УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ И АССОЦИИРОВАННЫЕ БЛОКИ ЗАЩИТЫ ОТ ДУГОВОГО ЗАМЫКАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H02H3/26 

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.

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).

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.

Однако существующие обнаруживающие устройства не всегда являются удовлетворительными, особенно с точки зрения числа датчиков и сложности ассоциированных схем обработки.

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.

Для этого один аспект изобретения касается устройства для обнаружения дугового замыкания в многофазной электроустановке, причем упомянутое устройство содержит:

- 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;

- 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;

- модуль обработки данных, запрограммированный, чтобы обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого сигнала.

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.

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:

- 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.

- Выходы датчиков тока соединяются с входом высокочастотной измерительной системы посредством конденсаторов.

- Выходы датчиков тока соединяются с входом высокочастотной измерительной системы посредством резисторов.

- 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.

- 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.

- Однофазные датчики тока являются трансформаторами тока.

- 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.

- Высокочастотная измерительная система содержит полосовой фильтр, выполненный с возможностью удалять из полученного сигнала компоненты, имеющие частоту ниже предварительно определенного порогового значения.

- 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.

- Высокие частоты являются частотами выше или равными 1 МГц, или выше или равными 5 МГц, предпочтительно частотами между 5 МГц и 40 МГц.

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.

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:

Фиг. 1 является схематичным представлением устройства для обнаружения дугового замыкания для электроустановки согласно одному варианту осуществления;

Фиг. 2 является электрической схемой одного варианта осуществления высокочастотной измерительной ступени устройства обнаружения на фиг. 1;

Фиг. 3 является схематичным представлением другого варианта осуществления устройства для обнаружения дугового замыкания на фиг. 1;

Фиг. 4 является схематичным представлением другого варианта осуществления устройства для обнаружения дугового замыкания на фиг. 1;

Фиг. 5 схематично иллюстрирует сравнение между устройством для обнаружения дугового замыкания в соответствии с вариантами осуществления и другим устройством обнаружения;

Фиг. 6 является увеличенным видом графика на фиг. 5.

Фиг. 1 показывает многофазную электроустановку 2, такую как электрораспределительная установка 2 или, более обобщенно, AC-электрическая система.

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.

В примерах, описанных ниже, установка 2 содержит три фазные линии, обозначенные L1, L2 и L3 с опциональным "нейтральным" проводником (фиг. 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.

Например, проводники 4 соединяются с электрической нагрузкой 6, обозначенной как "LOAD" ("НАГРУЗКА"), предназначенной для снабжения многофазным электрическим током.

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.

Например, блок защиты может содержать электрическое переключающее устройство 8 и устройство 10 обнаружения, соединенное с переключающим устройством 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.

Например, устройство 8 переключения содержит отдельные электрические контакты, соединенные с механическим или электромеханическим механизмом отключения.

Устройство 10 обнаружения, в частности, выполнено с возможностью обнаруживать дуговое замыкание в установке 2.

В соответствии с многочисленными вариантами осуществления, устройство 10 обнаружения содержит:

- датчики 12 тока;

- 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;

- 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;

- модуль 22 обработки данных, выполненный с возможностью обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого высокочастотного сигнала.

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.

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.

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.

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.

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.

Низкие частоты являются, например, частотами ниже или равными 50 кГц, или ниже или равными 10 кГц, или даже ниже или равными 1 кГц.

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.

Предпочтительно, диапазон измерения частот датчиков 12 находится между 50 Гц и 50 МГц.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

В многочисленных вариантах осуществления модуль 22 обработки данных реализуется посредством одной или более электронных схем.

Например, модуль 22 содержит процессор, такой как программируемый микроконтроллер или микропроцессор.

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.

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.

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.

Например, интерфейсы 30, 32, 34 и 36, каждый, содержат аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью получать и дискретизировать соответствующий сигнал.

Варианты осуществления устройства 16 теперь описываются со ссылкой на фиг. 1, 2 и 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.

Более конкретно, устройство 16 предоставляет возможность сложения высокочастотных сигналов измерения, получаемых от различных датчиков 12, чтобы формировать упомянутый составной сигнал.

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.

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.

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.

Таким образом, устройство 16, обозначенное ссылкой 40 в этом конкретном варианте осуществления, содержит резисторы Z_C1, Z_C2, Z_C3, каждый резистор подключен между общей точкой 42 и датчиком CT1, CT2 и CT3, соответственно.

В этом примере импеданс Z_IN относится к входному импедансу ступени 18 предварительной обработки, измеренному между общей точкой 42 и электрическим заземлением GND системы. Импедансы Z_M1, Z_M2 и Z_M3 относятся к выходным импедансам датчиков CT1, CT2 и CT3, соответственно.

Согласно второму примеру, не иллюстрирован, устройство 16 является магнитным соединительным устройством.

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.

