用于電弧故障管理的系統(tǒng)、設備和方法

文檔序號：7302174閱讀：185來源：國知局

專利名稱：用于電弧故障管理的系統(tǒng)、設備和方法
用于電弧故障管理的系統(tǒng)、設備和方法
背景技術：
美國專利6,421,214 (Packard)的全部內容以參考的方式并入本發(fā)明，依其申述描述了 "自測試電弧故障或接地故障檢測器包括電弧故障檢測電路和部件。該檢測器包括測試電路，其測試至少部分電路和部件，并且當測i誠功完成時產生循環(huán)信號。如果測試沒有成功完成，信號丟失。這種信號丟^1過連接至測試電路的指示器而用信號指示。在一個方案中，信號丟失激活電路斷流器，所述電路斷流器將檢測器的負載側從線S柳斷開。"參見其摘要。
美國專利6,477,021 (Haun)的全部內容以參考的方式并入本發(fā)明，依其申述描述了 "用于確定電路中是否存在弧化的系統(tǒng)包括用于監(jiān)控電路中的電流波形的傳感器，以及響應于傳而確定是否存在電弧故障的電弧故障檢測電路。該電弧故障檢測電路包括控制器，其響應于電路中存在電弧故障的確定而產生跳閘信號，以及抑制J/閉鎖功能，其用于在一個或多個預定條件下防止產生跳閘信號。"參見其摘要。
美國專利6,532,139 (Kim)的全部內容以參考的方式并入本發(fā)明，依其申述描述了 "用于將交流電源從相線和中性線切斷的斷路器具有檢測電弧故障、接地故障和過載的能力。該斷路器包括電弧故障電路斷流器(AFCI (arc fault circuit interrupter))、接地故障電路斷流器(GFCI (ground fault circuit interrupter))、過載電路斷流器(OLCI (overbad circuit interrupter))禾口跳閘電路。該AFCI、 GFCI和OLCI跨在交流電源線的相線和中性線之間并且分別檢測電弧故障、接地故障和過載。跳閘電路用于在電弧故障、接地故障和過載中的至少一個發(fā)生時將交流源從斷路器切斷。當電弧故障跳閘信號、接地故障跳閘信號和過載跳閘信號中的至少一個的電平大于特定的參考跳閘電平時，斷路器被切斷。"參見其摘要。

發(fā)明內容
某些示例性實航式包括故障檢測系統(tǒng)，該故障檢測系統(tǒng)可以包括微處理器。該微處理器可以被配置用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸
出信號至輸出管腳。該輸出信號可以被配置用以使斷路器跳閘。

參照示例性的附圖，通過下面的某些示例性實施方式的詳細說明，將會更容易地理解多種可能的實用和有效的實1 式，其中圖1是系統(tǒng)1000的示例性實施方式的方框亂
圖2A是電弧故障信號調節(jié)電路2000的示例性實施方式的方框圖2B是示例性的電弧故障信號調節(jié)電路輸入波形；圖2C ^例性的電弧故障信號調節(jié)電路輸入波形；圖2D歸例性的電弧故障信號調節(jié)電路輸出波形；圖3是與電弧故障信號調節(jié)電路相關的波形的示例性實施方式的圖3000; 圖4A是接地故障信號調節(jié)電路4000的示例性實施方式的方框圖；圖4B是示例性的接地故障信號調節(jié)電路輸入波形4100; 圖4C歸例性的接地故障信號調節(jié)電路輸出波形4200; 圖5是仿真電弧波形的示例性實施方式的圖5000; 圖6是方法6000的示例性實施方式的流程圖；圖7是方法7000的示例性實施方式的流程亂以及圖8是信息設備8000的示例性實施方式的方框圖。定義
當在此實質上使用下列術語時，所附的定義適用一個(a):至少一個。
動作行動、行為、步驟和/或過程，或者其一部分。適于使得適用于或者適M特定應用或情況。放大器增加經過其的信號的強度的設備。模擬的由連續(xù)的觀懂和/繊入而形成的信號。
模數(shù)轉換器被配置用以接收模擬輸入并產生與該模擬輸入相關的數(shù)字輸出的設備。
禾口/或與……一起或者二中擇一。裝置用于特定目的的儀器或設備。大約幾乎相同。
電弧故障在兩個或多個導體之間的電力放電，該放電至少與預定的電壓、
電流和/或功率電平相關。與……相關關于。
自動地以基本上獨立于外部影響或控制的方式《養(yǎng)力或運行。例如，當在其視野內"看到"人時，自動照明開關可以打開，而不用人手動操作該照明開關。
自動地以基本獨立于外界影響或控制的方式行動或運行。例如，當在其視野內"看到"人時，自動照明開關可以打開，而不用人手動操作該照明開關。校準通過與標準比較而檢查、調整和/或確定。會^在至少一些實M式中，會,。電路導電路徑。
斷路器適于自動斷開交流電路的設備。代碼機器可讀指令。包括包含但是不限于。被,用以育g夠執(zhí)fi^寺定功能。校正改變?yōu)楦谕闹怠?惡化從期望形式被改變的狀態(tài)。電流電能流。
:明確的信息±央，通常以特定的或預定的方式格式化和域被組織起來以表示概念。
致力全部委托和/或纟好特定的4柳、動作、原因和域實體。定義KdO^廓、形式或結構。檢測感測、察覺和/或識別。設備機器、制造品和/或其集合。
差分電流第一電導體中的第一電荷流禾瞎二電導體中的第二電荷流之間的差。
數(shù)字的一一莫擬的；離散的。直流電(DC):非交變電流。
占空比脈沖序列位于高邏輯狀態(tài)的時間百分比。
電的與電有關的。
電耦合以適于傳遞電能的方式連接。
育^量有用功。
故障電弧故障或接地故障。
與參考相比在數(shù)量上少。增益信號功率、電壓和/或電流的增加或減少，以輸出與輸A^比表示。產生引起和/或使開始。接地故障電氣裝置或電路對地短路。
