RU2819085C2 - Arc fault detection devices and associated arc fault protection units - Google Patents

Arc fault detection devices and associated arc fault protection units Download PDF

Info

Publication number
RU2819085C2
RU2819085C2 RU2020141048A RU2020141048A RU2819085C2 RU 2819085 C2 RU2819085 C2 RU 2819085C2 RU 2020141048 A RU2020141048 A RU 2020141048A RU 2020141048 A RU2020141048 A RU 2020141048A RU 2819085 C2 RU2819085 C2 RU 2819085C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
frequency
arc fault
electrical
phase
Prior art date
Application number
RU2020141048A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020141048A (en
Inventor
Гинек РАЙЗИГЕЛЬ
Original Assignee
Шнейдер Электрик Эндюстри Сас
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шнейдер Электрик Эндюстри Сас filed Critical Шнейдер Электрик Эндюстри Сас
Publication of RU2020141048A publication Critical patent/RU2020141048A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2819085C2 publication Critical patent/RU2819085C2/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to arc fault detection devices, in particular, in electrical installation. Invention also relates to arc fault protection units containing such a detection device. Device comprises a high-frequency measuring system connected to at least two electrical phase lines of the installation and configured to extract a first signal representative of high-frequency components of electric currents flowing along said phase lines; plurality of low-frequency measuring systems, each connected to one electric phase line of the installation, wherein each is configured to receive a second signal representing an alternating line current flowing along a corresponding phase line; data processing module is programmed to detect arc fault based on the second signals and the first signal.
EFFECT: simplified fabrication of device for detection of arc fault in multiphase electrical installation.
12 cl, 6 dwg

Description

Аспекты изобретения относятся к устройствам для обнаружения дугового замыкания, в частности, в электрической установке. Изобретение также касается блоков защиты от дугового замыкания, содержащих такое устройство обнаружения.Aspects of the invention relate to devices for detecting an arc fault, in particular in an electrical installation. The invention also relates to arc fault protection units containing such a detection device.

В целом, изобретение применяется к области защиты от дугового замыкания и нацелено, в частности на предоставление возможности обнаружения дуговых замыканий в многофазной AC-электроустановке (электроустановке переменного тока).In general, the invention applies to the field of arc fault protection and is aimed in particular at providing the ability to detect arc faults in a multi-phase AC electrical installation.

Блоки защиты от дугового замыкания, такие как прерыватели цепи, иногда конфигурируются с возможностью обнаруживать дуговые замыкания, способные возникать в многофазной электроустановке. Это обнаружение основывается на измерительном устройстве, содержащем низкочастотные датчики тока и высокочастотные датчики тока, которые ассоциируются с различными фазовыми проводниками электроустановки. Дуговое замыкание на фазной линии формирует особые изменения в LF- и HF-токе, которые являются обнаружимыми наиболее сильно на замкнутой фазной линии.Arc fault protection units, such as circuit breakers, are sometimes configured to detect arc faults that may occur in a multiphase electrical installation. This detection is based on a measuring device containing low frequency current sensors and high frequency current sensors that are associated with the various phase conductors of the electrical installation. An arc fault on a phase line produces specific changes in LF and HF current that are most detectable on a closed phase line.

Однако существующие обнаруживающие устройства не всегда являются удовлетворительными, особенно с точки зрения числа датчиков и сложности ассоциированных схем обработки.However, existing detection devices are not always satisfactory, especially in terms of the number of sensors and the complexity of the associated processing circuits.

Следовательно, существует необходимость в устройстве для обнаружения дуговых замыканий в AC-системе, которое показывает удовлетворительные уровни производительности, в то же время являясь простым для производства.Therefore, there is a need for a device for detecting arc faults in an AC system that exhibits satisfactory levels of performance while being easy to manufacture.

Для этого один аспект изобретения касается устройства для обнаружения дугового замыкания в многофазной электроустановке, причем упомянутое устройство содержит:To this end, one aspect of the invention relates to a device for detecting an arc fault in a multi-phase electrical installation, said device comprising:

- высокочастотную измерительную систему, соединенную по меньшей мере с двумя из электрических фазных линий установки, причем упомянутая измерительная система выполнена с возможностью извлекать первый сигнал, представляющий высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям, в частности, когда присутствует дуговое замыкание;- a high-frequency measuring system connected to at least two of the electrical phase lines of the installation, said measuring system being configured to extract a first signal representing the high-frequency components of the electrical currents flowing through said phase lines, in particular when an arc fault is present;

- множество низкочастотных измерительных систем, каждая соединена с одной электрической фазной линией установки, каждая выполнена с возможностью получать второй сигнал, представляющий переменный линейный ток, протекающий по соответствующей фазной линии;- a plurality of low-frequency measuring systems, each connected to one electrical phase line of the installation, each configured to receive a second signal representing an alternating line current flowing along the corresponding phase line;

- модуль обработки данных, запрограммированный, чтобы обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого сигнала.- a data processing module programmed to detect an arc fault based on the second signals and the first signal.

Таким образом, единственная высокочастотная измерительная система используется для всех электрических фазных линий. Следовательно, не нужно использовать одну высокочастотную измерительную систему для каждой фазной линии, поскольку это умножит число датчиков тока и систем обработки сигнала, что увеличит сложность и стоимость производства устройства обнаружения. Решение, тем не менее, предоставляет возможность обнаружения дуговых замыканий достаточно надежно и эффективно.Thus, a single high-frequency measuring system is used for all electrical phase lines. Therefore, it is not necessary to use one high-frequency measurement system for each phase line, since this will multiply the number of current sensors and signal processing systems, which will increase the complexity and cost of manufacturing the detection device. The solution, however, provides the ability to detect arc faults quite reliably and efficiently.

Согласно полезным, но не обязательным аспектам, такое устройство обнаружения может объединять один или более следующих отличительных признаков, взятых отдельно или согласно какому-либо технически возможному сочетанию:In useful, but not required, aspects, such a detection device may combine one or more of the following features, taken alone or in some technically feasible combination:

- Измерительное устройство содержит множество однофазных датчиков тока, причем каждый выполнен с возможностью ассоциироваться с одной электрической фазной линией электроустановки, и в котором высокочастотная измерительная система выполнена с возможностью объединять высокочастотные сигналы измерения, получаемые от датчиков тока, чтобы формировать составной сигнал, из которого извлекается упомянутый первый сигнал.- The measuring device contains a plurality of single-phase current sensors, each configured to be associated with one electrical phase line of the electrical installation, and in which the high-frequency measuring system is configured to combine the high-frequency measurement signals received from the current sensors to form a composite signal from which the said first signal.

- Выходы датчиков тока соединяются с входом высокочастотной измерительной системы посредством конденсаторов.- The outputs of the current sensors are connected to the input of the high-frequency measuring system via capacitors.

- Выходы датчиков тока соединяются с входом высокочастотной измерительной системы посредством резисторов.- The outputs of the current sensors are connected to the input of the high-frequency measuring system via resistors.

- Выходы датчиков тока соединяются с высокочастотной измерительной системой посредством магнитного соединительного устройства, причем каждый из упомянутых выходов соединяется с первичной обмоткой, упомянутые первичные обмотки магнитным образом соединяются с вторичной обмоткой, соединенной с входом высокочастотной измерительной системы.- The outputs of the current sensors are connected to the high-frequency measuring system by means of a magnetic connecting device, and each of said outputs is connected to a primary winding, said primary windings are magnetically connected to a secondary winding connected to the input of the high-frequency measuring system.

- Высокочастотная измерительная система содержит выделенный датчик тока, такой как измерительный тороид, выполненный с возможностью соединяться по меньшей мере с двумя из электрических фазных линий, и выполненный с возможностью формировать составной сигнал, из которого извлекается упомянутый первый сигнал, и в которой устройство обнаружения содержит множество однофазных датчиков тока, причем каждый выполнен с возможностью ассоциироваться с одной электрической фазной линией схемы, каждый однофазный датчик тока ассоциируется с одной из низкочастотных измерительных систем.- The high frequency measurement system comprises a dedicated current sensor, such as a measurement toroid, configured to connect to at least two of the electrical phase lines, and configured to generate a composite signal from which said first signal is extracted, and in which the detection device comprises a plurality of single-phase current sensors, each configured to be associated with one electrical phase line of the circuit, each single-phase current sensor associated with one of the low-frequency measurement systems.

- Однофазные датчики тока являются трансформаторами тока.- Single-phase current sensors are current transformers.

