專利名稱：直流電力系統(tǒng)中飛弧的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流(DC)電力系統(tǒng)中飛孤的檢測和/或防飛弧的措施，上述飛弧包括并聯(lián)電弧和串聯(lián)電弧。
背景技術(shù)：
在DC電力系統(tǒng)中提供過載保護(hù)，及有時提供過電流保護(hù)是很普遍的。過載保護(hù)通常是用一個熱元件或一個電子電路來提供，上述熱元件模擬配電線路的加熱，并在雙金屬達(dá)到某一溫度時使接觸點開路，而上述電子電路模擬相同的熱過程。過電流保護(hù)通常由一瞬時斷開部件提供，并通過一個磁力斷開裝置或電子模擬裝置實施，如果電流超過一特定的閾值，如短路所達(dá)到的值，則上述瞬時斷開部件迅速使斷路器開路。在沒有瞬時能力的情況下，保險絲是一種易處理的熱斷開裝置。
除了過載和短路保護(hù)之外，當(dāng)前的研究對DC電力系統(tǒng)中防電孤故障措施感興趣。電弧故障包括一種發(fā)熱高度集中的區(qū)域，一種類型的“過熱點”，這種發(fā)熱高度集中區(qū)域可能導(dǎo)致絕緣擊穿，產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物，及噴放熱金屬粒子。它也可能由斷裂的導(dǎo)線或不良連接造成。
電弧故障可以是串聯(lián)或并聯(lián)的。串聯(lián)電弧的例子是斷線兩端接近到足以引起飛弧，或者不良的電氣連接。并聯(lián)電弧是在不同電位的導(dǎo)線之間其中包括導(dǎo)線和地之間發(fā)生。電弧故障與電源串聯(lián)，而串聯(lián)電弧還與負(fù)載串聯(lián)。電弧故障具有一比較高的阻抗。因此，串聯(lián)電弧造成負(fù)載電流減小，并且無法用慣常保護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)過載和過電流保護(hù)檢測。即使并聯(lián)電弧可以產(chǎn)生超過電路中標(biāo)稱額定電流的電流，但并聯(lián)電弧產(chǎn)生的電流可以是不規(guī)則的，使得RMS值小于產(chǎn)生熱斷開，或至少延遲操作所需要的值。電弧電壓和線路阻抗常?？梢宰柚共⒙?lián)電弧達(dá)到足夠啟動瞬時斷開功能的電流電平。
由于許多原因，汽車電路將轉(zhuǎn)移到較高的電壓如36或42伏，這種高電壓不成比例地比目前的14伏電路更容易因電弧而損壞，這主要是由于電弧電壓在12伏和30伏之間。即使是在航空航天工業(yè)中常用的28伏電路，也證明提供了支承保持飛孤的環(huán)境。在住宅電力系統(tǒng)中所發(fā)現(xiàn)的不利因素之外還有一個最重要的不利因素是在相當(dāng)大濕度下的振動并且污物有時也是不利因素。此外，遠(yuǎn)程通信領(lǐng)域采用24伏(并可以轉(zhuǎn)移到48伏)DC系統(tǒng)，所述系統(tǒng)也容易飛弧。在這些電壓下的電弧不能事先存在，亦即必須通過觸點分開“產(chǎn)生”。如果電弧起初熄滅到一個開路，那么在理論上它們不應(yīng)重新發(fā)生。但存在碳化作用或引入其它的動態(tài)污染物，電離的氣體(存在時間很短)和振動，可以重新接觸表面，于是多次發(fā)生的情況是常見的。特別是通過若干元件行駛的活動車輛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對用于在DC電路中檢測串聯(lián)和并聯(lián)兩種電弧故障和防上述電弧故障的裝置。它包括檢測跨過負(fù)載的電壓或經(jīng)過負(fù)載的電流二者的減少，上述減少是通過本地傳感器檢測的并且在本地或遠(yuǎn)程進(jìn)行分析。在遠(yuǎn)程分析情況下，傳感器和控制信息可以通過分支電路上的載體或是通過一個單獨的通信鏈路如一個多路復(fù)用系統(tǒng)傳送。它還包括若干開關(guān)，所述開關(guān)通過斷開電弧下游受影響的負(fù)載或是通過切斷上游整個分支電路將本地電弧故障隔離。本發(fā)明的一個方面包括檢測由電弧產(chǎn)生的重復(fù)性階躍變化。它還包括通過觀察電弧電流向上偏移至故障消失至短路，或是向下偏移至故障開路及電流降至零來監(jiān)測電流，所述電流可以跟隨DC電弧故障中的初始階躍變化以便與別的現(xiàn)象如負(fù)載斷開相區(qū)別。
按照本發(fā)明的另一方面，可以通過在檢測到電流階躍下降時暫時斷開電流來檢測串聯(lián)電弧。如果接通電流返回到的幅度與它斷開時大致相同，則可能是由其它現(xiàn)象引起的。如果在接通之后的電流不是與階躍下降之后的電流大致相同，則不管是電流大得多還是小得多，都分別已發(fā)生了一種已破壞至短路的電弧故障或已破壞至開路的電弧故障。