觸覺的包括動覺運動的人類感覺和/或接觸的人類感覺。在許多潛在觸覺體驗中有大量感覺，身體位置的感覺差異以及至少部分地以非視覺、非聽覺和非嗅覺的方式所感知的基于時間的感覺變化，包括以下的體驗觸覺接觸(正被接觸)、主動接觸、抓緊、壓、摩擦、牽引、滑動、拉伸、推動、扭轉、碰撞、擊穿、振動、運動、加速、痙攣、脈動、定向、肢定位、重力、紋理、裂口、凹陷、粘稠、疼痛、發(fā)癢、潮濕、纟鵬、導熱性和熱容量。
指示的用于指示。
指示符用于吸引注意力的信號。
信息設備育灘M信息的任何設備，例如任何通用計^t幾和減專用計算機，例如個人計算機、工作站、月艮務器、小型計^t幾、大型機、巨型計算機、計^m終端、膝上型電腦、可穿戴計算機、和/或個人數(shù)字助理(PDA)、移動終
端、藍牙設備、通信體、"智能"電話(例如對以Treo的設備)、消息服務(例
如黑莓)接收器、尋呼機、傳真機、蜂窩電話、傳統(tǒng)電話、電話設備、程序控
制微處理器或微控制器和/或外圍集成電路元件、ASIC或其他集成電路、例如離 t^i件電路的硬件電子邏輯電路、和/或例如PLD、 PLA、 FPGA或PAL等的可編程邏輯設備等等。通常，在其上具有肖^多實現(xiàn)這里描述的方法、結構和減圖形用戶界面的至少一部分的有限狀態(tài)機的任何設備可以用作信息設備。信息設備可以包括例如一個或多個網絡接口、一個或多個處理器、一個或多個包含指令的存儲器、和/或一個或多賴A/輸出(I/O)設備、一個或多,禹合至I/O設備的用戶界面等等的部件。
輸入涉及iSA設備的電力。
輸A/輸出(I/O)設備任何面向感覺的輸A!B/或輸出設備，例如面向聽覺、視覺、觸覺、嗅覺和/或味覺的設備，例如包括，監(jiān)視器、顯示器、投影儀、高位顯示器(overhead display)、鍵盤、小鍵盤、鼠標、跟蹤球、操縱桿、游戲
鍵盤、滾輪、觸盤、觸板、指示設備、麥克風、揚聲器、攝像機、照相機、掃描儀、打印機、觸覺設備、振動驢、觸覺仿麟、和/或觸覺盤，還可能包括 I/O設備可以附于或連接至的端口。
發(fā)光二極管(LED): —種當電流經過時發(fā)光的二極管。
機謝旨令適于使例如信息設備的機器執(zhí)行特定操作或功能附旨示。機器可讀介質一種物理結構，機器從其可以獲得數(shù)據(jù)和/或信息。例如包括存儲器、穿孔卡等。
管理指導或控制。
可以在至少一些實施方式中表示允許和/或許可。測量確定與標準有關的某物的值。
存儲器器件育,存儲例如指令和/微據(jù)的模擬微對言息的器件。例如包括非易失性存儲器、易失性存儲器、隨機存取存儲器、RAM、只讀存儲器、 ROM、閃存、磁性介質、！贈、軟盤、磁帶、光學介質、光盤、壓縮盤、CD、數(shù)字多用織、DVD、和/或Raid陣列等。存儲器器件可以耦合至處理器和/或可以存儲適于由處理器執(zhí)行的指令，例如根據(jù)這里公開的實施方式。
方法用于完成某事項的過程、流程和/或相關動作的集合。微處理器包括中央處理單元的集成電路。
網絡通信耦合的多個節(jié)點。網絡可以是和/或禾擁多付網絡的任何一個，其中所述子網絡例如是電路交換的、公共交換的、分組交換的、數(shù)據(jù)、電話、電信、視頻分配、電纜、陸地、廣播、衛(wèi)星、寬帶、公司、全球的、國家的、區(qū)域性的、廣域、骨干、分組交換的TCP/IP、快以太網、令牌環(huán)、公共互聯(lián)網、
私人的、ATM、多域、和/或多區(qū)的子網絡、一個或多個互聯(lián)剛艮務供應商、和 /或不直接連接至局域網的一個或多個信息設備，例如開關、路由器和/或網關等等。
網會維口育,^t息設備耦合至網絡的任何設備、系統(tǒng)或子系統(tǒng)。例如，網絡接口可以是電話、蜂窩電話、蜂窩式調制解調器、電話數(shù)據(jù)調制解調器、傳真調制解調器、無線收發(fā)器、以太網卡、電纜調制解調器、數(shù)字用戶線路接口、網橋、網絡集線器、路由器或其他相似設備。
獲得接收、計算、確定和/或估算。
輸出產生和/或生成的某物。
分組分散的通信實例。
管腳微處理器的導電附件。
多個復數(shù)個和/或多于一個的狀態(tài)。
電源電能的源。
預定的預先確定的。
防止阻止事件發(fā)生。
處理器用于執(zhí)行一個或多個預定任務的設備和/或機器可讀指令集。處理器可以包括硬件、固件和/或軟件中的任何一個或其組合。處理器可以利用機械的、氣動的、、ffi的、電的、磁的、光學的、信息的、化學的和/或生物的原理、信號和/繊入以執(zhí)行(多個)任務。在某些實施方式中，通鵬縱、分析、修改、轉換、傳輸由可執(zhí)行流序和/或信息設備所4OT的信息，禾口/或糊言息路由到輸出設備，處理器可以對信息起作用。處理器可以起到中央處理單元、本地控制器、遠程控制器、平行控制器和/或分布式控制器等的作用。除非另有說明，處理器可以是例如微控制器和/或微處理器的通用設備，例如由位于加利福尼亞
的圣克拉拉的Intel公司制造的Pentium IV系列微處理器。在某些實施方式中，處理器可以是例如專用集成電路(ASIC (Application Spec迅c Integrated Circuit)) ^iJ見場可編程門陣列(FPGA (Field Programmable Gate Array))的專用設備，該 ASIC或FPGA已被設計用以以其硬件和/或固件的方式實現(xiàn)這里公開的實施方式的至少一部分。
提供供給和/或供應。
范圍一組值的廣度的度量。
接收取得、得到、獲得和/或被纟合予。
相沐與……比較。
再現(xiàn)例如通過任何視覺、聽覺和/鄉(xiāng)蟲覺裝置，例如fflil顯示器、監(jiān)視器、
導電紙(electic paper)、眼部gA物、耳蝸植入物、揚聲器等，作為例如數(shù)據(jù)、命令、文本、圖形、音頻、視頻、動畫和Mli鏈接等^A類感知。
重復地一次又一次；反復地。請求(名詞)要求某事的消息。請求(動詞)要求某事。
