專利名稱：電弧閃光檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的主題涉及電弧閃光(arc flash)檢測和減輕技術(shù)，并且具體地說，涉 及用于此目的的檢測裝置。
背景技術(shù)：
電力電路和開關(guān)裝置(switchgear)具有通過絕緣來分隔的導(dǎo)體。在一些區(qū)域中， 空氣空間常常用作此絕緣的部分或全部。如果導(dǎo)體相互太靠近，或者電壓超過絕緣屬性，則 在導(dǎo)體之間能發(fā)生電弧。導(dǎo)體之間的空氣或任何絕緣(氣體或固體電介質(zhì))能變得離子化， 使得它可傳導(dǎo)，從而使得能夠燃弧(arcing)。電弧溫度能高達(dá)20000°C，從而使導(dǎo)體和相鄰 材料汽化并釋放顯著的能量。電弧閃光是由于相-相、相-中性點(neutral)或相-地之間燃弧故障而造成的 迅速能量釋放的結(jié)果。電弧閃光能產(chǎn)生高熱量、強(qiáng)光、壓力波和聲波/沖擊波。然而，電弧 故障電流通常比短路電流小得多，因此，預(yù)期斷路器延遲的跳閘或不跳閘，除非斷路器選擇 成處理電弧故障狀況。例如國家環(huán)境政策法(ΝΕΡΑ)、職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)及電 氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的機(jī)關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)通過個人保護(hù)性衣服和設(shè)備來調(diào)控電弧閃光問 題，但沒有通過規(guī)定來確立消除電弧閃光的裝置。標(biāo)準(zhǔn)熔絲(fuse)和斷路器一般對電弧閃光的反應(yīng)不夠快。為了提供具有足夠迅 速響應(yīng)的安全機(jī)構(gòu)，存在例如電氣“撬棒(crowbar) ”的常見電弧閃光減輕裝置，其利用機(jī)械 和/或機(jī)電過程。例如，電氣撬棒是一種保護(hù)裝置，其有意使電路短路并因此將電能從電弧 閃光轉(zhuǎn)移開。然后，通過使熔絲或斷路器跳閘，并且關(guān)閉電力，清除由此創(chuàng)建的有意三相短 路故障。然而，此類有意的短路可允許從有意短路而產(chǎn)生顯著級別的電流。無論電弧減輕 機(jī)構(gòu)如何，本領(lǐng)域中存在對于一種能從正?；蝾A(yù)期操作來在電弧閃光事件之間進(jìn)行區(qū)分的 電弧閃光檢測布置的需要。輻射傳感器能用于檢測各種電磁譜體系中輻射的存在。然而，此類傳感器往往對 較低光級別敏感，因此，在用于檢測與電弧閃光事件相關(guān)聯(lián)的輻射時，將往往檢測非電弧閃 光輻射，即所謂的“妨擾光”，例如太陽光、閃光、室內(nèi)光及諸如此類，這些光在強(qiáng)度上從大約 500勒克司(Iux)(閃光)到大約2000勒克司(商業(yè)空間照明)到大約80000勒克司(直 接陽光)變化。勒克司是期望測量，因為勒克司與用于距離的測量計成比例。光源越遠(yuǎn)離傳感器， 強(qiáng)度減弱得越顯著。例如，如果假定為在延伸距離外的每個測量計將迫近光照在立方體的 容積上，則光的強(qiáng)度將按照距離的平方因子來減弱。大氣和障礙物能改變該估計。例如閃 光的一些光源消散較快，而陽光隨距離變化很小。通過使用勒克司作為在傳感器測量的光 的值，使用照度計(例如，勒克司計)來校準(zhǔn)和驗證傳感器輸出是可能的。另外，大多數(shù)傳感器在遠(yuǎn)低于將發(fā)射電弧閃光事件的級別下變得飽和。例如，典型 的電弧閃光事件將在可見譜中產(chǎn)生輻射，其中光通量在自電弧閃光事件的3-4英尺大約為 100000勒克司，而大多數(shù)點光傳感器在700勒克司或更低飽和。因此，存在對于在維持要求范圍中的靈敏度的同時在妨擾光和電弧閃光事件產(chǎn)生的輻射之間能進(jìn)行區(qū)別的輻射傳感 器的需要。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種電弧閃光檢測器包括光傳感器、與光傳感器通信的光 衰減過濾器、設(shè)置成支持光衰減過濾器和光傳感器的外殼以及與光傳感器通信的邏輯電 路。邏輯電路設(shè)置成接收光傳感器的輸出并設(shè)置成響應(yīng)光傳感器接收的光的預(yù)定強(qiáng)度而產(chǎn) 生輸出信號。光衰減過濾器設(shè)置成降低光傳感器接收的光的強(qiáng)度。外殼還設(shè)置成在固定方 向保持光傳感器和光衰減過濾器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)柜、機(jī)柜中的電路斷流器 及電弧閃光檢測器。電路斷流器置于機(jī)柜內(nèi)。電路斷流器包括布置用于連接到線路導(dǎo)體的 線路端子和布置用于連接到負(fù)載導(dǎo)體的負(fù)載端子，電路斷流器還包括連接到線路和負(fù)載端 子之一的第一接觸、連接到線路和負(fù)載端子的另一端子的第二接觸、連接到第一和第二接 觸至少之一以便選擇性地將第一和第二接觸放置在與彼此的接合中和脫離與彼此的接合 的操作機(jī)構(gòu)以及連接到操作機(jī)構(gòu)的跳閘裝置，使得跳閘裝置在跳閘時造成操作機(jī)構(gòu)使第一 和第二接觸分離。電弧閃光檢測器與跳閘裝置通信，并且設(shè)置成開動跳閘裝置以響應(yīng)電弧 閃光事件。