當(dāng)結(jié)合附圖看時，從下面對優(yōu)選實施例的說明可以充分理解本發(fā)明，其中圖1是在一DC電力系統(tǒng)中串聯(lián)電弧的電流波形圖。
圖2是在一DC電力系統(tǒng)中串聯(lián)電弧所產(chǎn)生的電壓波形圖。
圖3是示出實施本地串聯(lián)電弧檢測和減負(fù)載的本發(fā)明第一實施例的示意電路圖。
圖4是示出實施本地檢測和本地減負(fù)載與電源電壓通信的本發(fā)明第二圖5是用中央電弧故障檢測和響應(yīng)實施電弧故障本地檢測的本發(fā)明第三實施例示意電路圖。
圖6是應(yīng)用一多路復(fù)用系統(tǒng)在負(fù)載和中央位置之間通信的另一實施例示意電路圖。
圖7是臨時斷開電流熄弧和然后檢測電流電平的一個實施例示意電路圖。
圖8是檢測串聯(lián)電弧并可以在破壞到短路的串聯(lián)電弧和破壞到開路的串聯(lián)電弧之間進(jìn)行區(qū)別的另一個實施例示意電路圖。
圖9是在一DC電力系統(tǒng)中一種并聯(lián)電弧的電流波形圖。
圖10是本發(fā)明的與圖3所示實施例相似，但響應(yīng)于DC負(fù)載電流變化的一個實施例示意電路圖。
圖11是本發(fā)明的與圖4所示實施例相似，但響應(yīng)于DC負(fù)載電流變化的一個實施例示意電路圖。
圖12是本發(fā)明的與圖5所示實施例相似，但響應(yīng)于DC負(fù)載電流變化的一個實施例示意電路圖。
圖13是本發(fā)明的與圖6所示實施例相似，但響應(yīng)于DC負(fù)載電流變化的一個實施例示意電路圖。
具體實施例方式
圖1和2分別示出在直流(DC)電力系統(tǒng)中由一串聯(lián)電弧產(chǎn)生的電流和電壓波形的典型例子。正如從圖1中可以看到的，在起弧時，在一噪聲保持周期之后有若干電流的階躍變化。然后電弧或是破壞到短路，或是破壞到開路，在上述短路情況下負(fù)載電流開始上移和然后跳到它的先前值(跡線A)，直至第二個電弧發(fā)生，而在上述開路情況下電流下移和然后降到零(跡線B)。
圖2示出在一42伏DC系統(tǒng)中，用實線示出的電源電壓和以虛線示出的跨過負(fù)載的電壓在電弧發(fā)生之前都處于42伏下。然后當(dāng)電弧引入與負(fù)載串聯(lián)的相當(dāng)大的阻抗時跨過負(fù)載的電壓顯著下降。我們發(fā)現(xiàn)，顯著的減少如少于標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的約75％指示一個電弧。因此，在42伏系統(tǒng)中，如果跨過負(fù)載的電壓降到低于約30伏，則表示有一串聯(lián)電弧。應(yīng)該注意，電源電壓也可能由于故障而下降，但在電源電壓和跨過負(fù)載的電壓之間有至少約12伏的電壓差。當(dāng)熄弧時，電源電壓和負(fù)載電壓二者都返回標(biāo)稱值直至出現(xiàn)另一個電弧時為止。如果熄弧到一個開路，則負(fù)載電壓也可能降到零。由于振動和/或碳的作用，再起弧也是有可能的。
必須考慮到，在DC電路中有可能產(chǎn)生必須與電弧故障區(qū)別開的波形的現(xiàn)象。例如，使負(fù)載斷開或接通可能產(chǎn)生階躍變化。
圖3示意示出用電池3作電源的DC電力系統(tǒng)1，上述電池3可以具有例如36伏或42伏的標(biāo)稱電壓。電池將電力提供給許多分支電路5，每個分支電路5都用設(shè)置在保險盒或控制盒9中保險絲7保護(hù)。
每個分支電路5都向一個或一個以上負(fù)載111，112提供電力。在所示位置處一串聯(lián)電弧13將不會明顯地影響跨過負(fù)載111的電壓。然而，當(dāng)它與負(fù)載112串聯(lián)時，跨過這個負(fù)載的電壓將如上所述開始下降約至少25％或更多。因此，按照本發(fā)明的這個實施例，一個檢測器15通過電壓傳感器16監(jiān)測跨過負(fù)載112的電壓，并且如果上述電壓在長于一預(yù)定時段里下降到低于閾值，例如，對一42伏系統(tǒng)，在長于至少約10毫秒(ms)的時段里，優(yōu)選的是在長于約20ms的時段里下降到低于約30伏，則表明發(fā)生電弧故障。檢測電弧可用來使與電弧串聯(lián)的本地開關(guān)17打開。替代地，或除此之外，可以啟動一個指示器如發(fā)光二極管(LED)。
圖4示出本發(fā)明的另一個實施例，其中一個傳感器21將跨過負(fù)載21的電壓提供到一個本地處理器23。這個處理器還接收一個代表來自功率控制組件9的電源電壓的信號。功率控制組件中的電源電壓傳感器25產(chǎn)生一個代表提供給發(fā)送器27的電源電壓的信號。上述發(fā)送器27調(diào)制傳送到分支電路5的載波信號。調(diào)制的載波信號由接收器29接收，接收器29向處理器23提供電源電壓指示信號。上述處理器23從電源電壓減去跨過負(fù)載的電壓，并且如果差值在長于一預(yù)定的時段里超過一選定值，則表明有電弧并且將本地開關(guān)17打開。例如，在42伏DC系統(tǒng)中，如果差值在長于20ms的時段里高于12伏，則表明有一串聯(lián)電弧。