電阻性電流傳感器被配置用以ii31電阻兩端的電壓降測量電流的裝置。
電阻器用于通過阻止電子流動而控制電路中的電流的裝置。
響應的對影響和/或、激勵反應。
運行狀態(tài)運行或非運行的指示。
傳感器適于自動檢測或感覺的^g或系統(tǒng)。
集相關的多個。
信號可檢測的所傳輸?shù)哪芰?，例如脈沖或諸如電壓、電流或電場纟販的波動電量。
仿真粒另一個事物的表示或模型。單一項。
存儲通常在存儲器中放置、保持和/或保留數(shù)據(jù)。基本上很大范圍或程度上。
系統(tǒng)機制、設備、和/或指令的集合，該集合被設計用以執(zhí)行一個或多個特定功能。
溫度物質樣本中分子的平均動能的度量，根據(jù)標準刻度指定的單位或程度表示。
跳閘(名詞)使電路中的電流流動中斷的電路斷開。瑕M司(動詞)斷開電路；自動中斷電路中的電流流動。用戶{鯛設備的任何人、過程、設備、程序、協(xié)議和減系統(tǒng)。用戶界面用于向用戶再現(xiàn)信息和/或要求來自用戶的信息的任何設備。用戶界面包括文本、圖形、音頻、視頻、動畫禾B/鄉(xiāng)蟲覺元件中的至少一個。例如文本元件可以由打印機、監(jiān)視器、顯示器、投影儀等提供。例如圖形元件可以 iIM視器、顯示器、儀和/或例如光、標記、信標的可視指示設備，供。例如音頻元件可以通過揚聲器、麥克風和減其他產生和/或接收聲音的設備提供。例如視頻元件或動畫元件可以M^視器、顯示器、投影儀和/或其他可視設備提供。例如觸覺元件可以通過甚低頻揚聲器、振動器、觸覺仿真器、觸覺盤、仿真器、鍵盤、小麟、鼠標、跟蹤球、操縱桿、游戲m、滾輪、觸盤、觸板、指示設備和/或其他觸覺設備等提供。用戶界面可以包括一個或多個文本元件，例如一個或多個字母、數(shù)字、符號等。用戶界面可以包括一個或多個圖形元件，例如圖像、照片、圖、圖標、窗口、標題欄、面板、圖表、標簽、繪
圖器(dmwer)、矩陣、表格、表單、日歷、大綱視圖、框架、對話框、靜態(tài)文
本、文本框、列表、選項表、彈出列表、下拉列表、菜單、工具條、?？繖?dock)、
Si^框、單選按鈕、超鏈接、瀏覽器、按鈕、控件、調色板、預覽面板、色盤、
刻度盤、滑±央、滾動條、光標、狀態(tài)欄、分檔器和/或進度指示符等。文本和/ 或圖形元件可以用于對外觀、背景顏色、背景風格、邊界風格、邊界厚度、前景顏色、字體、字體賄、字體大小、對齊、行距、縮進、最大娜長度、確認、查瓶光標類型、指針翻、自動尺寸監(jiān)控、位置和/或尺寸等的選擇、編程、調整、改變、指定等。用戶界面可以包括一個或多賴頻元件，例如音量控制、音調控制、速度控制、聲音選擇器和/或一個或多個用于控制音頻播放、速度、暫停、快進、倒帶等的元件。用戶界面可以包括一個或多個視頻元件，例如控制視頻播放、速度、暫停、快進、倒帶、放大、縮小、旋轉和/或傾斜等的元件。用戶界面可以包括一個或多個動畫元件，例如控制動畫播放、暫停、快進、倒帶、放大、縮小、旋轉、傾斜、顏色、纟賊、速度、頻率、外觀等的元件。用戶界面可以包括一個或多^i蟲覺元件，例如利用觸覺刺激、推力、壓力、振動、運動、位移、纟鵬等的元件。
值指定的或計算的數(shù)字量。
3151:由……的方式和減利用。
電壓電路的任意兩個導體之間的電位差。
具體實施例方式
某些示例性實驗式提供故障檢觀係統(tǒng)，其可以包括微處理器。該微處理器可以被配置用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳(pin)。該輸出信號可以被隨用以使斷路器跳閘。
某些示例性實施方式提供招氐壓交流(AC)配電系統(tǒng)中檢測電弧故障和接
地故障的方法。該方法可以利用硬件、固件和/或軟件。該方法可以基于包括微
處理器和/或數(shù)字信號處理器(DSP)的系統(tǒng)。在某些示例性實施方式中，對于
相對低成本的應用可以將5更件簡化，并且以相對緊湊的尺寸為特征。該方法可以包括電弧故障和/或接地故障檢測、校準、用于電路觀賦的仿真電弧和/或接地故障信號產生、禾口/或^J^補償?shù)鹊取?br> 圖1是系統(tǒng)1000的示例性實施方式的方框圖，該系統(tǒng)1000可以包括包含在單片微^S器1100中的電弧故障和/或接地故障檢測器。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以是數(shù)荊言號艦器(DSP)。在某些示例性實施方
式中，單片微處理器iioo可以是單斷路器專用微處理器。
中性導線1300上使用的電流傳li^ 1600可以被配置用以提供用在電弧故障監(jiān)控中的信號。來自電流傳感器1600的信號可以通過中性電流調節(jié)電路 (neutral current conditioning circuit) 1650來調節(jié)。用于測量中性導線1300和線路導線1200之間的差分電流的差分電流傳 1500可以提供用在接地故障監(jiān) 控中的信號。在某些示例性實施方式中，差分電流傳感器1500和/或電流傳 1600可以是電阻性電流傳感器。來自差分電流傳感器1500的信號可以ffl31差分電流調節(jié)電路1550來調節(jié)?？梢詫碜灾行噪娏髡{節(jié)電路1650和/或差分電流調節(jié)電路1550的信號提供至單片微處理器1100。單片微處理器1100可以被配置用以接收來自電流傳感器1600的指示電弧故障的輸入信號。單片微處理器 1100可以被配置用以接收來自差分電流傳感器1500的指示接地故障的輸入信號。
