CN103250316A

CN103250316A - 包括中性电流传感器的多极闪络故障断路器

Info

Publication number: CN103250316A
Application number: CN2011800551460A
Authority: CN
Inventors: 加里·W·斯科特; 保罗·A·里德
Original assignee: Schneider Electric USA Inc
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: WO2012067750A1; CN103250316B; US20120119751A1; US8542021B2; EP2641311B1; BR112013011931A2; EP2641311A1; BR112013011931B1

Abstract

提供了用于至少具有承载从源到负载的彼此异相的AC电流的第一和第二线路导线以及公共中性导线的配电系统的故障探测系统。系统包括闪络故障电流传感器，其包括缠绕在中空芯上并耦合到这两个线路导线的线圈，使得在线路导线中的电流在中空芯内部在相反的方向上流动，因而在线圈中引起作为线路导线中的电流的差的函数的输出信号。中性电流传感器产生表示中性导线中的电流的幅值和相方向的输出信号。闪络故障探测电路包括被编程为执行下列操作的处理器：（1）响应于第一输出信号中的变化来分析第二输出信号以确定第一输出信号中的变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，（2）如果答案是肯定的，则确定用于调节第一输出信号的值的比例因子，以及（3）分析经调节的第一输出信号以确定闪络故障是否出现并响应于探测到闪络故障而产生跳闸信号。

Description

包括中性电流传感器的多极闪络故障断路器

发明领域

本发明涉及能够探测接地故障和闪络故障的多极断路器。

发明背景

当必须或期望同时中断两个或多个电源导线中的电流的流动时，使用多极断路器。一个例子是广泛用于遵从多线分支电路中的所有未接地导线都同时被断开的要求的两极断路器。在120/240V电源电路中，例如两个线路导线可连接到单个240V负载例如电炉或两个单独的120V负载，且因此断路器必须能够同时断开这两个线路导线。能够探测接地故障和闪络故障的二极断路器在一段时间是已知的，但这些断路器对这两个线路导线通常需要单独的电流传感器。

概述

根据一个实施方式，提供用于具有至少第一和第二线路导线以及公共中性导线的配电系统的故障探测系统，第一和第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流。系统包括闪络故障电流传感器，其包括缠绕在中空芯上并耦合到这两个线路导线的线圈，使得在线路导线中的电流在中空芯内部在相反的方向上流动，并因而在线圈中引起作为线路导线中的电流的差的函数的第一输出信号。中性电流传感器产生表示中性导线中的电流的幅值和相方向的第二输出信号。闪络故障探测电路接收第一输出信号，并包括接收第一和第二输出信号的处理器，该处理器被编程为执行下列操作：（1）响应于第一输出信号中的变化来分析第二输出信号以确定第一输出信号中的变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，（2）如果答案是肯定的，则确定用于调节第一输出信号的值的比例因子，以及（3）分析经调节的第一输出信号以确定闪络故障是否出现并响应于探测到闪络故障而产生跳闸信号。

系统还可包括接地故障电流传感器和探测电路。接地故障探测电路从接地故障电流传感器接收输出信号，并响应于探测到接地故障而产生跳闸信号。线到地故障在接地故障传感器上产生电压，但线间故障或线到中性线故障不在接地故障传感器上产生电压。

一个特定的应用是用于三线单相120V到中性线、240V线间AC配电系统中的两极断路器，其中在两个120伏线中的电流彼此异相180°。故障探测系统感测在包含中性导线的两极断路器的一个或两个电路或极中的闪络电流的存在，并通过断开这两个120伏线来使电弧熄灭，这两个120伏线也是240伏线。

从线到中性线出现的并联闪络故障被感测为大电流波动（通常比电路的连续电流额定值大三倍）。算法通过来自闪络故障电流传感器和中性电流传感器的输出信号中的同等的波动的存在来确定电弧在线到中性线电路中。在中性电流传感器的输出信号中的无电流波动指示任何电弧在线间出现，且算法将适当的比例因子应用于来自闪络故障电流传感器的信号。