電弧閃光檢測器包括光傳感器和光衰減過濾器，光衰減過濾器設(shè)置成降低光傳 感器接收的光的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明仍有的另一方面，一種電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)包括連接到光傳感器的邏輯 電路、覆蓋光傳感器使得環(huán)境光在到達(dá)光傳感器前衰減預(yù)定百分比的光衰減過濾器，邏輯 電路包括連接到包含計算機(jī)可執(zhí)行代碼的計算機(jī)可讀存儲媒體的處理器，所述計算機(jī)可執(zhí) 行代碼在由處理器讀取和執(zhí)行時，促使邏輯電路執(zhí)行方法。所述方法包括監(jiān)視光傳感器的 輸出信號，并在光傳感器的輸出信號超過預(yù)定級別時產(chǎn)生電弧閃光事件信號。 從結(jié)合圖得出的下面描述中，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更明白。


在說明書的結(jié)束在權(quán)利要求中特別指出視為本發(fā)明的主題，并明確要求其權(quán)利。 從結(jié)合附圖得出的以下詳細(xì)描述明白本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點，其中。圖1是根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的示意圖示。圖2是根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的示意圖示。圖3是根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的示意圖示。圖4是根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的示意圖示。圖5是其中可能使用根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的封閉式設(shè) 備機(jī)柜的示意圖示。圖6是圖6的設(shè)備機(jī)柜的示意圖示，其中門打開以示意示出其內(nèi)例如電路斷流器 的設(shè)備。圖7是包括根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng) 的示意圖示。圖8是斷流器已跳閘的圖7的電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)的示意圖示。
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圖9是包括根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器的電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng) 的示意圖示。圖10是斷流器已跳閘的圖9的電力設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)的示意圖示。詳細(xì)描述通過參照圖的示例來解釋本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
具體實施例方式如圖1中示意所示，根據(jù)本文中公開的一實施例的電弧閃光檢測器100包括光衰 減過濾器110、光傳感器120和邏輯電路130。環(huán)境光進(jìn)入光衰減過濾器110，該過濾器將環(huán) 境光按照預(yù)定的百分比來衰減。衰減的環(huán)境光從光衰減過濾器110傳播到光傳感器120。 如果衰減的環(huán)境光具有足夠的強(qiáng)度以使光傳感器120飽和，則光傳感器120將輸出信號發(fā) 送到邏輯電路130。邏輯電路130評估光傳感器120的輸出信號，并且如果它確定電弧閃光 事件已發(fā)生，則產(chǎn)生其自己的輸出信號。邏輯電路130的輸出信號隨后由另一裝置用于停 止電弧閃光，警告操作員和/或采取其它動作。例如，光傳感器可通過與其連接的電源來供 電。此外，電源可以與向所述電源供應(yīng)電壓的線路電壓通信(例如，線路電壓也可以供應(yīng)到 其中可發(fā)生電弧閃光的斷路器)。邏輯電路也可與線路電壓通信(通過該電源或另外的電 源)，并且如果電弧存在，則邏輯電路將信號傳送到處理器(為了簡明，未示出)，處理器確 定是否有電弧閃光事件存在。處理器可具有也尋找其它特性的與(AND)操作數(shù)，這些特性 也可指示電弧閃光，例如電流、聲音、壓力、熱量或由任何其它合適傳感器提供的其它合適 參數(shù)。然而，要注意的是，邏輯電路可在電路設(shè)計中為簡明而僅如圖所示般使用以及與所述 處理器組合來使用。如上所指出的，光衰減過濾器110降低環(huán)境光的強(qiáng)度(以光通量或勒克司的單位 來測量)，按預(yù)定或期望百分比來照射光傳感器120。此衰減允許檢測器100在妨擾光與電 弧閃光事件之間進(jìn)行區(qū)別。要注意的是，兩個已知光源可能太亮，以致光過濾將不成功，例 如，太陽光和更近以來的某些斷路器(例如，帶有開式透氣(open venting))。另外，電弧閃 光與從開式透氣斷路器發(fā)射的光相比往往具有更廣范圍的光，因此，過濾可以成功。關(guān)于百 分比，預(yù)定或期望百分比選擇成使得只有超過預(yù)定級別的光能到達(dá)光傳感器。光的預(yù)定級 別基于實現(xiàn)光傳感器120的飽和所需的光的量。