专利名称：用于探测电弧的电路装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于根据权利要求1的前序部分探测电弧的电路装置。此外，本发明涉及一种用于根据权利要求9的前序部分探测电弧的方法。
背景技术：
电弧是可例如在交流电网中的彼此具有足够高电势差的电缆或导线之间产生的气体放电。电弧可例如通过电缆或线路的受损绝缘而产生。由于电弧产生热负荷，该热负荷可破坏电缆或线路或者在最糟糕的情况下可导致火灾。一方面，电弧可与耗电器串联出现。在这种情况下，电弧电流总是小于负载电流， 电弧电流的幅度在这种情况下为几个安培。另一方面，电弧也可在相与零线之间出现，其中在这种情况下电弧电流的幅度可为几百安培。为了降低由于电弧而可能出现的危险，必须首先对电弧进行可靠地探测，从而在出现电弧时可触发相应的保护开关。从DE 20 2004 020 402 Ul中可以作为公知获悉一种用于识别干扰电弧的装置。 该装置尤其是用于识别汽车电网电缆的干扰电�。渲薪柚诳刂颇？椤诟每刂颇？橹斜４嬗胁煌惴ā龀龉赜诖シ⒈；た氐木龆�。这种用于识别干扰电弧的装置的缺点是观察到如下情况，即在该装置的情况下借助于复杂算法来识别或探测电弧。此外，该装置限于最大100A的电流强度。在家用布线系统中对于电弧通常出现的电流强度可以为1安培直至500A。
发明内容
本发明的任务因此是，提出用于探测开头所述类型电弧的电路装置以及方法，借助于该电路装置和该方法可以特别简单地和以高准确性在整个测量范围上探测电弧。该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的电路装置以及通过具有权利要求9的特征的用于探测电弧的方法来解决。本发明的有利构型与适宜的和不平凡的扩展在从属权利要求中说明。为了提出开头所述类型的电路装置和方法——借助于该电路装置和方法可以特别简单和以高测量准确性探测第一电流回路中的电�。荼痉⒚魃柚茫龅缏凡贾冒苡氲谝坏缌骰芈否詈系牡诙缌骰芈罚沟猛ü缁∧茉诘诙缌骰芈分胁藕拧� 第二电流回路包括第一放大器和至少一个第二放大器，其中所述第一放大器具有第一放大因子，并且所述第二放大器具有相对于第一放大因子较高的第二放大因子并且并行于第一放大器布置，使得所述信号能借助于所述第一和第二放大器放大。此外，所述第二电流回路包括分析单元，用于对第一放大器的第一输出信号和第二放大器的第二输出信号进行分析，其中在超过所述第二输出信号的电流强度的上限值时，由所述分析单元分析所述第一输出信号以探测电弧。换句话说设置了，通过电弧在第二电流回路中产生的信号由于相应的放大器划分到至少两个测量范围中。因此通过简单的方式实现在整个测量范围上的高的测量准确性并且可以可靠地探测到电弧。
在此在本发明进一步有利的构型中设置，能借助于所述分析单元通过所述第一输出信号和/或所述第二输出信号的电流强度的时间变化过程来证实电弧。由于电弧而产生电流强度的例如与交流电流信号的正弦形变化过程明显不同的典型时间变化过程。在电弧点燃之前，首先电压升高。在该时间期间没有电流流动并且因此电流强度的幅度为零。在电弧点燃之后，电流强度陡峭地升高。所述电流强度的时间变化过程中的典型特征同样可以在电弧熄灭时识别到。因此例如可以一方面使用其间电流在过零点之后或之前具有零值的时间来探测电弧。另一方面，可以分析所述电流强度的时间变化过程的边缘斜率。为了保证对电弧的可靠探测，必须一方面确保高的准确性并且另一方面确保高的时间分辨率。此外设置了，在超过第一输出信号的电流强度的下限值时，由分析单元对第二输出信号进行分析以探测电弧。由相对于第二放大器具有更低放大因子的第一放大器在其输出端处产生第一输出信号。如果在第一输出信号的情况下低于下限值，则对于可靠地探测电弧需要更高的测量准确性。由于低于极限值，对相对于第一放大器具有更高放大的第二放大器的第二输出信号进行分析。因此可以用高准确性来探测电弧的信号。同样可以设置，所述电路装置具有多于两个放大器。在该情况下可能提供多个测量范围，并且因此可能在必要时更可靠和更准确地进行对电弧的探测。在本发明的另外的构型中在此设置，所述第一电流回路与所述第二电流回路借助于第一电流回路中的第一绕组和第二电流回路中的第二绕组感应耦合。在此设置，所述第一绕组通过第一电流回路的电缆或线路实现，其中可以使用相线或者零线。为了将通过电弧在第一电流回路中产生的信号借助于感应耦合传输到第二电流回路，必须在第二电流回路中设置相应的次级绕组和绕组的相应的变换器芯。在此应当在第二电流回路中这样设计次级绕组以及必要时附加的负载，即所述变换器芯不会提早地到达其饱和区域并且因此可以在整个测量范围上线性地运行。但是同样还可以设想，第一电流回路与第二电流回路光学地、例如借助于光耦合器耦合。