單片微處理器1100可以被配置用以調節(jié)禾tl/^^文大輸入信號、檢測電弧故障、檢測接地故障、調整電壓、響應于仿真電弧故障信號1700而測試系統(tǒng)1000 中的一個或多個部件、在加電(powerup)期間使故障檢測計數(shù)器復位、補償電流傳感器1600和/或差分電流傳感器1500的鵬變動、和/或控制斷路器跳閘功能、提供故P章和/或誤差通知和/或警報等等。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以包括多通道芯片內(on chip)模數(shù)(A/D)轉換器。該多通道芯片內A/D轉換器可以被配置用以接受來自電流傳麟1600和/或差分電流傳感器1500的模擬輸入，并且可以提供數(shù)字輸出至包含在單片微處理器1100中的其他電路。單片微處理器1100可以被配置用以產生能被提供至單片微處理器 1100的輸入管腳用于系統(tǒng)測試的仿真電弧故障信號1700。在某些示例性實施方式中，系統(tǒng)1000可以包括機械按鈕，該機械按鈕被配置用以當被按下時啟動系統(tǒng)測試，所述系統(tǒng)測試可以包括產生仿真電弧故障信號1700。在某些示例性實施方式中，系統(tǒng)1000可以包括非易失性存儲器，其可以包含在與單片微處理器 1100相關的存儲器器件中。
至單片微處理器1100的例如來自聯(lián)網信息設備和/或用戶界面的數(shù)字輸入可以用于激活或選擇一個或多個系統(tǒng)功能。例如，可以禾,開關信號(導通(ON) 或關斷(OFF))來使能或禁用仿真電弧故障信號1700。作為另一個實施例，可以歡活校準流程。在某些示例性實驗式中，單片微處理器1100可以被配置用
以自動校準電流傳^！ 1600禾口/，分電流傳 1500。在某些示例性實式中，單片微處理器1100可以被ra用以接收用戶請求來校準電流傳感器1600 和/廳分電流傳繊1500。在這些實船式中，單片微處理器1100可以響應于用戶請求而校準電流傳感器1600和/或差分電流傳感器1500。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以被配置用以自動校準電耦合至電流傳 | 1600的模數(shù)轉換器的增益。
在某些示例性實施方式中，^^傳感器1940可以包含在單片微處理器1100 中和/或電耦合至單片微處理器1100。溫度傳感器1940可以被配置用以提供溫度細于校正電流傳感器1600和/廳分電流傳感器1500的測量值。纟鵬傳感器1940可以包含在單片微處理器1100中和/或電耦合至單片微處理器1100。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以被配置用以自動校正從電流傳麟1600禾口/或差分電流傳感器1500所獲得的值。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以被配置用以檢測包含在單片微處理器1100中的代碼惡化(coiruption)。該代碼可以與單片微處理器1100的輸出信號相關和/或被, 用以產生單片微處理器IIOO的輸出信號，該輸出信號提供指令以斷開開關從而停止被單片微處理器1100監(jiān)控的電路中的電流的流動。
系統(tǒng)1000可以包括具有信號電壓輸出和電流容量的直流電源1800。直流電源1800可以被配置用以提供電能至單片微處理器1100。在某些示例性實施方式中，系統(tǒng)1000中的功率損耗可以比較低。
在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以被配置用以響應于指示故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳。在某些示例性實施方式中，該輸出信號可以被配置用以使單斷路器跳閘。單片微處理器1100可以被配置用以如果檢測到電弧故障或接地故障則產生跳閘控制信號，該跳閘控制信號可以驅動例如螺線管1900的設備，其可以適于使與系統(tǒng)1000相關的電路跳閘。例如，螺線管1900可以被配置用以、聽機械跳閘機制1950，以通過例如SCR和/ 或螺線管1900導致開關1400斷開而斷開至負載的功率。
發(fā)光二極管(LED) 1850指示器可以電耦合至單片微處理器1100的數(shù)字輸出。LED1850可以用于指示單片微處理器1100的運行狀態(tài)。LED1850中的任何預定改變或改變的集可以與系統(tǒng)1000的任何預定狀態(tài)有關。下面的實施例是說明性的而不限于它們對于狀態(tài)的可能指示的描述。在某些示例性實施方式
中，如果LED1850關，可以做出系統(tǒng)己停電的推論。在某些示例性實施方式中，如果LED1850開，可以做出系統(tǒng)已加電的推論，但是單片微處理器1100不運行。在某些示例性實施方式中，如果LED1850以恒定的可視頻率閃爍，可以做出單片微M器1100正常運行的推論。在某些示例性實施方式中，如果LED1850 以不一致的頻率閃爍，可以做出單片微處理器1100檢測到了故障的推論。
單片微處理器1100可以通信耦合至網絡1960。在某些示例性實施方式中，單片微處理器1100可以包括無線收發(fā)器，其可以通過網絡1960無線地傳輸信號。單片微處理器1100可以通過網絡1960通信耦合至信息設備1970。信息設備1970可以包括用戶界面1980和/或用戶程序1990。信息設備1970可以被配置用以接收、處理和/或再現(xiàn)從單片微處理器1100所獲得的信息，該信息與關于系統(tǒng)1000的故障檢測和/或診斷測試有關。用戶程序1990可以被配置用以分析故障和/或診斷信息。用戶界面1980可以被配置用以向用戶再現(xiàn)關于系統(tǒng)1000 的信息。