轉(zhuǎn)到圖5，在本地讀出跨過負(fù)載11的電壓，通過一個模擬-數(shù)字(A/D)變換器31將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過發(fā)送器27將其調(diào)制成一載波信號，通過分支電路5發(fā)送給功率控制組件9，在該功率控制組件9處，載波信號被一接收器29解調(diào)并提供給微處理器33。微處理器33例如通過確定在選擇的時段里，在至少10ms時段里，優(yōu)選地有20ms時段里跨過負(fù)載的電壓是否下降到低于絕對閾值，或者本地測得值是否低于電源電壓，來對一串聯(lián)電弧進(jìn)行檢驗。如果檢測出一個電弧，則微處理器33可以啟起功率控制組件9中的開關(guān)35。這個開關(guān)35可以是例如一個電弧故障電流斷路器，該斷路器也對并聯(lián)電弧提供保護(hù)。因為微處理器33處在功率控制組件中，所以它也處在對全部分支電路5提供電弧故障保護(hù)的位置。
用分支電路上的載波信號作為負(fù)載和功率控制組件之間通信的替代物，在許多應(yīng)用中可以采用多路復(fù)用系統(tǒng)，來自功率控制組件或者來自負(fù)載的信息通常是通過如在圖6實施例中所示的傳感器/致動器芯片36，在通信總線34上以分組形式傳送，也可以使用其它的媒體如無線通信。
在圖3-6的每個實施例中，可以通過監(jiān)測經(jīng)過負(fù)載的電流而不是經(jīng)過負(fù)載的電壓來檢測串聯(lián)電弧。在那種情況下，如果經(jīng)過負(fù)載的額定電流減去測得的電流除以額定電流小于一預(yù)定值如例如0.7，則表示一種斷開。另外，串聯(lián)電弧安排一個阻抗與降低負(fù)載電流的負(fù)載串聯(lián)。如果使用電流，則每個負(fù)載的額定電流必需已知。而且，例如，如果負(fù)載具有多個工作條件，如許多速度設(shè)定，則對上述工作條件必需知道額定電流。
除了用由一串聯(lián)電弧所產(chǎn)生的電流降或電壓降之外，在圖3-6的實施例中可以用其它的邏輯。例如，當(dāng)串聯(lián)電孤的電流和下游電壓二者波形在起弧時顯示一連串階躍變化，則可以應(yīng)用對這些脈沖的時間衰減累加的算法，如在美國專利No.5,691,869中所述。而且，下面所述與并聯(lián)電弧有關(guān)的電弧故障檢測器邏輯也可以用作這些串聯(lián)電弧檢測器的邏輯，在上述并聯(lián)電弧中濾波后的負(fù)載電流以連續(xù)區(qū)間積分并與檢測隨機性進(jìn)行比較。
圖3-6的實施例通過監(jiān)測跨過負(fù)載的電壓檢測串聯(lián)電弧，并因此要求在每個負(fù)載處都有傳感器。圖7所示的實施例通過監(jiān)測電流檢測串聯(lián)電弧，于是可以遠(yuǎn)距離設(shè)置，而優(yōu)選的是設(shè)置在中心位置如功率控制組件9中。這個實施例監(jiān)測用于電流階躍變化的分支電流。因為電流的階躍變化可能是由于負(fù)載的斷開或接通或負(fù)載工作條件的變化，所以這種技術(shù)要求當(dāng)檢測到一選定幅度的階躍變化時瞬間斷開電流。這種電流的中斷將使電弧熄滅。正如參見圖1所記得的，電弧可以破壞到短路和破壞到開路。因此，如果當(dāng)電力回到接通時，電流達(dá)到在階躍下降之前的值，或者達(dá)到零，這種現(xiàn)象就是有電弧。另一方面，如果電流返回到近似是電流斷開時的值，則電流的變化不是由于電弧，而是由于電路中的某種其它活動如負(fù)載斷開引起的。斷開的時間段應(yīng)長到足以熄弧，但沒有長到足以使負(fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重的中斷。典型的斷開時間是約5ms-約30ms。