通过所述耦合，第一电流回路与第二电流回路电分离。这一方面所具有的优点是，所述电路装置的位于第二电流回路中的相应构件不由于在第一电流回路中因为电弧而可能出现的电流强度或电压的高幅度而受到保护。另一方面，可以将所述电路装置因此简单地布置在第一电流回路的任意位置处。本发明的另一实施方式在此设置了，所述第一电流回路是所述电路装置的部分。 在这里同样设置了，所述电路装置直接布置在第一电流回路中并且不位于与第一电流回路耦合的第二电流回路中。在此，此外有利地示出，所述分析单元针对所述输出信号中的每一个包括一个模数转换器。通过所述模数转换器将相应放大器的模拟输出信号转换成数字值。在此，必须这样选择模数转换器的相应分辨率，即可以用高准确性来检测相应的输出信号并且不由于例如通过噪声或测量准确性而可能出现的副效应而使测量结果歪曲。相应的模数转换器同样应当确保足够高的时间分辨率。应当这样选择模数转换器的扫描速率，即可以用足够高的时间分辨率来检测电弧的信号，以便可以可靠地探测到电弧。在此本发明的另一实施方式设置了，借助于所述分析单元来控制保护开关。在借助于所述电路装置或分析单元探测到电弧之后，可以控制相应的分离第一电流回路的保护开关。因此可以防止或至少减小由于电弧而可能产生的损坏。在此，在本发明的另一构型中设置，所述第二电流回路包括用于匹配所述信号的电流强度的偏移量的元件。通过该元件，可以为从第一电流回路传输到第二电流回路的所述信号添加或减去任意的偏移量。因此例如可以实现，所述信号只取正值。因此，必须将相应的放大器设计为仅放大正信号。出于该原因，可以更简单地构造并且因此成本更有利地实现所述电路。用于匹配所述信号的偏移量的元件例如可以借助于可调整的电流源或电压源来实现。前述结合本发明的电路装置所述的优点以同样的方式适用于根据权利要求9用于探测电弧的方法。该方法涉及用于探测电弧的所述电路装置。
本发明的另外的优点、特征和细节从以下对优选实施例的描述中以及根据附图来得出。唯一的附图在此示出用于探测电弧的电路装置的电路图。
具体实施例方式在该图中示出用于探测第一电流回路12中的电弧的电路装置10。第一电流回路 12、尤其是交流电网，在此示例性地通过两条线路14和16示出，其中线路14、16中的一条对应于零线并且另一线路14、16对应于相线。相线以及零线的该布置在这种情况下是任意的。第一电流回路12在该实施例中示出为单相的。但是，电路装置10同样可以用于三相布置的电流回路。第二电流回路18耦合到第一电流回路12上。该耦合例如可以感应地借助于第一电流回路12中的第一绕组20或初级绕组和第二电流回路18中的第二绕组22或次级绕组来进行。同样还可以在第一电流回路12与第二电流回路18之间设置每种其他形式的耦合， 例如光学耦合等等。通过该耦合，由第一电流回路中的电弧在第二电流回路中产生信号。在此示出的实施例中，第一电流回路12与第二电流回路18感应耦合。通过该耦合，在第二电流回路18中产生感应电压，该感应电压位于负载M上。电压借助于第一放大器沈和第二放大器28被放大，其中这两个放大器沈、观彼此并行地布置。因此，在第一放大器26的输出端30处产生第一输出信号并且在第二放大器观的输出端32处产生第二输出信号。位于放大器26、28的相应输出端30、32处的两个输出信号借助于分析单元34被分析。在此示出的实施例中设置，第一放大器沈具有第一放大因子并且第二放大器观具有第二放大因子，其中第二放大因子具有比第一放大因子高的放大因子。示例性地选择具有其相应放大因子的相应放大器26、28的布置，该布置同样可以颠倒。同样设置，该电路装置10具有多于两个放大器。第二绕组22和负载M必须这样确定大小，即在整个测量范围上线性信号从第一电流回路12传输到第二电流回路18。应当防止通过对第二绕组22或负载M确定大小而达到信号的饱和。所述测量范围在该示例中包括优选在IA直至400A范围中的电弧电流强度。通过借助于两个放大器沈、观及其相应放大因子对信号的并行放大，信号在该实施例中被划分到两个测量范围中。在超过第二放大器观的输出端32处的信号的上限值时，由分析单元34分析第一放大器沈的输出端30处的信号。因此，可以根据信号的幅度来分析相应的输出端30或者32，并且因此在整个测量范围上以高准确性来探测电弧。在这里所示的示例中，分析单元34包括微控制器。同样地，分析单元34应当为每个位于相应放大器沈或观的输出端30或32处的输出信号包括一个模数转换器。相应的模数转换器必须保证测量范围的以及信号的时间变化过程的相应分辨率。可以根据信号的时间变化过程、尤其是在第二电流回路18中产生信号的第一电流回路12中的电流强度的时间变化过程来探测电弧。作为对于电弧的标准可以一方面使用电流强度在达到过零点之后或在达到过零点之前保持在零值上的持续时间。