專利名稱：低成本電弧故障檢測(cè)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于檢測(cè)電弧故障的設(shè)備和方法，更具體地涉及低成本電弧檢測(cè)設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
2005年9月13日提交的標(biāo)題為“ARC FAULT DETECTIONTECHNIQUE”并被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/225585(’585申請(qǐng))公開了一種具有更不容易受滋擾跳閘影響的電弧故障檢測(cè)設(shè)備。如’585申請(qǐng)中所公開的那樣，電弧故障檢測(cè)設(shè)備包括具有電流傳感器、輸入感測(cè)電路、和起弧感測(cè)電路的模擬前端；電源；跳閘(觸發(fā))電路；處理單元；和機(jī)電接口。電路傳感器監(jiān)視AC功率線電流輸入，并提供AC電流的高頻成分至輸入感測(cè)電路。然后，輸入感測(cè)電路在其輸入端濾波和整流AC信號(hào)，并將整流后的信號(hào)提供給起弧感測(cè)電路。起弧感測(cè)電路然后向處理單元提供在預(yù)定采樣周期上累加的電壓電平、和指示在采樣周期期間發(fā)生的可能的電氣起弧事件(即di/dt事件)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號(hào)。然后，處理單元測(cè)量電壓電平，存儲(chǔ)關(guān)于所測(cè)量的電壓的信息和被提供的數(shù)字信號(hào)，并利用一個(gè)或多個(gè)算法處理所存儲(chǔ)的信息從而確定信號(hào)是否源自電弧故障或滋擾負(fù)載。如果信號(hào)源自電弧故障，則處理單元啟動(dòng)觸發(fā)電路以釋放機(jī)電接口，從而中斷到負(fù)載的功率輸出。
雖然’585申請(qǐng)中所公開的電弧故障檢測(cè)設(shè)備可被成功地用于在寬范圍的操作條件下檢測(cè)和區(qū)別電氣起弧和滋擾負(fù)載，但越來(lái)越需要適于在低成本應(yīng)用中使用的電弧故障檢測(cè)設(shè)備。例如，這樣的低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備可以與電線組件(cord set)結(jié)合用于燈具或任何其它合適的家用電器或工業(yè)設(shè)備。如上所述，傳統(tǒng)電弧故障檢測(cè)設(shè)備通常包括被配置以感測(cè)微分輸入電流(di/dt)的模擬前端。然而，通常利用大量離散的電氣和電子元件實(shí)施這樣的模擬前端，這可能顯著增加設(shè)備元件的總數(shù)目、元件的總成本、以及制造電弧故障檢測(cè)設(shè)備的成本。傳統(tǒng)電弧故障檢測(cè)設(shè)備中包括的更多的離散元件還可能導(dǎo)致設(shè)備整體可靠性的減小。
因此，希望具有低成本的檢測(cè)電弧故障的設(shè)備和方法。這樣的電弧故障檢測(cè)設(shè)備將包括更少的離散電氣和電子元件。也希望具有能夠更好地區(qū)分電弧故障與滋擾負(fù)載的低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供了檢測(cè)電弧故障的低成本設(shè)備和方法，用于更好地區(qū)分電弧故障和滋擾負(fù)載。當(dāng)前公開的電弧故障檢測(cè)設(shè)備具有較低成本，因?yàn)槠浒軌蚶酶俚碾x散電氣和電子元件實(shí)現(xiàn)的前端。此外，所公開的電弧故障檢測(cè)設(shè)備能夠更好地區(qū)分電弧故障和滋擾負(fù)載，因?yàn)轫憫?yīng)于檢測(cè)到可能的電氣起弧條件，其不僅分析功率線電流的改變(di/dt)，而且分析的改變功率線電壓(dv/dt)。注意，某些電氣起弧事件的特征為可以與高di/dt的頻率電平同時(shí)發(fā)生的高的dv/dt條件。通過(guò)分析功率線電流的變化(di/dt)和功率線電壓的變化(dv/dt)，電弧故障檢測(cè)設(shè)備可以以更高的精度區(qū)分這樣的電氣事件。
在一個(gè)實(shí)施例中，低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備包括具有電流傳感器和di/dt輸入感測(cè)電路的前端、和處理單元。電流傳感器包括變壓器，其監(jiān)視AC功率線電流輸入并將AC電流的高頻成分從其初級(jí)線圈磁耦合至其次級(jí)線圈。di/dt輸入感測(cè)電路包括整流器電路，其接收來(lái)自電流傳感器的高頻AC電流成分，執(zhí)行AC信號(hào)的全波或半波整流，并提供整流后的信號(hào)(“di/dt信號(hào)”)至處理單元的第一模擬輸入端用于隨后的分析。低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備進(jìn)一步包括具有用于獲取攜帶關(guān)于功率線電壓變化的信息的信號(hào)(“dv/dt信號(hào)”)的充電電容器和限流電阻器的dv/dt輸入感測(cè)電路。在該實(shí)施例中，dv/dt信號(hào)從全波整流功率線電壓中得出。dv/dt輸入感測(cè)電路提供dv/dt信號(hào)至處理單元的第二模擬輸入。
在指定的測(cè)量周期期間，處理單元分別輪詢由di/dt和dv/dt輸入感測(cè)電路所提供的di/dt和dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)，并根據(jù)從中所獲取的信息生成多個(gè)數(shù)據(jù)流。在當(dāng)前所公開的實(shí)施例中，指定的測(cè)量周期稍小于AC輸電線周期的一半。然后，處理單元在指定的測(cè)量周期期間生成三個(gè)數(shù)據(jù)流，特別地，第一數(shù)據(jù)流包括關(guān)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定電壓閾值的次數(shù)的信息，第二數(shù)據(jù)流包括關(guān)于dv/dt信號(hào)電平超過(guò)第二指定電壓閾值的次數(shù)的信息，第三數(shù)據(jù)流包括關(guān)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定閾值的時(shí)間長(zhǎng)度的信息。例如，處理單元可通過(guò)分別計(jì)數(shù)在第一和第二模擬輸入端所發(fā)生的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目而生成第一和第二數(shù)據(jù)流。進(jìn)一步，處理單元可通過(guò)累加在第一模擬輸入端處di/dt信號(hào)保持為特定狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度而生成第三數(shù)據(jù)流。在測(cè)量周期結(jié)束之后，處理單元在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)關(guān)于第一、第二和第三數(shù)據(jù)流的信息。