轉(zhuǎn)到圖7，設(shè)置在功率控制組件9中的保護(hù)電路37包括一個電流傳感器39和一個連接在分支電路5中的固態(tài)開關(guān)41。將測得的電流信號加到一個事件檢測器43上，該事件檢測器43包括一個檢測階躍變化的帶通濾波器45，和一個負(fù)的階躍閾值檢測器47，該檢測器47響應(yīng)于電流的階躍下降大于一選定的值，如例如在42伏DC系統(tǒng)中約為25％-80％，優(yōu)選的是約50％。將事件的發(fā)生與測得電流一起送到處理器49上，該處理器49應(yīng)用電弧檢測邏輯。在處理器49是數(shù)字處理器時，將測得電流用一具有處理器的A/D變換器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。事件的發(fā)生，也就是說負(fù)載電流的降低大于一選定的值，設(shè)定了一個瞬時斷開邏輯51，該瞬時斷開邏輯斷開固態(tài)開關(guān)41，以便中斷分支電路5中的電流。事件信號還啟動一個定時器53，該定時器53測量預(yù)先選定的斷開時間如約5ms-30ms，和然后重新設(shè)定瞬時斷開邏輯51，以便固態(tài)開關(guān)返回接通。電弧檢測邏輯從重新連接之后的電流減去斷開之前但初始階躍減少之后的電流并除以斷開之前的電流。如果計算結(jié)果的絕對值小于預(yù)定值，如約0.2，則沒有電弧發(fā)生。否則，處理器49再設(shè)定瞬時斷開邏輯51，以便斷開固態(tài)開關(guān)，并保護(hù)分支電路5免受檢測的串聯(lián)電弧故障影響。
圖8中示出的本發(fā)明另一個實施例監(jiān)測由串聯(lián)電弧產(chǎn)生的電流中起初階躍變化之后的電流偏移。再參見圖1，可以看出，串聯(lián)電弧電流或是緩慢地向上偏移和然后破壞至短路，以使電流返回它的電弧之前初始值，或是緩慢地向下偏移和然后破壞至開路。因此，在本發(fā)明的這個實施例中，電流在階躍下降之后的任何緩慢偏移都辨別出來。如果緩慢偏移向上，則將階躍下降之前存儲的電流值與偏移一段時間，例如約0.1-1秒的電流值進(jìn)行比較。如果這兩個電流值大約相等，則有一個短路的電弧。如果兩電流值不大約相等，則沒有電弧，但由于某種另外現(xiàn)象而引起電流的階躍變化。如果在階躍下降之后偏移是負(fù)的，則給階躍下降數(shù)目計數(shù)，并且如果在選定的時間間隔如0.1-約1秒內(nèi)達(dá)到選定的計數(shù)，如例如2-4，則有一個破壞至開路的電弧。
因此，正如在圖8中所看到的，通過電流傳感器39檢測電流并將其加到一事件檢測器43上。象在圖7的實施例中一樣，這個事件檢測器43包括一個帶通濾波器和一個負(fù)閾值檢測器，該負(fù)閾值檢測器檢測大于一預(yù)定幅度的電流階躍下降。電流第一階躍下降的檢測啟動定時器57并且還啟動一個取樣和保持電路59，該取樣和保持電路59存儲階躍下降之前的電流值，該電流值已由延遲電路61保存。一個緩慢偏移檢測器63可以是一個低通濾波器，該檢測器63也監(jiān)測電流。信號檢測器65檢測偏移信號的極性。如果極性為正，并且定時器57超時，則將存儲的初始電流與處理器67中的現(xiàn)有電流進(jìn)行比較。如果這兩個電流大致相等，則意味著電弧已破壞至短路，產(chǎn)生電弧短路信號，該信號通過一個“或”(OR)電路69。另一方面，如果用符號檢測器65測定緩慢偏移信號極性為負(fù)，則啟動“與”(AND)門71。同時，計數(shù)器73對事件檢測器43檢測的電流階躍下降的數(shù)目計數(shù)，并且如果計數(shù)在由定時器57設(shè)定的間隔內(nèi)達(dá)到一選定的計數(shù)，則“與”門71的輸出變高，以便在“或”門69的輸出處產(chǎn)生一個電弧信號。
本發(fā)明的上述實施例解決了DC電力系統(tǒng)中的串聯(lián)電弧故障。DC電力系統(tǒng)中并聯(lián)電弧的一個例子在圖9中示出。這種并聯(lián)電弧可以采用美國專利No.5,691,869中所介紹的裝置和技術(shù)，利用由這種電弧所產(chǎn)生的電流階躍變化的時間衰減累加進(jìn)行檢測，此處包括上述專利作為參考文獻(xiàn)。這種保護(hù)可以設(shè)置在位于功率控制組件9內(nèi)的電弧故障電路斷路器35中，如圖5和6中所示。應(yīng)該理解，這種并聯(lián)電弧故障保護(hù)可以設(shè)置成與本文用于串聯(lián)電弧故障檢測所介紹的任何技術(shù)無關(guān)或者與上述技術(shù)相結(jié)合。
也可以檢測DC電力系統(tǒng)中的并聯(lián)電弧故障，并相應(yīng)于利用美國專利No.5,933,305中所介紹的循環(huán)電流積分比較電路和技術(shù)。通過對電流進(jìn)行帶通濾波來檢測電弧故障，以便每當(dāng)出現(xiàn)一個電弧時都產(chǎn)生帶脈沖的測得電流信號。一個可重新設(shè)定的積分器在相等的時間間隔內(nèi)如每個交流(交流)電流的周期重復(fù)地將測得的電流積分。將測得電流的積分值與存儲在取樣和保持電路中的以前相應(yīng)時間間隔值進(jìn)行比較，指示對于移位寄存器中存儲的選定個數(shù)如6個最近時間間隔，各間隔之間積分的測得值增加和減少。