Чтобы улучшать соединение, устройство 16 может содержать магнитный сердечник, вокруг которого намотаны соответствующие первичные обмотки датчиков 12 тока и вторичная обмотка.

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.

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.

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.

Ссылка U_IN__HF ссылается на составной сигнал, полученный на выходе устройства 16 на основе электрических токов, измеренных посредством датчиков 12 тока.

В вариантах осуществления составной сигнал U_{IN_HF} соответствует сочетанию высокочастотных вкладов для различных фазных линий L1, L2 и L3 установки. В других вариантах осуществления составной сигнал U_{IN_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.

Например, составной сигнал U_{IN_HF} является напряжением.

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.

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.

Варианты осуществления ступени 18 предварительной обработки теперь описываются со ссылкой на фиг. 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 U_{IN_HF} перед получением модулем 22 обработки.

Например, ступень 18 предварительной обработки содержит по меньшей мере один фильтр 56, выполненный с возможностью удалять из полученного составного сигнала U_{IN_HF} компоненты, имеющие частоту ниже предварительно определенного порогового значения, такого как предварительно определенное пороговое значение, равное 5 МГц или 1 МГц.

В иллюстрированных примерах фильтр 56 является полосовым фильтром. Этот полосовой фильтр может быть сконфигурирован так, чтобы позволять пропускать только частоты составного сигнала U_{IN_HF} между 1 МГц и 50 МГц, или предпочтительно между 5 МГц и 40 МГц, или даже частоты между 10 МГц и 20 МГц.

Таким образом, фильтр 56 предоставляет возможность извлечения высокочастотных компонентов из составного сигнала, происходящего из измерений, полученных посредством датчиков 12 тока.

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.

В частности, демодулятор 58 предоставляет возможность извлечения огибающей первого сигнала U_{IN_HF}. Соответствующий сигнал огибающей, обозначенный RSSI здесь на фиг. 3, затем отправляется на вход 30 модуля 22 обработки.

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.

В отношении составного сигнала U_{IN_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 U_{IN_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.

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.

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 U_{IN_HF} без непосредственного использования сигналов, измеренных индивидуально для каждой фазной линии.

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.

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.

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.

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.

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.

В противном случае, такой сигнал не передается, и система продолжает свою работу.

Однако могут быть использованы другие способы обнаружения.

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.

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.

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 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.

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.

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.

Однако в этом варианте осуществления датчики 64 тока не соединяются с высокочастотной измерительной системой 14, поскольку последняя имеет свой собственный датчик 60 тока.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

В иллюстрированном примере, сигнал, обозначенный как "RSSI_MAX", 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.

Другие сигналы "RSSI₁", "RSSI₂" и "RSSI₃" соответствуют, соответственно, сигналам, предоставленным каждой из высокочастотных измерительных систем другого устройства 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.

Амплитуда первого сигнала RSSI_MAX, выводимого единственной измерительной системой 14 устройства 72, со своей стороны близка к амплитуде сигнала RSSI₂.

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.

Любой отличительный признак одного из вариантов осуществления или вариантов, описанных выше, может быть реализован в других вариантах осуществления и описанных вариантах.

Изобретения относятся к устройствам для обнаружения дугового замыкания, в частности, в электрической установке. А также касаются блоков защиты от дугового замыкания, содержащих такое устройство обнаружения. Технический результат заключается в упрощении изготовления устройства для обнаружения дугового замыкания в многофазной электроустановке. Устройство содержит высокочастотную измерительную систему, соединенную по меньшей мере с двумя электрическими фазными линиями установки и выполненную с возможностью извлекать первый сигнал, представляющий высокочастотные компоненты электрических токов, протекающих по упомянутым фазным линиям; множество низкочастотных измерительных систем, каждая соединена с одной электрической фазной линией установки, при этом каждая выполнена с возможностью получать второй сигнал, представляющий переменный линейный ток, протекающий по соответствующей фазной линии; модуль обработки данных, запрограммированный с возможностью обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого сигнала. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство (10; 10'; 10'') для обнаружения дугового замыкания в многофазной электроустановке (2), причем это устройство содержит:

- 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;

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;

модуль (22) обработки данных, запрограммированный с возможностью обнаруживать дуговое замыкание на основе вторых сигналов и первого сигнала.

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 (U_{IN_HF}), из которого извлекается упомянутый первый сигнал (RSSI).

3. Устройство по п. 2, в котором выходы датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока соединены с входом высокочастотной измерительной системы посредством конденсаторов (54).

4. Устройство по п. 2, в котором выходы датчиков (12; CT1, CT2, CT3) тока соединены с входом высокочастотной измерительной системы посредством резисторов (Z_C1, Z_C2 и 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.

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 (U_{IN_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).

7. Устройство по любому из пп. 2-6, в котором однофазные датчики (12; CT1, CT2, CT3; 64; LFS1, LFS2, LFS3) тока являются трансформаторами тока.

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.

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.

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.

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.

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.