然后，處理單元分析在最近測(cè)量周期期間所生成的第一、第二和第三數(shù)據(jù)流中所包括的信息，并可選地分析在前面一個(gè)或多個(gè)測(cè)量周期期間所生成的數(shù)據(jù)流中所包括的信息。在當(dāng)前所公開的實(shí)施例中，處理單元通過(guò)確定各測(cè)量周期期間di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定閾值的次數(shù)而分析第一數(shù)據(jù)流。特別地，處理單元保持在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)測(cè)量周期期間di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)(running count)。如果第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值，從而表示電氣起弧條件，則處理單元啟動(dòng)觸發(fā)電路，以釋放機(jī)電接口以便中斷到負(fù)載的功率輸出。類似地，處理單元通過(guò)確定dv/dt信號(hào)電平在各測(cè)量周期期間超過(guò)第二指定閾值的次數(shù)而分析第二數(shù)據(jù)流。特別地，處理單元保持在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)測(cè)量周期期間dv/dt信號(hào)電平超過(guò)第二閾值的次數(shù)的第二運(yùn)行計(jì)數(shù)。如果第二運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第二預(yù)定值，從而表示可能的電氣起弧條件，則處理單元將指定的量加到第一運(yùn)行計(jì)數(shù)上，從而提高釋放機(jī)電接口從而中斷到負(fù)載的功率輸出的速度和可能性。
處理單元通過(guò)累加一個(gè)或多個(gè)測(cè)量周期期間di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，并通過(guò)相對(duì)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)估計(jì)所累加的時(shí)間，從而分析第三數(shù)據(jù)流。如果di/dt信號(hào)保留在特定狀態(tài)的累加時(shí)間相對(duì)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)高，則處理單元阻止釋放機(jī)電接口，因?yàn)檫@樣的條件可能表明滋擾負(fù)載。
本發(fā)明的其它特征、功能和方面可從下面的發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明中顯然看出。


結(jié)合附圖參考下面本發(fā)明的詳細(xì)描述將更充分地理解本發(fā)明。
圖1是示意圖，其示出電弧故障檢測(cè)設(shè)備的傳統(tǒng)前端電路，其中傳統(tǒng)前端電路包括電流傳感器、di/dt輸入感測(cè)電路、和起弧感測(cè)電路；圖2a是示意圖，其示出按照本發(fā)明的電弧故障檢測(cè)設(shè)備的前端電路，其中前端電路包括電流傳感器和di/dt輸入感測(cè)電路；圖2b是示意圖，其示出可結(jié)合圖2a的di/dt輸入感測(cè)電路使用的dv/dt輸入感測(cè)電路；圖3a是時(shí)序圖，其示出圖2b的dv/dt輸入感測(cè)電路的運(yùn)行；圖3b是時(shí)序圖，其示出圖2b的dv/dt輸入感測(cè)電路在存在功率線瞬變時(shí)的運(yùn)行，表明可能的電氣起弧事件；圖4是代表性電氣起弧事件的時(shí)序圖，特征為頻繁的高di/dt電平，與電壓源阻抗相互作用從而同時(shí)引起高dv/dt條件；以及圖5a-5d是流程圖，其示出分析經(jīng)由圖2a的di/dt輸入感測(cè)電路和圖2b的dv/dt輸入感測(cè)電路所獲得的信息、以便更好地區(qū)分電弧故障與滋擾負(fù)載的方法。
具體實(shí)施例方式
公開了低成本的檢測(cè)電弧故障的設(shè)備和方法，其能夠更好地區(qū)分電弧故障和滋擾負(fù)載。低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備包括可以利用更少的離散電氣和電子元件實(shí)施的前端。此外，響應(yīng)于檢測(cè)到可能的電氣起弧條件，低成本電弧故障檢測(cè)設(shè)備不僅分析功率線電流的變化(di/dt)，而且分析功率線電壓的變化(dv/dt)，從而更精確地區(qū)分電氣事件。
圖1示出電弧故障檢測(cè)設(shè)備的傳統(tǒng)前端電路100的說(shuō)明性實(shí)施例。在所示實(shí)施例中，傳統(tǒng)前端電路100包括電流傳感器101、di/dt輸入感測(cè)電路102、和起弧感測(cè)電路104。電流傳感器101包括變壓器TR1，其通過(guò)監(jiān)視流過(guò)可經(jīng)由負(fù)載線相端子TP9和負(fù)載中性端子TP10及TP22耦合至功率輸出的負(fù)載的交流電流(AC)i而監(jiān)視功率輸入。變壓器TR1被配置用于將AC電流i的高頻成分從其初級(jí)線圈磁性耦合到其次級(jí)線圈，從而提供AC電流I至di/dt輸入感測(cè)電路102。
di/dt輸入感測(cè)電路102包括電阻器R1-R2、電容器C0-C1、和二極管D1-D6。變壓器TR1的次級(jí)線圈跨接共享到地的公共節(jié)點(diǎn)連接的電阻器R1-R2。電阻器R1-R2為變壓器TR1的次級(jí)線圈提供接地基準(zhǔn)。電容器C1和二極管D1與電阻器R1并聯(lián)，電容器C1和二極管D2與電阻器R2并聯(lián)。此外，二極管D1的陰極連接至二極管D3-D4的陽(yáng)極，二極管D2的陰極連接到二極管D5-D6的陽(yáng)極。二極管D4-D5的陰極接地，二極管D3和D6的陰極連接至節(jié)點(diǎn)114提供di/dt輸入感測(cè)電路102的輸出。二極管D1-D2和D4-D5被配置形成全波整流橋，并因此，節(jié)點(diǎn)114處所提供的輸出是全波整流信號(hào)。進(jìn)一步，二極管D3-D6和包括在起弧感測(cè)電路104中的電容器C2形成記錄電路，從而使在節(jié)點(diǎn)114處所提供的輸出的電平與di/dt輸入感測(cè)電路102的輸入的記錄成比例。
