用于電弧故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)和結(jié)合方法
【專利摘要】為防止財(cái)產(chǎn)著火，需要保護(hù)電路不受由線路對(duì)線路、線路對(duì)中性和線路對(duì)地的導(dǎo)電導(dǎo)致的電弧故障(被稱為大電流并聯(lián)電弧放電)影響，并且不受沿線路對(duì)線路、線路對(duì)負(fù)載、負(fù)載對(duì)負(fù)載、負(fù)載對(duì)中性和中性對(duì)中性導(dǎo)體配置發(fā)生的電弧故障(被稱為小電流串聯(lián)電弧放電)影響。保護(hù)電路不受這些電弧故障影響的設(shè)備被稱為組合型電弧故障斷路器(AFCI)。與滿足用于低至5安培的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)的UL1699標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)不同，本AFCI發(fā)明采用雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路、HECS測(cè)量相移修正電路和具有用來(lái)檢測(cè)大電流并聯(lián)電弧放電和小電流串聯(lián)電弧放電的結(jié)合方法的微處理器，同時(shí)還減輕由像吊扇這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷。
【專利說(shuō)明】用于電弧故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)和結(jié)合方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年10月14日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/274, 291的優(yōu)先權(quán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及通過(guò)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障，同時(shí)此外通過(guò)檢測(cè)由過(guò)電流、短路、電涌和接地泄露導(dǎo)致的故障以及通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)誤引線、壽命終止以及相位損失狀況，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0004]電路典型地包括將電功率供給分配成受通常所知的斷路器保護(hù)的分支電路的分配面板，斷路器針對(duì)過(guò)電流和短路故障使電路中斷。接近易受水影響的區(qū)域的分支電路受通常已知的接地故障電路中斷器保護(hù)，接地故障電路中斷器測(cè)量由對(duì)地面的電流泄露導(dǎo)致的線導(dǎo)體和中性導(dǎo)體之間的電流失衡。分支電路還通過(guò)通常已知的電涌保護(hù)器被保護(hù)不受電功率供給中的電涌或者雷擊影響。
[0005]電路中的電弧是故障狀況，其中沿導(dǎo)體或跨導(dǎo)體或向地面發(fā)生電流的間歇流動(dòng)導(dǎo)致釋放熱能，該熱能時(shí)間上積聚直至電弧放電燃燒導(dǎo)線絕緣層以及然后燃燒周圍的材料以致導(dǎo)致電生火災(zāi)。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)分離的導(dǎo)體之間的電場(chǎng)達(dá)到分離介質(zhì)的電離電勢(shì)時(shí)，發(fā)生電弧，分離介質(zhì)經(jīng)常是導(dǎo)體之間的間隙。電弧可能產(chǎn)生自:腐蝕的、磨損的和松散的連接，惡化的導(dǎo)體絕緣層，穿過(guò)導(dǎo)體不正確地應(yīng)用的結(jié)構(gòu)肘釘(staple)，不適當(dāng)?shù)闹Y(jié)構(gòu)交疊，通過(guò)壁中的隱藏導(dǎo)體非故意地驅(qū)動(dòng)的釘?shù)?，以及甚至更有?wèn)題的在分配面板斷路器斷開(kāi)以前由來(lái)自電功率供給過(guò)載損壞的導(dǎo)體。
[0006]根據(jù)2010年國(guó)家消防協(xié)會(huì)(NFPA)，美國(guó)消防隊(duì)在2003-2007的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)每年估計(jì)平均50，900起被報(bào)告的、涉及作為對(duì)起火有貢獻(xiàn)的因素電氣故障或失效的家庭/寓所結(jié)構(gòu)火災(zāi)做出響應(yīng)。這些電氣火災(zāi)導(dǎo)致每年估計(jì)平均490個(gè)居民死亡、1，440個(gè)居民手上以及13億美元的直接財(cái)產(chǎn)損失。NFPA進(jìn)一步報(bào)告，電路電弧放電似乎承擔(dān)大多數(shù)家庭/寓所電火災(zāi)的原因。
[0007]為了防止財(cái)產(chǎn)著火和挽救生命，需要保護(hù)電路不受由線路對(duì)線路、線路對(duì)中性以及線路對(duì)地面的導(dǎo)電性導(dǎo)致的電弧故障(被稱為大電流并聯(lián)電弧放電)影響，并且保護(hù)電路不受沿線路對(duì)線路、線路對(duì)負(fù)載、負(fù)載對(duì)負(fù)載、負(fù)載對(duì)中性以及中性對(duì)中性導(dǎo)體配置發(fā)生的故障(被稱為小電流串聯(lián)電弧放電)影響。保護(hù)電路不受這些電弧故障影響的設(shè)備通常被稱為組合式電弧故障斷路器(AFCI)，其在檢測(cè)到并聯(lián)或串聯(lián)電弧故障時(shí)打開(kāi)電路。盡管現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)使用分離的方法和技術(shù)來(lái)進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障檢測(cè)，但是本AFCI發(fā)明使用時(shí)域算法利用微處理器執(zhí)行的結(jié)合方法檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。