根据本公开的另一方面，公开了计算机程序产品。计算机产品包括一个或多个非短暂有形介质，具有体现在其中的计算机可读程序逻辑。计算机可读程序逻辑配置成被执行来实现用于探测具有至少第一和第二线路导线以及公共中性导线的配电系统中的故障的方法，第一和第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流。该方法包括产生作为第一和第二线路导线中的电流的差的函数的第一信号，以及产生表示所述中性导线中的电流的幅值和相方向的第二信号。该方法还包括响应于第一信号中的变化来分析第二信号以确定第一信号中的变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，以及如果答案是肯定的，则确定用于调节第一信号的值的比例因子，并接着分析经调节的第一信号以确定闪络故障是否出现。

根据本公开的另一方面，公开了用于探测具有至少第一和第二线路导线以及公共中性导线的配电系统中的故障的方法，第一和第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流。该方法包括产生作为第一和第二线路导线中的电流的差的函数的第一信号，以及产生表示所述中性导线中的电流的幅值和相方向的第二信号。该方法还包括响应于第一信号中的变化来分析第二信号以确定第一信号中的变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，以及如果答案是肯定的，则确定用于调节第一信号的值的比例因子，并接着分析经调节的第一信号以确定闪络故障是否出现。

鉴于参考附图进行的各种实施方式的详细描述，本发明的前述和额外方面将对本领域中的普通技术人员是明显的，接下来提供附图的简要描述。

附图的简要描述

参考附图从优选实施方式一起的下面的描述中将更好地理解本发明，其中：

图1是配备有双极断路器的三线单相120V到中性线、240V线间AC配电系统的示意图。

图2是闪络故障电流传感器和中性电流传感器的对照彼此绘制的输出的曲线图，两个信号被表示为额定电流的倍数。

图3是利用图1的传感器布置的故障探测系统的更详细的功能方框图。

详细描述

虽然将关于某些优选实施方式描述本发明，将理解，本发明不限于那些特定的实施方式。相反，本发明旨在涵盖可包括在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有可选形式、修改和等效布置。

在图1中，一对120伏电源10a和10b经由三条线L1、L2和N连接到一个或多个电力负载11。电源10a和10b一般由降压变压器的中心抽头次级绕组提供，降压变压器具有从公用事业输电线接收输入电压的初级绕组。次级绕组的中心抽头连接到接地中性线N，且次级绕组的相对端连接到线L1和L2。该布置形成横跨线L1和N的第一120伏电源、横跨线L2和N的第二120伏电源以及横跨线L1和L2的240伏电源。这三个电源中的每个是单相的，且这两个120电源是彼此180°异相的。这些是一般提供给美国电力的住宅和小商业用户的三种电源。

断路器的跳闸机构12耦合到在源10a、10b和负载11之间的线L1、L2和N，用于在各种类型的故障在电源电路中被探测到时断开两对触头13a、13b和14a、14b。这样的故障的例子是接地故障例如线L2到地的故障F1、并联闪络故障例如在L1和L2之间的故障F2、以及在线L2和中性线之间的故障F3、以及可由在任一线中的松开的连接、断掉的导线或磨损的绝缘引起的串联闪络故障。

为了探测例证性系统中的接地故障，接地故障电流传感器20耦合到所有三条线L1、L2和N。所有三个导线L1、L2和N穿过环形芯21以在该芯上形成单匝初级绕组。这三个导线L1、L2和N中的电流I_L1、I_L2和I_N分别在次级绕组22中感应出电流I_gf。感应电流的幅值是：

I_gf=I_L1 ⁺I_L2 ⁺I_N

当接地故障出现时，在次级绕组22中感应出的净电流I_gf增加到可由控制器30探测到的电平，如在本领域中公知的。在没有接地故障时，在次级绕组22中感应出的净电流I_gf为零或接近零。接地故障传感器20感测不穿过这三条线之一返回的任何电流。通常铜绕组围绕可磁化芯，该可磁化芯具有大于大约5000的高磁导率和大到足以使两个相线L1和L2以及一个中性线N穿过的窗口，类似于在Brown的美国专利7,079,365中描述的接地故障传感器，该专利被转让给本发明的受让人。接地故障信号通常引起瞬时跳闸。

