°-40° og 10°-30". Nok en gang kan disse varigheter optimaliseres for de bestemte anvendelser.

Et annet aspekt ved fremgangsmåten som er felles for samtlige fire mønstre er basert på den innsikt at endog når lysbuedannelse eksisterer, tar det tid for lysbuen å generere tilstrekkelig varme til å tenne brennbare materialer. Følgelig kan fremgangsmåten kreve at de tidligere nevnte signal-syklusmønstre vedvarer over et antall av sykluser (10-100) av nettfrekvensen før det bestemmes at lysbuedannelse eksisterer.

Ettersom tiden mellom nullkryssinger i nettspenningen er liten relativt den tid det tar for fysiske endringer å opptre i lysbuen, vil tennings- og slukkingsspenningene for lysbuen forbli i alt vesentlig de samme over korte tidsintervaller. Derfor vil gapet opptre på i alt vesentlig den samme relative posisjon på nettfrekvenssyklusen, fra syklus til syklus. Når fremgangsmåten krever flere sykluser av mønsteret, må følgelig gapene i hvert av mønstrene opptre på i alt vesentlig den samme relative posisjon for hver syklus, dvs. være synkron med nettspenningen.

I dette henseende, og i forhold til fremgangsmåtene som er omtalt så langt, har det ingen betydning hvorvidt den høy-frekvensstøy som granskes i henhold til oppfinnelsen for å bestemme hvorvidt støy er tilstede i henhold til et av mønstrene 1-4 ekstraheres fra nettspenningen eller fra belastningsstrømmen. I henhold til oppfinnelsen kan enten belastningsstrøm eller nettspenning (eller begge) overvåkes med hensyn til lysbuedeteksjon. Der finnes imidlertid flere utpregede forskjeller mellom de to løsninger, der hver gir relative fordeler og ulemper.

Under overvåkning av nettspenning vil høy-frekvensstøy som stammer hvor som helst fra på nettet være tilstede. Dette er fordelaktig i den første utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelse der det ønskes å overvåke en hel husstandenhet kun med spenningsføling. Dernest vil posisjonen på nettspenningens bølgeform der gapene fremtrer være følsomme for belastningens reaktans. Dersom belastningen er i alt vesentlig resistiv (for eksempel glødelamper og resistive oppvarmere), vil gapene opptre i nærheten av null-kryssingene i nettspenningen. Dersom belastningen er induktiv (for eksempel visse elektriske motorer), vil gapene ligge etter nullkryssingene med inntil 90° , og dersom belastningen er kapasitiv (for eksempel visse lysstoffrør), vil gapene ligge foran nullkryssingene med inntil 90° . Følgelig er det en raffinering av den foreliggende fremgangsmåte å bestemme naturen av belastningen i kretsen med lysbuen ved hjelp av posisjonen av gapene i forhold til nettspenningen, dvs. kapasitiv, resistiv eller induktiv.

I den andre utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelse blir lysbuedeteksjonskretsen koblet med en kretsbryter som er i stand til å avbryte strømmen til belastningen når lysbuedannelse detekteres. Ved denne anvendelse er det ønskelig å overvåke kun den støy som har sin opprinnelse på den beskyttede kretsen. Derfor blir den strøm som flyter til en bestemt belastning overvåket og høy-frekvenskomponenten ekstrahert. Den eneste støy som er tilstede vil være den som genereres av kilder på den kretsen. Dessuten, ettersom kretsbryteren er oppkoblet i serie med belastningen, er en strømførende leder tilstede for strømovervåkning. Av disse to grunner er bruken av høy-frekvensstrøm overvåkning fordelaktig ved denne anvendelse.

En andre forskjell mellom overvåkning av belastningsstrøm og nettspenning er at gapet alltid vil fremkomme i nærheten av belastningsstrømmens nullkryssinger, uansett belastningens reaktans. Dette skyldes at lysbuen er i alt vesentlig resistiv og således vil spenningen over lysbuen være i fase med strømmen gjennom denne. Andre reaktive belastninger på nettet kan imidlertid forskyve den relative posisjonen av gapet ved å tilføye strøm som ligger foran eller etter den totale belastningsstrømmen.

Ved å anvende deteksjon ifølge mønster 1 er det blitt bekreftet at de tilstander som indikerer nærværet av en vedvarende lysbue som kan generere tilstrekkelig varme til å starte en brann, er i alt vesentlig fraværende fra den høy-frekvensstøy som genereres av vanlige apparater og lignende, slik at lysbuedetektoren ifølge oppfinnelsen ikke gir falske indikasjoner om lysbuedannelse.

Der finnes et utvalg av høy-frekvens støygeneratorer som er vanligvis tilstede på kraftlinjer for husstander. En av de mest fremherskende støykilder er lysdempere, hvilke i realiteten er fasestyreenheter som anvendes til å styre intensiteten av glødelamper. Slike lysdempere opererer ved å innkoble belastningen på et bestemt punkt på hver halv-syklus og av ved hver nullkryssing. Den plutselige endring i belastningsstrøm ved hvert innkoblingspunkt sammen med induktansen i fordelingssystemet frembringer høy-frekvens-pulser som kan vedvare under flere sykluser. Disse korte pulser, av størrelsesorden l°-3° av nettperioden, er generelt for korte i varighet til å utløse lysbuedetektoren ved bruk av et hvilket som helst av de fire mønstrene ifølge foreliggende fremgangsmåte.

En andre type av støy som vanligvis er tilstede skyldes lysbuedannelse i elektriske motorer med børstekontakter. Et typisk eksempel på dette er den vanlige hjemme-boremaskin. Slike motorer frembringer en vesentlig mengde av høy-frekvensstøy. Imidlertid går ikke støyen noen gang til null. Den er tilstede gjennom hele syklusen. Det er sannsynlig på grunn av det mekaniske moment i den roterende armatur og den tilbakerettede EMK som frembringes. Uansett vil mangelen av et gap i hver halv-syklus av nettfrekvensen hindre falsk utløsning av lysbuedeteksjonsanordningen i henhold til samtlige fire mønstre ifølge foreliggende fremgangsmåte.

En tredje type av støy som vanligvis er tilstede på strømopp-koblinger i boliger er relativt kortvarige pulser som genereres av et stort utvalg av kilder. Når brytere eksempelvis kobler store belastninger på eller av, vil en plutselig endring i strømmen sammen med induktansen i kraftfordelingssystemet bevirke en kort lysbue til å danne bro mellom kontaktene når de åpner. Dette er kontakt-lysbuedannelse og kan kvalifisere som sådan over en eller to sykluser. Såfremt den vedvarer, er den imidlertid generelt ikke farlig og bør ikke tillates å utløse alarmen. Kontaktlysbuer er en kilde til varme, men slikt det er angitt tidligere, krever de en viss tid for å oppvarme omgivende brennbare materialer før materialene vil tenne. For å unngå utløsning av detektoren med støy av denne type, som er kontakt-lysbuedannelse, bør derfor et hvilket som helst av de fire mønstrene kreves å vare over et antall av suksessive nettfrekvenssykluser (10-100) før det bestemmes av potentielt farlig lysbuedannelse eksisterer.

En fjerde type av støy som av og til er tilstede er kommunikasjonssignaler fra bærebølge-strømsendere. Der finnes et antall av anordninger på markedet som gir fjernstyring av apparater ved anvendelse av bærebølge-strømoverføringsteknik-ker for å formidle informasjon over kraftledningene. Disse sender typisk i 100-300 KHz-området og har derfor potentialet til på falsk måte å utløse detektoren. En slik anordning som ble studert av den foreliggende oppfinner var opprinnelig fremstilt av BSR, og er i øyeblikket solgt av et antall distributører, innbefattende Radio Shack, en avdeling av Tandy Corporation. I disse anordninger sender senderen bitgruppepakker ved intervaller. Pakkene synkroniseres med nettspenningen. Hver pakke har en varighet omkring 30° og er adskilt med 30° fra den neste. Den foreliggende fremgangsmåte som gjør bruk av mønster 1 vil være immun overfor slik interferens, på grunn av at høy-frekvenspakkene aldri varer nettsyklusens varighet. Dersom flere pakker er tilstede i en syklus, vil der dessuten være flere gap som ytterligere hindrer reaksjonen. Mønstrene 2-4 vil imidlertid være mottagelige så fremt ikke den maksimalt kvalifiserende gapbredden t^ gjøres liten nok til å unngå deteksjon, dvs. mindre enn 30°.