起弧感測(cè)電路104包括電容器C2、積分電容器C3、旁通電容器C4、電阻器R4-R8、運(yùn)算放大器(op amp)116、和二極管D7。如圖1所示，電容器C2和電阻器R4連接在節(jié)點(diǎn)114和地之間。進(jìn)一步，運(yùn)算放大器116和電阻器R5-R6被配置形成非反相放大器。電容器C2連接至運(yùn)算放大器116的非反相輸入端，該運(yùn)算放大器緩沖電容器C2兩端的電壓并經(jīng)由二極管D7和電阻器R7將緩沖的電壓提供至由限流電阻器R8和積分電容器C3共享的公共節(jié)點(diǎn)連接。電阻器R8和電容器C3連接在處理單元112的模擬輸入端PA0和地之間。二極管D7可操作以防止來(lái)自積分電容器C3的反向電流。注意，電阻器R7和電容器C3的組合形成低通濾波器以濾出高頻噪聲。
起弧感測(cè)電路104接收來(lái)自di/dt輸入感測(cè)電路102的全波整流信號(hào)，并將在預(yù)定測(cè)量周期上所積累的電壓電平提供至處理單元112的模擬輸入端PA0，處理單元112隨后測(cè)量電壓電平，存儲(chǔ)關(guān)于所測(cè)量電壓電平的信息，并利用一個(gè)或多個(gè)算法處理所存儲(chǔ)的信息從而確定電流傳感器101所提供的AC電流的高頻成分是由電弧故障還是由滋擾負(fù)載產(chǎn)生的。如果高頻AC電流成分是由電弧故障導(dǎo)致的，則處理單元啟動(dòng)觸發(fā)電路(未示出)，以釋放機(jī)電接口，從而中斷到負(fù)載的功率輸出。因?yàn)閳D1的傳統(tǒng)前端電路100是利用大量離散電氣和電子元件實(shí)施的，所以電弧故障檢測(cè)設(shè)備的總元件和制造成本增加，同時(shí)設(shè)備的整體可靠性降低。
圖2a示出按照本發(fā)明的電弧故障檢測(cè)設(shè)備的前端電路200的說(shuō)明性實(shí)施例。在所示的實(shí)施例中，前端電路200包括電流傳感器201、di/dt輸入感測(cè)電路200、和處理單元212。注意，圖2a中的電流傳感器201和處理單元212分別類似于圖1中的電流傳感器101和處理單元112。特別地，電流傳感器201包括變壓器TR1，其通過(guò)監(jiān)視流過(guò)可經(jīng)由負(fù)載線相端子TP9和負(fù)載中性端子TP10和TP22耦合至功率輸出(參看圖2a)的負(fù)載的AC電流i而監(jiān)視功率輸入(參看圖2b)。變壓器TR1將AC電流i的高頻成分從其初級(jí)線圈磁性耦合到其次級(jí)線圈，從而提供AC電流I至di/dt輸入感測(cè)電路202。進(jìn)一步，處理單元212分析由di/dt輸入感測(cè)電路202所生成的AC信號(hào)(“di/dt信號(hào))所攜帶的信息，從而確定AC電流i的高頻成分是由電弧故障還是由滋擾負(fù)載產(chǎn)生的。例如，處理單元212可以用美國(guó)Texas洲D(zhuǎn)allas的Texas Instruments Inc.(TI)所出售的MSP430F1122微控制器或任何其他合適的處理器/控制器實(shí)施。
如圖2a所示，di/dt輸入感測(cè)電路202包括二極管D8-D11、和電阻器R9。在所示實(shí)施例中，二極管D8-D11被配置執(zhí)行變壓器TR1的次級(jí)線圈處所提供的AC信號(hào)的全波整流。特別地，二極管D8的陰極和二極管D10的陽(yáng)極連接至次級(jí)線圈的第一端子，二極管D9的陰極和二極管D11的陽(yáng)極連接至次級(jí)線圈的第二端子。進(jìn)一步，二極管D8-D9的陽(yáng)極接地，二極管D10-D11的陰極連接至處理單元212的第一模擬輸入端PA1。電阻器R9連接在處理單元212的模擬輸入端PA1和地之間。
應(yīng)該注意，在一個(gè)可選實(shí)施例中，di/dt輸入感測(cè)電路202可被配置執(zhí)行變壓器TR1的次級(jí)線圈處所提供的AC信號(hào)的半波整流。此外，在其他可選實(shí)施例中，整流器電路(包括二極管D8-D11)和電阻器R9中一個(gè)或兩者可從前端電路200中略去，di/dt信號(hào)可直接被提供給處理單元212的模擬輸入端PA1。
在當(dāng)前公開的實(shí)施例中，變壓器TR1被配置以在其初級(jí)線圈提供低激磁電感，并在其次級(jí)線圈上提供高匝數(shù)比。此外，整流二極管D8-D11被包括在前端電路200中，以格式化di/dt信號(hào)所攜帶的信息，且電阻器R9被包括在電路200中從而限制di/dt信號(hào)由于共振而出現(xiàn)的峰化，從而有利于處理單元212對(duì)該信息的分析。
因此，如圖1所示的傳統(tǒng)前端電路100一樣，次級(jí)線圈上的電壓是流過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)負(fù)載的功率線電流的改變率(di/dt)的二元(dual)函數(shù)。然而，不同于前端電路100，圖2a的前端電路200不提供對(duì)數(shù)響應(yīng)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)前端電路100的提供對(duì)數(shù)響應(yīng)的電氣元件從前端電路200中略去了，因此前端電路200的總成本降低了。此外，由前端電路200所提供的di/dt信號(hào)的頻率內(nèi)容能夠更容易地被處理單元212分析。
圖2b描繪了可結(jié)合di/dt輸入感測(cè)電路(參看圖2a)使用以更好地區(qū)分電氣起弧事件和滋擾負(fù)載的dv/dt輸入感測(cè)電路204的說(shuō)明性實(shí)施例。在所示實(shí)施例中，dv/dt輸入感測(cè)電路204包括電阻器R18-R19和電容器C18。注意，電容器C18是充電電容器，電阻器R18是限流電阻器。dv/dt輸入感測(cè)電路204從包括由二極管D12-D15和螺線管218實(shí)施的二極管橋的機(jī)電接口217接收全波整流的功率線電壓VFM。如果包括前端電路200的電弧故障檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到電氣起弧條件，則處理電路212控制機(jī)電接口217以釋放螺線管218，從而中斷至負(fù)載的功率輸出(參看圖2a)。在2005年9月13日提交的標(biāo)題為“ARC FAULT DETECTION TECHNIQUE”的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/225,585(’585申請(qǐng))中描述了處理單元對(duì)機(jī)電接口的這種控制，該專利申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容包括在此以供參考。
如上所述，dv/dt輸入感測(cè)電路204接收來(lái)自機(jī)電接口217的全波整流功率線電壓VFM。充電電容器C18和限流電阻器R18被配置以根據(jù)該全波整流電壓得到AC信號(hào)z(t)(“dv/dt信號(hào)”，參看圖2b)。dv/dt信號(hào)攜帶關(guān)于功率線電壓VFM改變的信息。特別地，包括在dv/dt輸入感測(cè)電路204中的電容器C18和電阻器R19形成RC微分器電路，其提供的輸出y(t)可表達(dá)為y(t)=R·C·dx(t)dt,---(1)]]>其中“R”是電阻器R19的值，“C”是電容器C18的值，“x(t)”是RC微分器電路的輸入，而“y(t)”是RC微分器電路的輸出(參看圖2b)。由電容器C18和電阻器R19形成的RC微分器電路因此產(chǎn)生等于輸入x(t)的微分乘以常數(shù)R·C的輸出y(t)。dv/dt輸入感測(cè)電路204提供輸出y(t)至限流電阻器R18，限流電阻器R18又提供dv/dt信號(hào)z(t)給處理單元212的第二模擬輸入端PA2以供隨后的分析。