另一可能性在于，将电流的时间变化过程的边缘斜率用作为对于电弧存在的标准。在用电路装置10探测到电弧以后，可以借助于分析单元34来控制在此未示出的保护开关，并且因此分离第一电流回路。因此可以防止或至少减少可能由于电弧而产生的线路14、16的损坏。因此也可以防止由于高的热负荷而可能产生的另外的间接损害、例如火灾。同样设置，第二电流回路18包括用于匹配信号的偏移量的元件36。因此可以为信号添加任意的偏移量。通过元件36例如可以达到的是，信号只取正值。因此可以将两个放大器沈和观设计为使得这两个放大器只放大正信号。因此，可以更简单地并且因此更成本有利地构成电路装置10。在所示实施例中，位于负载M上的电压可以推移任意的偏移量。元件36在这种情况下可以例如通过相应的电压源来实现。附图标记列表
10电路装置12电流回路14线路16线路18电流回路20绕组22绕组24负载26放大器28放大器30输出端32输出端34分析单元36元件。
权利要求
1.一种用于探测第一电流回路(12)中的电弧的电路装置(10)，具有-能与第一电流回路(12)耦合的第二电流回路(18)，使得通过电弧能在第二电流回路(18)中产生信号，-第二电流回路(18)中的第一放大器(26)，其中所述第一放大器(26)具有第一放大因子，-第二电流回路(18)中的至少一个第二放大器(28)，其中所述第二放大器(28)具有相对于第一放大因子较高的第二放大因子并且并行于第一放大器(26)布置，使得所述信号能借助于所述第一和第二放大器(沈、28 )放大，-所述第二电流回路(18)中的分析单元(34)，用于对第一放大器(26)的第一输出信号和第二放大器(28)的第二输出信号进行分析，其中-在超过所述第二输出信号的电流强度的上限值时，由所述分析单元(34)分析所述第一输出信号以探测电弧。
2.根据权利要求1的电路装置(10)，其特征在于，能借助于所述分析单元(34)通过所述第一输出信号和/或所述第二输出信号的电流强度的时间变化过程来证实电弧。
3.根据权利要求1或2的电路装置(10)，其特征在于，在低于所述第一输出信号的电流强度的下限值时，由所述分析单元(34)分析所述第二输出信号以探测电弧。
4.根据权利要求1至3之一的电路装置(10)，其特征在于，所述第一电流回路与所述第二电流回路(12)借助于第一电流回路(12)中的第一绕组(20)和第二电流回路(18)中的第二绕组(22)感应耦合。
5.根据权利要求1至4之一的电路装置(10)，其特征在于，所述第一电流回路(12)是所述电路装置(10)的部分。
6.根据前述权利要求之一的电路装置(10)，其特征在于，所述分析单元(34)针对所述输出信号中的每一个包括一个模数转换器。
7.根据前述权利要求之一的电路装置(10)，其特征在于，借助于所述分析单元(34)控制保护开关。
8.根据前述权利要求之一的电路装置(10)，其特征在于，所述第二电流回路(18)包括用于匹配所述信号的电流强度的偏移量的元件(36)。
9.一种用于探测第一电流回路(12)中的电弧的方法，所通过的是-耦合到所述第一电流回路(12)上的第二电流回路(18)，使得通过电弧在第二电流回路(18)中产生信号，-以第一放大因子放大第二电流回路(18)中的信号，-并行地以至少一个相对于第一放大因子更高的第二放大因子来放大第二电流回路 (18)中的信号，-在第二电流回路(18)中来分析通过对信号的第一放大形成的第一输出信号以及通过对信号的第二放大形成的第二输出信号，其中在超过第二输出信号的电流强度的上限值时，由分析单元(34)分析所述第一输出信号以探测电弧。
全文摘要
用于探测电弧的电路装置和方法。应安全识别1A与500A之间电流范围中的电弧。因此本发明涉及探测第一电流回路中的电弧的电路装置，具有能耦合到第一电流回路上的第二电流回路，使得通过电弧能在第二电流回路中产生信号;第二电流回路中的第一放大器，其中第一放大器具有第一放大因子;第二电流回路中的至少一个第二放大器，其中第二放大器具有相对于第一放大因子较高的第二放大因子并且并行于第一放大器布置，使得信号能借助于第一和第二放大器放大;第二电流回路中的分析单元，用于分析第一放大器的第一输出信号和第二放大器的第二输出信号，其中在超过第二输出信号的电流强度上限值时，由分析单元分析第一输出信号以探测电弧。
文档编号G01R31/00GK102539959SQ201110422969
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者A.许贝尔, J-M.马特尔 申请人:西门子公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