Andre potentielle forstyrrelser kunne kvalifisere som hvilke som helst av de fire mønstrene dersom høy-frekvensstøy var tilstede med små gap hver halv-syklus av nettfrekvensen. Et eksempel kan være andre typer av bærebølgestrøm-overførings-systemer, kanskje for å overføre stereolyd eller fjerntliggende telefonforbindelser. Av denne grunn har foreliggende oppfinner realisert to ytterligere forbedringer for å hindre potentielle forstyrrelser, dvs. å hindre falsk utløsning på grunn av disse støykilder, slik det er angitt i det etter-følgende .

Lysbuedannelse er en samling av meget vilkårlige, mikro-skopiske hendelser. Hver gnist har en noe forskjellig varighet og intensitet. Følgelig vil båndbredden av den resulterende støy være uhyre bred og strekke seg fra ca. 10 KHz til kanskje 1 GHz. I motsetning til dette har et styrt signal, for eksempel et bærebølgestrømsignal en smal båndbredde. Følgelig vil en ytterligere forbedring av den foreliggende deteksjonsfremgangsmåte involvere måling av båndbredden, dvs. vilkårligheten av støyen.

Vilkårligheten av støyen kan måles ved hjelp av minst to hensiktsmessige fremgangsmåter. I en første test med hensyn til vilkårlighet blir høy-frekvensoverganger over suksessive passende intervaller tellet. Støyen bestemmes til å være vilkårlig dersom tellingen varierer vesentlig fra intervall til intervall. Den andre fremgangsmåten involverer å føre høy-frekvensstøyen gjennom to eller flere ikke-overlappende båndpassfiltre og bestemme at signalet har bred båndbredde dersom amplituden av støyen på utgangen av samtlige filtre er i alt vesentlig den samme.

Hvilke som helst av mønstrene kan dessuten kreves å opptre i en bestemt temporær posisjon i forhold til nettspenningen for å begrense lysbuedeteksjon til bestemt belastningsreaktans. Dersom gapet kreves å fremtre i nærheten av nettspenningens nullkryssinger, vil deteksjonen eksempelvis være begrenset til detektering av lysbuer på resistive, dvs. ikke-reaktive belastninger.

En prototypekrets ble bygget i henhold til oppfinnelsen, hvilken gransket nettspenningen med hensyn til høy-frekvens-støy i overensstemmelse med mønster 2, med tilføyet begrens-ning at gapene må fremtre i nærheten av nettspenningens nullkryssinger, dvs. prototypen detektert lysbuedannelse på resistive belastninger. ta og t^ ble satt til henholdsvis 30° og 10° . Denne prototypes reaksjon ble testet i omfattende grad med et utvalg av belastninger. Den utløste alarmen gjentatte ganger og pålitelig når en 60 watts lyspære hvor som helst på kretsen ble forsynt med strøm via en vedvarende kort lysbue, men utløste likevel ikke på grunn av forstyrrelse med sin opprinnelse i lysdempere, bærebølgestrømsendere fra Radio Shack, motorhastighetsstyreenheter eller belast-ningskobling. Slik det var forventet, utløste den ikke på pålitelig måte for lysbuer i serie med meget induktive belastninger på grunn av at gapet ligger etter nullkryssingen. I et ytterligere eksperiment ville en elektrisk boremaskin med variabel hastighet ikke utløse alarmen selv på kort avstand og til tross for den store mengden av høy-frekvensstøy som genereres. Når den samme boremaskinen imidlertid ble strømforsynt via en kort lysbue, utløste alarmen når lysbuen førte strøm. Ytterligere undersøkelse avslørte at strømmen i børstemotorene, slik som elektriske boremaskiner er i alt vesentlig i fase med spenningen, hvorved tillates deteksjon som normalt er reservert for ikke-reaktive belastninger.

En anordning ifølge den foreliggende oppfinnelse og som anvender kretser for å utføre ovenstående fremgangsmåte ved bruk av hvilket som helst av de fire deteksjonsmønstre, er beskrevet i detalj nedenfor. Anordningen, ifølge oppfinnelsen, overvåker nettspenningen alene og kan konfigureres som et selvstendig, innpluggbart "nattlys", hvilket gir både visuelle og hørbare indikasjoner av nærværet av kontakt-lysbuedannelse. I en foretrukket utførelsesform er lysbue-detektoen ifølge oppfinnelsen mikroprosessorbasert og tilveiebringer tre operasjonsmåter, benevnt "hold", "test" og "lyd". I hold-modusen vil et indikatorlys innkobles når nærværet av kontakt-lysbuedannelse som er tilstrekkelig til å Initiere en brann blir detektert. Indikatorlyset utkobles kun når brukeren trykker på en "tilbakestilling"-knapp på panelet. I test-modusen vil lyset komme på som reaksjon på kontakt-lysbuedannelse. I lyd-modusen blir en hørbar alarm tilveiebragt som reaksjon på kontakt-lysbuedannelse. Når en lysbue blir detektert på denne måte, kan brukeren lokalisere lysbuen, for eksempel ved suksessivt å frakoble belastningene inntil alarmen opphører.

I en annen anordning ifølge den foreliggende oppfinnelse blir kretser som overvåker belastningsstrøm kombinert med en elektrisk aktivert kretsbryter for å gi automatisk avsteng-ning av strømforsyning når en tilstrekkelig mengde av kontakt-lysbuedannelse er blitt detektert til å indikere en potentiell brannrisiko. Igjen kan hvilke som helst av de fire deteksjonsmønstrene anvendes. To foretrukne utførelses-former er vist, en der anordningen er bygget inn i et dobbelt vegguttak i stor grad på den samme måte som jordfeilavbrytere, og en annen der anordningene er bygget inn i en kretsbryter for installasjon i en fordelingstavle.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk fremgår av de vedlagte patentkrav, samt av den etterfølgende beskrivelse med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser det ekvivalente kretsskjemaet for en kon taktlysbue. Fig. 2 viser karakteristiske bølgeformer som er tilhørende en resistiv belastning som danner lysbue på en kontakt som en funksjon av tid. Fig. 3 viser karakteristiske bølgeformer tilhørende en induktiv belastning som danner lysbue på en kontakt som en funksjon av tid. Fig. 4 viser fire karakteristiske mønstre av høy-frekvens-støy som frembringes ved kontakt-lysbuedannelse og detekteres av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser nettspenning og høy-frekvensstøy generert ved

hjelp av en typisk lysdemper som en funksjon av tid.

Fig. 6 viser nettspenning og høy-frekvensstøy generert av en

bærebølge-strømsender som en funksjon av tid.

Fig. 7 viser nettspenning og høy-frekvensstøy generert av en

typisk hjemme-boremaskin som en funksjon av tid.

Fig. 8 er et blokkskjema over en krets ifølge en utførelses-form av oppfinnelsen slik denne anvendes til å advare brukeren om nærværet av kontakt-lysbuedannelse. Fig. 9 er et blokkskjema over en krets ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen slik den anvendes til både å varsle brukeren og å utløse en kretsbryter automatisk når kontakt-lysbuedannelse fastslås. Fig. 10 innbefatter front- og sidevertikalriss over en fysisk

pakke for kretsen i fig. 8.

Flg. 11 innbefatter front- og sidevertikale riss av en fysisk pakke for kretsen i fig. 9, og

Fig. 12 innbefatter front- og sidevertikale riss for en annen

fysisk pakke for kretsen I fig. 9.

Fig. 1 viser et forenklet ekvivalent kretsskjema over en kontakt-lysbue. Nettspenningen 1 gir en høy side 2 og nøytral 3 ledere. Samtlige nett og lysbuespenninger som det refereres til her måles i forhold til denne nøytralledning 3. Typisk husoppkobling, dvs. flat tre-lederkabel med midtleder som jord, virker som en transmisjonsledning med en karakteristisk impedans som er ca. 100 n ved høye frekvenser. En induktans 4, angitt som Lne-ttf °S en kåpas i tans 5 angitt som <c>nett» representerer den samlede induktans og kapasitans i kraftfordelingsledningene. Belastningen 6 er koblet i serie med et gap 7 gjennom hvilket kontakt-lysbuen slipper strøm. Gapet 7, når det leder, har en effektiv resistans som er angitt som ^lysbue * fig* !• Impedansen av belastningen 6, angitt som Xtøeiag-tning» kan være resistiv, kapasitiv eller induktiv, avhengig av belastningstypen. Glødelamper og varmeelementer er typisk resistive. Synkronmotorer og lysrør er vanligvis induktive. Visse motorer med kapasitiv start fremtrer kapasitive før de når full hastighet. Fig. 2 viser forskjellige bølgeformer tilhørende en kraftledning som mater en resistiv belastning gjennom en vedvarende kontakt-lysbue. Opptegningen 8 (fig. 2(a)) viser nettspenningen som angir nærværet av høy-frekvensstøy 9 gjennom hele syklusen, bortsett fra under gapene 10 og 11, hvilke har lik varighet under begge halv-sykluser av bølgeformen, dvs. når lysbuen ikke leder. Amplituden av støyen er overdrevet for illustrasjonens formål. Varigheten av gapene er angitt som tt.