對每個時間間隔，一個混沌學(xué)檢測器計數(shù)對于選定個數(shù)的最近相應(yīng)時間間隔的增加和減少之間的變化數(shù)，并累加時間衰減的計數(shù)加權(quán)總和。當(dāng)總和達(dá)到一預(yù)定量時，產(chǎn)生一個輸出，如用于斷路器的斷開信號。當(dāng)用于提供交流電系統(tǒng)中電弧故障保護(hù)時，在專利No.5,933,305中所介紹的電孤故障檢測器使用的時間間隔是交流電流基頻的周波的倍數(shù)，并通過一個零點交叉檢測器與交流周波同步。因為此處加到直流電力系統(tǒng)上，所以不需要零點交叉檢測器，并把積分間隔作為由一電弧所產(chǎn)生的電流階躍變化主頻率周波的倍數(shù)，例如約120-500Hz。如上所述，周期電流積分比較技術(shù)也可用來檢測串聯(lián)電弧，因為它與電弧所產(chǎn)生電流中的階躍變化幅度無關(guān)，而代之以取決于活動的隨機性。
周期電流積分比較技術(shù)甚至可用于具有脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動裝置如減光器的DC電力系統(tǒng)中。在這種情況下，積分間隔與PWM信號的重復(fù)速率一致。因此，積分可以是重復(fù)速率的倍數(shù)，并甚至可以跟蹤緩慢變化的重復(fù)速率。
本發(fā)明還包括檢測由一DC負(fù)載所產(chǎn)生的DC電流的下降，以便表明DC電弧的存在。圖10-13示出這種檢測DC電流下降的技術(shù)對圖3-6所示配電系統(tǒng)的應(yīng)用，此處利用負(fù)載電壓的下降來檢測飛弧。正如在圖10中所看到的，電流傳感器75檢測由負(fù)載112所產(chǎn)生的電流，并將這種測量提供給處理器15。在正常條件下，負(fù)載112產(chǎn)生一個額定的電流Irated。利用負(fù)載112的分支電路5中的串聯(lián)電弧13引入一個與負(fù)載串聯(lián)的相當(dāng)大阻抗，該阻抗與負(fù)載共享電源電壓，并造成由負(fù)載112所產(chǎn)生的測得電流減少。如果對于一個時間周期如10ms，和優(yōu)選的是20ms，這種測得的電流下降到至少比額定電流低25％，或者換句話說，額定電流下降到小于額定電流的0.75，則產(chǎn)生一個飛弧信號，該飛弧信號可用來打開開關(guān)17，以便使負(fù)載112與DC電源分開，和/或提供飛弧事件的指示，如用LED 19照亮。
在圖11所示的直流配電系統(tǒng)1中，處理器23不僅提供當(dāng)用電流傳感器77檢測時由負(fù)載11所產(chǎn)生的電流，而且還提供由電壓傳感器25測得的電源電壓Vsource，并經(jīng)過調(diào)制載波信號由發(fā)送器27發(fā)送到分支線路5上。接收器29將信號解調(diào)，以便提取出測得的DC電源電壓供處理器23用。為了調(diào)節(jié)DC電源電壓的任何變化，如果用電流傳感器77檢測時經(jīng)過負(fù)載11的電流小于按DC電源電壓比例的額定電流的0.75，則處理器23產(chǎn)生一個飛弧信號，因為如果電源電壓下降，由負(fù)載產(chǎn)生的電流將按比例量下降。
在圖11中，處理器23位于負(fù)載11附近。因此，測得的DC電源電壓必須傳送到處理器23上。在圖12的DC電力系統(tǒng)中，處理器33設(shè)置在遠(yuǎn)離負(fù)載11處，并且由負(fù)載11產(chǎn)生及由電流傳感器77測得的電流必須傳送到遠(yuǎn)處的處理器33。因此，在模擬-數(shù)字變換器81中將測得的電流數(shù)字化和然后被發(fā)送器27用來調(diào)制傳送到分支電路5上的載波信號，并由接收器29解調(diào)以便提取出電流信號供處理器33處理。如果測得的DC電流在一個時段如至少10ms，但優(yōu)選的是20ms，至少降到按DC電源電壓比例的額定電流的0.75倍，則處理器33象處理器23一樣產(chǎn)生一個飛弧信號。圖13中的安排與圖12中的相似，不過由電流傳感器79檢測的測得電流是在一個外部通信系統(tǒng)如一多路復(fù)用系統(tǒng)上提供給處理器33，在該通信系統(tǒng)中信息通常是經(jīng)由一個致動器芯片81在功率控制組件9和負(fù)載11之間通過通信總線31上的分組來傳送。