- Каждый датчик тока содержит магнитный тороид и измерительную катушку, намотанную вокруг магнитного тороида и выполненную с возможностью предоставлять широкополосный сигнал измерения на своих клеммах, причем измерительная катушка содержит менее сорока витков или, предпочтительно, менее двадцати витков.- Each current sensor includes a magnetic toroid and a sensing coil wound around the magnetic toroid and configured to provide a wideband measurement signal at its terminals, the sensing coil containing less than forty turns, or preferably less than twenty turns.

- Высокочастотная измерительная система содержит полосовой фильтр, выполненный с возможностью удалять из полученного сигнала компоненты, имеющие частоту ниже предварительно определенного порогового значения.- The high-frequency measurement system contains a band-pass filter configured to remove from the received signal components having a frequency below a predetermined threshold value.

- Высокочастотная измерительная система содержит демодулятор, такой как логарифмический усилитель или гетеродинный смеситель, выполненный с возможностью демодулировать упомянутый первый репрезентативный сигнал перед передачей его модулю обработки.- The high frequency measurement system comprises a demodulator, such as a logarithmic amplifier or a heterodyne mixer, configured to demodulate said first representative signal before transmitting it to the processing module.

- Высокие частоты являются частотами выше или равными 1 МГц, или выше или равными 5 МГц, предпочтительно частотами между 5 МГц и 40 МГц.- High frequencies are frequencies greater than or equal to 1 MHz, or greater than or equal to 5 MHz, preferably frequencies between 5 MHz and 40 MHz.

Согласно другому аспекту, блок защиты от дугового замыкания содержит электрическое переключающее устройство, приспособленное для прерывания протекания тока через многофазную электроустановку при приеме сигнала отключения, и устройство обнаружения, которое описано выше и соединено с переключающим устройством.According to another aspect, the arc fault protection unit includes an electrical switching device adapted to interrupt the flow of current through a polyphase electrical installation upon receiving a trip signal, and a detection device as described above and connected to the switching device.

Изобретение будет лучше понятно, и другие его преимущества станут более явно очевидными в свете последующего описания одного варианта осуществления устройства обнаружения, предоставленного исключительно в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention will be better understood and other advantages thereof will become more clearly apparent in light of the following description of one embodiment of a detection device, provided by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 является схематичным представлением устройства для обнаружения дугового замыкания для электроустановки согласно одному варианту осуществления;Fig. 1 is a schematic diagram of an arc fault detection device for an electrical installation according to one embodiment;

Фиг. 2 является электрической схемой одного варианта осуществления высокочастотной измерительной ступени устройства обнаружения на фиг. 1;Fig. 2 is an electrical diagram of one embodiment of the high frequency measurement stage of the detection device of FIG. 1;

Фиг. 3 является схематичным представлением другого варианта осуществления устройства для обнаружения дугового замыкания на фиг. 1;Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of the arc fault detection apparatus of FIG. 1;

Фиг. 4 является схематичным представлением другого варианта осуществления устройства для обнаружения дугового замыкания на фиг. 1;Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of the arc fault detection apparatus of FIG. 1;

Фиг. 5 схематично иллюстрирует сравнение между устройством для обнаружения дугового замыкания в соответствии с вариантами осуществления и другим устройством обнаружения;Fig. 5 schematically illustrates a comparison between an arc fault detection device according to embodiments and another detection device;

Фиг. 6 является увеличенным видом графика на фиг. 5.Fig. 6 is an enlarged view of the graph of FIG. 5.

Фиг. 1 показывает многофазную электроустановку 2, такую как электрораспределительная установка 2 или, более обобщенно, AC-электрическая система.Fig. 1 shows a multi-phase electrical installation 2, such as an electrical distribution installation 2 or, more generally, an AC electrical system.

Установка 2 содержит множество электрических проводников 4, каждый ассоциируется с одной электрической фазной линией или полюсом, для того, чтобы предоставлять возможность протекания многофазного тока, в частности, протекания трехфазного тока.The installation 2 contains a plurality of electrical conductors 4, each associated with one electrical phase line or pole, in order to allow the flow of multi-phase current, in particular, the flow of three-phase current.

В примерах, описанных ниже, установка 2 содержит три фазные линии, обозначенные L1, L2 и L3 с опциональным "нейтральным" проводником (фиг. 3).In the examples described below, installation 2 contains three phase lines, designated L1, L2 and L3 with an optional "neutral" conductor (Fig. 3).

Этот пример является неограничивающим, и, как вариант, может быть предусмотрено другое число фазных линий. Варианты осуществления, описанные ниже, могут быть перенесены на многофазную систему, отличную от трехфазной системы, например, двухфазную систему или четырехполюсную систему, содержащую три фазные линии и нейтральную линию. This example is not limiting and, alternatively, a different number of phase lines may be provided. The embodiments described below can be transferred to a polyphase system other than a three-phase system, for example, a two-phase system or a four-pole system containing three phase lines and a neutral line.

Например, проводники 4 соединяются с электрической нагрузкой 6, обозначенной как "LOAD" ("НАГРУЗКА"), предназначенной для снабжения многофазным электрическим током.For example, conductors 4 are connected to an electrical load 6, designated "LOAD", for supplying multiphase electrical current.

В многочисленных вариантах осуществления блок защиты от дугового замыкания ассоциируется с установкой 2 для того, чтобы защищать ее от дуговых замыканий. Например, такие дуговые замыкания могут возникать между двумя фазными линиями, или между одной фазной линией и защищенной электрической нагрузкой или между одной фазной линией и заземлением.In numerous embodiments, an arc fault protection unit is associated with the installation 2 in order to protect it from arc faults. For example, such arc faults can occur between two phase lines, or between one phase line and a protected electrical load, or between one phase line and ground.

Например, блок защиты может содержать электрическое переключающее устройство 8 и устройство 10 обнаружения, соединенное с переключающим устройством 8.For example, the protection unit may include an electrical switching device 8 and a detection device 10 connected to the switching device 8.

Переключающее устройство 8, обозначенное "TRIP" ("ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ"), выполнено с возможностью прерывать протекание тока через установку 2, а более конкретно, через проводники 4, при приеме сигнала отключения, обозначенного как "TRIP_SIGNAL" здесь.The switching device 8, designated "TRIP", is configured to interrupt the flow of current through the installation 2, and more specifically, through the conductors 4, upon receiving a trip signal, designated as "TRIP_SIGNAL" here.

Например, устройство 8 переключения содержит отдельные электрические контакты, соединенные с механическим или электромеханическим механизмом отключения.For example, the switching device 8 comprises separate electrical contacts connected to a mechanical or electromechanical tripping mechanism.

Устройство 10 обнаружения, в частности, выполнено с возможностью обнаруживать дуговое замыкание в установке 2.The detection device 10 is in particular configured to detect an arc fault in the installation 2.

В соответствии с многочисленными вариантами осуществления, устройство 10 обнаружения содержит:In accordance with numerous embodiments, detection device 10 includes:

- датчики 12 тока;- current sensors 12;

- так называемую высокочастотную (HF) измерительную и/или обрабатывающую систему 14, эта система 14 соединяется по меньшей мере с двумя из электрических фазных линий L1, L2, L3 установки, или даже со всеми упомянутыми фазными линиями, упомянутая измерительная система 14 выполнена с возможностью извлекать, в частности, посредством демодуляции, первый сигнал, представляющий высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям, эта измерительная система 14 здесь содержит устройство 16 для объединения высокочастотных сигналов измерений, получаемых от различных датчиков, чтобы формировать высокочастотный составной сигнал, из которого впоследствии будет извлечен упомянутый репрезентативный сигнал, и ступень 18 предварительной обработки;- a so-called high-frequency (HF) measuring and/or processing system 14, this system 14 is connected to at least two of the electrical phase lines L1, L2, L3 of the installation, or even to all of the mentioned phase lines, the mentioned measuring system 14 is configured to extract, in particular by means of demodulation, a first signal representing the high-frequency components of the electric currents flowing along said phase lines, this measuring system 14 here comprising a device 16 for combining high-frequency measurement signals obtained from various sensors in order to form a high-frequency composite signal from which subsequently, said representative signal will be extracted, and a pre-processing stage 18;

- множество низкочастотных измерительных систем 20, каждая соединена с электрической фазной линией установки, каждая выполнена с возможностью получать второй сигнал, представляющий переменный линейный ток, протекающий по соответствующей фазной линии;- a plurality of low-frequency measuring systems 20, each connected to an electrical phase line of the installation, each configured to receive a second signal representing an alternating line current flowing along the corresponding phase line;

- модуль 22 обработки данных, выполненный с возможностью обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого высокочастотного сигнала.- a data processing module 22 configured to detect an arc fault based on the second signals and the first high-frequency signal.