在一個(gè)實(shí)施例中，一旦全波整流功率線電壓VFM的每個(gè)半周期接近線電壓零交點(diǎn)，處理單元212測(cè)量提供給模擬輸入端PA1的di/dt信號(hào)的電壓(參看圖2a)。在當(dāng)前公開的實(shí)施例中，處理單元212不僅采用dv/dt信號(hào)z(t)來(lái)獲得關(guān)于功率線電壓VFM的改變的信息，而且還采用dv/dt信號(hào)z(t)來(lái)建立線電壓同步定時(shí)以便測(cè)量di/dt信號(hào)的電壓。特別地，處理單元212中內(nèi)置的電阻器R18和二極管D18-D19形成零交點(diǎn)檢測(cè)器。注意，二極管D18-D19通常被包括在處理單元212中，從而相對(duì)于靜電放電(ESD)在短時(shí)間周期中保護(hù)模擬輸入端PA2上的過(guò)電壓瞬變。在所示實(shí)施例中，二極管D18-D19是高度限流的，且因此也可以被穩(wěn)態(tài)使用。
因此，只要dv/dt信號(hào)z(t)的電壓超過(guò)VCC加二極管D18或D19的一個(gè)電壓降Vdiode，二極管D18就正偏(“導(dǎo)通”)，從而通過(guò)電阻器R18使電流進(jìn)入VCC。處理單元212讀取所得到的dv/dt信號(hào)z(t)的電壓作為邏輯高或“1”。此外，只要dv/dt信號(hào)z(t)的電壓低于VCC加一個(gè)二極管電壓降Vdiode，二極管D18將不導(dǎo)通。在該情形中，處理單元212讀取所得到的dv/dt信號(hào)z(t)的電壓作為邏輯低或“0”。注意，當(dāng)全波整流功率線電壓VFM被提供作為輸入x(t)時(shí)(參看圖2b)，處理單元212讀取邏輯低、即靠近功率線電壓的零交點(diǎn)的情形通常被限制在相對(duì)短的時(shí)間周期中。
因此，由電容器C18和電阻器R19所形成的RC微分器電路及由電阻器R18和二極管D18-D19所形成的零交點(diǎn)檢測(cè)器使模擬輸入端PA2處的dv/dt信號(hào)z(t)響應(yīng)如下。如果R·C·d(VFW)dt>VCC+Vdiode,---(2)]]>則處理單元212讀取dv/dt信號(hào)z(t)的電壓作為邏輯高?？商鎿Q地，如果R·C·d(VFW)dt<VCC+Vdiode,---(3)]]>則處理單元212讀取dv/dt信號(hào)z(t)的電壓作為邏輯低。
圖3a-3b是時(shí)序圖，其示出全波整流功率線電壓VFM和dv/dt信號(hào)z(t)的表示(參看圖2b)。如圖3a所示，在時(shí)間T1、T3、和T5，由上面等式(2)所表達(dá)的條件被滿足，且因此dv/dt信號(hào)z(t)從邏輯低電壓0轉(zhuǎn)換到邏輯高電壓1。進(jìn)一步，在時(shí)間T2、T4、和T6，由上面等式(3)所表達(dá)的條件被滿足，且因此dv/dt信號(hào)z(t)從邏輯高電壓1轉(zhuǎn)換至邏輯低電壓0。因此，通過(guò)檢測(cè)模擬輸入端PA2處從0到1的轉(zhuǎn)換，處理單元212的操作定時(shí)可與全波功率線電壓VFM同步。
如圖3b所示，在時(shí)間T1、T3和T5，dv/dt信號(hào)z(t)從邏輯低電壓0轉(zhuǎn)換至邏輯高電壓1，并在時(shí)間T2、T4和T6，dv/dt信號(hào)z(t)從邏輯高電壓1轉(zhuǎn)換至邏輯低電壓0。此外，圖3b描繪時(shí)間T3.1-T3.2之間發(fā)生的功率線瞬變，其使dv/dt信號(hào)z(t)在時(shí)間T3.1附近進(jìn)行從邏輯高電壓1到邏輯低電壓0的另一轉(zhuǎn)換，并在時(shí)間T3.2附近進(jìn)行從邏輯低電壓0到邏輯高電壓1的另一轉(zhuǎn)換。dv/dt信號(hào)的附加狀態(tài)改變表示可能的電氣起弧，并可被應(yīng)用作為一個(gè)或多個(gè)用于確定狀態(tài)變化源自電弧故障還是滋擾負(fù)載的合適算法的信息輸入。
注意，在當(dāng)前公開的實(shí)施例中，dv/dt輸入感測(cè)電路204從全波整流功率線電壓VFM中得出dv/dt信號(hào)，以減小充電電容器C18上的壓力，從而允許電容器C18以低成本電氣元件被實(shí)施。然而，應(yīng)該理解，dv/dt信號(hào)可替換地可以從半波整流功率線電壓、或直接從功率線電壓中獲得。此外，圖2b描繪了電阻器R17、發(fā)光二極管(LED)D16、齊納二極管D17、和電容器C19。電阻器R17、二極管D16-D17、和電容器C19被配置以便為處理單元212生成本地電源VCC，例如+5VDC。LED D16提供上電指示。電阻器R17和LED D16與電容器C19一起也提供到地的電氣路徑，以對(duì)充電電容器C18放電，從而確保電容器C18不響應(yīng)于所施加的全波整流線電壓而使電荷達(dá)到峰值。在可替換實(shí)施例中，為處理單元212的模擬輸入端PA2提供限流保護(hù)的電阻器R18可從dv/dt輸入感測(cè)電路204中略去。齊納二極管D17與電容器C19并聯(lián)從而提供冗余的電壓限制。
圖4示出功率線電壓如何能被被稱為剪式電弧(guillotine arc)的電氣起弧事件影響，其特征通常為與電壓源阻抗相互作用以同時(shí)引起高dv/dt條件的高di/dt的頻繁電平。例如，這樣的剪式電弧可能在薄金屬片切割電器的功率線時(shí)產(chǎn)生。特別地，圖4描繪功率線電壓402、與功率線電壓402相關(guān)聯(lián)的dv/dt信號(hào)404。例如，功率線電壓402可對(duì)應(yīng)于圖2b中在線相端子和線中性端子之間所提供的功率線電壓。進(jìn)一步，dv/dt信號(hào)404可對(duì)應(yīng)于由dv/dt輸入感測(cè)電路204生成并提供至處理單元212的模擬輸入端PA2的dv/dt信號(hào)(參看圖2b)。因?yàn)楫?dāng)前公開的電弧故障檢測(cè)設(shè)備可分析功率線電流的變化(di/dt)和功率線電壓的變化(dv/dt)，因此電氣起弧事件、諸如剪式電弧可更精確地被區(qū)分。