盡管已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明的一些特定的實施例，該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)公開內(nèi)容的總體說明，可以對那些零部件研究開發(fā)各種改變和代用品。因而，所公開的特別安排打算僅僅是示例性的并且不是作為對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求的整個范圍及其任何或所有等效物規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種在通過分支電路將DC電力從DC電源供給DC負(fù)載的配電系統(tǒng)中提供防止飛弧保護(hù)的設(shè)備，上述設(shè)備包括檢測跨過至少一個負(fù)載的DC電壓的電壓檢測裝置；根據(jù)檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓產(chǎn)生飛弧信號的處理裝置；及對飛弧信號作出響應(yīng)的裝置。
2.權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中對飛弧信號作出響應(yīng)的裝置包括一個開關(guān)，該開關(guān)響應(yīng)飛弧信號使至少一個負(fù)載與DC電源斷開。
3.權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中處理裝置包括當(dāng)檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓降低至少約25％持續(xù)一預(yù)定時間間隔時產(chǎn)生飛弧信號的裝置。
4.權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中預(yù)定的時間間隔約為至少10ms。
5.權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中對飛弧信號作出響應(yīng)的裝置包括一個開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)飛弧信號而使至少一個負(fù)載與DC電源斷開。
6.權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中電壓檢測裝置還包括檢測電源電壓的裝置，并且處理裝置包括當(dāng)電源電壓檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓之間的差值至少等于一預(yù)定值時產(chǎn)生飛弧信號的裝置。
7.權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中電源電壓和檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓之間預(yù)定的差值為至少約12伏。
8.權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中檢測電源電壓的裝置遠(yuǎn)離至少一個負(fù)載，并且其中處理裝置包括一個處理器和把電源電壓與檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓提供給上述處理器的裝置。
9.權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中處理器位于至少一個負(fù)載附近。
10.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中把電源電壓提供給處理器的裝置包括在分支電路上把電源電壓發(fā)送到處理器的裝置。
11.權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中在分支電路上把電源電壓發(fā)送到處理器的裝置包括一個發(fā)送器，所述發(fā)送器調(diào)制在分支電路上由電源電壓所發(fā)送的載波信號。
12.權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中把電源電壓供給處理器的裝置包括一個與分支電路分開的通信系統(tǒng)。
13.權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中處理器位于檢測電源電壓的裝置附近，所述檢測電源電壓的裝置遠(yuǎn)離至少一個負(fù)載。
14.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中把檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓供給處理器的裝置包括在分支電路上把檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓發(fā)送到處理器的裝置。