На практике, когда дуговое замыкание происходит в установке 2, высокочастотные компоненты тока, а более конкретно, высокочастотный шум, накладываются на линейный ток, протекающий по фазным линиям L1, L2 и L3 установки 2.In practice, when an arc fault occurs in installation 2, high-frequency current components, and more specifically high-frequency noise, are superimposed on the line current flowing through phase lines L1, L2 and L3 of installation 2.

В многочисленных примерах, как иллюстрировано на фиг. 1, датчики тока, упоминаемые совокупно здесь по ссылке 12 и индивидуально обозначенные CT1, CT2 и CT3, являются однофазными датчиками тока. Например, каждый из этих датчиков ассоциируется с одной электрической фазной линией L1, L2, L3, например, посредством присоединения каждого около соответствующего проводника 4.In numerous examples, as illustrated in FIGS. 1, the current sensors referred to collectively herein at reference 12 and individually designated CT1, CT2 and CT3 are single-phase current sensors. For example, each of these sensors is associated with one electrical phase line L1, L2, L3, for example, by connecting each near the corresponding conductor 4.

Например, система 10 содержит один датчик 12 тока для каждой из фазных линий L1, L2 и L3. Другими словами, система 10 содержит три датчика 12.For example, system 10 includes one current sensor 12 for each of the phase lines L1, L2 and L3. In other words, the system 10 contains three sensors 12.

Предпочтительно, каждый из датчиков 12 выполнен с возможностью измерять переменный ток, протекающий по фазной линии, с которой он ассоциируется, с широким диапазоном измерения частоты, в частности, для измерения высокочастотных компонентов переменного тока, таких как высокочастотный шум, сформированный, когда дуговое замыкание присутствует на фазной линии.Preferably, each of the sensors 12 is configured to measure the alternating current flowing in the phase line with which it is associated with a wide frequency measurement range, in particular for measuring high frequency components of the alternating current, such as high frequency noise generated when an arc fault is present on the phase line.

Например, в значении для настоящего описания, "высокие частоты" являются частотами выше или равными 1 МГц, или выше или равными 5 МГц, предпочтительно частотами между 5 МГц и 40 МГц, или даже частотами между 10 МГц и 20 МГц.For example, as used herein, "high frequencies" are frequencies greater than or equal to 1 MHz, or greater than or equal to 5 MHz, preferably frequencies between 5 MHz and 40 MHz, or even frequencies between 10 MHz and 20 MHz.

Низкие частоты являются, например, частотами ниже или равными 50 кГц, или ниже или равными 10 кГц, или даже ниже или равными 1 кГц.Low frequencies are, for example, frequencies below or equal to 50 kHz, or below or equal to 10 kHz, or even below or equal to 1 kHz.

Например, датчики 12 имеют широкий диапазон измерения частот и могут, таким образом, измерять как высокочастотные компоненты, так и другие компоненты, в частности, низкочастотные компоненты линейных токов, протекающих по проводникам 4.For example, the sensors 12 have a wide frequency measurement range and can thus measure both high-frequency components and other components, in particular low-frequency components of line currents flowing through conductors 4.

Предпочтительно, диапазон измерения частот датчиков 12 находится между 50 Гц и 50 МГц.Preferably, the frequency measurement range of the sensors 12 is between 50 Hz and 50 MHz.

В этом примере устройство 10 содержит три низкочастотных измерительных системы, индивидуально обозначенных 24, 26 и 28, каждая из них ассоциируется с одной электрической фазной линией L1, L2, L3, датчики CT1, CT2 и CT3 тока, соединяемые с системами 24, 26 и 28, соответственно.In this example, device 10 contains three low frequency measurement systems, individually designated 24, 26 and 28, each associated with one electrical phase line L1, L2, L3, current sensors CT1, CT2 and CT3 connected to systems 24, 26 and 28 , respectively.

Этот пример является неограничивающим, и, как вариант, число датчиков 12 тока может быть изменено по-другому; например, только два датчика 12 тока может быть использовано. То же самое принимается для числа низкочастотных измерительных систем 20.This example is non-limiting and, alternatively, the number of current sensors 12 could be changed differently; for example, only two current sensors 12 can be used. The same is assumed for the number of low-frequency measuring systems 20.

На практике, устройство 10 может содержать столько же низкочастотных измерительных систем 20, сколько датчиков 12 тока. В частности, понятно, что каждая низкочастотная измерительная система 20 ассоциируется с одной фазной линией L1, L2 или L3 установки.In practice, device 10 may contain as many low frequency measurement systems 20 as there are current sensors 12. In particular, it will be understood that each low frequency measurement system 20 is associated with one phase line L1, L2 or L3 of the installation.

Также понятно, что система 10 здесь содержит единственную высокочастотную измерительную систему 14, которая является общей для всех фазных линий L1, L2 и L3 установки, или по меньшей мере для всех фазных линий, для которых высокочастотный компонент тока измеряется.It is also understood that the system 10 here comprises a single high-frequency measuring system 14, which is common to all phase lines L1, L2 and L3 of the installation, or at least to all phase lines for which the high-frequency component of the current is measured.

В многочисленных вариантах осуществления датчики 12 тока являются трансформаторами тока, или катушками Роговского. Например, выход каждого датчика 12 тока предоставляет широкодиапазонный сигнал измерения, такой как напряжение, представляющее низкочастотный электрический ток, протекающий через проводник 4, с которым датчик 12 тока соединяется, причем на это напряжение накладывается высокочастотный сигнал, который также присутствует в том же проводнике.In numerous embodiments, the current sensors 12 are current transformers, or Rogowski coils. For example, the output of each current sensor 12 provides a wide-range measurement signal, such as a voltage representing a low-frequency electrical current flowing through the conductor 4 to which the current sensor 12 is connected, superimposed on this voltage by a high-frequency signal that is also present in the same conductor.

Например, каждый датчик 12 тока содержит магнитный тороид и измерительную катушку, намотанную вокруг магнитного тороида, предпочтительно, выполненного из ферритового материала, и выполненную с возможностью предоставлять сигнал измерения на своих клеммах.For example, each current sensor 12 includes a magnetic toroid and a sensing coil wound around the magnetic toroid, preferably made of ferrite material, and configured to provide a measurement signal at its terminals.

Предпочтительно, измерительная катушка каждого датчика 12 тока содержит меньше сорока витков или, предпочтительно, меньше двадцати витков, что предоставляет возможность ограничивать паразитные емкости и предоставляет возможность предотвращения случайного удаления высокочастотных компонентов измеренного сигнала, что, таким образом, предоставляет возможность улучшения качества измеренного сигнала.Preferably, the sensing coil of each current sensor 12 contains less than forty turns, or preferably less than twenty turns, which allows stray capacitances to be limited and the ability to prevent accidental removal of high-frequency components of the measured signal, thereby allowing the quality of the measured signal to be improved.

В вариантах осуществления, как иллюстрировано на фиг. 1, датчики 12 являются общими для высокочастотной измерительной системы 14 и для низкочастотных измерительных систем 20. Другими словами, выходы датчиков 12 соединяются и с входом высокочастотной системы 14, и с соответствующими входами низкочастотных систем 24, 26 и 28.In embodiments as illustrated in FIGS. 1, the sensors 12 are common to the high frequency measurement system 14 and the low frequency measurement systems 20. In other words, the outputs of the sensors 12 are connected to both the input of the high frequency system 14 and the corresponding inputs of the low frequency systems 24, 26 and 28.

Следовательно, понятно, что система 14 выполнена с возможностью извлекать высокочастотный компонент сигналов, измеренных посредством датчиков 12 и, более конкретно, выполнять это извлечение по составному сигналу, выводимому устройством 16.Therefore, it is understood that the system 14 is configured to extract the high frequency component of the signals measured by the sensors 12 and, more specifically, to perform this extraction from the composite signal output by the device 16.

На практике, каждая низкочастотная измерительная система 24, 26, 28 здесь выполнена с возможностью собирать сигнал, измеренный посредством одного из датчиков 12 тока, и форматировать этот сигнал перед предоставлением его модулю 22 обработки.In practice, each low frequency measurement system 24, 26, 28 herein is configured to collect a signal measured by one of the current sensors 12 and format that signal before providing it to the processing module 22.