[0008]本AFCI發(fā)明可以被制造為呈斷路器、插座、插座插口、電線連接插頭、便攜式多插口板形式的外殼設(shè)備，或者可以被集成到用于單相或多相AC或DC應(yīng)用的別的電氣設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)。作為本AFCI發(fā)明的一部分，還可以檢測(cè)其它通常已知的包括過(guò)電流、短路、電涌和接地泄露在內(nèi)的電路故障。
[0009]根據(jù)2008年國(guó)家電氣法規(guī)(National Electric Code)，被列出的組合式AFCI需要保護(hù)120伏特的單相AC、15/20安培的家庭/寓所電路插口不發(fā)生并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。為了商業(yè)地可供銷售使用，AFCI設(shè)備必須滿足UL1699AFCI標(biāo)準(zhǔn)資格要求。對(duì)小電流負(fù)載水平處的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)的現(xiàn)有技術(shù)描述局限于以5安培的UL1699AFCI標(biāo)準(zhǔn)最小要求操作。與滿足用于低至5安培的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)的UL1699標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)不同，本AFCI發(fā)明是采用雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路、HECS測(cè)量相移修正電路的系統(tǒng)，并且除其它部件以外，具有作為任何特定設(shè)計(jì)的用來(lái)檢測(cè)大電流并聯(lián)電弧放電和低至0.5安培或更低的小電流串聯(lián)電弧放電的結(jié)合方法的微處理器可能需要使用時(shí)域算法。
[0010]在小電流負(fù)載水平下檢測(cè)串聯(lián)電弧故障是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)的改進(jìn)，因?yàn)榧彝?寓所臥室電路可能典型地以比5安培的UL1699AFCI標(biāo)準(zhǔn)最低要求更低的安培操作，因此在小電流負(fù)載水平下的那些串聯(lián)電弧故障將可能不被現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)檢測(cè)到，并且可能導(dǎo)致電氣火災(zāi)。在小電流負(fù)載水平下的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)的重要性對(duì)2007年頒布的“能量自主及安全法(Energy Independence and Security Act) ”更加顯著，該“能量自主及安全法”逐步撤出浪費(fèi)能量的白熾燈泡并且用像小型熒光等(CFL)燈泡這樣的30%或更多能量節(jié)省的替代物替代他們。
[0011]UL1699AFCI標(biāo)準(zhǔn)還包括對(duì)利用屏蔽負(fù)載的電弧故障檢測(cè)的資格要求，該屏蔽負(fù)載不同于電阻性負(fù)載，因?yàn)槠帘呜?fù)載模擬或短路對(duì)電弧放電電阻性負(fù)載發(fā)生的譜分量。屏蔽負(fù)載可以包括在計(jì)算機(jī)中使用的開(kāi)關(guān)模式電源(switch-mode power supply)、在空調(diào)單元中使用的電容起動(dòng)壓縮機(jī)馬達(dá)(capacitor-start compressor motor)、調(diào)光器控制的照明、熒光燈和真空清潔器。由于非電弧放電屏蔽負(fù)載譜分量可能隱藏或看上去像電弧放電電阻性負(fù)載譜分量，所以對(duì)屏蔽負(fù)載的UL1699標(biāo)準(zhǔn)要求指示使用頻域分析來(lái)檢測(cè)串聯(lián)電弧故障的現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)不可商業(yè)地供銷售利用。
[0012]本AFCI發(fā)明使用具有結(jié)合方法的微處理器執(zhí)行的時(shí)域算法，以檢測(cè)線性負(fù)載(電阻式)和非線性負(fù)載(屏蔽)電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。盡管頻域分析不可被用來(lái)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的串聯(lián)電弧故障，但是本AFCI發(fā)明的確使用頻域算法來(lái)減輕由正常電弧放電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置(像吊扇和電鉆)導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷(討厭的斷開(kāi))。這些裝置產(chǎn)生與其3次諧波相比明顯的2次諧波譜分量，因此此頻譜不與具有電阻性或屏蔽負(fù)載的電弧故障的譜分量相一致。
[0013]如由有限多個(gè)商用AFCI供應(yīng)者反映的，許多現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)未成功地解決電路電弧故障檢測(cè)和中斷中的許多現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