在當(dāng)前公開的實(shí)施例中，電弧故障檢測(cè)設(shè)備分析功率線電流的變化(di/dt)和功率線電壓的變化(dv/dt)，如下面所述。在指定的測(cè)量周期中，處理單元212分別輪詢?cè)谀M輸入端PA1和pA2處的di/dt信號(hào)和dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)(參看圖2a-2b)，并根據(jù)從中所獲得的信息生成一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流。例如，指定的測(cè)量周期可稍微小于AC輸電線的半個(gè)周期或等于任意其他合適的時(shí)間周期。進(jìn)一步，指定的測(cè)量周期可由dv/dt信號(hào)達(dá)到高電壓狀態(tài)來(lái)啟動(dòng)，或通過(guò)任何其他合適的事件或信號(hào)條件來(lái)啟動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，處理單元212在指定的測(cè)量周期中生成三個(gè)數(shù)據(jù)流，特別地，第一數(shù)據(jù)流包括關(guān)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定電壓閾值的次數(shù)的信息，第二數(shù)據(jù)流包括關(guān)于dv/dt信號(hào)電平超過(guò)第二指定電壓閾值的次數(shù)的信息，第三數(shù)據(jù)流包括關(guān)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定閾值的時(shí)間長(zhǎng)度的信息。例如，第一指定電壓閾值可等于約100mV或任何其他合適的電壓電平，第二指定電壓閾值可等于約VCC加一個(gè)二極管電壓降Vdiode，即約5.7伏，或任何其他合適的電壓電平。處理單元212可通過(guò)分別計(jì)數(shù)模擬輸入端PA1和PA2中出現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)而生成第一和第二數(shù)據(jù)流。進(jìn)一步，處理單元212可通過(guò)累加模擬輸入端PA1處的di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度而生成第三數(shù)據(jù)流。在測(cè)量周期結(jié)束后，處理單元212在內(nèi)部存儲(chǔ)器或外部存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)關(guān)于第一、第二、和第三數(shù)據(jù)流的信息。
然后，處理單元212(參看圖2a-2b)分析在最近測(cè)量周期中所生成的第一、第二、和第三數(shù)據(jù)流中所包括的信息，并可選地分析在一個(gè)或多個(gè)前面測(cè)量周期中所生成的數(shù)據(jù)流中所包括的信息。在當(dāng)前公開的實(shí)施例中，處理單元212通過(guò)確定在各測(cè)量周期中di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一指定閾值的次數(shù)而分析第一數(shù)據(jù)流。特別地，處理單元212保持在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)測(cè)量周期中di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)。如果第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值(“跳閘閾值”)，從而指示電氣起弧條件，則處理單元212啟動(dòng)觸發(fā)電路(未示出)，以釋放機(jī)電接口217(參看圖2b)，以便中斷至負(fù)載的功率輸出(參看圖2a)。例如，對(duì)應(yīng)于跳閘閾值的第一預(yù)定值可以等于di/dt信號(hào)的100個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換或任何其他合適的狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，每半個(gè)AC輸電線周期從第一運(yùn)行計(jì)數(shù)中減去一個(gè)預(yù)定量，以說(shuō)明負(fù)載的di/dt特征，同時(shí)防止第一運(yùn)行計(jì)數(shù)降至零以下。
類似地，處理單元212通過(guò)確定dv/dt信號(hào)電平在各測(cè)量周期中超過(guò)第二指定閾值的次數(shù)而分析第二數(shù)據(jù)流。特別地，處理單元212保持dv/dt信號(hào)電平在一個(gè)或多個(gè)連續(xù)測(cè)量周期中超過(guò)第二閾值的次數(shù)的第二運(yùn)行計(jì)數(shù)。如果第二運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第二預(yù)定值，從而指示可能的電氣起弧條件，則處理單元212將指定的量加至第一運(yùn)行計(jì)數(shù)，從而提高釋放機(jī)電接口217以中斷至負(fù)載的功率輸出的速度和可能性。例如，第二預(yù)定值可等于dv/dt信號(hào)的4個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換或任何其他合適數(shù)目的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而被加到di/dt信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)上的指定量可等于40或任何其他合適的量。這個(gè)指定的量不被加到第一運(yùn)行計(jì)數(shù)，除非第二運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第二預(yù)定值，從而說(shuō)明負(fù)載的dv/dt特征。
此外，處理單元212通過(guò)累加在一個(gè)或多個(gè)測(cè)量周期中di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度、并通過(guò)相對(duì)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)估計(jì)累加時(shí)間，分析第三數(shù)據(jù)流。如果di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)的累加時(shí)間相對(duì)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)第一閾值的次數(shù)高時(shí)，處理單元212阻止釋放機(jī)電接口，因?yàn)檫@樣的條件可能指示滋擾負(fù)載。例如，di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)的累加時(shí)間的最小長(zhǎng)度可等于2毫秒或任何其他合適的時(shí)間長(zhǎng)度。此外，機(jī)電接口的釋放可通過(guò)增加用于啟動(dòng)觸發(fā)電路的跳閘閾值或通過(guò)其他任何合適的技術(shù)而被阻止。