如在图1中所示的，控制器30包括接地故障探测电路31和闪络故障探测电路32。这两个电路31和32优选地共享公共处理器，用于分析其相应的输入信号以探测故障的出现。

当故障状况由探测电路31和32中的任一个探测到时，控制器30产生启动机械地耦合到在两对触头13a、13b和14a、14b的每对中的可移动触头的跳闸机构12的跳闸信号，以断开线L1和L2。跳闸机构一般包括具有耦合到可移动触头中的一个或两个的螺线管，当螺线管电枢耦合到可移动触头中的仅仅一个时，可移动触头可机械地耦合到彼此。如在断路器中常规的，可移动触头也可被手动断开，且一般可只通过手动操作闭合。

接地故障探测电路31可以是用于响应于探测到接地故障而产生跳闸信号的常规电路。在美国专利7,193,827中描述了这样的接地故障探测电路的一个例子，该专利被转让给本发明的受让人。在该专利中描述的探测电路只使用单个电流传感器探测接地故障和接地中性线。一般热磁电流感测部件例如双金属超负载和瞬时磁锁存器也可能存在。

为了探测例证性系统中的闪络故障，两条线L1和L2耦合到共享故障电流传感器40，其包括由低磁导率的磁性材料组成的芯41以形成di/dt传感器。穿过芯41的线L1和L2的节段在相对侧上进入和退出芯的内部，使得在这两个导线L1和L2中流动的电流对缠绕在芯41上的次级绕组42有相同的影响。具体地，如图1所示，穿过芯41的导线L1的节段的源端L1a在芯41的顶部处，且导线L1的该节段的负载端L1b在芯41的底部处。对于导线L2，穿过芯41的导线L2的节段的源端L2a在芯41的底部处，且导线L1的该节段的负载端L2b在芯41的顶部处。

在这两个线路导线L1和L2中的电流彼此异相180°。然而，因为在芯41内的两条线L1和L2的节段中的异相电流在相反的方向上流动，它们都在次级绕组42中在同一方向上感应出电流。因此，当线间闪络故障出现时，在次级绕组42中感应出的信号的振幅通过在芯41内的两个线电流的额外效应而增加。芯41优选地具有低水平磁导率，使得在次级绕组42中感应出的信号是di/dt信号，且来自次级绕组42的最终输出信号是在该绕组中由在穿过芯41的两个线路导线L1和L2的节段中流动的电流感应出的两个di/dt信号的差。线间电弧将产生两倍于线到中性线电弧的信号。在线间负载电路中的串联电弧将产生两倍于在线到中性线负载电路中的串联电弧的信号。

共享的闪络故障di/dt传感器芯41具有足够数量的绕组匝以允许传感器和相关的滤波器部件产生在断路器的特定电流范围上的适当的输出信号。例如，电弧可被探测到的有用的电流范围可大约为3到1000安培。（可探测低至5毫安的接地故障。）传感器40感测在电流的两个相中的波动，且不在高达瞬时磁性跳闸部件的跳闸电平（例如，高达电路的连续电流额定值的15倍，其为断路器设计成在没有过热或机械过应力的情况下连续地承载的电流）的电流范围上磁性地饱和。传感器40通常是缠绕在具有小于大约300mu（空气=1）的低磁导率和大到足以使两个相线穿过的窗口的可磁化芯周围的铜。输出信号是等于穿过窗口的两个相的di/dt的时间导数信号。这个输出信号可以时间积分到I_saf，即，实际电流值。