圖2A是電弧故障信號調節(jié)電路2000的示例性實施方式的方框圖，該電弧故障信號調節(jié)電路2000可以被配置用以接收來自電流傳感器2350的輸入信號，例如圖2B中所說明的示例性輸入信號。電流傳感器2350可以被配置用以測量中性導線2300上的電流。電弧故障信號調節(jié)電路2000可以被配置用以接收來自電流傳感器2350的差^lr入，該電流傳感器2350可以提供相對精確的信號輸入和相對好的噪聲免疫。通過微處理器可以將仿真輸入2250 (例如圖2C中所說明的示例性輸入信號)提供至電弧故障信號調節(jié)電路2000。
電弧故障信號調節(jié)電路2000可以包括信號電壓放大器2700。信號電壓放大器2700可以被配置用以放大來自電流傳 2350的模擬信號。放大器2700 可以電耦合至微M器。
電弧故障信號調節(jié)電路2000可以包括多個電阻器，例如電阻器2400、電阻器2450、電阻器2550、電阻器2600、電阻器2650、電阻器2750、電阻器2900、和/或電阻器2950，其中可以選擇所述電阻器中的每一個并且設置其尺寸，從而設置放大器2700的增益用以匹配放大器2700的正和負輸入端的阻抗，和/或將信號輸出的偏移電壓設置到預定直流電壓范圍的中心?？梢詫⒗鐖D2D中所說明的示例性輸出信號的輸出提供至微處理器和/或DSP的模擬輸入端。微處理器和/或DSP可以被配置用以執(zhí)行信號輸出2200的模數(shù)轉換。電弧故障信號調節(jié)電路2000可以包括多個電容器，例如電容器2500和/ 或電容器2800，其中可以選擇所述電容器和/或設置其尺寸，從而設置電弧故障信號調節(jié)電路2000的頻率響應以控制高頻信號的增益。該高頻信號的增益在電弧故障檢測方案中可以解釋為噪音。可以選擇電容器2850和/或設置其尺寸，以提供相對低的信號偏移誤差。來自微處理器和/或DSP的數(shù)字方波輸出可以用于 /A^文大器2700到與電弧故障信號調節(jié)電路2000相關的機械跳閘機制仿真電弧輸入來測試包括電弧故障信號調節(jié)電路2000的系統(tǒng)的功能。
圖2B是示例性的電弧故障信號調節(jié)電路輸入波形。
圖2C ^/，例性的電弧故障信號調節(jié)電路輸入波形。
圖3是可以與圖2的電弧故障信號調節(jié)電路2000相關的示例性電流波形 3200和示例性電壓波形3100的圖3000。電流波形3200可以是與圖2的電流傳感器2350相關的用于75安培點接觸電弧測試的波形。電壓波形3100可以與發(fā) ，微處理器(例如圖1的單片微處理器IIOO)的模擬輸入端的電壓信號相關。可以將電壓波形3100提供至模數(shù)轉換器。在電壓波形3100的產生過程中，可以禾,+3.3V的電源。示例性的第一電壓波形3100以大約3.3/2V的偏移信號為特征。i!31模數(shù)(A/D)轉換器，可以將電壓波形發(fā)送至微處理器和/或DSP用于處理。在不同的預定直流電壓下，例如大約25、 21.2、 15、 10.2、 8.5、 5、 3.9、 2.7、 l和/或0.5等和/或它們之間的任何其他值或子范圍，可以產生相似的結果。
圖4A是電路4000的示例性實施方式的方框圖，該電路4000可以被配置用以調節(jié)被監(jiān)控以檢測接地故障的信號。電路4000可以包括圖1的差分電流傳感器1500和/或差分電流調節(jié)電路1550的示例性實施方式。電路4000可以接收來自差分電流傳繊4350的輸入信號4400，繊入信號4400以例如圖4A中所說明的示例性輸入信號的輸入波形為特征。差分電流傳感器4350可以確定線路導線(line conductor) 4250和中性導線(neutral conductor) 4300之間的電流差別。
電路4000的輸出信號4980可以以例如圖4C中所說明的示例性輸出信號的輸出波形為特征，i^I出波形可以在預定直流電壓范圍中大致居中。該輸出波形可以被配置用以被傳輸至微，器和/或DSP的輸入端。該微處理器和/或 DSP可以包括被配置用以對輸出信號4980執(zhí)行模數(shù)(A/D)轉換的電路。電路 4000可以包括信號電壓放大器4800。電路4000可以相對簡單并且制造便宜。
電路4000可以包括多個電阻器，例如電阻器4500、電阻器4550、電阻器 4600、電阻器4700、電阻器4750、電阻器4850、電阻器4940和/或電阻器4960，可以選擇其中的每一個并且設置其尺寸，從而設置放大器4800的增益以匹配放大器4800的正和負輸入端的阻抗，禾B/或將輸出信號4980的偏移電壓設置到預定直流電壓范圍的中心。
電路4000可以包括多個電容器，例如電容器4650和/或電容器4900，可以選擇所述電容器和/或設置其尺寸，從而設置電路4000的頻率響應以控制高頻信號的增益。該高頻信號的增益可以被接地故障檢測算法解釋為噪音?？梢赃x擇電容器4920和/或設置其尺寸，以提供相對低的信號偏移誤差。來自微M器和 /或DSP的數(shù)字方波輸出可以用于從放大器4800到與電路4000相關的機械跳閘機制仿真接地故障來測試包括電路4000的系統(tǒng)的功能。
圖4B是示例性的接地故障信號調節(jié)電路輸入波形4100。
圖4C歸例性的接地故障信號調節(jié)電路輸出波形4200。
圖5是仿真電弧電壓波形的圖5000，該仿真電弧電壓波形可以被傳輸至例如圖1的單片微處理器IIOO的微處理器或DSP。可以響應于用戶按壓推測試按鈕(Push to Test Button)而產生該仿真電弧波形。在某些示例性實施方式中，至微處理器或DSP的輸入信號的參考點可以是預定直流電壓范圍的中點。可以使傳輸至微處理器和/或DSP的某些示例性電弧波形脈動在少于預定電壓的一半 (例如在某些示例性實施方式中在大約1.65V)?；陔娀z觀鎮(zhèn)法中的定義可以將某些示例性脈沖的幅度和形禱釋為電弧事件。