Opptegning 12 (fig. 2(b)) viser strømmen gjennom belastningen. Høy-frekvensstøyen som genereres av den ledende lysbuen er også tilstede på den eksisterende bølgeformen, igjen overdrevet for tydelighets skyld. På grunn av at belastningen er resistiv er strømmen 12 i fase med spenningen 8 (fig. 2(a)) og går til null under intervalleet t^ når lysbuen ikke leder. Høy-frekvensstøyen er igjen tilstede under hele syklusen, bortsett fra under gapene 13 og 14.

Opptegning 15 (fig. 2(c)) viser spenningen over lysbuen. Opptegning 16 vier spenningen som ville være tilstede dersom lysbuen ikke tente og innbefattes for å illustrere tidsfast-settelsen av tenningen og slukkingen av lysbuen. Begynnende ved punkt 17 er spenningen 16 over lysbuen lik null, slik at lysbuen ikke leder og derfor ikke frembringer støy. Når spenningen 16 øker, vil den nå et punkt 18 der lysbuen tenner og begynner å lede strøm. Spenningen over lysbuen 15 går ikke til null når lysbuen leder, på grunn av at den ikke-ledende lysbuen har en impedans, typisk av størrelsesorden flere eller titalls ohm. Følgelig vil en spenning oppvises over lysbuen. Dessuten har lysbuen tendens til å opprettholde en temmelig konstant spenning uavhengig av strømmen gjennom den. Dette er vist ved 19 gjennom hele den positive halv-syklusen og ved 21 gjennom den negative halv-syklusen. Lysbuen frembringer høy-frekvensstøy vedvarende under den tid som den leder. Ved punkt 20 går spenningen over lysbuen ned til slukkenivået for lysbuen og lysbuen slukker. Denne prosess gjentas på den negative halv-syklusen 21, og deretter så lenge som lysbuen vedvarer.

Opptegning 22 (fig. 2(d)) viser høy-frekvensstøyen ekstrahert fra enten nettspenningen 8 (flg. 2(a)) eller belastnings-strømmen 12 (fig. 2(b)). Et enkelt høy-passfilter tjener til å fjerne nettfrekvenskomponentene. Slik det er vist, er høy-frekvensstøy tilstede gjennom hele syklusen, bortsett fra under intervallene 23 og 24 når lysbuen ikke leder. Det vil bemerkes at amplituden av høy-frekvensstøyen er noe høyere umiddelbart forut for og etterfølgende gapet, dvs. ved henholdsvis punktene 25 og 26. Når lysbuen slukker og tenner på ny, vil belastningsstrømmen endre seg brått. Denne hurtige endring i belastningsstrøm på et hovedsakelig induktivt fordelingssystem frembringer ytterligere høy-frekvensstøy som vil generelt overskride lysbuestøyens amplitude.

Opptegning 27 viser et positivt logisk signal som følge av nærværet av høy-frekvensstøy, dvs. at det er høyt når høy-frekvensstøy er tilsted og lavt når det ikke er tilstede, slik det er vist ved punktene 28 og 29.

Idet det nå vises til fig. 3, er de samme målinger som i fig. 2 vist for en ren, induktiv belastning som drives gjennom en vedvarende kontakt-lysbue. Fig. 3(a) viser nettspenningen 30, fig. 3(b) belastningsstrømmen 33, fig. 3(c) lysbuespenn-ingen 34, fig. 3(d) høy-f rekvensstøyen 36, og fig. 3(e) det logiske signalet 39 som reagerer på deteksjonen av høy-frekvensstøy. Slik det vil sees, er forskjellen mellom disse opptegninger for en induktiv belastning og opptegningene som er vist i fig. 2 for en resistiv belastning, at gapene i høy-frekvensstøyen 31 og 32 opptrer ca. 90° senere i spennings-bølgeformen. Dette skyldes at spenningen over lysbuen 34 (fig. 3(c)) er forsinket av induktansen i belastningen. Som det vil fremgå, vil induktansen for belastningen også øke den støy som genereres når lysbuen slukker ved punkt 37 og tenner på ny ved punkt 38. Posisjonen av gapene når en kontakt-lysbue er i serie med en reaktiv belastning, er således fremvist fra nettspennings-nullkryssingene, men er ellers i alt vesentlig lik støyen på grunn av lysbuedannelse i en krets med en resistiv belastning. Dersom belastningen var rent kapasitiv, ville lignende karakteristiske opptegninger vise at gapene ligger foran nullkryssingene med 90° . I praksis vil belastningen være et eller annet sted mellom disse grenser, hvorved det frembringes gap i området ±90° fra hver nullkryssing.

I både fig. 2 og 3 vil spenningen der lysbuen tenner avhenge av størrelsen av gapet og de omgivelsesmessige betingelser i gapet. Gitt det forhold at sinusbølgeformen fullfører en full syklus hver 360° , kan spennigen V på et hvilket som helst tidspunkt uttrykkes i grader, dvs. V = V-^opp Sin S, der vtopp er toppspenningen som nås og S er antallet av grader fra nullkryssingen. Lysbuer som tenner mellom 60° og 90°

(146-169 faktiskV på en 120V (RMS) ledning) har tendens til å være meget intermittente og ustabile på grunn av at gapet er stort. Lysbuer som tenner i 140-°-60° (180-146V) området er fortsatt intermittente, men har tendens til å opptre i utbrudd med varigheter så lange som flere sekunder. Lysbuer i 20"-40° (57-108V) området vedvarer og har tendens til å være selv-opprettholdende. Lysbuer i dette området, særlig når vinkelen nærmer seg ca. 20° , utsender en høy-frekvens-visling og utvikler høye temperaturer i de omgivende materialer. Således er lysbuer i 20°-40° området særlig farlige. Lysbuer i 0°-20° (0-57V) området har tendens til å slukke meget hurtig når kontakten oppvarmes og danner bro over gapet, sannsynligvis på grunn av lokal flyt av kontakt-materiale.

Spenningen ved hvilken lysbuen slukker er igjen en funksjon av gapets størrelse. Det er imidlertid blitt observert at en lysbue, så snart den er stabilisert, har tendens til å slukke på en vesentlig lavere spenning enn spenningen på hvilken lysbuen tente. Vanligvis slukker lysbuen ved størrelsesorden 1/4-1/10 av tennlngsspenningen. I realiteten vil de fleste lysbuer i området som mest sannsynlig bevirker en brann (20-40°) slukke nær null volt.

Fig. 4, som innbefatter fig. 4(a) - 4(e), viser mønstrene av høy-frekvensstøy som er blitt fastslått i henhold til et viktig aspekt ved den foreliggende oppfinnelse til å være indikerende for kontakt-lysbuedannelse. Fig. 4(a) viser mønster 1, fig. 4(b) viser flere sykluser av mønster 1, fig. 4(c) vier mønster 2, fig. 4(d) viser mønster 3, og fig. 4(e) viser mønster 4. Disse mønstre er alle logiske signaler som er høye når høy-frekvensstøy som er større enn en minimum-amplitude er tilstede, og ellers, lave slike det er angitt med tegnforklaringen (fig. 4(f)).

I henhold til fremgangsmåten Ifølge foreliggende oppfinnelse blir enten nettspenningen eller belastningsstrømmen overvåket og høy-frekvensstøyen ekstrahert. Den støy som således ekstraheres blir så overvåket med hensyn til et mønster som indikerer en kontakt-lysbue. Det generaliserte mønster består av tre suksessive intervaller med varighet ta, t^ og tc som opptrer hvor som helst i en tidsperiode som er lik i varighet med T/2, der T er nettfrekvensens periode. Varigheten og innholdet av hvert intervall er vist i diagrammet på fig. 4 som tilsvarer hvert mønster.