在一个例子中，闪络故障传感器40是具有在10到100mu的范围内的磁导率的环形线圈型传感器，在绕组42中有200到1000匝。传感器的可选结构包括多部分芯和线圈，其在被组装时形成单个传感器以及还有霍尔效应的或类似的巨磁电阻（“GMR”）传感器。三极电弧故障断路器的额外配置可使用两个di/dt电流传感器而不是通常预期的三个传感器。

当闪络故障出现时，在次级绕组42中感应出的电流的因而产生的高频分量使故障感测电路32能够探测闪络故障的出现，如在本领域中公知的。闪络故障探测电路包括被编程为分析来自线圈42的第二输出信号并响应于闪络故障的探测而产生跳闸信号的处理器。在美国专利7,345,860中描述了这样的闪络故障探测电路的一个例子，该专利被转让给本发明的受让人。

为了探测电弧故障信号是来自通过di/dt传感器40的一个匝或相还是两个匝或相，中性电流传感器50使用由图1的电阻器R1表示的中性线的内在阻抗。中性电流传感器由低电阻（例如，0.0005欧姆）分流导线组成，分流导线在20安培的中性电流下产生低电压（例如，10毫伏），并在必要时可承载全短路电流而没有破坏。可选地，中性电流传感器可以是给出中性电流的幅值的指示的电感器。中性电流传感器的主要目的是指示中性线N中的电流的电平和相方向。这使用于电弧探测的算法能够使用下面的方程来确定闪络故障信号可能是由于线到中性线故障还是线间故障：

I_LI=1/2(I_saf-I_N)

I_L2=-1/2(I_saf+I_N)

确定来自共享闪络故障传感器40的输出信号中的变化是可归因于在线间负载中的电流中的变化还是在线到中性线负载中的电流中的变化很重要，使得来自传感器40的输出信号可被正确地按比例调整以准确地表示在变化出现的电路中的电流的实际幅值。来自中性电流传感器50的信号使这个确定变得可能，因为在中性导线中流动的电流（I_N=-I_LI-I_L2）在传感器40所探测到的电流变化只由线间电路中的电流中的变化引起时将为零，且在传感器40所探测到的电流变化只由单线到中性线电路中的电流中的变化引起时将等于传感器40所探测到的电流。因此，来自中性电流传感器50的信号的幅值可在用于在由来自传感器40的输出信号表示的值被用于在算法中确定闪络故障是否被探测到之前，确定什么比例因子（SF）应当应用于该值。

当中性导线中的电流为零时，选择0.5的比例因子SF，而当中性导线中的电流等于闪络故障电流传感器40所探测到的电流时，选择1.0的比例因子SF（即，没有比例调整）。当来自中性电流传感器50的输出信号表示在零和闪络故障电流传感器40所探测到的电流的幅值之间的中性电流幅值时，选择在0.5和1.0之间的比例因子SF。当中性电流或其波动与线电流的幅值比较具有低幅值时，闪络可能是由于线间电流引起的，且因此0.5的比例因子应用于来自共享闪络故障传感器40的输出信号，即，SF=0.5(1+I_N/I_saf)。当中性电流具有较高的幅值时，类似于相电流的幅值，则闪络可能是由于单相线（即，线L1或L2）引起的，且因此来自共享闪络故障传感器40的输出信号保持按1.0的比例调整。对于可能的串联闪络故障，比例因子对于所有的信号保持在1.0，假定I_N和I_saf的和小于额定电流的6倍。

并联闪络故障是在线间或线到中性线出现的电弧，并可能是额定电流的至少三倍，其将被称为“3X电流”。3X闪络故障电流如果从线到中性线出现则由di/dt传感器感测为3X电流，或如果在线间出现则被感测为6X电流。

用于确定闪络故障是否出现的闪络故障算法一般需要线电流以及负载的功率因子的估计。共享电弧故障传感器40的性质是，穿过在线间连接的负载的电流将在共享闪络故障传感器中产生两倍于穿过线到中性线负载的电流的信号。在负载是线到中性线和线间负载的混合的情况下，与可能的闪络事件相关的电流的一部分可被估计。图2示出0.5到1.0的比例因子，其可被共享闪络故障传感器40的输出信号相乘以校正由该传感器探测的线间电流。这个比例因子应用于表示至少3X额定相电流的电流信号。