Другими словами, в этом примере, измерения тока выполняются посредством датчиков 12 тока, и каждая из систем 24, 26 и 28 обрабатывает сигналы, измеренные посредством датчика 12 тока, конкретного для фазной линии L1, L2 или L3, с которой он ассоциируется.In other words, in this example, current measurements are made by current sensors 12, and each of systems 24, 26 and 28 processes the signals measured by current sensor 12 specific to the phase line L1, L2 or L3 with which it is associated.

Например, каждая низкочастотная измерительная система 24, 26, 28 может содержать активные интеграторы, которые приспособлены для усиления и/или фильтрации и/или повторного создания тренда в линейных токах, протекающих по соответствующим проводникам 4, на основе низкочастотных сигналов измерения, выводимых на выходе датчиков 12 тока, или по меньшей мере для повторного создания тренда в низкочастотных компонентах этих линейных токов.For example, each low frequency measurement system 24, 26, 28 may include active integrators that are adapted to amplify and/or filter and/or retrend line currents flowing through respective conductors 4 based on the low frequency measurement signals output from the sensors. 12 currents, or at least to retrend the low frequency components of these line currents.

В многочисленных вариантах осуществления модуль 22 обработки данных реализуется посредством одной или более электронных схем.In numerous embodiments, the data processing module 22 is implemented by one or more electronic circuits.

Например, модуль 22 содержит процессор, такой как программируемый микроконтроллер или микропроцессор.For example, module 22 includes a processor, such as a programmable microcontroller or microprocessor.

Процессор соединяется с компьютерной памятью, или с любым компьютерно-читаемым носителем хранения данных, который содержит исполняемые инструкции и/или код программного обеспечения, предназначенный, чтобы реализовывать способ для обнаружения дугового замыкания, когда эти инструкции исполняются посредством процессора.The processor is coupled to computer memory, or any computer-readable storage medium, that contains executable instructions and/or software code designed to implement a method for detecting an arc fault when those instructions are executed by the processor.

Как вариант, модуль 22 может содержать процессор обработки сигналов (DSP), или перепрограммируемый логический компонент (FPGA), или специализированную интегральную схему (ASIC), или любой эквивалентный компонент, сконфигурированный и/или запрограммированный с возможностью реализовывать упомянутый способ обнаружения.Alternatively, module 22 may include a signal processor (DSP), or a field programmable logic component (FPGA), or an application specific integrated circuit (ASIC), or any equivalent component configured and/or programmed to implement said detection method.

Модуль 22 содержит первый интерфейс 30 для получения первого репрезентативного сигнала на выходе высокочастотной измерительной системы 14. Модуль 22 также содержит один или более вторых интерфейсов 32, 34 и 36, соответственно выполненных с возможностью принимать вторые сигналы на выходе низкочастотных измерительных систем 20.Module 22 includes a first interface 30 for receiving a first representative signal output from the high frequency measurement system 14. Module 22 also includes one or more second interfaces 32, 34, and 36, respectively configured to receive second signals output from the low frequency measurement systems 20.

Например, интерфейсы 30, 32, 34 и 36, каждый, содержат аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью получать и дискретизировать соответствующий сигнал.For example, interfaces 30, 32, 34 and 36 each include an analog-to-digital converter configured to receive and sample a corresponding signal.

Варианты осуществления устройства 16 теперь описываются со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3.Embodiments of device 16 are now described with reference to FIG. 1, 2 and 3.

Устройство 16 предоставляет возможность высокочастотной измерительной системе 14 объединять высокочастотные сигналы измерений, получаемые от различных датчиков 12, для того, чтобы формировать упомянутый составной сигнал, который является общим для различных фазных линий, на основе электрических токов, измеренных для каждой из фазных линий, с которыми датчики 12 ассоциируются.The device 16 allows the high frequency measurement system 14 to combine the high frequency measurement signals received from the various sensors 12 in order to generate said composite signal, which is common to the various phase lines, based on the electrical currents measured for each of the phase lines with which 12 sensors are associated.

Более конкретно, устройство 16 предоставляет возможность сложения высокочастотных сигналов измерения, получаемых от различных датчиков 12, чтобы формировать упомянутый составной сигнал.More specifically, device 16 provides the ability to combine high-frequency measurement signals received from various sensors 12 to form said composite signal.

Предпочтительно, это суммирование выполняется аналогичным образом, т.е., с помощью дискретных электрических или электронных компонентов, таких как импедансные диполи, не прибегая к электронной цифровой схеме обработки, что предоставляет возможность реализации, которая является менее дорогостоящей и не тратит вычислительные ресурсы модуля 22.Preferably, this summation is performed in a similar manner, i.e., using discrete electrical or electronic components such as impedance dipoles, without resorting to electronic digital processing circuitry, thereby providing an implementation option that is less expensive and does not waste the computing resources of module 22 .

Понятно, что, в целом, устройство 16 подключается ниже по потоку от датчиков 12 и выше по потоку от ступени 18 предварительной обработки. Например, датчики 12, и устройство 16, формируют ступень измерения для измерительной системы 14, эта ступень измерения соединяется с упомянутыми фазными линиями L1, L2, L3.It will be understood that, in general, the device 16 is connected downstream of the sensors 12 and upstream of the pre-processing stage 18. For example, sensors 12 and device 16 form a measurement stage for the measurement system 14, this measurement stage is connected to said phase lines L1, L2, L3.

Согласно первому примеру, который иллюстрируется на фиг. 2, выходы датчиков 12 тока соединяются с общей точкой 42 посредством резисторов, размещенных в виде звезды, общая точка 42 соединяется с входом измерительной системы 14.According to the first example, which is illustrated in FIG. 2, the outputs of the current sensors 12 are connected to a common point 42 through resistors placed in the form of a star, the common point 42 is connected to the input of the measuring system 14.

Таким образом, устройство 16, обозначенное ссылкой 40 в этом конкретном варианте осуществления, содержит резисторы ZC1, ZC2, ZC3, каждый резистор подключен между общей точкой 42 и датчиком CT1, CT2 и CT3, соответственно.Thus, device 16, designated by reference 40 in this particular embodiment, includes resistors ZC1 , ZC2 , ZC3 , each resistor connected between common point 42 and sensor CT1, CT2 and CT3, respectively.

В этом примере импеданс ZIN относится к входному импедансу ступени 18 предварительной обработки, измеренному между общей точкой 42 и электрическим заземлением GND системы. Импедансы ZM1, ZM2 и ZM3 относятся к выходным импедансам датчиков CT1, CT2 и CT3, соответственно.In this example, the impedance Z IN refers to the input impedance of the preprocessing stage 18 measured between common point 42 and the system's electrical ground GND. Impedances Z M1 , Z M2 and Z M3 refer to the output impedances of sensors CT1, CT2 and CT3, respectively.

Согласно второму примеру, не иллюстрирован, устройство 16 является магнитным соединительным устройством.According to a second example, not illustrated, device 16 is a magnetic coupling device.

Например, выходы датчиков 12 тока соединяются с высокочастотной измерительной системой 14 посредством магнитного соединительного устройства, содержащего первичные обмотки и вторичную обмотку. Каждый из выходов датчика 12 соединяется с первичной обмоткой. Первичные обмотки магнитным образом соединяются с вторичной обмоткой, которая сама соединяется с входом измерительной системы 14.For example, the outputs of the current sensors 12 are connected to the high frequency measurement system 14 via a magnetic coupling device comprising primary windings and a secondary winding. Each of the outputs of the sensor 12 is connected to the primary winding. The primary windings are magnetically connected to the secondary winding, which itself is connected to the input of the measuring system 14.

Чтобы улучшать соединение, устройство 16 может содержать магнитный сердечник, вокруг которого намотаны соответствующие первичные обмотки датчиков 12 тока и вторичная обмотка.To improve the connection, the device 16 may include a magnetic core around which the corresponding primary windings of the current sensors 12 and a secondary winding are wound.

Согласно третьему примеру, иллюстрированному на фиг. 3, выходы датчиков 12 тока соединяются с общей точкой 52 посредством конденсаторов 54, размещенных в виде звезды, общая точка 52 соединяется с входом измерительной системы 14.According to the third example illustrated in FIG. 3, the outputs of the current sensors 12 are connected to a common point 52 through capacitors 54 placed in the form of a star, the common point 52 is connected to the input of the measuring system 14.