[0014]美國(guó)專利N0.7，864，492 (雷斯特雷波(Restr印O)等人)公開(kāi)了圖示，該圖示示出其實(shí)施例使用用于檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的分離方法，并且公開(kāi)了其它圖示，其它圖示示出其零交叉屏蔽(zero crossing mask)技術(shù)如何對(duì)線性負(fù)載(電阻性)電弧故障狀況起作用。沒(méi)有公開(kāi)用來(lái)檢測(cè)具有非線性負(fù)載(UL1699 “屏蔽負(fù)載”)的電弧放電狀況的方法和技術(shù)。本AFCI發(fā)明使用微處理器執(zhí)行的結(jié)合方法來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。
[0015]美國(guó)專利N0.7，440,245(米勒等人)公開(kāi)了檢測(cè)電源電路中的電弧故障的方法，所述方法包括:確定在所述電源電路中流動(dòng)的電流的電流脈沖的峰值振幅；確定所述電流脈沖的峰值振幅是否大于所確定的幅度；響應(yīng)性地利用至少一個(gè)算法和所述峰值振幅來(lái)確定在所述電源電路中是否存在電弧故障狀況。圖示公開(kāi)了方法對(duì)線性負(fù)載(電阻性)電弧故障狀況起作用。沒(méi)有公開(kāi)用來(lái)檢測(cè)具有非線性負(fù)載(UL1699 “屏蔽負(fù)載”)的電弧放電狀況的方法和技術(shù)。本AFCI發(fā)明使用微處理器執(zhí)行的結(jié)合方法來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。
[0016]美國(guó)專利N0.7，391，218 (科洛吉(Kojori)等人)公開(kāi)一種用于檢測(cè)AC和DC系統(tǒng)中的串聯(lián)和/或并聯(lián)電弧故障的方法和裝置，其中使用離散傅里葉變換(DFT)算法提取AC電流信號(hào)的基頻分量并且監(jiān)視AC電流信號(hào)的基頻分量來(lái)獲得振幅變化作為第一電弧檢測(cè)措施以及AC電流信號(hào)中的非靜態(tài)頻域變化作為第二電弧故障檢測(cè)措施。本AFCI發(fā)明不使用頻域分析用于電弧故障檢測(cè)，因?yàn)榇朔椒ú粚?duì)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的電弧故障起作用。
[0017]美國(guó)專利N0.7，253，637 (德沃夏克(Dvorak)等人)認(rèn)識(shí)到頻域分析對(duì)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的串聯(lián)電弧故障不起作用，并且公開(kāi)了一種用于響應(yīng)于與電路中的電流對(duì)應(yīng)的輸入傳感器信號(hào)確定在所述電路中是否存在電弧放電的電路，該輸入傳感器信號(hào)實(shí)際上是“di/dt”傳感器信號(hào)。本AFCI發(fā)明使用HECS集成電路，該HECS集成電路測(cè)量“i (電流)”作為輸入感應(yīng)信號(hào)，而非“di/dt(電流的變化除以時(shí)間的變化)”。
[0018]美國(guó)專利N0.7，062，388 (小里佛斯(Rivers)等人)公開(kāi)一種用于檢測(cè)電力線上的串聯(lián)電弧的頻率諧波識(shí)別器，其包括用于提供所感應(yīng)的電流信號(hào)的諧波成分的頻率分析器和用于將所測(cè)試的信號(hào)與至少一個(gè)參考信號(hào)進(jìn)行比較的判決邏輯。本AFCI發(fā)明不使用頻域分析用于電弧故障檢測(cè)，因?yàn)榇朔椒ú粚?duì)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的電弧故障起作用。
[0019]美國(guó)專利N0.6，876,528(麥克白(Macbeth)等人)公開(kāi)了一種故障檢測(cè)器傳感器，其包括具有兩個(gè)多匝繞組的電流轉(zhuǎn)換器，每個(gè)多匝繞組圍繞芯的一部分形成，一個(gè)繞組與被保護(hù)的電力線的熱且中性的導(dǎo)線中的每個(gè)相鄰。該現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了電流轉(zhuǎn)換器作為電流感應(yīng)部件，其還被用在用于電氣故障檢測(cè)的許多其它現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中。本AFCI發(fā)明使用HECS集成電路，該HECS集成電路不同于提到電流轉(zhuǎn)換器作為“霍爾傳感器”、“電流傳感器”、“二轉(zhuǎn)換器諧振電路”、“箝位電路(clamp) ”或任何其它誤使用的術(shù)語(yǔ)的許多現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)。
[0020]美國(guó)專利N0.6，751，528 (道赫蒂(Dougherty)等人)公開(kāi)了一種以電子方式控制的斷路器，該斷路器包括:線路電流傳感器，感應(yīng)線路電流信號(hào)；處理器，用于確定電流信號(hào)的基頻，其中該處理器處理基頻的預(yù)選擇的多個(gè)倍數(shù)，并且將多個(gè)倍數(shù)進(jìn)行平方和相加來(lái)產(chǎn)生偶、奇和基礎(chǔ)值；處理器內(nèi)的用于容納偶、奇和基礎(chǔ)值的偶、奇和基礎(chǔ)倉(cāng)(bin)，其中該處理器處理來(lái)自倉(cāng)中的偶值、奇值和基礎(chǔ)值中的偶電弧信號(hào)和非諧波電弧信號(hào)；以及該處理器內(nèi)的專家電弧算法，具有用于基于偶電弧信號(hào)和非諧波電弧信號(hào)輸入計(jì)算遞增值的累加器。本AFCI發(fā)明不使用頻域分析用于電弧故障檢測(cè)，因?yàn)榇朔椒ú粚?duì)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的電弧故障起作用。