当中性电流为零时，闪络信号被已知是完全由于线间闪络或具有线间负载的串联电弧。因而产生的闪络信号因此由0.5调整，以考虑到通过传感器的两匝的2x信号倍增器。

当中性电流的幅值等于时间积分共享闪络故障传感器输出信号时，闪络信号被已知是完全由于单线到中性线间电弧或负载，且因此1.0的比例因子应用于传感器输出信号。

当中性电流幅值的幅值在零和来自共享闪络故障传感器的时间积分输出信号的幅值之间时，闪络信号被分配给两个可能的相电流的较差情况（较大），且算法基于图2的比例因子计算电弧概率。

图2是对照I_N绘制的I_saf的曲线图，这两个信号被表示为额定电流的倍数。在右边垂直轴上的标度和图2中的线B是满足方程SF=0.5(1+I_N/I_saf)所需的SF值。如图2所示，该比例因子SF只应用于落在“并联故障区”内的I_saf值，该并联故障区是在线A之下、在线B与右边垂直轴之间的区域。线A表示I_N=I_saf，而线B表示(I_N+I_saf)=6。

在线A之上的区域被表示为“可能的配线错误区”，因为由中性电流传感器20感测的电流比闪络故障传感器40所感测的电流具有额定电流的更高倍数，这指示闪络故障不存在，但配线错误可能存在。

在线A之下和在线B左边的区域被表示为“串联故障区”，因为由中性电流传感器20和闪络故障电流传感器40感测的电流的倍数的和小于6(I_N+I_saf<6)，这指示所存在的任何闪络故障可能是串联闪络故障，而不是并联闪络故障。因此，对落在这个区域中的所有I_saf值使用1.0的比例因子。在共享闪络故障电流传感器40中的两个有效匝对在线到中性线负载中或线间负载中出现的一般串联电弧自动产生同一电平的信号。

串联电弧具有强加与在负载两端的总电压降串联的电压波动的特性。在线到中性线连接的负载电路中的串联电弧电流的因而产生的电流波动是线间电路中的电流波动的两倍大。在串联电弧中的小1伏变化引起在线到中性线120伏电路中的电流变化或di/dt，其为在类似的线间240伏负载电流中的电流变化的两倍。

在线到中性线电弧期间通过di/dt传感器的一匝、但在线间电弧期间通过传感器的两匝，来感测在串联连接中出现的闪络事件。匝的效应是在线间电路中使串联电弧信号乘以二。这意味着在串联电弧中的1伏波动将在di/dt传感器中产生相同的信号，而不考虑电路是包含线间负载还是线到中性线负载。

在“并联故障区”内，I_N和I_saf的组合值指示潜在的闪络故障，且因此在这个区中的SF值用于调节I_saf的时间积分值（在它在用于确定闪络故障是否出现的算法中被使用之前）。通常，来自传感器40的至少为额定电流的3倍的输出信号将被认为是闪络故障，如果该电流的“识别特征”以另外方式满足对闪络故障的标准。然而，当传感器40所探测的电流穿过线间负载时，来自传感器40的输出信号将具有两倍于穿过线到中性线负载的电流所产生的幅值的幅值。这是因为由闪络故障产生的电流变化出现在具有线间负载的两条线L1和L2中，但在具有线到中性线负载的线中的仅仅一个（L1或L2）中。

例如，如果闪络故障传感器40产生当被时间积分时表示200A的电流I_saf的信号且中性电流传感器产生表示60A的电流I_N的信号，且断路器的额定电流为20A，则I_saf是额定电流的10倍，而是I_N额定电流的3倍。如可从图2中看到的，本例的比例因子SF是0.65（由图2中的“x”标识），且因此I_saf的200A值在用于确定闪络故障是否出现的算法中被使用之前乘以0.65。换句话说，由那些算法使用的值I_saf是130A而不是200A。