Таким образом, устройство 16, обозначенное ссылкой 50 в этом конкретном варианте осуществления, содержит, предпочтительно идентичные, конденсаторы 54, каждый конденсатор 54 соединяется между общей точкой 52 и датчиком CT1, CT2 и CT3, соответственно.Thus, device 16, designated by reference 50 in this particular embodiment, includes, preferably identical, capacitors 54, each capacitor 54 connecting between a common point 52 and sensor CT1, CT2 and CT3, respectively.

Предпочтительно использовать конденсаторы 54, чтобы объединять сигналы, измеренные посредством датчиков 12 тока, поскольку импеданс конденсаторов является обратно пропорциональным частоте, так что импеданс при высокой частоте является относительно низким, что благоприятствует соединению с высокой частотой, в то же время обеспечивая хорошую изоляцию между различными сигналами тока линии для низких частот.It is preferable to use capacitors 54 to combine the signals measured by the current sensors 12 because the impedance of capacitors is inversely proportional to frequency, so that the impedance at high frequency is relatively low, which favors high frequency coupling while still providing good isolation between different signals line current for low frequencies.

Ссылка UIN_HF ссылается на составной сигнал, полученный на выходе устройства 16 на основе электрических токов, измеренных посредством датчиков 12 тока. The reference U IN_HF refers to the composite signal obtained at the output of the device 16 based on the electrical currents measured by the current sensors 12.

В вариантах осуществления составной сигнал UIN_HF соответствует сочетанию высокочастотных вкладов для различных фазных линий L1, L2 и L3 установки. В других вариантах осуществления составной сигнал UIN_HF соответствует сочетанию отдельных токов, измеренных для различных фазных линий L1, L2 и L3 установки, без различения частоты, извлечение высокочастотных вкладов получается только посредством последующей обработки (такой как фильтрация) в ступени 18 предварительной обработки.In embodiments, the composite signal U IN_HF corresponds to a combination of high-frequency contributions for the various phase lines L1, L2 and L3 of the installation. In other embodiments, the composite signal U IN_HF corresponds to a combination of individual currents measured for different phase lines L1, L2 and L3 of the installation, without frequency discrimination, the extraction of high frequency contributions being obtained only through post-processing (such as filtering) in the pre-processing stage 18.

Например, составной сигнал UIN_HF является напряжением.For example, the composite signal U IN_HF is a voltage.

Отметим, что, в примере на фиг. 3, электроустановка 2' отличается от установки 2 в том, что электрические проводники 4', кроме того, содержат, в дополнение к трем фазным линиям L1, L2 и L3, нейтральную линию, обозначенную N здесь. Эта нейтральная линия N может быть опущена без изменения работы системы 10' обнаружения или изменения работы устройства 16, однако.Note that, in the example of FIG. 3, the electrical installation 2' differs from the installation 2 in that the electrical conductors 4' furthermore contain, in addition to the three phase lines L1, L2 and L3, a neutral line, designated N here. This neutral line N can be omitted without changing the operation of the detection system 10' or changing the operation of the device 16, however.

Согласно вариантам, которые ни иллюстрированы, ни описаны подробно, устройство 16 может также быть реализовано по-другому, например, с помощью более сложных схем, таких как один или более полосовых фильтров в частотной области, используемой для обнаружения дуговых замыканий.In embodiments that are neither illustrated nor described in detail, device 16 may also be implemented in other ways, for example, with more complex circuitry, such as one or more bandpass filters in the frequency domain used to detect arc faults.

Варианты осуществления ступени 18 предварительной обработки теперь описываются со ссылкой на фиг. 3.Embodiments of preprocessing step 18 are now described with reference to FIGS. 3.

В многочисленных вариантах осуществления, а не только в варианте осуществления на фиг. 3, ступень 18 предварительной обработки выполнена с возможностью извлекать, в частности, посредством демодуляции, первый сигнал, представляющий высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям, из составного сигнала UIN_HF перед получением модулем 22 обработки.In numerous embodiments, not just the embodiment of FIG. 3, the pre-processing stage 18 is configured to extract, in particular by demodulation, a first signal representing high-frequency components of the electric currents flowing through said phase lines from the composite signal U IN_HF before being received by the processing module 22.

Например, ступень 18 предварительной обработки содержит по меньшей мере один фильтр 56, выполненный с возможностью удалять из полученного составного сигнала UIN_HF компоненты, имеющие частоту ниже предварительно определенного порогового значения, такого как предварительно определенное пороговое значение, равное 5 МГц или 1 МГц.For example, the pre-processing stage 18 includes at least one filter 56 configured to remove from the received composite signal U IN_HF components having a frequency below a predetermined threshold value, such as a predetermined threshold value of 5 MHz or 1 MHz.

В иллюстрированных примерах фильтр 56 является полосовым фильтром. Этот полосовой фильтр может быть сконфигурирован так, чтобы позволять пропускать только частоты составного сигнала UIN_HF между 1 МГц и 50 МГц, или предпочтительно между 5 МГц и 40 МГц, или даже частоты между 10 МГц и 20 МГц. In the illustrated examples, filter 56 is a bandpass filter. This bandpass filter can be configured to only allow frequencies of the U IN_HF composite signal to pass between 1 MHz and 50 MHz, or preferably between 5 MHz and 40 MHz, or even frequencies between 10 MHz and 20 MHz.

Таким образом, фильтр 56 предоставляет возможность извлечения высокочастотных компонентов из составного сигнала, происходящего из измерений, полученных посредством датчиков 12 тока.Thus, the filter 56 provides the ability to extract high-frequency components from the composite signal originating from the measurements obtained by the current sensors 12.

Ступень 18 предварительной обработки также содержит демодулятор 58, такой как логарифмический усилитель или гетеродинный смеситель, выполненный с возможностью демодулировать упомянутый сигнал перед передачей его модулю 22 обработки. Например, ступень 18 предварительной обработки подключается ниже по потоку от фильтра 56.The pre-processing stage 18 also includes a demodulator 58, such as a logarithmic amplifier or heterodyne mixer, configured to demodulate the signal before transmitting it to the processing module 22. For example, a pre-processing stage 18 is connected downstream of filter 56.

В частности, демодулятор 58 предоставляет возможность извлечения огибающей первого сигнала UIN_HF. Соответствующий сигнал огибающей, обозначенный RSSI здесь на фиг. 3, затем отправляется на вход 30 модуля 22 обработки.In particular, demodulator 58 provides the ability to extract the envelope of the first signal U IN_HF . The corresponding envelope signal, denoted RSSI here in FIG. 3 is then sent to input 30 of processing module 22.

Ступень 18 предварительной обработки, следовательно, предоставляет возможность извлечения, в частности, посредством демодуляции, из первого сигнала, происходящего из сочетания сигналов, измеренных индивидуально посредством датчиков 12 тока, информации о значении мощности или о среднем квадратическом значении амплитуды (огибающей) упомянутого первого сигнала.The preprocessing stage 18 therefore makes it possible to extract, in particular by demodulation, from the first signal originating from the combination of signals measured individually by the current sensors 12, information about the power value or the root mean square value of the amplitude (envelope) of said first signal.

В отношении составного сигнала UIN_HF, форма волны демодулированного сигнала (RSSI) получается более плавной, т.е., при частотах значительно ниже 1 МГц, например, по меньшей мере в 100 раз ниже 1 МГц. Форма волны демодулированного сигнала является более простой для дискретизации и требует меньшего количества вычислительных ресурсов по сравнению с дискретизацией составного сигнала UIN_HF. Тем не менее, сама форма волны содержит достаточную полезную информацию, чтобы предоставлять возможность обнаружения дугового замыкания с достаточной надежностью. Модуль 22 обработки, следовательно, не должен получать весь первый сигнал.With respect to the composite signal U IN_HF , the demodulated signal waveform (RSSI) is smoother, i.e., at frequencies well below 1 MHz, for example at least 100 times below 1 MHz. The demodulated waveform is simpler to sample and requires less computational resources compared to sampling a composite signal U IN_HF . However, the waveform itself contains enough useful information to enable arc fault detection with reasonable reliability. The processing unit 22 therefore does not have to receive the entire first signal.

Благодаря изобретению, единственная высокочастотная измерительная система 14 используется для всех электрических фазных линий L1, L2 и L3. Следовательно, не нужно использовать одну высокочастотную измерительную систему для каждой фазной линии, поскольку это соответственно умножит число компонентов обработки и предварительной обработки сигнала в устройстве обнаружения. Сейчас, компоненты, требуемые для обработки высокочастотных сигналов, как правило, являются дорогостоящими. Такое умножение, следовательно, увеличит сложность и стоимость производства устройства обнаружения.Thanks to the invention, a single high-frequency measuring system 14 is used for all electrical phase lines L1, L2 and L3. Therefore, it is not necessary to use one high-frequency measurement system for each phase line, since this will correspondingly multiply the number of signal processing and pre-processing components in the detection device. Currently, the components required to process high-frequency signals are typically expensive. Such multiplication will therefore increase the complexity and cost of manufacturing the detection device.