[0021]本AFCI發(fā)明的系統(tǒng)和結(jié)合方法解決現(xiàn)有技術(shù)中的需要，以不僅滿足而且超過(guò)對(duì)檢測(cè)和中斷低于5安培的電流水平下在電阻性和屏蔽負(fù)載上的電路并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的UL1699AFCI標(biāo)準(zhǔn)要求，因此通過(guò)防止電火災(zāi)的主要成因來(lái)保護(hù)資產(chǎn)和挽救生命。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]與本發(fā)明的被公開(kāi)實(shí)施例相一致的系統(tǒng)和結(jié)合方法針對(duì)一種組合型的電弧故障斷路器(AFCI)，其保護(hù)電路不受并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障影響，同時(shí)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷。本AFCI發(fā)明可以被制造為呈斷路器、插座、插座插口、電線連接插頭、便攜式多插口板形式的外殼設(shè)備，或者可以被集成到用于單相或多相AC或DC應(yīng)用的別的電氣設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)。作為本AFCI發(fā)明的一部分，還可以檢測(cè)其它通常已知的包括過(guò)電流、短路、電涌和接地泄露在內(nèi)的電路故障。
[0023]本AFCI發(fā)明的示例性實(shí)施例使用雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路、HECS測(cè)量相移修正電路、用于系統(tǒng)DC電源的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)、HECS測(cè)量抗混疊濾波器、具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的微處理器、電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)、斷開(kāi)和復(fù)位切換電路、斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)電路、復(fù)位和測(cè)試開(kāi)關(guān)以及用于電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線、壽命終止和相損失狀況的可視和可聽(tīng)指示器。還可以顯示像電壓、電流、功率和能量這樣的電路測(cè)量?jī)x器。示例性實(shí)施例還按照任何特定設(shè)計(jì)可能要求的那樣利用微處理器執(zhí)行的時(shí)域算法，該時(shí)域算法使用用來(lái)檢測(cè)低至0.5安培或更低的線性負(fù)載(電阻性)和非線性負(fù)載(屏蔽)電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的集成方法。同時(shí)還使用頻域算法減輕由像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和終端(討厭的斷開(kāi))。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有120伏特、單相AC電弧故障斷路器(AFCI)的功能系統(tǒng)框圖。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的被示出為AFCI系統(tǒng)的可選一部分的具有120伏特、單相AC接地故障斷路器(GFCI)的功能系統(tǒng)框圖。
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有120/240伏特、雙相AC AFCI的功能系統(tǒng)框圖。
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的商業(yè)地可獲得的雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路的功能框圖。
[0028]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于系統(tǒng)DC電源的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的功能系統(tǒng)框圖。
[0029]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用兩個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的圖。
[0030]圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用兩個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的剖面圖。
[0031]圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用一個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的圖。
[0032]圖9是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用一個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的分解視圖。