De tre logiske tilstander som anvendes for å representere nærværet eller fraværet av støy er forklart i tegnforklaringen (fig. 4(f)) i øvre høyre hjørne på fig. 4. Et høyt logisk signal 53 indikerer nærværet av høy-frekvensstøy, dvs. det logiske signalet er høyt når amplituden av den overvåkede høy-frekvensstøyen overskrider en viss terskel, for eksempel under intervallet ta ved 57 i fig. 4(a). Et lavt logisk signal 54 indikerer fraværet av høy-frekvensstøy, dvs. der er ingen høy-frekvensstøy, eller amplituden av høy-frekvensstø-yen er under terskelnivået, for eksempel periode t^ ved 58 i fig. 4(a). Det skraverte mønster 55 angir at amplituden av høy-frekvensstøyen er uten betydning, dvs. at utmatningen fra lysbuedetektoren ikke reagerer på nærværet eller fraværet av høy-frekvensstøy under dette intervall, slik som eksemplifi-sert ved 56 i fig. 4(a).

Idet der nå vises til fig. 4(a), er mønster 1 vist. Mønster 1 er det foretrukne mønster for maksimum avvisning av uvedkommende støy. For at lysbuedetektoren skal gi en alarm som indikerer nærværet av en lysbue, må høy-frekvensstøy være tilstede under intervallet ta, fraværende under t^ og tilstede igjen under tc. Et tillatt tidsområde er angitt for tfc, og, som vist, er ta + t^ + tc gjort lik T/2. Med andre ord, vil deteksjon av lysbuer i henhold til mønster 1 kreve at høy-frekvensstøy er tilstede under en periode som er lik i varighet med en halvpart av nettfrekvensens periode, bortsett fra nærværet av et enkelt gap med varighet t^. "Gap", slik som tidligere, refererer til et intervall der høy-frekvens-støyen er i alt vesentlig fraværende.

Intervallet T/2 kan være hvor som helst relativt til nettfrekvensen. I det enkleste tilfellet er et gap, innenfor det området som tillates av t^, som opptrer hvor som helst innenfor intervallet, indikerende for kontakt-lysbuedannelse. Dette skyldes at der ikke er noen bestemte krav med hensyn til ta og tc, bortsett fra at summen ta + t^ + tc må være lik T/2.

Dersom det er ønskelig å begrense lysbuedeteksjonen til en bestemt belastningsreaktans, kan gapet ytterligere behøves å fremtre i en bestemt temporær posisjon i forhold til nettspenningen før det bestemmes at en lysbue eksisterer. Dersom gapet eksempelvis må eksistere i nærheten av nullkryssingene for nettspenningen, er de eneste lysbuer som vil bli detektert de som er i serie med en resistiv, dvs. ikke-reaktiv belastning. For å dra fordel av denne egenskap må nettspenningen overvåkes fordi posisjonen av gapet på strømbølgeformen kan variere som en funksjon av andre reaktive belastninger på ledningen.

Den kvalifiserende varighet av gapet, tt, er et område, optimalt 20°-40° av nettfrekvensens periode. Med andre ord blir et hvilket som helst intervall der i alt vesentlig ingen høy-frekvensstøy er tilstede, med en varighet mellom 20° og 40° detektert som et gap. Grensene for området kan justeres for optimal ytelse i en hvilken som helst gitt applikasjon.

Ettersom en lysbue, slik som tidligere angitt, tar tid for å generere tilstrekkelig varme til å starte en brann, foretrekkes det å kreve at et detektert mønter vedvarer i mange sykluser før det foretas bestemmelsen at en potentielt risikofylt lysbuedannelse eksisterer. Dersom dette ikke gjøres, vil temporær lysbuedannelse på gr.unn av bryteres åpning og andre ikke-farlige hendelser utløse detektoren. Som vist i fig. 4(b), er mønster 1 derfor vist forløpende over flere sykluser. Deteksjon av lysbuedannelse etter flere sykluser krever at gapene er synkrone med nettfrekvensen, dvs. at forsinkelsen t^ før gapet er i alt vesentlig den samme på samtlige T/2-intervaller. Dette kan angis på annen måte, nemlig at det temporære intervall mellom gapet og et fast punkt på bølgeformen, for eksempel nullkryssingen, er identisk over et stort antall av sykluser. Dette ytterligere krav forbedrer i vesentlig grad avvisningsevnen hos detektoren for uvedkommende støy.

Mønstrene 2-4 kan anvendes i applikasjoner der det er ønskelig å detektere intermittent lysbuedannelse, dvs. lysbuedannelse som ikke vedvarer under hele syklusen av nettfrekvensen. Disse mønstre gir den mest følsomme reaksjon på en viss bekostning av avvisning av uvedkommende støy.

Mønster 2 er vist i fig. 4(c). Slik det fremgår, består mønsteret av et intervall ta, der høy-frekvensstøy er tilstede, etterfulgt umiddelbart av et intervall t^, der ingen høy-frekvensstøy er tilstede. ta + t^ må være mindre enn eller lik T/2 og dette mønster må opptre en gang og kun en gang i hvilket som helst halv-syklusintervall T/2 for at det kan bestemmes at en lysbue eksisterer.

Mønster 3, vist i fig. 4(d), er i realiteten det samme som mønster 2, med deteksjonskravene omsnudd i rekkefølge. Slik det er vist, består mønster 3 av et intervall t^, der høy-frekvensstøy ikke er tilstede, etterfulgt umiddelbart av et intervall tc, der høy-frekvensstøy er tilstede. t^ +tc må være mindre enn eller lik T/2 og dette mønster må opptre en gang og kun en gang i hvilket som helst halv-syklusintervall med varighet T/2 for å kunne bestemme at en lysbue eksisterer .

Ved bruk av mønster 2 eller 3 vil fremgangsmåten være følsom for Intermittente lysbuer som ikke vedvarer under hele syklusen. Imidlertid vil fremgangsmåten også være generelt utsatt for uvedkommende støy såfremt ikke ytterligere forholdsregler tas. For det første kan minimum tillatelig varighet for ta (eller tc) gjøres lang nok, slik at enkelt-impuls uvedkommende støy ikke kvalifiserer. Eksempelvis kan minimumsbredden for ta (eller tc) settes til å være 30°. For det andre kan intervallet t^ (gapet) kreves å fremtre i en bestemt, temporær posisjon i forhold til nettspenningen. Selv om dette vil begrense lysbuedeteksjon til bestemt belastningsreaktans, vil det forbedre avvisning av uvedkommende støy. For det tredje kan samtlige tre mønstre også kreves å vare i mange sykluser før det bestemmes at lysbuedannelse eksisterer. Slik som for mønster 1, hvor begynnel-sen av gapet i suksessive mønstre må være synkrone med nettfrekvensen, dvs. en forsinkelse t^ mellom nullkryssingen og gapet ttø kan kreves å være i alt vesentlig lik for samtlige halv-sykluser.

Mønster 4, vist i fig. 4(e), kombinerer i alt vesentlig kravene ifølge mønstrene 2 og 3. Slik det er vist, består mønsteret av et intervall ta, der høy-frekvensstøy er tilstede, umiddelbart etterfulgt av et intervall tj-,, der høy-frekvensstøy er fraværende, etterfulgt av et annet intervall tc der støy igjen er tilstede. I dette tilfellet må ta + t^ + tc være mindre enn eller lik T/2.

Mønster 4 er et kompromiss mellom mønster 1 og mønstrene 2 eller 3, fordi detektoren fortsatt reagerer på intermittent lysbuedannelse, men gir vesentlig mer avvisning av uvedkommende støy. I grensetilfellet der ta + t^ + tc er lik T/2, er i realiteten mønster 4 ekvivalent med mønster 1. En fordel som gis av mønster 4 i forhold til mønster 1 er at mønsteret 4 kan anvendes på spesielle applikasjoner der det karakteristiske gapet er tilstede, mens støyen ikke pålitelig vedvarer over hele syklusen. Typiske områder for ta, t^ og tc er henholdsdvis 10°-30°, 20°-40° og 10o<->30o. Nok en gang kan disse varigheter optimaliseres for bestemte applikasjoner. Kontakt-lysbuedannelse frembringer støy med uhyre høy båndbredde på grunn av vilkårligheten hos de individuelle lysbuer. Med hvilke som helst av mønstrene ifølge foreliggende fremgangsmåte kan avvisningen av uvedkommende styrte støykilder, dvs. de kilder som frembringer høy-frekvens interferens med en bestemt frekvens på nettet, i vesentlig grad forbedres ved å avføle hvorvidt støyen er vilkårlig, og bestemme hvorvid høy-frekvensstøy er tilstede på tilsvarende måte.