当来自中性电流传感器50的输出信号表示在零和闪络故障传感器40所探测的电流之间的中性电流幅值时，在这两个传感器40和50的输出中的变化的方向可用于使所探测到的并联闪络与这两条线L1和L2之一相关。具体地，来自中性电流传感器50的中性电流信号中的增加在来自闪络故障传感器40的输出信号减少的情况下将与线L1相关，而在来自闪络故障传感器40的输出信号增加的情况下将与线L2相关。类似地，来自中性电流传感器50的中性电流信号中的减少在来自闪络故障传感器40的输出信号增加的情况下将与线L1相关，而在来自闪络故障传感器40的输出信号减少的情况下将与线L2相关。

作为另一改进，来自中性电流传感器50的信号可用于确定闪络故障是在120伏电路中还是在240伏电路中，使得不同的算法可被利用。例如，如果闪络故障在240伏电路中，则所利用的算法可以比用于120伏电路中的闪络故障的算法使断路器更快地跳闸。（现有的标准例如UL1699对闪络故障电流的更高水平规定更快的跳闸。）如果来自中性电流传感器50的信号指示可能的闪络且在与来自闪络故障传感器40的信号同相波动，则闪络故障在120伏电路中。120伏电路算法用于分析由来自中性电流传感器的输出信号所表示的电流的极性指示的是哪个线电流，且没有比例因子应用于来自闪络故障传感器40的输出信号。如果来自中性电流传感器50的信号指示电流在中性导线中流动而不波动，则闪络故障在240伏电路中。240伏电路算法被用于使用0.5的比例因子分析来自闪络故障传感器40的输出信号。

图3是利用图1的传感器布置的故障探测系统的更详细的功能方框图。在一个实施方式中，接地故障传感器电路31的部件和闪络故障传感器电路32的闪络故障电路探测器设置在专用集成电路（ASIC）60上。来自ASIC60的适当输出信号被馈送到微控制器或微处理器61，其基于由ASIC60提供的信号的分析和进一步处理而做出关于是否发送跳闸信号的决定。该跳闸信号用于启动跳闸机构12。

宽带噪声探测器62包括接收来自di/dt传感器40的电流信号的变化率的一个或多个带通滤波器电路63。这些电路63所通过的频带被选择成实现探测在频带中的宽带噪声的存在，其表示闪络故障特有的频谱。每个带通滤波器电路63向信号探测器电路64馈送经滤波的信号，包括来自di/dt传感器的输入信号的、落在其相应的带通频带内的那些分量。

传感器40的输出也可馈送时间积分或积分器电路65。积分器可以是跟随有放大积分器的无源电阻器-电容器电路，其输出与AC电流成比例。积分器65提供信号以由模数A/D转换器66采样。在一个实施方式中，A/D转换器66的输出是表示以每半周期32个样本的速率的电流的一系列8位（最小）值。A/D转换器可以是微控制器61的一部分。当频率从标称值飘移时，在零交叉探测电路67处探测的电压零交叉之间的时间使用内部定时器来测量并用于改变采样率以实现每周期不变数量的样本。零交叉探测电路67从电压传感器71接收电压信号。

宽带噪声探测器62确定在两个或多个频带中是否同时有触发电平信号。为了完成此，来自di/dt传感器40的信号的一部分被按规定路线发送到带通滤波器63。带通滤波器的最小数量是二。在从10kHz到100kHz的频谱中选择滤波器的频带。在一个例子中，对于双频带实现，中心频率是33kHz和58kHz。在本例中，来自带通滤波器63的输出信号被探测（整流）并使用具有5kHz的拐点频率的低通滤波器来过滤。每个频带的信号输出被按规定路线发送到比较器（信号探测器）64，其中它与参考电压电平比较，且如果是足够的，则引起输出脉冲。通过分析应用的非闪络负载产生的识别特征来确定产生来自比较器的输出脉冲所需的来自每个频带的信号的“触发电平”。每当多个滤波频带同时接收在其频带中的触发信号时，额外的比较器（与门）用于发送脉冲。指示在多个频带中的信号采集的因而产生的脉冲由微控制器61计数并在一些电弧探测算法中使用。