[0033]圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用一個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的上鎖和移位桿的平坦的表面視圖。[0034]圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示出用于電路電涌保護(hù)的金屬氧化物變阻器(MOV)和示出用于被編程為檢測(cè)系統(tǒng)誤引線狀況的微處理器的系統(tǒng)誤引線通電能力的AFCI電路的部分示意圖。
[0035]圖12是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法和減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的軟件流程圖。
[0036]圖13是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果執(zhí)行范圍比例縮放并且檢測(cè)電路過(guò)電流和短路故障的時(shí)域算法的軟件流程圖。
[0037]圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例檢測(cè)電路過(guò)電流故障的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
[0038]圖15A-15B圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果執(zhí)行范圍比例縮放的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
[0039]圖16是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的時(shí)域算法的軟件流程圖。
[0040]圖17圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有N個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)(time bin)的M個(gè)過(guò)去中斷周期(cycle)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射。
[0041]圖18圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)電阻性負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
[0042]圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽組合負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
[0043]圖20圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)屏蔽負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
[0044]圖21是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的軟件流程圖。
[0045]圖22A-22B圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0046]現(xiàn)在將詳細(xì)地進(jìn)行參考來(lái)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，示例性實(shí)施例在附圖中圖示。本文公開(kāi)的具體細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制，而相反作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)并且教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何可以以任何適當(dāng)詳細(xì)的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)或方式采用本發(fā)明。在任何可能的地方，在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記會(huì)被用來(lái)表示相同或相似的部件、電路或功能。
[0047]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有120伏特、單相AC電弧故障斷路器(AFCI)的功能系統(tǒng)框圖。此AFCI系統(tǒng)包括雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路1、HECS測(cè)量相移修正電路2、用于系統(tǒng)DC電源的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS) 3、HECS測(cè)量抗混疊濾波器4、具有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的微處理器5、電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6、斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7、斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)電路8、復(fù)位開(kāi)關(guān)9和測(cè)試開(kāi)關(guān)10以及用于電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線和壽命終止?fàn)顩r的可視指示器11和可聽(tīng)指示器12。[0048]當(dāng)電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)16被復(fù)位時(shí)，所故障保護(hù)的電路從線路側(cè)線路導(dǎo)體13開(kāi)始，經(jīng)過(guò)HECS集成電路I和電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6到達(dá)負(fù)載側(cè)線路導(dǎo)體6，然后經(jīng)過(guò)所連接的負(fù)載并且返回至負(fù)載側(cè)中性導(dǎo)體14，負(fù)載側(cè)中性導(dǎo)體14用導(dǎo)線連接至線路側(cè)中性導(dǎo)體