To fremgangsmåter er beskrevet for å bestemme hvorvidt detektert høy-frekvensstøy i realiteten er vilkårlig og derfor skyldes lysbuedannelse. I den første blir vilkårligheten av støyen overvåket direkte. Disse "vilkårlighet"-og "båndbredde"-fremgangsmåter er hovedsakelig ekvivalente og den ene eller andre fremgangsmåte kan anvendes.

For å teste vilkårligheten, dvs. kreve at en viss minimum grad av vilkårlighet må detekteres i støyen før det kan konkluderes at høy-frekvensstøy er tilstede, involverer å telle høy-frekvensovergangenea av en viss minimum amplitude over suksessive, faste intervaller, og bestemme at støyen er vilkårlig dersom tellingen varierer vesentlig fra intervall til intervall. Testen med hensyn til båndbredde krever at signalet har bred båndbredde før det konkluderes at høy-frekvensstøy eksisterer, og består av å føre høy-frekvens-støyen gjennom to eller flere ikke-overlappende båndpassfiltre og bestemme at signalet har bred båndbredde dersom amplituden av støyen på utgangen hos samtlige filtre er i alt vesentlig den samme. Vilkårligheten og båndbreddetestene som således skiller støy på grunn av lysbuedannelse fra tilsiktet genererte høy-frekvenssignaler, hvilke har tendens til å være regelmessige, ikke vilkårlige, og ha smal båndbredde.

Fig. 5 viser nettspenningen 40 med typisk støy 41 fra en vanlig fasestyrt lysdemper som er blitt høypassfUtrert og forsterket. Disse dempere anvender triac'er eller silisium-styrte likerettere (SCR) for å styre den del av bølgeformen som tilføres belastningen. Slike "fire-lags" halvlederanord-ninger kan bevirkes til å innkoble på en hvilken som helst del av bølgeformen og vil koble ut automatisk når strømmen gjennom disse går til null. Naturen av disse anordninger er slik at belastningen innkobler meget hurtig, hvilket bevirker impulsstøyspisser slik som vist ved 42-46. For å utføre styring over intensiteten av en lampe, kan kretsen justeres til å tenne, dvs. innkoble, på et hvilket som helst punkt fra ca. 40" (fullt innkoblet) til ca. 160" (innstilling for mest dempning). Således er grensene på tidsbestemmelsen for de pulser som genereres mellom punkter 43 og 44 på den positive halv-syklusen og mellom punkter 45 og 46 på den negative. Fordi at disse dempere ikke frembringer støy som vedvarer under en hel syklus (utenfor gapet), vil støyen ikke bli detektert som støy ifølge mønster 1. Dessuten kan mønstrene 2-4 gjøres immune ved å angi minimumsbredden for ta og/eller tc til å være lenger enn den maksimale bredde av impulsstøy. Fig. 6 viser nettspenningen 47 med høy-frekvensstøy 48 som har opprinnelse fra en bærebølgestrøm, fjerntliggende styreanordning som er tilgjengelig fra Radio Shack og utstyrsbutikker. Støyen i dette tilfellet er utbrudd av kommunikasjonssignaler som anvender en sinusbærebølge med frekvens lik 200 KHz som FSK-moduleres for å kode dataene. Hvert utbrudd 49 etterfølges av en blank periode 50 uten transmisjoner. Selv om det ikke er nødvendig å synkronisere kommunikasjonssignalet med kraftledningen, gjøres dette ofte for å forenkle kommunikasjonsprotokollen. Mønster 1 vil være immunt overfor slik interferens på grunn av at høy-frekvens-pakkene aldri varer ut varigheten av nettsyklusen. Dersom flere pakker er tilstede i en syklus, vil der dessuten være flere gap, hvilket ytterligere hindrer reaksjonen. Mønstrene 2-4 kan gjøres motstandsdyktige overfor slike kommuniksjons-signaler ved å Innstille minimumsvarigheten for ta og/eller tc lengere enn utbruddbredden eller ved å innbefatte vilkårligheten og/eller båndbreddetestene som er beskreve ovenfor med hensyn til nærværet av høy-frekvensstøy. Fig. 7 viser igjen nettspenningen 51, denne gang innbefattende typisk høy-frekvensstøy 52 som er frembragt av en standard 1/3 hk elektrisk boremaskin med full effekt. Slik støy 52 er representativ for støy som frembringes av typiske elektriske motorer med kommutator/børste. Slik det vil fremgå, er støyen i alt vesentlig konstant over effektbølge-formen. Langt viktigere er det at det ikke finnes noen vesentlige gap i støymønsteret og derfor vil støyen ikke passe til noen av de fire mønstrene ifølge foreliggende fremgangmåte. Fig. 8 viser et forenklet blokkskjema over en lysbuedetektor som overvåker støy i nettspenningen for å detektere støy som passer til hvilket som helst av mønstrene 1-4 ifølge oppfinnelsen. Detektoren i fig. 8 gir både visuelle og hørbare varsler til brukeren.

Et vanlig støpsel 59 koblet til kraftledningen gir både effekt og signal til detektoren gjennom den høye lederen 60, nøytrallederen 61 og jord 62. En eventuell bryter 63 tillater enheten å bli forsynt med strøm og å avføle høy-frekvensstøy enten ledning-til-ledning eller ledning-til-jord. Den normale operasjonsmåten er ledning-til-ledning, men anordningen kan oppføre seg bedre med ledning-til-jord-løsningen ved visse applikasjoner.

En kraftforsyning 64 gir regulert DC-spenning V+ på 66 til å betjene enheten. V+ er en hensiktsmessig lavspenning, typisk 5 eller 12 volt. Kretsjord er vist ved 65. Behandlingskret-sen, lampen og den hørbare indikator kan bevirkes til å operere med totalt under 1 watt, slik at det er hensiktsmessig å konfigurere kraftforsyningen som en AC-DC-omformer ved bruk av en kondensator som spenningsfallelementet. Det foretrekkes å anvende en halvbølgelikeretter slik at nøytrallederen 61 eller jord 62, avhengig av innstillingen av bryteren 63, kan bevirkes til å danne kretsjord 65. Dette forenkler signaldeteksjonskoblingen. AC- til DC-regulator-brikken av typen MAX611 fra Maximum Integrated Products virker godt i denne applikasjon, ved å frembringe 5V DC med opp til 150 rna fra 120 eller 240 VAC-innmatning.

En nullkryssingsdetektor 69 virker til å frembringe en smal puls (100-109 jjs) ved hver nullkryssing av Nettspenningen. Nullkryssinger blir hensiktsmessig avfølt gjennom en høy-verdis motstand 67. Vanlige teknikker frembringer en utgangspuls om reaksjon på hver nullkryssing. Utmatningen fra nullkryssingsdetektoren 69 tilføres en mikroprosessor 76. Mikroprosessoren 76 anvender nullkryssingspulsen til å relatere nærværet av støy til nettspenningsfasen. I realiteten, ettersom mikroprosessoren nøyaktig kan tidsbe-stemme intervaller, vil enhver kant som er synkron med nettspenningen være tilstrekkelig. Eksempelvis kan pulsen bevirkes til å switche hver halv-syklus i stedet for å frembringe pulser ved nullkryssingene, dersom dette er mer hensiktsmessig. For å opprettholde tidsbestemmelsesinforma-sjonen nøyaktig i nærværet av høy-frevensstøy, kan en kondensator 68 tilføyes inngangsmotstanden 67 for å frembringe et lavpassfilter. En enkelt-pols filterreaksjon med en kantfrekvens lik ca. 100-1000 Hz virker bra.

I en alternativ løsning kan nettfrekvensdeteksjon gis avkall på fullstendig. Mikroprosessoren kan ganske enkelt tidsbe-stemme seg selv basert på den antatte nettfrekvensen. Dette vil tillate mikroprosessoren å realisere den grunnleggende deteksjonsmåten med hvilke som helst av de fire mønstrene, men ville hindre den fra å utlede bestemte faseforhold for å bestemme eksempelvis hvorvidt belastningen er resistiv, induktiv eller kapasitiv.

Høy-frekvensstøyen blir hensiktsmessig samplet gjennom en liten koblingskondensator 71 som danner del av et høypassfil-ter 72 eller et avstemt båndpassfilter for å fjerne nettspenningens frekvens. Støyen blir så forsterket av forsterkeren 73 og detektert av detektoren 74. Fortrinnsvis består forsterkeren 73 av en begrenser eller krets med automatisk forsterkningsstyring (AGC) for å utvide dens dynamiske område. Detektoren 74 fungerer som en hel-bølge eller halv-bølge likeretter for å detektere nevnte høy-frekvens AC-signal, en komparator for å sammenligne amplituden av det likerettede signalet med en forutbestemt terskelverdi, og en omformer for å frembringe en logikk-nivåpuls eller kontinuerlig signal 75 som reaksjonpå nærværet av høy-frekvensstøy med amplitude over en forutbestemt terskelverdi. Signal 75 leveres til mikroprosessor 76 for realisering av et eller flere av mønstrene 1-4.