Различные варианты осуществления устройства 10 или 10' обнаружения, тем не менее, предоставляют возможность обнаружения дуговых замыканий достаточно надежно и эффективно, даже с помощью только одной цепи обработки высокочастотного сигнала, общей для множества фазных линий, и на основе первого сигнала UIN_HF без непосредственного использования сигналов, измеренных индивидуально для каждой фазной линии.Various embodiments of the detection device 10 or 10', however, provide the ability to detect arc faults quite reliably and efficiently, even using only one high-frequency signal processing circuit common to multiple phase lines, and based on the first signal U IN_HF without directly using signals measured individually for each phase line.

Действительно, возникновение дугового замыкания в одной из фазных линий L1, L2 или L3 формирует шум на токах, протекающих по различным фазным линиям. Этот шум случайным образом сдвигается по фазе между различными фазными линиями при высоких частотах и может также быть усилен или ослаблен случайным образом от одной фазной линии к другой, так что сумма высокочастотных компонентов этих токов не равна нулю. Напротив, такой фазовый сдвиг не присутствует на низкочастотных компонентах этих одинаковых токов, последние остаются согласованными друг с другом от одной фазной линии к другой. Сумма низкочастотных компонентов этих одинаковых токов, таким образом, равна нулю.Indeed, the occurrence of an arc fault in one of the phase lines L1, L2 or L3 generates noise on the currents flowing through different phase lines. This noise is randomly shifted in phase between different phase lines at high frequencies, and can also be amplified or attenuated randomly from one phase line to another, so that the sum of the high frequency components of these currents is not zero. In contrast, no such phase shift is present in the low frequency components of these identical currents, the latter remaining consistent with each other from one phase line to the next. The sum of the low-frequency components of these identical currents is thus equal to zero.

Измерение высокочастотного шума по электрическим токам, протекающим по фазным линиям L1, L2, L3, таким образом, предоставляет возможность легкой идентификации дугового замыкания без необходимости использовать, для высоких частот, средства измерения и обработки сигнала, которые являются чрезмерно сложными и выделенными для каждой из фазных линий.Measuring high-frequency noise from electric currents flowing through phase lines L1, L2, L3 thus provides the ability to easily identify arc faults without the need to use, for high frequencies, measurement and signal processing tools that are overly complex and dedicated to each of the phases. lines.

Согласно вариантам осуществления, предоставленным в качестве примера, дуговое замыкание может быть обнаружено посредством алгоритма обнаружения, реализованного в модуле 22 обработки, путем сравнения измеренных сигналов, выводимых низкочастотной измерительной цепью, с первым сигналом, ассоциированным с высокочастотными компонентами.According to the exemplary embodiments, an arc fault can be detected by the detection algorithm implemented in the processing unit 22 by comparing the measured signals output by the low frequency measurement circuit with the first signal associated with the high frequency components.

В частности, модуль 22 может быть выполнен с возможностью обнаруживать, является ли сумма низкочастотных токов нулевой, тогда как, в то же самое время, сумма высокочастотных компонентов этих же самых токов (которая предоставляется посредством первого сигнала, или посредством его огибающей, или посредством какой-либо соответствующей репрезентативной количественной величины, созданной ступенью 18 предварительной обработки) не является нулевой.In particular, module 22 may be configured to detect whether the sum of the low-frequency currents is zero while, at the same time, the sum of the high-frequency components of those same currents (which is provided by the first signal, or by its envelope, or by whatever - or the corresponding representative quantity generated by the pre-processing step 18) is not zero.

Форма волны высокочастотного составного сигнала может преимущественно быть использована в качестве указателя дугового замыкания. Наличие дугового замыкания обнаруживается посредством алгоритма обработки, реализованного в модуле 22. В качестве ответа алгоритма обнаружения модуль 22 может быть выполнен с возможностью отправлять сигнал отключения TRIP_SIGNAL переключающему устройству 8 для того, чтобы прерывать протекание тока через проводники 4.The waveform of the high frequency composite signal can advantageously be used as an arc fault indicator. The presence of an arc fault is detected by a processing algorithm implemented in module 22. As a response to the detection algorithm, module 22 may be configured to send a trip signal TRIP_SIGNAL to the switching device 8 in order to interrupt the flow of current through the conductors 4.

В противном случае, такой сигнал не передается, и система продолжает свою работу.Otherwise, such a signal is not transmitted, and the system continues to operate.

Однако могут быть использованы другие способы обнаружения.However, other detection methods may be used.

Фиг. 4 показывает устройство 10'' обнаружения согласно другому варианту осуществления, который отличается от вариантов осуществления, описанных ранее, в том, что высокочастотная измерительная система 14 содержит выделенный датчик 60 тока, такой как измерительный тороид.Fig. 4 shows a detection device 10'' according to another embodiment, which differs from the embodiments described previously in that the high frequency measurement system 14 includes a dedicated current sensor 60, such as a measurement toroid.

Датчик 60 тока выполнен с возможностью присоединяться по меньшей мере к двум из электрических фазных линий L1, L2, L3 или даже ко всем электрическим фазным линиям, и заменяет датчики 12 и устройство 16. Другими словами, в этом варианте осуществления, устройство 16 опускается, как и датчики 12 тока.The current sensor 60 is configured to connect to at least two of the electrical phase lines L1, L2, L3, or even all of the electrical phase lines, and replaces the sensors 12 and the device 16. In other words, in this embodiment, the device 16 is lowered as and 12 current sensors.

Другими словами, датчик 60 используется и для измерения электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям, и для объединения компонентов, характерных для каждой фазной линии, чтобы формировать составной сигнал UIN_HF.In other words, sensor 60 is used both to measure the electrical currents flowing through said phase lines and to combine components specific to each phase line to form a composite signal U IN_HF .

Следовательно, понятно, что, в этом варианте осуществления, единственный датчик 60 тока формирует измерительную ступень для высокочастотной измерительной системы 14. Ступень 18 предварительной обработки подключается на выходе датчика 60 тока.Therefore, it is understood that, in this embodiment, a single current sensor 60 forms the measurement stage for the high frequency measurement system 14. A preprocessing stage 18 is connected at the output of the current sensor 60.

Например, датчик 60 является дифференциальным измерительным тороидом, таким как тороиды, используемые в дифференциальных прерывателях цепи. В иллюстрированном примере датчик 60 содержит магнитный тороид, окружающий упомянутые фазные линии и измерительную катушку 62, соединенную с входом устройства предварительной обработки.For example, sensor 60 is a differential measurement toroid, such as those used in differential circuit breakers. In the illustrated example, sensor 60 includes a magnetic toroid surrounding said phase lines and a sense coil 62 connected to the input of the pre-processing device.

В иллюстрированном примере устройство 10'' обнаружения также содержит множество однофазных датчиков LFS1, LFS2, LFS3 тока, совокупно обозначенных ссылкой 64, которые являются аналогичными датчикам 12, описанным ранее.In the illustrated example, detection device 10'' also includes a plurality of single-phase current sensors LFS1, LFS2, LFS3, collectively designated 64, which are similar to sensors 12 described previously.

Однако в этом варианте осуществления датчики 64 тока не соединяются с высокочастотной измерительной системой 14, поскольку последняя имеет свой собственный датчик 60 тока.However, in this embodiment, the current sensors 64 are not connected to the high frequency measurement system 14, since the latter has its own current sensor 60.

На практике каждый из датчиков 64 тока выполнен с возможностью ассоциироваться с одной электрической фазной линией схемы, в то же время соединяясь с одной из низкочастотных измерительных систем 20.In practice, each of the current sensors 64 is configured to associate with one electrical phase line of the circuit while at the same time connecting to one of the low frequency measurement systems 20.

В этом примере устройство 10'' содержит три низкочастотных измерительных системы 24, 26 и 28, как описано ранее, каждая из них ассоциируется с одной электрической фазной линией L1, L2, L3, датчики LFS1, LFS2 и LFS3 тока соединяются с измерительными системами 24, 26 и 28, соответственно. С другой стороны, датчики LFS1, LFS2 и LFS3 тока не соединяются с высокочастотной измерительной системой 14.In this example, the device 10'' contains three low frequency measurement systems 24, 26 and 28, as previously described, each of them associated with one electrical phase line L1, L2, L3, current sensors LFS1, LFS2 and LFS3 are connected to the measurement systems 24, 26 and 28, respectively. On the other hand, current sensors LFS1, LFS2 and LFS3 are not connected to the high-frequency measuring system 14.