14。在系統(tǒng)各處連接電路接地導(dǎo)體15。在系統(tǒng)各處使用的DC電力驅(qū)動(dòng)部件由開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS) 3供電,開(kāi)關(guān)模式電源3在大的電源AC電壓范圍內(nèi)操作并且產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓。
[0049]HECS集成電路I測(cè)量從線路側(cè)至負(fù)載側(cè)流經(jīng)線路導(dǎo)體13/16的電路電流。HECS集成電路I輸出電壓與具有穩(wěn)定輸出偏置電壓的電路電流負(fù)載波形成比例。HECS測(cè)量抗混疊濾波器4從HECS ADC測(cè)量結(jié)果中移除高頻諧波和噪聲。HECS測(cè)量相移修正電路2使用與線路側(cè)線路導(dǎo)體13連接的緩沖器放大器17來(lái)控制微處理器基礎(chǔ)頻率中斷過(guò)程18，該微處理器基礎(chǔ)頻率中斷過(guò)程18將HECS ADC測(cè)量結(jié)果19的相位與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的相位進(jìn)行匹配。微處理器中斷過(guò)程18使用內(nèi)置比較器和與HECS集成電路I的穩(wěn)定輸出偏置電壓值相等的經(jīng)軟件調(diào)整的HECS零參考偏置電壓值。微處理器5程序根據(jù)HECS ADC測(cè)量結(jié)果19的數(shù)字分析來(lái)檢測(cè)電路電弧、過(guò)電流和短路故障，并且在圖12-22中更詳細(xì)地描述。
[0050]當(dāng)微處理器5程序檢測(cè)到電路故障時(shí)，將斷開(kāi)命令發(fā)送至斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7，該斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7通過(guò)斷開(kāi)電磁斷開(kāi)(trip)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6中斷所故障保護(hù)的電路13/16/14。然后啟用用于電路故障的可見(jiàn)指示器11和可聽(tīng)指示器12。當(dāng)隨后啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)9時(shí)，微處理器5程序?qū)χ颠M(jìn)行初始化并且禁用故障指示器，通過(guò)評(píng)估該斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)電路8和通過(guò)向斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7發(fā)送斷開(kāi)和復(fù)位命令來(lái)利用電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6打開(kāi)和閉合所保護(hù)的電路13/16/14，檢查系統(tǒng)誤引線和壽命終止情況。當(dāng)已經(jīng)成功地完成系統(tǒng)復(fù)位檢查時(shí)，保持所保護(hù)的電路13/16/14閉合，直至微處理器5程序檢測(cè)到另一電路故障。
[0051]微處理器5被編程為通過(guò)初始地和定期地測(cè)試系統(tǒng)部件檢測(cè)系統(tǒng)壽命終止?fàn)顩r，并且然后作為結(jié)果，系統(tǒng)中斷電路并且啟用可視指示器11和/或可聽(tīng)指示器12。系統(tǒng)壽命終止通過(guò)以下?tīng)顩r中的任何狀況確定:
[0052]a)微處理器5時(shí)鐘計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)確定的壽命限度。
[0053]b)電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6不能夠使線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的接觸接合。這是通過(guò)微處理器5測(cè)試程序檢測(cè)的，微處理器5測(cè)試程序確定在啟用復(fù)位命令以后接觸不接合，這可能意味著電子的或機(jī)械的故障或者電子的和機(jī)械的故障。
[0054]c)電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6不能夠使線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的接觸解接合。這是通過(guò)微處理器5測(cè)試程序檢測(cè)的，微處理器5測(cè)試程序確定在啟用斷開(kāi)命令以后接觸保持接合，這可能意味著電子的或機(jī)械的故障或者電子的和機(jī)械的故障。