Valget av passende båndbredde og forsterkningsparametre for signaldeteksjonssystemet avhenger av transmisjonskarakteri-stikkene for den overvåkede kraftledning. Kraftforsynings-oppkobling i de fleste bygninger i USA er flat, tre-leder kabel med senterleder som jord. Romex og Amerflex er kommersielle eksempler på denne type av kabel. De fleste kabler av denne type har en karakteristisk impedans lik ca. 100 n, en 300 KHz kvartbølgelengde lik 250 m, og en målt dempning lik 7 dB over 50 m med en 10 n avslutning. Den faktiske nettimpedansen og dempningen er i stor grad en funksjon av belastningen som er tilstede på nettet. Imidlertid er en god del forskning og testing blitt foretatt i forbindelse med bærebølge-strømoverføringssystemer for å bestemme bærebølgefrekvensene som kan anvendes og den dempning som må forventes. Resultatene av denne forskning er beskrevet i anvendelsesangivelsene for "National Semiconduc-tor's LM1893 Carrier Current Transceiver chip", tilgjengelig i "National Semiconductor's 1989 data book "Special Purpose Linear Devices"." En annen henvisning er anvendelsesmerknad AN1951 publisert av Signetics Corporation og beskriver deres NE5050 Power Line Modem.

Forsterkningen som er nødvendig for at den foreliggende oppfinnelse skal virke godt over en hel husstand eller forretning er av størrelsesorden 40-80 dB. Med en forster-kning lik 40 dB synes anordningen å virke bra over samtlige faser i en testinstallasjon. Forsterkeren må oppføre seg bra ved avkutting og gi hurtig avkoblingstid for å unngå å utvide bredden av pulser med høy amplitude. Klippingsdioder på inngangen og en begrenser eller anordning med automatisk forsterkningsstyring kan innbefattes i forsterkeren for å oppnå disse mål. Brukerjusterbar forsterkningsstyring kan også innbefattes, for eksempel for å begrense deteksjon av lysbuer utenfor brukerens hjem, slik som i en naboliggende leilighet.

Slik det er tidligere bemerket, vil båndbredden for en kontakt-lysbue strekke seg fra' ca. 10 KHz til ca. 1 GHz. Frekvensreaksjonskravene for deteksjonssystemet påvirkes av flere faktorer. Først må nullen i høypassfilteret være høy nok, eller tilstrekkelige nuller må tilveiebringes, for i tilstrekkelig grad å avvise 50 eller 60 Hz kraftledningsfre-kvensen. Dernest må båndbredden være i et område som kan overføres uten for meget dempning gjennom kraftledningssys-temet. Og for det tredje, rent generelt betraktet, desto høyere deteksjonsfrekvensen er, desto hurtigere kan systemet reagere. Et andre ordens høypassfilter med kantfrekvens satt til ca. 100 KHz ble anvendt i prototypen og synes å virke bra. Det gir 130 dB dempning av kraf tledningsf rekvens (60 Hz) og kan lett realiseres. En avstemt krets kan også anvendes, men Q'en bør holdes relativt lav for å unngå dempet svingning.

Mikroprosessoren 76 er fortrinnsvis en lavkostnads, enkelt-brikke prosessor med enhetlig ROM og RAM som opererer på 1-20 MHz. Den driver en eller flere alarmindikatorlamper som angitt ved 78 via styreledning 77, en lydgiver 80 via styreledning 79, og godtar innmatning fra brukeren via bryter 81. De oppgaver som mikroprosessoren 76 må utføre avhenger av de nøyaktigea variasjoner som anvendes på fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I en første utførelsesform vil lysbuedetektoren, ifølge oppfinnelsen, anvende mønster 1 til å overvåke nettspenningen med hensyn til nærværet av vedvarende lysbuedannelse som kan bevirke en brann. Følgelig ser mikroprosessoren 76 etter høy-frekvensstøy som er tilstede i alt vesentlig kontinuerlig, bortsett fra et gap hver halv-syklus med varighetsstørr-else lik 10°-60°. I denne utførelsesform programmeres mikroprosessoren til å utføre generelt de følgende oppgaver: 1) overvåke nullkryssingsdetektorinngangen 70 for nettfrekvensens nullkryssinger, 2) overvåke høy-frekvensinngangsled-ningen 75 med hensyn til nærværet av høy-frekvensstøy, 3) sammenligne nullkryssingene med støyen for å bestemme hvorvidt et enkelt gap er tilstede i høy-frekvensstøyen under hver halv-syklus, 4) som reaksjon på en bestemmelse om at høy-frekvensstøy er tilstede under en fullstendig halv-syklus bortsett fra et gap med varighet 20°-40° av nettspenningens syklus, å bestemme nærværet av en kontaktlysbue, og 5) å bestemme om kontaktlysbuen tilsvarende detekteres under et forutbestemt antall av kraftledningssykluser, og hvorvidt gapene er i alt vesentlig synkrone. Lysbuedeteksjonen blir således effektivt integrert, dvs. med det forutdefinerte antall av sykluser definerende integrasjonskonstanten. Dette antall bør være av størrelsesorden 10-100 sykluser. Dersom lysbuen ikke vedvarer uten avbrudd (eller med høyst et forutbestemt tillatelig antall av avbrudd), og gapene er synkrone, konkluderer mikroprosessoren at en kontaktlysbue som sannsynligvis vil bevirke en brann eksisterer og aktiverer en giver til å gi et alarmsignal.

I en andre utførelsesform anvender detektoren mønster 4 ifølge den foreliggende fremgangsmåte for å avføle kontakt-lysbuedannelse som kan være Intermittent og ikke vare under hele syklusen. Oppgavene som utføres av mikroprosessoren i denne utførelsesform er generelt som følger: 1) å overvåke nullkryssingsdetektorinngangen 70 for nettfrekvens nullkryssinger, 2) å overvåke høy-frekvens inngangsledningens 75 for nærværet av høy-frekvensstøy, 3) å kjennetegne gapene i støyen, 4) som reaksjon på bestemmelse at høy-frekvensstøy er tilstede under et intervall ta med varighet 10°-30°, er ikke tilstede under et intervall t^, umiddelbart etterfølgende ta og av varighet 20°-40°, og er tilstede igjen under et ytterligere intervall tc med varighet 10°-30° og umiddelbart etterfølgende t^, å bestemme nærværet av en kontaktlysbue, og 5) utføre trinnene 1-4 for et antall av sykluser, for å bestemme om nærværet av en kontaktlysbue vedvarer over et forutbestemt antall av kraftledningssykluser. Dersom lysbuen vedvarer uten avbrudd (med høyst et forutbestemt, tillatelig antall av avbrudd), konkluderer mikroprosessoren at en kontaktlysbue eksisterer og at aktiverer en giver til å gi et alarmsignal.

Mønstrene 2 og 3 kan realiseres på tilsvarende måte. Vilkårlighets- og båndbreddetester som beskrevet ovenfor kan også innbefattes, for ytterligere å differensiere støy som skyldes lysbuedannelse fra andre kilder med høy-frekvensstøy. For å realisere vilkårlighetstesten, vil mikroprosessoren 76 telle antallet av ganger som amplituden av støyen overskrider et terskelnivå under hver av et antall av suksessive, identiske intervaller på bølgeformen. Dersom antallet varierer fra syklus til syklus, kan alarmen gis. Evis ikke, blir alarmen hindret, ettersom "støyen" sannsynlig er et signal fra en bærebølgekommunikasjonsanordning. For å realisere båndpasstesten omfatter filteret 72 to eller flere ikke-overlappende båndpassfiltre i parallell. Mikroprosessoren sammenligner så amplituden av de respektive utmatninger fra filtrene. Hvis de er i alt vesentlig like, bestemmes støyen til å være vilkårlig, og alarmen gis dersom de andre testene godkjennes. Dersom utmatningene fra filtrene ikke er i alt vesentlig like, skyldes "støyen" sannsynligvis ikke gnistdannelse og alarmen hindres.