Помимо этих различий, работа устройства 10'' обнаружения является аналогичной, или даже идентичной, работе устройств 10 и 10' обнаружения, описанных ранее, в частности, насколько касается роли и работы модуля 22 обработки и устройства 18 предварительной обработки.Apart from these differences, the operation of the detection device 10'' is similar, or even identical, to the operation of the detection devices 10 and 10' described previously, particularly as regards the role and operation of the processing module 22 and the pre-processing device 18.

В частности, понятно, что, в этом варианте осуществления, устройство 10'' обнаружения в этом случае также содержит единственную измерительную систему 14, общую для всех фазных линий L1, L2 и L3 установки, или по меньшей мере для всех фазных линий, для которых высокочастотный компонент тока измеряется.In particular, it is understood that, in this embodiment, the detection device 10'' in this case also comprises a single measuring system 14 common to all phase lines L1, L2 and L3 of the installation, or at least for all phase lines for which the high frequency component of the current is measured.

Фиг. 5 иллюстрирует пример сравнения полученных результатов для того, чтобы обнаруживать дуговое замыкание между, с одной стороны, устройством 72 обнаружения в соответствии с вариантами осуществления, которые описаны ранее, и, с другой стороны, другим устройством 74 обнаружения, в котором каждая из фазных линий 76 установки 70 ассоциируется с датчиком и выделенной высокочастотной измерительной системой, которые соответственно обозначаются "HF Circuit1", "HF Circuit2" и "HF Circuit 3". Напротив, устройство 72 обнаружения содержит единственную высокочастотную измерительную систему, обозначенную "HF Circuit", для всех фазных линий установки.Fig. 5 illustrates an example of comparison of the results obtained in order to detect an arc fault between, on the one hand, a detection device 72 in accordance with the embodiments that are described previously, and, on the other hand, another detection device 74 in which each of the phase lines 76 Installation 70 is associated with a sensor and a dedicated HF measurement system, which are respectively designated "HF Circuit1", "HF Circuit2" and "HF Circuit 3". In contrast, detection device 72 contains a single high frequency measurement system, designated "HF Circuit", for all phase lines of the installation.

В иллюстрированном примере считается, в иллюстративных целях, что дуговое замыкание 78, обозначенное как "Дуговое замыкание", произошло на второй фазной линии L2 между упомянутой фазной линией и заземлением. Этот пример является неограничивающим, и, на практике, дуговое замыкание может быть обнаружено на любой фазной линии.In the illustrated example, it is considered, for illustrative purposes, that the arc fault 78, designated "Arc Fault", has occurred on the second phase line L2 between said phase line and ground. This example is non-limiting and, in practice, an arc fault can be detected on any phase line.

График 80 иллюстрирует тренд, как функцию времени (x-ось, в миллисекундах, обозначенная как "время"), в амплитуде сигналов, выводимых двумя устройствами 72 и 74. Фиг. 6 изображает увеличенный вид зоны 82 графика 80.Plot 80 illustrates the trend, as a function of time (x-axis, in milliseconds, denoted "time"), in the amplitude of the signals output by two devices 72 and 74. FIG. 6 is an enlarged view of area 82 of graphics 80.

В иллюстрированном примере, сигнал, обозначенный как "RSSIMAX", соответствует сигналу, предоставляемому устройством 72, и соответствует здесь первому сигналу RSSI, представляющему высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям, как определено в предыдущих вариантах осуществления.In the illustrated example, the signal designated "RSSI MAX " corresponds to the signal provided by device 72, and corresponds here to the first RSSI signal representing high frequency components of electrical currents flowing through said phase lines, as defined in the previous embodiments.

Другие сигналы "RSSI1", "RSSI2" и "RSSI3" соответствуют, соответственно, сигналам, предоставленным каждой из высокочастотных измерительных систем другого устройства 74.The other signals "RSSI 1 ", "RSSI 2 " and "RSSI 3 " correspond, respectively, to signals provided by each of the high frequency measurement systems of the other device 74.

На графике сигнал RSSI2, ассоциированный со второй фазной линией L2, имеет максимальную амплитуду после возникновения замыкания (немного позже времени, равного 1 секунде), тогда как амплитуда сигналов RSSI1 и RSSI3, которые ассоциируются с соседними фазными линиями L1 и L3, является более низкой.In the graph, the RSSI 2 signal associated with the second phase line L2 has a maximum amplitude after the fault occurs (slightly after a time of 1 second), while the amplitude of the RSSI 1 and RSSI 3 signals, which are associated with the adjacent phase lines L1 and L3, is lower.

Амплитуда первого сигнала RSSIMAX, выводимого единственной измерительной системой 14 устройства 72, со своей стороны близка к амплитуде сигнала RSSI2.The amplitude of the first signal RSSI MAX output by the single measuring system 14 of device 72 is, for its part, close to the amplitude of the RSSI 2 signal.

Таким образом, первый сигнал, выводимый измерительной системой 14, может быть использован вместо сигналов RSSI1, RSSI2 и RSSI3, демодулированных для каждой фазной линии, однако без нарушения обнаружения дугового замыкания.Thus, the first signal output by the measurement system 14 can be used instead of the RSSI 1 , RSSI 2 and RSSI 3 signals demodulated for each phase line, however, without interfering with arc fault detection.

Любой отличительный признак одного из вариантов осуществления или вариантов, описанных выше, может быть реализован в других вариантах осуществления и описанных вариантах.Any feature of one of the embodiments or variants described above may be implemented in other embodiments and variants described.

Claims (15)