[0055]當(dāng)啟用系統(tǒng)測(cè)試開(kāi)關(guān)10時(shí)，微處理器5程序通過(guò)模擬特定電路故障來(lái)對(duì)電路故障檢測(cè)和中斷算法是否在正常地工作進(jìn)行檢查，該特定電路故障導(dǎo)致斷開(kāi)和復(fù)位命令被發(fā)送至斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7。在系統(tǒng)測(cè)試期間，微處理器5程序檢查斷開(kāi)和測(cè)試感應(yīng)電路8，以驗(yàn)證所保護(hù)的電路13/16/14正被電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6正確地打開(kāi)和閉合。
[0056]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的被示出為AFCI系統(tǒng)的可選一部分的具有120伏特、單相AC接地故障斷路器(GFCI)的功能系統(tǒng)框圖。伴隨HECS集成電路I測(cè)量從線路側(cè)至負(fù)載側(cè)流經(jīng)線路導(dǎo)體13/16的電流，使用附加HECS集成電路I來(lái)測(cè)量從負(fù)載側(cè)至線路側(cè)流經(jīng)中性導(dǎo)體14的電路電流。
[0057]本發(fā)明的此組合AFCI/GFCI實(shí)施例使用來(lái)自HECS集成電路I和差分電流電路20二者的HECS測(cè)量結(jié)果，來(lái)確定是否要將接地故障信號(hào)發(fā)送至微處理器5。差分電流電路20使用通常已知的電路來(lái)在兩個(gè)輸入信號(hào)之間存在充分差異時(shí)發(fā)送輸出信號(hào)。如果在兩個(gè)HECS集成電路I的測(cè)量結(jié)果之間存在充分差異，則所故障保護(hù)的電路13/16/14向地面15泄露電流，并且產(chǎn)生接地故障信號(hào)。對(duì)其它電路故障來(lái)說(shuō)，微處理器5程序向斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7發(fā)送斷開(kāi)命令，該斷開(kāi)命令通過(guò)斷開(kāi)電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6來(lái)中斷所保護(hù)的電路13/16/14。
[0058]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有120/240伏特、雙相AC AFCI的功能系統(tǒng)框圖。雙相AC AFCI系統(tǒng)部件與圖1的單相AC AFCI系統(tǒng)相同，除了使用兩個(gè)HECS集成電路I和兩個(gè)HECS測(cè)量抗混疊濾波器4以外，這導(dǎo)致兩組HECS ADC測(cè)量結(jié)果19。120/240伏特、雙相AC AFCI系統(tǒng)保護(hù)三個(gè)電路不受故障影響:120伏特、相位I電路21/24/22，120伏特、相位2電路23/25/22，以及240伏特電路21/24/25/23。
[0059]根據(jù)兩組HECS ADC測(cè)量結(jié)果19的分離和組合的數(shù)字分析，微處理器5程序檢測(cè)電路電弧、過(guò)電流和短路故障。當(dāng)微處理器5程序檢測(cè)到任何所保護(hù)的電路中的故障時(shí)，將斷開(kāi)命令發(fā)送至開(kāi)關(guān)和復(fù)位切換電路7，以通過(guò)斷開(kāi)電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6來(lái)中斷全部三個(gè)所故障保護(hù)的電路21/24/22、23/25/22和21/24/25/23。對(duì)圖1的單相AC AFCI系統(tǒng)描述的全部其它系統(tǒng)斷開(kāi)/復(fù)位/測(cè)試操作以及系統(tǒng)誤引線和壽命終止?fàn)顩r功能，也適用于此雙相AC AFCI系統(tǒng)。
[0060]此外，通過(guò)檢查圖1和圖3，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到如何通過(guò)使用三個(gè)HECS集成電路I和三個(gè)HECS測(cè)量抗混疊濾波器4并且對(duì)微處理器5程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儊?lái)將本ACFI發(fā)明應(yīng)用于三相AC MCI系統(tǒng)。能夠利用三相AC AFCI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的附加系統(tǒng)功能是使微處理器5程序確定這三個(gè)HECS集成電路I中的一個(gè)不在測(cè)量可感到的電流，因此使系統(tǒng)針對(duì)系統(tǒng)相損失狀況中斷此三相電路。
[0061]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的商業(yè)地可獲得的雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路I的功能框圖。商業(yè)上可獲得的雙向HECS集成電路I包括:霍爾電流驅(qū)動(dòng)26、動(dòng)態(tài)偏置消除27、增益和溫度系數(shù)調(diào)整28、放大器29/33/24、信號(hào)恢復(fù)31、零電流調(diào)整32、模擬輸出36和可選的模數(shù)轉(zhuǎn)換器37和數(shù)字輸出38。可選的電容器可以連接35來(lái)設(shè)置輸出帶寬，并且接地輸入30需要連接至系統(tǒng)地。