分析分別由di/dt輸入感測(cè)電路202和dv/dt輸入感測(cè)電路204(參看圖2a-2b)所生成的di/dt信號(hào)和dv/dt信號(hào)以便更好地區(qū)分電氣起弧事件的方法將在下面參考圖5a-5d描述。應(yīng)該理解，di/dt信號(hào)和dv/dt信號(hào)的這樣的分析可通過(guò)圖2a-2b的處理單元212執(zhí)行。如在步驟502(參看圖5a)中的描述的那樣，如果處理單元檢測(cè)到dv/dt信號(hào)從低電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高電壓狀態(tài)的電壓狀態(tài)，則處理單元啟動(dòng)定時(shí)器以便跟蹤測(cè)量周期。例如，定時(shí)器可以被實(shí)現(xiàn)為初始計(jì)數(shù)值為零的8位定時(shí)器。進(jìn)一步，定時(shí)器可在處理單元內(nèi)部被實(shí)施，或可以被實(shí)現(xiàn)為外部定時(shí)器。如上所述，di/dt信號(hào)由di/dt輸入感測(cè)電路202提供給處理單元212的模擬輸入端PA1(參看圖2a)。然后，處理單元計(jì)數(shù)dv/dt信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如步驟504所示。如上所述，dv/dt信號(hào)由dv/dt輸入感測(cè)電路204提供給處理單元212的模擬輸入端PA2(參看圖2b)。特別地，如步驟504.1(參看圖5c)中所述，確定是否檢測(cè)到dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)從低轉(zhuǎn)換為高。這樣的確定可利用比較dv/dt信號(hào)的電平與指定電壓閾值的第一比較器而進(jìn)行。例如，第一比較器可在處理單元內(nèi)部被實(shí)現(xiàn)或被實(shí)現(xiàn)為外部比較器。如果dv/dt信號(hào)的狀態(tài)被檢測(cè)到從低到高轉(zhuǎn)換，則第一計(jì)數(shù)器加1，以便計(jì)數(shù)在測(cè)量周期中發(fā)生的dv/dt信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如步驟504.2中所述。與上面所述的定時(shí)器和第一比較器相同，第一計(jì)數(shù)器可被實(shí)現(xiàn)在處理單元內(nèi)部或被實(shí)現(xiàn)為外部計(jì)數(shù)器。
然后，處理單元計(jì)數(shù)di/dt信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如步驟506(參看圖5a)中的描繪。特別地，如步驟506.1的描述(參看圖5d)，確定di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)是否被檢測(cè)到從低轉(zhuǎn)換到高。這樣的確定可利用比較di/dt信號(hào)的電平和指定電壓閾值的第二比較器來(lái)執(zhí)行。例如，第二比較器可被實(shí)現(xiàn)在處理單元內(nèi)部或被實(shí)現(xiàn)為外部比較器。如果di/dt信號(hào)的狀態(tài)被檢測(cè)到從低轉(zhuǎn)換到高，則第二計(jì)數(shù)器加1，以便計(jì)數(shù)在測(cè)量周期中發(fā)生的di/dt信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，如步驟506.2所示。類似于上述定時(shí)器、第一和第二比較器、以及第一計(jì)數(shù)器，第二計(jì)數(shù)器可被實(shí)現(xiàn)在處理單元的內(nèi)部或被實(shí)現(xiàn)為外部計(jì)數(shù)器。
然后，如步驟508所述(參看圖5a)，處理單元讀取跟蹤di/dt信號(hào)保持在特定狀態(tài)、例如高電壓狀態(tài)中的時(shí)間長(zhǎng)度的內(nèi)部或外部累加器。特別地，處理單元在檢測(cè)到di/dt信號(hào)的狀態(tài)從低轉(zhuǎn)換到高時(shí)讀取定時(shí)器的值，并將定時(shí)器值存儲(chǔ)在與變量“Tbeg”相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中，如步驟508.1中所述(參看圖5d)。如果隨后確定di/dt信號(hào)的狀態(tài)是否被檢測(cè)到從低轉(zhuǎn)換到高，如步驟506.1中所述，并且沒(méi)有檢測(cè)到di/dt信號(hào)的這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，則還確定di/dt信號(hào)的狀態(tài)是否當(dāng)前為高，如步驟508.2所述。如果di/dt信號(hào)的狀態(tài)當(dāng)前為高，則定時(shí)器的值被讀取并被存儲(chǔ)在與變量“Tend”相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中，如步驟508.3所述。然后，di/dt信號(hào)保持在高電壓狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度“Tacc”是按照下面的表達(dá)式累加的T＝Tend-Tbeg(4)Tacc＝Tacc+T然后確定測(cè)量周期是否已經(jīng)結(jié)束，如步驟510所述(參看圖5a和5d)。如果測(cè)量周期還沒(méi)有結(jié)束，則方法循環(huán)回到步驟504.1(參看圖5c)。
如果測(cè)量周期已經(jīng)結(jié)束，則執(zhí)行計(jì)算以區(qū)分電氣事件和確定是否釋放電弧故障檢測(cè)設(shè)備的機(jī)電接口，如步驟512所述(參看圖5b)。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，處理單元在測(cè)量周期期間生成包括關(guān)于dv/dt信號(hào)和di/dt信號(hào)電平超過(guò)各電壓閾值的次數(shù)的信息的第一和第二數(shù)據(jù)流、和包括關(guān)于di/dt信號(hào)電平超過(guò)其相應(yīng)電壓閾值的時(shí)間長(zhǎng)度的信息的第三數(shù)據(jù)流。然后，處理單元保持dv/dt和di/dt信號(hào)電平在測(cè)量周期期間超過(guò)各電壓閾值的次數(shù)的運(yùn)行計(jì)數(shù)。此外，處理單元相對(duì)于di/dt信號(hào)電平在測(cè)量周期期間超過(guò)其相應(yīng)電壓閾值的次數(shù)的運(yùn)行計(jì)數(shù)而估計(jì)di/dt信號(hào)保持在高電壓狀態(tài)的累加時(shí)間。然后，基于處理單元所保持和估計(jì)的運(yùn)行計(jì)數(shù)和累加時(shí)間，確定機(jī)電接口是否要被釋放，如步驟514中所述。如果確定機(jī)電接口應(yīng)該被釋放，則處理單元212釋放機(jī)電接口217(參看圖2b)從而中斷到負(fù)載的功率輸出，如步驟518中所述。否則，確定與電弧故障檢測(cè)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的測(cè)試按鈕是否已經(jīng)被致動(dòng)，如步驟516中所述。如果測(cè)試按鈕已經(jīng)被致動(dòng)，則機(jī)電接口被釋放，以中斷到負(fù)載的功率輸出，如步驟518所示，從而允許電弧故障檢測(cè)設(shè)備的用戶執(zhí)行設(shè)備的功能測(cè)試。如果測(cè)試按鈕沒(méi)有被致動(dòng)，則第一和第二計(jì)數(shù)器和累加器都被清除，如步驟520所示，定時(shí)器被停止和復(fù)位，如步驟522中所述，并且方法循環(huán)回到步驟502(參看圖5a)。