1. Устройство (10; 10'; 10'') для обнаружения дугового замыкания в многофазной электроустановке (2), причем это устройство содержит:1. A device (10; 10'; 10'') for detecting an arc fault in a multiphase electrical installation (2), this device containing: - высокочастотную измерительную систему (14), соединенную по меньшей мере с двумя электрическими фазными линиями (L1, L2, L3) установки, причем упомянутая измерительная система выполнена с возможностью извлекать первый сигнал (RSSI), представляющий высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям;- a high-frequency measuring system (14) connected to at least two electrical phase lines (L1, L2, L3) of the installation, wherein said measuring system is configured to extract a first signal (RSSI) representing high-frequency components of electric currents flowing through said phase lines lines; множество низкочастотных измерительных систем (20), причем каждая соединена с одной электрической фазной линией установки, каждая выполнена с возможностью получать второй сигнал, представляющий переменный линейный ток, протекающий по соответствующей фазной линии;a plurality of low-frequency measuring systems (20), each connected to one electrical phase line of the installation, each configured to receive a second signal representing an alternating line current flowing along the corresponding phase line; модуль (22) обработки данных, запрограммированный с возможностью обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого сигнала.a data processing module (22) programmed to detect an arc fault based on the second signals and the first signal. 2. Устройство по п. 1, в котором измерительное устройство содержит множество однофазных датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока, причем каждый выполнен с возможностью ассоциироваться с одной электрической фазной линией (L1, L2, L3) электроустановки, и в котором высокочастотная измерительная система выполнена с возможностью объединять высокочастотные сигналы измерения, получаемые от датчиков тока, чтобы формировать составной сигнал (UIN_HF), из которого извлекается упомянутый первый сигнал (RSSI).2. The device according to claim 1, in which the measuring device contains a plurality of single-phase current sensors (12; CT1, CT2, CT3), each configured to be associated with one electrical phase line (L1, L2, L3) of the electrical installation, and in which The high frequency measurement system is configured to combine high frequency measurement signals received from the current sensors to form a composite signal (U IN_HF ) from which said first signal (RSSI) is extracted. 3. Устройство по п. 2, в котором выходы датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока соединены с входом высокочастотной измерительной системы посредством конденсаторов (54).3. The device according to claim 2, in which the outputs of the current sensors (12; CT1, CT2, CT3) are connected to the input of the high-frequency measuring system via capacitors (54). 4. Устройство по п. 2, в котором выходы датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока соединены с входом высокочастотной измерительной системы посредством резисторов (ZC1, ZC2 и ZC3).4. The device according to claim 2, in which the outputs of the current sensors (12; CT1, CT2, CT3) are connected to the input of the high-frequency measuring system via resistors (Z C1 , Z C2 and Z C3 ). 5. Устройство по п. 2, в котором выходы датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока соединены с высокочастотной измерительной системой посредством магнитного соединительного устройства, причем каждый из упомянутых выходов соединен с первичной обмоткой, упомянутые первичные обмотки магнитным образом соединены с вторичной обмоткой, соединенной с входом высокочастотной измерительной системы.5. The device according to claim 2, in which the outputs of the current sensors (12; CT1, CT2, CT3) are connected to the high-frequency measuring system via a magnetic connecting device, and each of said outputs is connected to the primary winding, said primary windings are magnetically connected to the secondary winding connected to the input of the high-frequency measuring system. 6. Устройство по п. 1, в котором высокочастотная измерительная система (14) содержит выделенный датчик (60) тока, такой как измерительный тороид, выполненный с возможностью соединяться по меньшей мере с двумя из электрических фазных линий и выполненный с возможностью формировать составной сигнал (UIN_HF), из которого извлекается упомянутый первый сигнал (RSSI), и в котором устройство (10'') обнаружения содержит множество однофазных датчиков (64; LFS1, LFS2, LFS3) тока, причем каждый выполнен с возможностью ассоциироваться с одной электрической фазной линией схемы, каждый однофазный датчик тока ассоциируется с одной из низкочастотных измерительных систем (20).6. The device according to claim 1, in which the high-frequency measuring system (14) includes a dedicated current sensor (60), such as a measuring toroid, configured to connect to at least two of the electrical phase lines and configured to generate a composite signal ( U IN_HF ) from which said first signal (RSSI) is extracted, and in which the detection device (10'') comprises a plurality of single-phase current sensors (64; LFS1, LFS2, LFS3), each configured to be associated with one electrical phase line circuit, each single-phase current sensor is associated with one of the low-frequency measuring systems (20). 7. Устройство по любому из пп. 2-6, в котором однофазные датчики (12; CT1, CT2, CT3; 64; LFS1, LFS2, LFS3) тока являются трансформаторами тока.7. Device according to any one of paragraphs. 2-6, in which single-phase current sensors (12; CT1, CT2, CT3; 64; LFS1, LFS2, LFS3) are current transformers. 8. Устройство по п. 7, в котором каждый датчик (12; CT1, CT2, CT3; 64; LFS1, LFS2, LFS3) тока содержит магнитный тороид и измерительную катушку, намотанную вокруг магнитного тороида и выполненную с возможностью предоставлять широкополосный сигнал измерения на своих клеммах, причем измерительная катушка содержит менее сорока витков или, предпочтительно, менее двадцати витков.8. The device according to claim 7, in which each current sensor (12; CT1, CT2, CT3; 64; LFS1, LFS2, LFS3) contains a magnetic toroid and a measuring coil wound around the magnetic toroid and configured to provide a wideband measurement signal to their terminals, the measuring coil containing less than forty turns, or preferably less than twenty turns. 9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором высокочастотная измерительная система (14) содержит полосовой фильтр (56), выполненный с возможностью удалять из полученного сигнала компоненты, имеющие частоту ниже предварительно определенного порогового значения.9. An apparatus as claimed in any one of the preceding claims, wherein the high-frequency measurement system (14) includes a band-pass filter (56) configured to remove components from the received signal having a frequency below a predetermined threshold value. 10. Устройство по п. 1, в котором высокочастотная измерительная система (14) содержит демодулятор (58), такой как логарифмический усилитель или гетеродинный смеситель, выполненный с возможностью демодулировать упомянутый первый репрезентативный сигнал перед передачей его модулю обработки.10. The apparatus of claim 1, wherein the high frequency measurement system (14) comprises a demodulator (58), such as a log amplifier or heterodyne mixer, configured to demodulate said first representative signal before transmitting it to the processing module. 11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором высокие частоты являются частотами выше или равными 1 МГц, или выше или равными 5 МГц, предпочтительно частотами между 5 МГц и 40 МГц.11. The device according to any of the preceding claims, wherein the high frequencies are frequencies greater than or equal to 1 MHz, or greater than or equal to 5 MHz, preferably frequencies between 5 MHz and 40 MHz. 12. Блок (8+10) защиты от дугового замыкания, содержащий электрическое переключающее устройство (8), выполненное с возможностью прерывания протекания тока через многофазную электроустановку (2) при приеме сигнала отключения, и устройство (10; 10'; 10'') обнаружения в соответствии с любым из предшествующих пунктов и соединенное с переключающим устройством. 12. Arc fault protection unit (8+10), containing an electrical switching device (8), configured to interrupt the flow of current through a multiphase electrical installation (2) when receiving a shutdown signal, and a device (10; 10'; 10'') detection in accordance with any of the preceding paragraphs and connected to the switching device.
RU2020141048A 2019-12-16 2020-12-14 Arc fault detection devices and associated arc fault protection units RU2819085C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1914520 2019-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020141048A RU2020141048A (en) 2022-06-14
RU2819085C2 true RU2819085C2 (en) 2024-05-13

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU729720A2 (en) * 1978-03-20 1980-04-25 Предприятие П/Я В-2015 Device for differential protection of collecting bars
US20080106832A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Carlos Restrepo Systems and methods for arc fault detection
US20160187410A1 (en) * 2014-12-29 2016-06-30 Eaton Corporation Arc fault detection system and method and circuit interrupter employing same
RU2660285C1 (en) * 2017-10-05 2018-07-05 Александр Сергеевич Мкртумов Device for protection against sparkage and the method of its work
CN108535589A (en) * 2018-05-21 2018-09-14 彭浩明 A kind of fault arc detection method and device
CN107370123B (en) * 2016-05-13 2019-02-26 上海电科电器科技有限公司 Arc fault detection device
US20190199080A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Eaton Corporation Arc fault detection system
US20190339961A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Schneider Electric USA, Inc. Performance software updates on df/cafi breakers with existing hardware architecture

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU729720A2 (en) * 1978-03-20 1980-04-25 Предприятие П/Я В-2015 Device for differential protection of collecting bars
US20080106832A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Carlos Restrepo Systems and methods for arc fault detection
US20160187410A1 (en) * 2014-12-29 2016-06-30 Eaton Corporation Arc fault detection system and method and circuit interrupter employing same
CN107370123B (en) * 2016-05-13 2019-02-26 上海电科电器科技有限公司 Arc fault detection device
RU2660285C1 (en) * 2017-10-05 2018-07-05 Александр Сергеевич Мкртумов Device for protection against sparkage and the method of its work
US20190199080A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Eaton Corporation Arc fault detection system
US20190339961A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Schneider Electric USA, Inc. Performance software updates on df/cafi breakers with existing hardware architecture
CN108535589A (en) * 2018-05-21 2018-09-14 彭浩明 A kind of fault arc detection method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11881703B2 (en) Devices for detecting an arc fault and associated arc-fault-protection units
US8542021B2 (en) Multi-pole arcing fault circuit breaker including a neutral current sensor
KR102061929B1 (en) Method for detecting an open-phase condition of a transformer
EP3663778B1 (en) Low cost high frequency sensor for arc-fault detection
US9136074B2 (en) Residual-current circuit breaker
US20120187883A1 (en) Choke with current sensor
JP2007155598A (en) Current measuring instrument
US20040264094A1 (en) Protective control method and apparatus for power devices
EP3663777A1 (en) Combined low frequency and high frequency current sensor
US9218905B2 (en) AC/DC current transformer
AU2012259127A1 (en) AC/DC current transformer
RU2819085C2 (en) Arc fault detection devices and associated arc fault protection units
JP2002311061A (en) Processor for electric power
JP2004347424A (en) Hot-line insulation deterioration diagnostic method and its device
US11855442B2 (en) Systems and methods of grounded neutral fault detection by single frequency excitation and leakage spectral analysis
WO2018034260A1 (en) Open phase detecting system, open phase detecting device and open phase detecting method
CN114910747A (en) Arc fault detection circuit and method for detecting arc fault
RU2020141048A (en) ARC FAULT DETECTION AND ASSOCIATED ARC FAULT PROTECTION UNITS
Ma et al. A novel method for discrimination of internal faults and inrush currents by using waveform singularity factor
RU2482587C2 (en) Method and protective device for generation of error signal that indicates winding fault in transformer
CN114089100A (en) Phase current fault component correlation coefficient-based single-phase fault phase selection method
Liu et al. A novel design of small size DCT with a double tuned sampling circuit
Saha et al. Measurement Chains of Fault Locators
JPH0247170B2 (en)