圖6是方法6000的示例性實施方式的流程圖。在某些示例性實施方式中，可以在機^l可讀介質上實施包含在方法6000中的一個或多個動作。該機器可讀介質可以包括用于包含在方法6000中的一個或多個動作的機器指令。
在動作6100，可以設計和/或制造微處理器。該微處理器可以是單片微處理器和/或單片數(shù)對言號處理器(DSP)。該微處理器可以被配置用以基于一個或多個所接收的信號，確定接地故障和/或電弧故障的存在。該微M器可以被配置用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳。該輸出信號可以被配置用以4吏例如單斷路器的斷路器跳閘。該微處理器可以被配置用以檢測包含在微處理器中的代碼惡化。該代碼可以與輸出信號相關。某些示例性微處理器可以包括被配置用以測量纟顯度的芯片內電阻性設備?？梢杂晌⑻幚?br> 器利用該溫度，以執(zhí)行與接地故障和/或電弧故障確定相關的一個或多個傳自讀數(shù)的溫度補償。
微處理器可以包括和/或電耦合至發(fā)光二極管(LED)。該LED可以被配置用以指示微處理器和/或包括微處理器的系統(tǒng)的狀態(tài)。
包含在微處理器中的電路(例如電弧故障和/或接地故障信號輸入電路)中的改變可以產生預料不至啲結果。增益校準可以用于至少部分地補償和/或校正這些改變。在制造期間可以利用觀賦夾具(test fixture)而實施增益校準。在增益校準期間，可以將比較好地定義的信號源提供至電弧故障和/或接地故障輸入電路。測試夾具的探頭可以用于發(fā)送數(shù)字信號至微處理器的輸入端口，用于增益校準流程。該增益校準可以基于硬件、固件和/或軟件。可以將模數(shù)(A/D) 轉換器的輸入值與理論值比較。電弧故障和/或接地輸入電路可以處理信號使得輸出值與輸入值近似成線性地變化。在用于每一，入電路的校準期間可以獲得比值并將其保存在一一易失性存儲器器件中。每一個比值都可以用于校正通過 A/D輸入所獲得的值。在不執(zhí)行增益校準的實施方式中，可以使用基于一個或多個理論計算的默認值。
在某些示例性實施方式中，可以執(zhí)行纟鵬校準以補償傳麟的鵬引起的變化，其中該變化被用作電弧故障和/或接地故障檢測的輸入。^J^校準可以被配置用以測試包含在微處理器中的輸入電路。在某些示例性實施方式中，可以禾,、鵬傳繊?？梢栽诶绱蠹s25攝氏度的預定驗下為鵬補償執(zhí)行校準。可以用實驗方法預定和/或預測所感領啲信號的MS弓胞的變化。在校準TO傳繊之后，微處理器可以確定和/或估計大約的實際環(huán)境a^。一旦建立數(shù)學公式和/或存儲與纟鵬W嘗有關的預定值，微處理器可以被配置用以為來自一個或多個傳麟的電測量提供纟鵬補償。
在動作6200，可以將微處理器安裝在被配置用以確定接地故障和/或電弧故障的存在的系統(tǒng)中。該系統(tǒng)可以包括被配置用以提供信號至微處理器的一個或多個電流和/或差分電流傳感器。該系統(tǒng)可以包括一個或多個調節(jié)電路，其中所述調節(jié)電路被配置用以在將信號傳輸至'微處理器之前調節(jié)來自一個或多個傳感器的信號。
在動作6300，可以初始化系統(tǒng)。例如，可以校準一個或多個傳。在某些示例性實施方式中，微處理器可以被配置用以執(zhí)行自測試。微處理器可以在
執(zhí)行自測試的預定時間周期期間避免提供信號以打開開關從而停止電路中的電流。在某些示例性實施方式中，可以作出關于開關狀態(tài)的確定?？梢蕴峁┲甘?br> 開關狀態(tài)的一個或多個信號作為至微處理器或DSP的輸入。
在動作6400，可以測試軟fM戈碼以檢測代碼惡化(code corruption)?？梢?將軟fHt碼存儲在存儲器器件中。驗證不存在代碼惡化可以相對增強系統(tǒng)軟件穩(wěn)定性?？梢栽谌魏螘r間潛在地、例如不定期地和/或以預定頻率定期地測試軟靴碼。
在動作6500，可以Mil—個或多個仿真信號測試系統(tǒng)性能。例如，一個或多個仿真信號可以包括指示電弧故障的信號和/或指示接地故障的信號。系統(tǒng)測試可以包括檢査開關狀態(tài)和發(fā)送以仿真電弧波形為特征的信號用以測試電弧故障電路。該測試可以被配置用以確定電弧信號輸入是否Mil電和/或機械耦合的跳閘機制來打開開關。可以在任何時間潛在地、例如不定期地和/或以預定頻率定期地執(zhí)行該測試。當執(zhí)行測試時，系統(tǒng)可以被配置用以不處理和/或不響應一個或多個電路信號的變化。
仿真電弧波形可以包括一系列大約矩形的脈沖。在某些示例性實施方式中，所述脈沖可以在大約500毫秒的時間周期內包括在大約4和8個脈沖之間。在某些示例性實施方式中，所述脈沖可以以大約60赫茲的頻率和大約70%的占空比為特征。圖5中說明了仿真電弧故障波形的示例性實式。
在動作6600，可以從被配置用以測量電流和/或差分電流的傳mi中獲得電弧故障或接地故障信號。調節(jié)電路可以在傳輸至微處理器之前處理每個所獲得的信號。可以通過可包含在微處理器中的A/D轉換器電路M信號。
在動作6700，可以過濾信號。為了相對好的噪音免疫，可以利用數(shù)字濾波算法處理來自A/D轉換器的信號輸出。在已經執(zhí)行校準的實施方式中，可以基于校準的結果校正和/或補償信號。在沒有執(zhí)行校準的實施方式中，在信號M 過程中可以使用默認值。
在動作6800，可以3131包含在微處理器中的用于電弧和接地檢測的算法來 M被過濾3卩/或被校準的波形。
在動作6900，如果檢測到電弧或接地故障，可以通過數(shù)字輸出端口傳輸 SCR觸發(fā)信號。該信號可以被配置用以通過螺線管控制的機MITL構將系統(tǒng)功率與電路切斷。如果沒有檢測到故障，可以循環(huán)執(zhí)行方法6000以嘗i微測故障。