Ved en ytterligere forbedring kan mikroprosessoren måles fasen av gapene i støyen i forhold til nullkryssingene i krafttilførselsbølgeformen, for å identifisere belastningen i serie med lysbuen som induktiv, resistiv eller kapasitiv. En indikasjon som følge av denne bestemmelse kan tilveiebringes til brukeren, for eksempel ved å tenne en av lampene 78, ved lokalisering av en feilaktig forbindelse.

Fig. 9 viser et forenklet blokkskjema over en lysbuedetektor i henhold til oppfinnelsen, hvor det i denne utførelsesform avføles strømmen for lysbuedeteksjon og avbrytelse av strømflyten til belastningen når lysbuedannelse detekteres. Denne anordning anvender den samme grunnleggende deteksjons-krets som er beskrevet i fig. 8, men er utformet til å gi effekt til en belastning og å avbryte strøm til belastningen i tilfellet at et forutbestemt nivå av lysbuedannelse opptrer.

Slik det er vist i fig. 9, gir hovedkraf tledningene, som består av høy 60, nøytral 61 og jord 62 ledere, effekt til belastningen gjennom bryterkontaktene 84 i en kretsbryter 86 til å belaste lederene høy 85, nøytral 88 og jord 89. Den høye ledningen dirigeres gjennom en strømtransformator 82 som overvåker strøm til belastningen. Dersom en nulldeteksjons-krets anvendes til å overvåke nettfrekvensen, hvorved den samme anordningen gjøres brukbar for overvåkning av lysbuer på kraftledninger med frekvenser varierende mellom 50 og 60 Hz, bør strømtransformatoren 82 ha en båndbredde som strekker seg fra godt under nettfrekvensen til ca. 10 MHz. Hvis ikke, kan transformatoren begrenses til et båndpass lik 100 KHz til 10 MHz og nulldeteksjonskretsen elimineres. Strømtransfor-matoren 82 overvåker kun strøm som flyter til belastningen, hvorved lysbuedeteksjonskretsen isoleres fra lysbuer som genereres på den individuelle kretsen som beskyttes av bryter 86.

Deteksjonskretsen i fig. 9 er tilsvarende kretsen som er beskrevet i fig. 8, slik som angitt ved bruk av de identiske henvisningstall. Kretsbryterkontaktene 84, anbragt i ledningen mellom den høye lederen 83 og belastningen, avbryter strømflyten til belastningen når mikroprosessoren fastslår at en lysbue med tilstrekkelig størrelse og varighet har opptrådt, dvs. når et av mønstrene 1-4 ifølge oppfinnelsen detekteres. Kretsbryteren 84 er en vanlig elektrisk-aktivert kretsbryter med en aktiveringsspole 86 som drives av en styreledning 87 fra mikroprosessoren ved bruk av et vanlig faststoffrelé, tyristor eller lignende (ikke vist).

Detektorkretsen i fig. 8 og 9 og omtalen til dette punkt refererer seg til en detektor som opererer på en fase i en 220VAC spaltet fase kraftledning, slik det vanligvis finnes i boliger. Det vil forstås at den foreliggende oppfinnelse kan anvendes på kraftforsyningssystemer med hvilken som helst spenning og faseutforming. Alt det som kreves er å tilveiebringe en detektor over hver fase som skal overvåkes.

Fig. 10(a) og (b) viser henholdsvis front- og sideriss av en passende pakkingsløsing for å huse kretsen som er vist i fig. 8. En sprøytestøpt boks 90 av plast rommer hele detektoren. En kombinasjonsindikator/bryter 91 tjener til både å indikere nærværet av en lysbue og nullstille lyset når enheten er i holdemodusen. En annen bryter 92 anvendes til å velge operasjonsmåten for anordningen med LED-indikatorer 93-95 som viser strømoperasjonsmodusen. En av de tre lysemitterende dioder (LED) lyser bestandig, for derved å indikere at enheten har kraftforsyning og virker. Som angitt, kan ytterligere LED'er tilveiebringes for å angi typen av belastning i serie med lysbuen, som følge av faseforskjellen mellom gapet i støyen og nullkryssingen i effektbølgeformen.

Ved denne realiseringen foreligger der tre distinkte operasjonsmodi. Den ønskede modus velges ved å nedtrykke modusvalgbryteren 92 flere ganger, med sekvens gjennom tre tilgjengelige modi. Disse modi er som følger: Hold - i hold-modusen, angitt ved konstant tenning av Hold LED 93, overvåker lysbuedetektoren kraftledningen med hensyn til lysbuer som kan bevirke en brann, og dersom slik en tilstand eksisterer, tenner hovedalarmlys/bryter 91. Alarmlys 91 fastholdes og vil forbli tent inntil det nedtrykkes av brukeren, nullstilling av enheten eller inntil en forutbestemt tidsperiode har gått. Enheten vil automatisk nullstilles etter 24-48 timer.

Test - test-modusen, angitt ved konstant tenning av test LED 94, overvåker anordningen kraftledningen med hensyn til lysbuer som kan bevirke en brann, og dersom en slik tilstand eksisterer, tenner hovedalarm/lysbryter 91 under varigheten av lysbuen eller et sekund, avhengig av hva som er lengst.

Lyd - i lyd-modusen blir en hørbar alarm tilveiebragt i tillegg til alarmlyset. Lyd-modusen er angitt ved konstant tenning av både test LED 94 og lyd LED 85 (angitt symbolsk ved en høyttaler). I denne utvidede test-modus blir en innvendig piper aktivert sammen med alarmlyset til å gi en hørbar tilbakekobling for en lysbuedannelsetilstand.

Idet der nå vises til siderisset som fremgår av fig. 10(b), er pakken utformet til å bli plugget direkte inn i en vanlig 3-polet veggkontakt og er selv-forsynende på støpseltermi-nalen 96 og 97. Disse terminaler eller andre terminaltyper for 2-pols nasjonale eller internasjonale applikasjoner, er montert eller støpt direkte inn i plastpakken 98.

Fig. ll(a) og ll(b) viser henholdsvis front- og sideriss av en passende pakkingsløsing for oppbevaring av kretsen som er vist i fig. 9. I denne utførelsesform oppbevares den strømmålende kretsen 1 flg. 9 i en dobbelt-uttaksomslutning som er tilsvarende vanlige tilgjengelige jordfeilbrytere. En støpt boks 99 av plast rommer hele sammensetningen. Skrueklemmer 101 og 102, sammen med to ytterligere klemmer på den andre siden og en jordklemme, tjener som forbindelser til å feste ledningen, belastningen og jord. En fals 100 av metall passer rundt den støpte boksen 99 og tjener til å montere uttaket i vanlige koblingsbokser. To uttak 103 gir belastningsforbindelser. En testbryter 104 vil manuelt utløse kretsbryteren når den trykkes på til å teste med hensyn til riktig drift i anordningen. En LED 105 angir at kontakt-lysbuedannelse har opptrådt en eller annen gang i løpet av de siste 24-48 timer. Dersom LED 105 er PÅ, kan den nullstilles ved å trykke på nullstillbryteren 106. Dersom nevnte LED lyser, hvilket angir at lysbuen er blitt detektert på ny, varsles brukeren for å lokalisere og utbedre lysbue-dannelsetilstanden.

Fig. 12(a) og (b) viser henholdsvis front- og sideriss av en annen egnet pakkingsløsing for å romme strømovervåkende krets ifølge fig. 9 i en vanlig kretsbryterpakke. En støpt boks 107 av plast opptar hele sammenstillingen. Kretsbryterpakken aksesserer den høye siden av ledningen gjennom en enhetlig kontakt på baksiden av pakken (ikke vist). Når nøytral og jord også kreves for at kretsen skal virke, er en ytterligere ledning 108 tilveiebragt for forbindelse med denne. Skrueklemmen 113 forbinder nevnte høy med belastningen. I denne versjon opererer det innvendige avbruddsreléet både som en vanlig strømbetjent kretsbryter og et spenningsak-tivert relé som drives av lysbuedetektoren. Håndtaket 109 kan manuelt aktiveres på den samme måte som en konvensjonell kretsbryter. En testbryter 112 vil manuelt utløse kretsbryteren når den trykkes på for å teste riktig operasjon av anordningen. En LED 110 angir at kontakt-lysbuedannelse har opptrådt en eller annen gang i løpet av de siste 24-48 timer. Dersom LED 110 er PÅ, kan den nullstilles ved å trykke på nullstillbryteren 111.