應(yīng)該理解，對(duì)于實(shí)現(xiàn)當(dāng)前所公開的電弧故障檢測(cè)設(shè)備所必需的功能-包括di/dt輸入感測(cè)電路202(參看圖2a)和dv/dt輸入感測(cè)電路204(參看圖2b)-可以全部或部分地利用硬件或軟件或其組合，使用數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器、微處理器、可編程邏輯陣列或其他任何合適的硬件和/或軟件來(lái)實(shí)施。
進(jìn)一步，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可進(jìn)行上述低成本電弧故障檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步修改和變化，而不偏離這里所述的發(fā)明概念。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被視為受到限制，除非由權(quán)利要求的范圍和精神限制。
權(quán)利要求
1.一種電弧故障檢測(cè)設(shè)備，包括功率輸入；微分電流輸入感測(cè)電路，可操作地感測(cè)至少一個(gè)與所述功率輸入相關(guān)的微分電流(di/dt)信號(hào)；和處理器，可操作地接收來(lái)自所述di/dt輸入感測(cè)電路的di/dt信號(hào)，并基于所述di/dt信號(hào)的至少一個(gè)特征分析所述di/dt信號(hào)以便確定di/dt信號(hào)特征是否指示電弧故障，其中所述di/dt輸入感測(cè)電路包括被配置接收所述功率輸入的AC電流成分的整流器電路，以執(zhí)行所述AC電流成分的整流從而發(fā)生所述di/dt信號(hào)，并提供所述di/dt信號(hào)至所述處理器。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，進(jìn)一步包括微分電壓輸入感測(cè)電路，可操作地感測(cè)至少一個(gè)與所述功率輸入相關(guān)的微分電壓(dv/dt)信號(hào)，其中所述處理器進(jìn)一步可操作以接收來(lái)自所述dv/dt輸入感測(cè)電路的dv/dt信號(hào)，并分別基于所述di/dt和dv/dt信號(hào)的至少一個(gè)特征分析所述di/dt和dv/dt信號(hào)，以便確定所述di/dt和dv/dt信號(hào)特征是否指示電弧故障。
3.如權(quán)利要求1所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中從由全波整流器電路和半波整流器電路所組成的組中選擇所述整流器電路。
4.如權(quán)利要求2所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述dv/dt輸入感測(cè)電路包括可操作地耦合至所述功率輸入的充電電容器，其中所述功率輸入的AC電壓成分引起所述充電電容器兩端電壓的變化，且所述dv/dt信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述充電電容器兩端改變的電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述處理器可操作地分析至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述指定的測(cè)量周期稍微小于AC輸電線的半周期。
7.如權(quán)利要求5所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述dv/dt信號(hào)的第一特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目。
8.如權(quán)利要求5所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述di/dt信號(hào)的第一特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目。
9.如權(quán)利要求8所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中di/dt信號(hào)的第二特征對(duì)應(yīng)于所述di/dt信號(hào)保持在特定電壓狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度。
10.如權(quán)利要求9所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述處理器進(jìn)一步可操作地相對(duì)于在指定測(cè)量周期期間發(fā)生的所述di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目來(lái)估計(jì)所述di/dt信號(hào)保持在特定電壓狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，從而確定所述di/dt信號(hào)的第一和第二特征是否指示電弧故障。
11.如權(quán)利要求8所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述dv/dt信號(hào)的第二特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目，且其中所述處理器進(jìn)一步可操作地保持在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)目的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)，并保持在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)目的第二運(yùn)行計(jì)數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述處理器進(jìn)一步可操作地在所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值時(shí)生成用于中斷到負(fù)載的功率輸出的處理器輸出。