术语“带通滤波器”、“比较器”、“与门”和“积分器”的使用并不将本发明限制到这些设备的硬件等效形式。这些功能的软件等效形式可被实现，假定（来自传感器40的）di/dt信号首先被放大并转换成数字值。

在例证性实施方式中，电压传感器71可被实现为电阻分压器（未示出），其提供与固态逻辑设备兼容的减弱的电压电平。零交叉电路67可使用低通滤波器（拐点频率1kHz）和比较器来实现以在电压高于零伏时提供数字“1”而在电压低于零伏时提供数字“0”。微控制器61接受逻辑电平并合并定时器，以确定系统频率是否从以前的周期增加或减小。A/D采样率接着被调节得更快或更慢，以维持每周期64±1个样本。

接地故障传感器电路31馈入绝对值电路68，其将负向信号转变成正信号并使正向信号不变地通过。正信号接着被提供到微控制器61。

图3示出用于执行上述操作的ASIC60的一个实施方式。可在美国专利6,246,556中找到ASIC60和等效电路的另外的细节，该专利被转让给本发明的受让人。可在美国专利6,259,996中找到关于用于分析电流波形和宽带噪声以确定闪络是否存在的算法的细节，该专利被转让给本发明的受让人。

虽然示出和描述了本发明的特定实施方式和应用，应理解，本发明不限于本文公开的精确结构和组成，以及从前述描述中，各种修改、改变和变更可能是明显的，而不偏离如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于配电系统的故障探测系统，所述配电系统具有至少第一线路导线和第二线路导线以及公共中性导线，所述第一线路导线和所述第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流，所述系统包括：

闪络故障电流传感器，其包括缠绕在中空芯上并适于耦合到两个所述线路导线的线圈，使得在所述线路导线中的电流在所述中空芯内部在相反的方向上流动，并因而在所述线圈中引起作为所述线路导线中的电流的差的函数的第一输出信号，

中性电流传感器，其产生表示所述中性导线中的电流的幅值和相方向的第二输出信号，

闪络故障探测电路，其接收所述第一输出信号，并包括接收所述第一输出信号和所述第二输出信号的处理器，并且所述处理器被编程为执行下列操作：

响应于所述第一输出信号中的变化来分析所述第二输出信号以确定所述第一输出信号中的所述变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，以及如果答案是肯定的，则确定用于调节所述第一输出信号的值的比例因子，以及

分析所述经调节的第一输出信号以确定闪络故障是否出现。

2.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述配电系统具有额定电流，所述处理器被编程为比较由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的电流与所述额定电流，并且只有当由所述第一输出信号表示的所述电流超过所述额定电流的量为所述额定电流的倍数且所述倍数与由所述第二输出信号表示的所述电流超过所述额定电流的倍数至少一样大时才分析所述第二输出信号。

3.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述配电系统具有额定电流，所述处理器被编程为比较由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的电流与所述额定电流，并且只有当由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的所述电流超过所述额定电流一预定的量时才分析所述第二输出信号。

4.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述处理器被编程为确定比例因子，所述比例因子是一加所述第二输出信号与所述第一输出信号之比的和的一半。

5.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述处理器被编程为确定所述第一输出信号中的所述变化是否只归因于线间电路中的电流中的变化，且如果答案是肯定的，则将所述第一输出信号的值减小50%。

6.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述处理器被编程为确定所述第一输出信号中的所述变化是否只归因于线到中性线电路中的电流中的变化，且如果答案是肯定的，则分析所述第一输出信号而不做任何调节，以确定闪络故障是否出现。

7.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述配电系统包括至少一个120伏电路和至少一个240伏电路，且所述处理器被编程为分析所述第一输出信号和所述第二输出信号以确定所述第一输出信号中的变化是归因于所述120伏电路中的电流中的变化还是所述240伏电路中的电流中的变化。