Ettersom den foreliggende oppfinnelse kan gjøres til gjenstand for mange variasjoner, modifikasjon og endringer hva angår detalj , er det tilsiktet at alt det som er omtalt ovenfor og vist på de vedlagte tegninger, skal fortolkes kun som illustrerende og ikke tolkes i begrensende henseende.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for å detektere nærværet av elektrisk lysbue på en AC-kraftledning (60) med frekvens F og periode T = l/F, karakterisert ved de følgende trinn: å overvåke nettspenningen (40; 47; 51) eller nettstrømmen som en bølgeform (8; 12; 15), å overvåke bølgeformen (8; 12; 15) med hensyn til nærværet av høy-frekvensstøy (48; 52) , idet nevnte høy-frekvensstøy (48;

52) er vesentlig høyere i frekvens enn F, å overvåke bølgeformen (8; 12; 15) for et intervall med varighet t^, der i alt vesentlig ingen høy-frekvensstøy (48;

52) er tilstede, idet t^ er mindre enn eller lik T/4, å bestemme at lysbuedannelse eksisterer dersom høy-frekvens-støy (48; 52) er i alt vesentlig kontinuerlig tilstede bortsett fra et slikt intervall (10; 11) med varighet t^ under hvilket som helst tidsintervall som i varighet er lik T/2, og å tilveiebringe en utmatning (77; 79; 87) som reaksjon på nevnte bestemmelse at lysbuedannelse eksisterer.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den målte bølgeformen (8; 12; 15) er den for nettspenningen (40; 47; 51), og at fremgangmåten omfatter de ytterligere trinn: å overvåke den temporære posisjon av intervallet (10; 11) med varighet t^ i forhold til bølgeformen, å bestemme ved hjelp av nevnte posisjon reaktansen for belastningen (6) i serie med lysbuen, og å tilveiebringe en ytterligere utmatning som angir reaktansen for belastningen (6).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved de følgende, ytterligere trinn: å overvåke bølgeformen (8; 12; 15) med hensyn til opptredenen av et mønster, idet mønsteret omfatter: et første intervall med varighet ta, der ta er mindre enn T/2, idet høy-frekvensstøy (48; 52) er i alt vesentlig tilstede og etterfølges umiddelbart av nevnte intervall (10; 11) med varighet t^, der høy-frekvens-støy (48; 52) er i alt vesentlig fraværende, og etterfulgt umiddelbart av et tredje intervall med varighet tc, der høy-frekvensstøyen (48; 52) er i alt vesentlig tilstede, idet ta + t^ + tc ikke er større enn T/2, og å bestemme at lysbuedannelse eksisterer dersom nevnte mønster opptrer kun én gang i et hvilket som helst intervall som er lik i varighet med T/2.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de ytterligere trinn å overvåke den temporære posisjon av starten av nevnte intervall (10; 11) med varighet t^ i forhold til bølgeformen (8; 12; 15) og å blokkere utmatningen (77; 79; 87) dersom nevnte temporære posisjon er utenfor et forutbestemt område.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at den temporære posisjon er i nærheten av bølgeformens (8; 12; 15) nullkryssing.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved de ytterligere trinn: å bestemme hvorvidt lysbuedannelse eksisterer i flere suksessive tidsintervaller, hver med varighet lik T/2, og hvis så er tilfelle, å bestemme hvorvidt nevnte intervall med varighet t^ begynner ved den i alt vesentlig samme relative temporære posisjon i hvert suksessive intervall, og hvis ikke, å blokkere utmatningen (77; 79; 87) som følge av nevnte bestemmelse om at lysbuedannelse eksisterer.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at antallet av nevnte suksessive intervaller er i området 10-100.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at området for høy-frekvensstøy som overvåkes strekker seg fra ca. 10 KHz til ca. 1 MHz.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved det ytterligere trinn å bestemme hvorvidt nevnte høy-frekvensstøy (48; 52) er i alt vesentlig vilkårlig.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved det ytterligere trinn å bestemme hvorvidt nevnte høy-frekvensstøy (48; 52) oppviser en bred båndbredde.

11. Anordning for å detektere nærværet av elektrisk lysbuedannelse på en AC-kraftledning (60) som har frekvens F og periode T = l/F, karakterisert ved: middel (71; 82) for å overvåke en av nettspenningen (40; 47;

51) og belastningsstrømmen og for å ekstrahere høy-frekvensstøy (48; 52) derfra, idet nevnte høy-frekvensstøy (48; 52) er i alt vesentlig høyere i frekvens en F, middel (73; 74) for å måle amplituden av nevnte støy (48; 52) og å sammenligne amplituden med en forutbestemt verdi for å bestemme om høy-frekvensstøy er tilstede, middel (76) for å bestemme hvorvidt et mønster oppvises av nevnte støy i et hvilket som helst intervall som er lik i varighet med T/2, idet nevnte mønster omfatter minst ett intervall der høy-frekvensstøy er tilstede og et annet intervall der høy-frekvensstøy er fraværende, og dersom dette er tilfellet, å bestemme at lysbuedannelse eksisterer, og middel aktivert for å frembringe et utgangssignal (77; 79;

87) som reaksjon på bestemmelsen om at lysbuedannelse eksisterer.

12. Anordning som angitt I krav 11, karakterisert ved at den dessuten omfatter middel for å overvåke den temporære posisjon av nevnte intervalls start, idet høy-frekvensstøy (48; 52) er fraværende i forhold til bølgeformen (8; 12; 15), og å blokkere utgangssignalet dersom nevnte temperorære posisjon er utenfor en forutbestemt del av nevnte bølgeform (8; 12; 15).

13. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte mønster omfatter: et første intervall med varighet ta, idet ta er mindre enn T/2, der høy-frekvensstøy (48; 52) er tilstede, etterfulgt umiddelbart av et andre intervall med varighet t^, der høyfrekvensstøy er fraværende, idet summen ta+ttj er mindre enn eller lik T/2.

14. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte mønster omfatter: et første invervall med varighet t^, der t^ er mindre enn T/2, der høy-frekvensstøy (48; 52) er fraværende, etterfulgt umiddelbart av et andre intervall med varighet tc, idet summen tb+tc er mindre enn eller lik T/2, der høy-frekvens-støy (48:52) er tilstede.

15. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte mønster omfatter: et første intervall med varighet ta, idet ta er mindre enn T/2, der høy-frekvensstøy(48; 52) er tilstede, etterfulgt umiddelbart av et andre intervall med varighet t^, idet t-^ er mindre enn T/2, der høy-frekvensstøy (48; 52) er fraværende, etterfulgt umiddelbart av et tredje intervall med varighet tc, der høy-frekvensstøy (48; 52) er tilstede, idet ta + tc + tc er mindre eller lik T/2.

16. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at dessuten å omfatte middel for: å bestemme hvorvidt nevnte mønster opptrer i flere suksessive tidsintervaller, hver med varighet lik T/2, og hvis så er tilfellet å bestemme hvorvidt intervallet for mønsteret under hvilket ingen høy-frekvensstøy (48; 52) er tilstede begynner ved i alt vesentlig den samme, relative, temporære posisjon i hvert suksessive intervall, og hvis ikke, å blokkere utmatningen som følge av nevnte bestemmelse om at lysbuedannelse eksisterer.

17. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved dessuten å omfatte et middel (84; 86) som reagerer på nevnte middel (76) for å bestemme at lysbuedannelse eksisterer for avbrytelse av strømmen dersom lysbuedannelse bestemmes til å eksistere.

18. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ,v e d at nevnte middel (76) for å bestemme om høy-frekvens-støy (48; 52) er tilstede dessuten omfatter middel for å bestemme hvorvidt støyen, dersom slik støy er tilstede, er i alt vesentlig vilkårlig, og dersom ikke, å konkludere at høy-frekvensstøy (48: 52) ikke er tilstede.

19. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte middel for å bestemme om høy-frekvensstøy er tilstede dessuten omfatter middel for å bestemme hvorvidt støyen oppviser en bred båndbredde, og hvis ikke, å konkludere at høy-frekvensstøy (48; 52) ikke er tilstede.

20. Anordning som angitt i krav 19, karakterisert ved at nevnte middel for å bestemme hvorvidt støy oppviser en bred båndbredde omfatter: middel for å filtrere høy-frekvensstøyen gjennom to eller flere ikke-overlappende båndpassfiltre, og middel for å sammenligne den relative amplitude av støyen som passerer gjennom hvert av nevnte båndpassfiltre, og for å bestemme at støyen oppviser en bred båndbredde dersom amplituden av støyen som passerer gjennom hvert av nevnte båndpassfiltre er i alt vesentlig identisk.

21. Anordning som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte middel for å bestemme at lysbuedannelse eksisterer er en mikroprosessor (76).