13.如權(quán)利要求11所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述處理器進(jìn)一步可操作地在所述第二運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第二預(yù)定值時(shí)將指定量添加到所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的電弧故障檢測(cè)設(shè)備，其中所述處理器進(jìn)一步可操作地在所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值時(shí)生成用于中斷到負(fù)載的功率輸出的處理器輸出。
15.一種檢測(cè)電弧故障的方法，包括以下步驟執(zhí)行功率輸入的AC電流成分的整流，以生成至少一個(gè)與所述功率輸入相關(guān)的微分電流(di/dt)信號(hào)；和由處理器基于所述di/dt信號(hào)的至少一個(gè)特征分析所述di/dt信號(hào)，以便確定所述di/dt信號(hào)特征是否指示電弧故障。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟感測(cè)至少一個(gè)與所述功率輸入相關(guān)的微分電壓(dv/dt)信號(hào)，和由所述處理器分別基于所述di/dt和dv/dt信號(hào)的至少一個(gè)特征分析所述di/dt和dv/dt信號(hào)，以便確定所述di/dt和dv/dt信號(hào)特征是否指示電弧故障。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括感測(cè)由所述功率輸入的AC電壓成分所引起的充電電容器兩端電壓變化的步驟，其中所述dv/dt信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述充電電容器兩端改變的電壓。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述分析步驟包括分析至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述分析步驟包括分析至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)，且其中dv/dt信號(hào)的第一特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述分析步驟包括分析所述至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)，且其中所述di/dt信號(hào)的第一特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的數(shù)目。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述分析步驟包括分析所述至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)，且其中所述di/dt信號(hào)的第二特征對(duì)應(yīng)于所述di/dt信號(hào)保持在特定電壓狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述分析步驟包括相對(duì)于在指定測(cè)量周期期間發(fā)生的di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換數(shù)目估計(jì)所述di/dt信號(hào)保持在特定電壓狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度，以便確定所述di/dt信號(hào)的第一和第二特征是否指示電弧故障。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述分析步驟包括分析在所述至少一個(gè)指定測(cè)量周期期間的di/dt和dv/dt信號(hào)，其中所述dv/dt信號(hào)的第二特征對(duì)應(yīng)于在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)，且其中所述分析步驟進(jìn)一步包括保持在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的di/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)的第一運(yùn)行計(jì)數(shù)，并保持在所述指定測(cè)量周期期間發(fā)生的dv/dt信號(hào)的電壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)的第二運(yùn)行計(jì)數(shù)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟如果所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值，則所述處理器生成處理器輸出，用于中斷到負(fù)載的功率輸出。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟如果所述第二運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第二預(yù)定值，則所述處理器將指定量添加至所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟如果所述第一運(yùn)行計(jì)數(shù)超過(guò)第一預(yù)定值，則所述處理器生成處理器輸出，用于中斷到負(fù)載的功率輸出。
全文摘要
一種檢測(cè)電弧故障以更好地區(qū)分電氣事件的低成本設(shè)備和方法。電弧故障檢測(cè)設(shè)備包括電流傳感器、di/dt輸入感測(cè)電路、dv/dt輸入感測(cè)電路、和處理單元。電流傳感器監(jiān)視功率線電流，并提供功率線電流的高頻成分給di/dt輸入感測(cè)電路。dv/dt輸入感測(cè)電路監(jiān)視功率線電壓。di/dt和dv/dt輸入感測(cè)電路分別生成攜帶關(guān)于功率線電流和功率線電壓變化的信息的信號(hào)。處理單元分析這些功率線電流和功率線電壓變化，從而以更高的精度將檢測(cè)到的電氣起弧事件與滋擾負(fù)載相區(qū)分。
文檔編號(hào)G01R19/12GK101039025SQ20061017129
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者克里斯蒂安·V·佩龍, 克里斯托夫·A·尼克爾斯, 麥克爾·T·帕克 申請(qǐng)人:森薩塔科技公司