15.權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中把檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓發(fā)送到處理器上的裝置包括一個發(fā)送器，所述發(fā)送器調(diào)制一個在分支電路上由檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓發(fā)送的載波信號。
16.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中把檢測的跨過至少一個負(fù)載的DC電壓供給處理器的裝置包括一個與分支電路分開的通信系統(tǒng)。
17.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中對飛弧信號作出響應(yīng)的裝置包括一個在處理器附近的開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)飛弧信號而中斷把DC電力供給至少一個負(fù)載的分支電路。
18.一種在通過分支電路把DC電力從一DC電源供給一DC負(fù)載的配電系統(tǒng)中提供防飛弧保護(hù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括在分支電路中檢測電流的電流檢測裝置；一個對分支電路中通過電流檢測裝置檢測的電流階躍下降作出響應(yīng)的階躍檢測器；對階躍檢測器檢測的電流階躍下降作出響應(yīng)的斷開裝置，所述裝置使負(fù)載與DC電源斷開一段時間和然后使負(fù)載與DC電源重新連接；及當(dāng)負(fù)載與DC電源重新連接后由電流檢測裝置檢測的電流不返回到負(fù)載與DC電源斷開時由電流檢測裝置檢測的預(yù)定電流范圍內(nèi)時產(chǎn)生一個飛弧信號的裝置。
19.權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中斷開裝置還對飛弧信號作出響應(yīng)，以便響應(yīng)飛弧信號保持負(fù)載與DC電源斷開。
20.權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生飛弧信號的裝置包括一個處理器，所述處理器從負(fù)載與DC電源斷開時由電流檢測裝置檢測的電流中減去負(fù)載與DC電源重新連接后由檢測裝置檢測的電流，同時將差值的絕對值除以斷開時由電流檢測裝置檢測的電流，并且當(dāng)商數(shù)大于一選定值時產(chǎn)生一個飛弧信號。
21.權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中選定的值不大于約0.2。
22.權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中階躍檢測器對電流階躍下降至少約25％作出響應(yīng)。
23.權(quán)利要求22所述設(shè)備，其中負(fù)載與DC電源斷開的這段時間為約5ms-約30ms。
24.一種在通過一分支電路將DC電源供給DC負(fù)載的DC配電系統(tǒng)中提供防飛弧保護(hù)的設(shè)備，上述設(shè)備包括電流傳感器，用于提供在分支電路中檢測的電流的指示；階躍檢測器，用于檢測所測得電流中預(yù)定的階躍下降到一減少的值；檢測所測得的電流偏移的裝置；及當(dāng)測得的電流偏離一減少的值時產(chǎn)生飛弧信號的裝置。
25.權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生飛弧信號的裝置在電流階躍下降之后一預(yù)定時間所測得的電流向上偏移到電流階躍下降之前測得的電流值附近時，產(chǎn)生飛弧信號。
26.權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中預(yù)定的電流階躍減少約至少為25％。
27.權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中預(yù)定的時間周期為0.1-約1秒鐘。
28.權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生飛弧信號的裝置還包括對在測得的電流階躍下降之后，對測得的電流向下偏移作出響應(yīng)，當(dāng)在一預(yù)定時間周期內(nèi)檢測到預(yù)定數(shù)量附加電流階躍下降時產(chǎn)生飛弧信號的裝置。
29.權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中預(yù)定的計數(shù)約為2-4個計數(shù)。
30.權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中預(yù)定的時間周期約為0.1-1秒鐘。