在動作6950，可以報告結果。例如，如果檢測到代碼惡化，可以通過關聯(lián) 至和/或通信耦合至微處理器的一個或多個1/0設備和/或信息設備，將關于惡化的信息傳輸和/或報告給一個或多個用戶。如果檢測到故障和/或與微處理器相關的斷路器跳閘，可以通過一個或多個1/0設備和/或信息設備將關于故障的信息傳輸和/或報告給一個或多個用戶。
圖7是方法7000的示例性實施方式的流程圖。在動作7100，可以將與被配置用以檢測電路中的故障的微處理器相關的中斷使能。某些示例性實施方式可以包括看門狗計時器(watchdogtimer),其可以被配置用以響應于不以預期形式執(zhí)行軟件過程的確定而復位軟件過程。可以連續(xù)地增加和測試與看門狗計時器有關的看門狗計數(shù)器，用以確定是否已經超過預定的閾值。可以響應于被配置用以確定軟件過程的正確操作的一個或多個預定準貝i」而復位看門狗計數(shù)器。
在某些示例性實施方式中，基于計時器的中斷速率可以是相對快速的，例如小于大約120微秒。該速率太高以至于如果在每次執(zhí)行中斷例程時都開關與微處理器相關的LED貝艦得速率很不明顯。在某些示例性實施方式中，軟件計數(shù)器可以用于將LED的閃爍率減少至可視的速率，例如在大約10和大約25次 /秒之間。
在動作7200，可以檢查與微，器相關的存儲器器件。例如，可以檢查存儲器器件以確定軟fM戈碼是否已經惡化。例如，可以觀賦閃存以確定閃存中的存儲單元(location)禾d/或包含在閃存中的存儲單元中的數(shù)據(jù)是否為預期值。來自閃存中的存儲單元的意夕卜值或結果可以指示軟fM戈碼已經惡化。
在動作7300，如果作出軟fH戈碼已經惡化和/或存儲器器件已經故障的確定，則可以存儲默認值。在某些示例性實施方式中，可以再現(xiàn)默認值用于用戶觀察。
在動作7400，可以作出一個或多個參數(shù)是否已經改變的確定。可以通過循環(huán)冗余校驗(CRC (Cyclic Redundancy Check))作出一個或多個參數(shù)已經改變的確定。如果循環(huán)冗余校驗失敗，某些示例性實施方式可以提供指令以開始看門狗計時器，而不用復位看門狗計數(shù)器。
在動作7500，作出參數(shù)是否在預定范圍內的確定。
在動作7600，可以響應于參數(shù)在預定范圍之外的確定而改變參數(shù)。在某些示例性實施方式中，如果參數(shù)已經改變并且在預定范圍之外，則可以忽略參數(shù)
的改變并且將參數(shù)咴復為先前值。如果參數(shù)在預定范圍內，貝何以測試一個或多個輸入信號以確定每一，入是否都在預定范圍內。如果輸入在范圍之外，可以將該輸入設置為最小值。
圖8是信息設備8000的示例性實M"式的方框圖，在某些示例性實施方式中該信息設備8000可以包括例如圖1的信息設備1970。信息設備8000可以包括多個部件中的任何一種，例如一個或多個網絡接口 8100、一個或多個處理器 8200、一個或多賴括指令8400的存儲器8300、一個或多^llA/輸出(I/O) 設備8500、禾B/或一個或多^M禺合至I/O設備8500的用戶界面8600等等。
在某些示例性實施方式中，M—個或多個用戶界面8600 (例如圖形用戶界面)，用戶可以查看關于電路中的電弧故P對口/或接地故障檢測的信息的再現(xiàn)。
M閱讀某些示例性實施方式的，詳細說明和附圖，本領域技術人員將容易地明白其他實用的和有效的實施方式。應當理解，可能有許多變化、修改和附加的實施方式，并且因此，所有這些變化、修改和實施方式都被認為落入本申請的精神和范圍內。
因此，不管本申請的任何部分(例如，標題、技術領域、背景技術、發(fā)明
內容、摘要、附圖等等)的內容，除非通過例如明確定義、聲明或論證來清楚地作出相反說明，否則，無論是本申請、和/或要求其優(yōu)先權的任何申請的權利要求，也無論是否原始提出的或其他方面，對于
權利要求
不需要包括任何具體描述或說明的特征、功能、動作或元件，任何具體的動作順序或任何具體的元件相互關系；
任何元件可以被集成、分離和減復制
任何動作可以被重復、由多個實Wl行和/或以多個權限來執(zhí)行；以及任何動作^t件可以被特別地排除，動作順序可以變化，和/或元件的相互關系可以變化。
因此，說明書和附圖實質上是說明性的，而不是限制性的。另外，當本文描述任何數(shù)字或范圍時，除非明確指出，否則所述數(shù)字和范圍都是近似的。當本文描述任何范圍時，除非明確指出，否貝l」所述范圍包括其中的全部值以及其中的全部子范圍。在這里通過引用被并入的任何資料(例如，美國專利、美國專利申請、書籍、論文等)中的任何信息，只是在以下程度上艦弓間被并入，即在本文所述的這種信息和其他聲明或附圖之間不存在沖突。如有這種沖突，
包括使這里的或需求其優(yōu)先禾又的任何^l利要求無效的沖突，那么本文特別地不通過弓間并入在M弓閱如此并入的資料中的任何這種沖突信息。
權利要求
1. 一種故障檢測系統(tǒng)，包括單斷路器專用微處理器，其被配置用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳，所述輸出信號被配置用以使單斷路器跳閘；并且檢測包含在所述微處理器中的代碼的惡化，所述代碼與所述輸出信號相關。
2. 根據(jù)禾又利要求1所述的系統(tǒng)，還包括發(fā)光二極管指示器，其被配置用以指示所述微處理器的運行狀態(tài)。
3. 根據(jù)禾又利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電耦合至所述微，器的電阻性電流傳感器。
4. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電耦合至所述微M器的差分電流傳感器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括被配置用以使與所述故障檢測系統(tǒng)相關的電路跳閘的設備。
6. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括、M傳感器，其被配置用以提供、皿值用于校正電耦合至所述微處理器的電流傳感器的測量值。
7. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括、傳感器，其被配置用以提供^^值用于校正電耦合至所述微處理器的電流傳感器的測量值；以及模數(shù)轉換器，其被配置用以接受來自所述電流傳,的模擬輸入并且提供數(shù)字輸出至所述微鵬器。
8. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括放大器，其被配置用以放大來自電流傳繊的模擬信號，所述放大器電耦合至所述微，器。
9. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括才莫數(shù)轉換器，其被配置用以接受來自電耦合至所述微處理器的電流傳感器的模擬輸入并且提供數(shù)字輸出至所述微處理器。
10. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括模數(shù)轉換器，其被配置用以接受來自差分電流傳的模擬輸入并且提供數(shù)字輸出至所述微處理器。
11. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電源，其被配置用以提供電能至所述微處理器。
12. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括多個電阻器，其被配置用以設置包含在所述故障檢測系統(tǒng)中的放大器的增益，并且在所述信號輸出被模數(shù)轉換器接收之前，將所述放大器的信號輸出設置在預定直流電壓范圍內的預定電平。
13. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被KS用以提供仿真電弧故障信號以測i^f述故障檢測系統(tǒng)。
14. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以自動校準包含在所述故障檢測系統(tǒng)中的電流傳皿和差分電流傳感器。
15. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以接收用戶請求以校準電耦合至所述微處理器的電流傳和差分電流傳感器。
16. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以提供指示接地故障的仿真信號以測i^f述故障檢測系統(tǒng)。
17. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以接收來自電耦合至所述微處理器的電流傳感器的指示電弧故障的所述輸入信號。
18. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以接收來自電耦合至所述微處理器的差分電流傳感器的指示接地故障的信號。
19. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以自動校準電耦合至電流傳感器的模數(shù)轉換器的增益，其中電流傳感器電耦合至所述微，器。
20. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以基于所測量的》鵬自動校正從電耦合至所述微處理器的電流傳繊獲得的值。
21. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，所述微處理器還被配置用以基于所測量的纟鵬自動艦從電耦合至所述微處理器的差分電流傳獲得的值。
22. —種方法，包括配置微處理器，用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳，所述輸出信號被隨用以使單斷路器跳閘；并且檢測包含在所述微處理器中的代碼的惡化，所述代碼與所述輸出信號相關。
23. 包含用于動作的機激旨令的機器可讀介質，所述動作包括響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳，所述輸出信號被配置用以使單斷路器跳閘；并且檢測包含在所述微處理器中的代碼的惡化，所述代碼與所述輸出信號相關。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電弧故障管理的系統(tǒng)、設備和方法。某些示例性實施方式可以包括故障檢測系統(tǒng)，該故障檢測系統(tǒng)可以包括微處理器。該微處理器可以被配置用以響應于指示電弧故障的輸入信號而自動產生輸出信號至輸出管腳。該輸出信號可以被配置用以使斷路器跳閘。
文檔編號H02H1/00GK101395777SQ200780007287
公開日2009年3月25日申請日期2007年2月1日優(yōu)先權日2006年3月1日
發(fā)明者B·張, C·雷斯特雷波, M·戈羅德, S·希爾茲申請人:西門子能量及自動化公司

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