8.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述处理器被编程为基于所述第二输出信号在线到中性线故障出现时比在线间闪络故障出现时具有更大的幅值，使用所述第二输出信号的幅值来确定所探测的闪络故障是线到中性线闪络故障还是线间闪络故障。

9.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述配电系统具有额定电流，所述处理器被编程为比较由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的电流与所述额定电流，并且当由所述第二输出信号表示的所述电流超过所述额定电流的量为所述额定电流的倍数且所述倍数比由所述第一输出信号表示的所述电流超过所述额定电流的倍数大时，确定潜在的配线误差。

10.如权利要求1所述的故障探测系统，其中所述配电系统具有额定电流，所述处理器被编程为比较由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的电流与所述额定电流，并且当由所述第一输出信号和所述第二输出信号表示的所述电流超过所述额定电流小于预定的量时确定串联闪络故障存在。

11.一种用于探测配电系统中的故障的方法，所述配电系统至少具有第一线路导线和第二线路导线以及公共中性导线，所述第一线路导线和所述第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流，所述方法包括：

产生作为所述第一线路导线和所述第二线路导线中的电流的差的函数的第一信号，

产生表示所述中性导线中的电流的幅值和相方向的第二信号，

响应于所述第一信号中的变化来分析所述第二信号以确定所述第一信号中的变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，以及如果答案是肯定的，则确定用于调节所述第一信号的值的比例因子，以及

分析所述经调节的第一信号以确定闪络故障是否出现。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述配电系统具有额定电流，且所述方法包括比较由所述第一信号和所述第二信号表示的电流与所述额定电流，并且只有当由所述第二信号表示的所述电流超过所述额定电流的量为所述额定电流的倍数且所述倍数与由所述第一信号表示的所述电流超过所述额定电流的倍数至少一样大时才分析所述第二信号。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述配电系统具有额定电流，且所述方法包括比较由所述第一信号和所述第二信号表示的电流与所述额定电流，并且只有当由所述第一信号和所述第二信号表示的所述电流超过所述额定电流一预定的量时才分析所述第二信号。

14.如权利要求11所述的方法，其包括确定比例因子，所述比例因子是一加所述第二信号与所述第一信号之比的和的一半。

15.如权利要求11所述的方法，其包括确定所述第一信号中的所述变化是否只归因于线间电路中的电流中的变化，且如果答案是肯定的，则将所述第一信号的值减小50%。

16.如权利要求11所述的方法，其包括确定所述第一信号中的所述变化是否只归因于线到中性线电路中的电流中的变化，且如果答案是肯定的，则分析所述第一信号而不做任何调节，以确定闪络故障是否出现。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述配电系统包括至少一个120伏电路和至少一个240伏电路，且所述方法包括分析所述第一信号和所述第二信号以确定所述第一信号中的变化是归因于所述120伏电路中的电流中的变化还是所述240伏电路中的电流中的变化。

18.如权利要求11所述的方法，其包括基于所述第二信号在线到中性线故障出现时比在线间闪络故障出现时具有更大的幅值，使用所述第二信号的幅值来确定所探测的闪络故障是线到中性线闪络故障还是线间闪络故障。

19.一种计算机程序产品，包括具有体现在其中的计算机可读程序逻辑的一个或多个非短暂有形介质，所述计算机可读程序逻辑配置成被执行来实现用于探测配电系统中的故障的方法，所述配电系统至少具有第一线路导线和第二线路导线以及公共中性导线，所述第一线路导线和所述第二线路导线承载从源到负载的彼此异相的AC电流，所述方法包括：

响应于所述第一信号中的变化来分析所述第二信号以确定所述第一信号中的所述变化是否至少部分地可归因于线间电路中的电流，以及如果答案是肯定的，则确定用于调节所述第一信号的值的比例因子，以及

分析所述经调节的第一信号以确定闪络故障是否出现。