31.一種在通過一分支電路將DC電力從DC電源供給負(fù)載同時由DC電源產(chǎn)生一預(yù)定額定電流的配電系統(tǒng)中提供防飛弧保護(hù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括檢測裝置，包括檢測由負(fù)載產(chǎn)生的DC電流的電流檢測裝置；及處理裝置，當(dāng)測得的由負(fù)載所產(chǎn)生的DC電流下降到預(yù)定額定電流至少一個選定的比例保持一預(yù)定時間間隔時產(chǎn)生一個飛弧信號。
32.權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中當(dāng)測得的由負(fù)載產(chǎn)生的DC電流下降到預(yù)定額定電流的至少約75％時，處理裝置產(chǎn)生一個飛弧信號。
33.權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中預(yù)定的時間間隔為至少約10ms。
34.權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中對飛弧信號作出響應(yīng)的裝置包括一個開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)飛弧信號使DC負(fù)載與DC電力斷開。
35.權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中檢測裝置還包括電源電壓檢測裝置和處理裝置，上述電源電壓檢測裝置檢測DC電源電壓，而上述處理裝置當(dāng)測得的DC電流降到與DC電源電壓成比例的額定電流的一個選定比例時產(chǎn)生飛弧信號。
36.權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中額定電流的選定比例不大于額定電流的75％。
37.權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中電源電壓檢測裝置遠(yuǎn)離DC負(fù)載，并且其中處理裝置包括一個處理器和把電源電壓及測得的由負(fù)載產(chǎn)生的DC電流提供給處理器的裝置。
38.權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中處理器位于DC負(fù)載附近。
39.權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中把DC電源電壓提供給處理器的裝置包括在分支電路上向處理器發(fā)送DC電源電壓的裝置。
40.權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其中把DC電源電壓提供給處理器的裝置包括一個與分支電路分開的通信系統(tǒng)。
41.權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中處理器位于電源電壓檢測裝置附近而遠(yuǎn)離DC負(fù)載。
42.權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其中把測得的由DC負(fù)載產(chǎn)生的DC電流供給處理器的裝置包括在分支電路上把測得的由DC負(fù)載產(chǎn)生的測得DC電流發(fā)送到處理器的裝置。
43.權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中把測得的由DC負(fù)載產(chǎn)生的DC電流供給處理器的裝置包括一個與分支電路分開的通信系統(tǒng)。
全文摘要
DC電力系統(tǒng)中的飛弧故障是通過響應(yīng)于一預(yù)定的跨過DC負(fù)載的電壓的下降或由DC負(fù)載產(chǎn)生的電流的下降的設(shè)備檢測的。電壓下降和電流下降可以是測得值或與電源電壓成比例的值。在另一種安排中，當(dāng)檢測到電流的階躍下降時臨時中斷負(fù)載電流。如果DC電流在一預(yù)定范圍內(nèi)不返回到中斷之前的減少值，則表明有飛弧。在第三實施例中，在檢測階躍下降之后負(fù)載電流或是向上移向短路，或是向下移向開路，都看作是飛弧的指示。
文檔編號H02H3/32GK1529929SQ01818720
公開日2004年9月15日 申請日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月13日
發(fā)明者J·C·齊歇爾, J·K·黑斯廷斯, E·赫茲曼賽德, J·B·帕迪, C·J·坦尼斯, J C 齊歇爾, 嚷, 坦尼斯, 帕迪, 黑斯廷斯 申請人:伊頓公司