因此，對于具有700勒克司的飽和點的光傳 感器120，預(yù)定百分比應(yīng)允許在電弧閃光事件期間至少700勒克司通過光衰減過濾器110。 在此確定中，最小電弧閃光光輸出級別能用于確保所有電弧閃光事件將使光傳感器120飽 和。雖然直接的太陽光能強(qiáng)達(dá)80000勒克司，但它不可能在典型使用環(huán)境中照射檢測器，因 此，在實施例中，例如大約50000勒克司的更低最小強(qiáng)度足以在消除妨擾光的檢測的同時 檢測到所有電弧閃光。在其它實施例中，大約10000勒克司的最小強(qiáng)度是有效的。在實施例中，根據(jù)采用的光傳感器和要檢測的最小光強(qiáng)度，衰減的預(yù)定百分比在 從大約30%到大約99. 9999%之間。在一實施例中，衰減的預(yù)定百分比從大約90. 0%到大 約99.6%，從而允許環(huán)境光的從大約0.4%到大約10%照射光傳感器120。因此，在產(chǎn)生 100000勒克司的電弧閃光10中，只有從大約400勒克司到大約10000勒克司照射光傳感器 120。在另一實施例中，預(yù)定百分比是從大約96. 0 %到大約99. 0 %，從而允許環(huán)境光的從大 約到大約4%照射光傳感器120。因此，在產(chǎn)生100000勒克司的電弧閃光事件10中，只 有從大約1000勒克司到大約4000勒克司照射光傳感器120。
在實施例中，用于光衰減過濾器110的合適材料是焊接遮光物(welding shade) 材料。焊接遮光物在衰減的范圍中可用，如表1中所示。在表1中，衰減以表示允許通過遮 光物的光的百分比的透射率來表達(dá)。
權(quán)利要求
一種電弧閃光檢測器(100)，包括光傳感器(120)；光衰減過濾器(110)，與所述光傳感器(120)通信，所述光衰減過濾器(110)設(shè)置成降低由所述光傳感器(120)接收的光的強(qiáng)度；外殼(140)，設(shè)置成支持所述光衰減過濾器(110)和所述光傳感器(120)，所述外殼(140)還設(shè)置成在固定方向保持所述光傳感器(120)和所述光衰減過濾器(110)；以及邏輯電路(130)，與所述光傳感器(120)通信，所述邏輯電路(130)設(shè)置成接收所述光傳感器(120)的輸出并設(shè)置成響應(yīng)由所述光傳感器(120)接收的光的預(yù)定強(qiáng)度而產(chǎn)生輸出信號(131)。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述光傳感器(120)是光電二極 管、光電晶體管或光到電壓裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，還包括所述光傳感器(120)與所述光 衰減過濾器(110)之間設(shè)置成在預(yù)定距離將所述光衰減過濾器(110)粘附到所述光傳感器 (120)的粘合劑層。
4.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，還包括所述光傳感器(120)與所述光 衰減過濾器(110)之間的光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)設(shè)置成將來自所述光衰減過濾器(110)的衰 減光引導(dǎo)到所述光傳感器(120)的感測表面。
5.如權(quán)利要求4所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述光波導(dǎo)是光纖電纜、半透明粘 合劑、透明粘合劑或光學(xué)透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述光衰減過濾器(110)在從大 約0. 4%到大約8. 5%的范圍中衰減通過其的光。
7.如權(quán)利要求6所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述光衰減過濾器(110)在從大 約1. 2%到大約3. 2%的范圍中衰減通過其的光。
8.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述光衰減過濾器包括3到6的 等級范圍中的焊接遮光物材料。
9.如權(quán)利要求1所述的電弧閃光檢測器(100)，其中所述邏輯電路(130)設(shè)置成接收 指示線路電流的線路電流信號，并且還設(shè)置成使用所述線路電流信號來確定是否電弧閃光 事件已經(jīng)發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明名稱為電弧閃光檢測。一種電弧閃光檢測器(100)包括光傳感器(120)、與光傳感器(120)通信的光衰減過濾器(110)、設(shè)置成支持光衰減過濾器(110)和光傳感器(120)的外殼(140)以及與光傳感器(120)通信的邏輯電路(130)。邏輯電路(130)設(shè)置成接收光傳感器(120)的輸出并設(shè)置成響應(yīng)光傳感器(120)接收的光的預(yù)定強(qiáng)度而產(chǎn)生輸出信號。光衰減過濾器(110)設(shè)置成降低光傳感器(120)接收的光的強(qiáng)度。外殼(140)還設(shè)置成在固定方向保持光傳感器(120)和光衰減過濾器(110)。
文檔編號H02H3/00GK101938108SQ201010226990
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者G·W·羅斯克 申請人:通用電氣公司