[0062]雙向HECS集成電路I輸出電壓38與具有穩(wěn)定輸出偏置電壓和接近零磁滯的電氣電路電流負(fù)載波形成比例。許多現(xiàn)有技術(shù)MCI設(shè)計(jì)使用電流轉(zhuǎn)換器來(lái)生成用于檢測(cè)電氣電路故障的次電流，并且典型地用像“霍爾傳感器”、“電流傳感器”、“二轉(zhuǎn)換器諧振電路”或“箍位電路”這樣的誤使用的術(shù)語(yǔ)描述電流轉(zhuǎn)換器。盡管許多現(xiàn)有技術(shù)MCI設(shè)計(jì)使用電流變換器，它們?cè)谠O(shè)計(jì)、構(gòu)造和其它特性方面不同來(lái)滿足它們的電流感應(yīng)要求。然而，已知過(guò)多噪聲和誤差與使用電流轉(zhuǎn)換器檢測(cè)電弧和其它電氣電路故障關(guān)聯(lián)。具有更少噪聲的更準(zhǔn)確的電氣電路電流感應(yīng)是利用本AFCI發(fā)明通過(guò)采用雙向HECS集成電路I實(shí)現(xiàn)的。對(duì)數(shù)個(gè)滿標(biāo)度額定電流應(yīng)用的商業(yè)上可獲得的HECS精度粗略地是0.1安培峰到峰值，此外HECS具有接近零的磁滯，該磁滯使已知對(duì)電流轉(zhuǎn)換器是普遍問(wèn)題的輸出噪聲和頻率失真最小化。這導(dǎo)致本ACFI發(fā)明能夠檢測(cè)低至0.5安排的大電流并聯(lián)電弧放電和小電流串聯(lián)電弧放電。雙向HECS集成電路I是DC電源驅(qū)動(dòng)電流傳感器并且不同于使用電流轉(zhuǎn)換器的許多現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)，無(wú)論使用什么誤用的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述它們。
[0063]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于系統(tǒng)DC電源的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)3的功能系統(tǒng)框圖。SMPS3在寬的電源AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓，并且是包括輸入整流器和濾波器39、逆變器/斬波器40和控制器41、高頻變壓器42以及輸出整流器和濾波器43的通常已知設(shè)計(jì)。
[0064]SMPS3向?qū)τ趫D1至圖3中圖示的DC電源驅(qū)動(dòng)的部件的穩(wěn)定DC電源提供寬的電源AC電壓范圍，并且通過(guò)使用高頻變壓器和微電子電路來(lái)避免使用高熱耗散部件，使封閉電路中的內(nèi)部發(fā)熱最低。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)AFCI和GFCI設(shè)計(jì)是不同的并且使用線性電源，線性電源在窄的電源AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓。結(jié)果，由于電源電壓中的瞬變，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生過(guò)多發(fā)熱并且可能導(dǎo)致對(duì)于DC電源驅(qū)動(dòng)的部件的不穩(wěn)定DC電源。
[0065]圖6-圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用兩個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6的圖。該雙螺線管促動(dòng)器機(jī)構(gòu)在2005年9月9日提交的美國(guó)專利N0.7, 298, 236 (陳)“Circuit Breaker Electromagnetic Tripping Device (斷路器電磁斷開(kāi)設(shè)備)”中完全地公開(kāi)。圖6圖示電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6包括復(fù)位螺線管促動(dòng)器44、斷開(kāi)或測(cè)試螺線管促動(dòng)器45、用于可移動(dòng)接觸件46的杠桿臂、用于單相AC或DC電路的線路導(dǎo)體或雙相AC電路的線路相位I導(dǎo)體的可移動(dòng)接觸件配件47以及用于雙相AC電路的線路相位2導(dǎo)體的可移動(dòng)接觸件配件48。電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6的這兩個(gè)分離操作的復(fù)位和斷開(kāi)或測(cè)試螺線管促動(dòng)器44/45是彈簧加載的并且通過(guò)圖1-圖3中圖示的斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7由微處理器5控制。當(dāng)啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)9時(shí)，復(fù)位螺線管促動(dòng)器44被激活并且將杠桿臂46向上拉動(dòng)來(lái)將可移動(dòng)接觸件與兩個(gè)可移動(dòng)接觸件配件47/48內(nèi)部在可移動(dòng)接觸件正上方放置的固定接觸件接合，這將線路側(cè)連接至負(fù)載側(cè)。
[0066]圖7圖示復(fù)位螺線管促動(dòng)器44中的促動(dòng)器軸49附接至用于可移動(dòng)接觸件46的杠桿臂。杠桿臂46上的槽鎖閂51形成滑塊，該滑塊與斷開(kāi)或測(cè)試螺線管促動(dòng)器45中的促動(dòng)器軸50円在一起。在沒(méi)有復(fù)位螺線管促動(dòng)器44的繼續(xù)激活的情況下，促動(dòng)器軸50通過(guò)復(fù)進(jìn)彈簧52保持在此位置上，直至斷開(kāi)或測(cè)試螺線管促動(dòng)器45被激活并且釋放槽鎖閂51。然后，用于可移動(dòng)接觸件46的杠桿臂通過(guò)復(fù)進(jìn)彈簧53向下推進(jìn)來(lái)將該可移動(dòng)接觸件從固定接觸件上松開(kāi)，這將負(fù)載側(cè)與線路側(cè)斷開(kāi)。在沒(méi)有斷開(kāi)或測(cè)試螺線管促動(dòng)器45的繼續(xù)激活的情況下，促動(dòng)器軸49通過(guò)復(fù)進(jìn)彈簧53保持在此位置上，直至復(fù)位螺線管促動(dòng)器45被再次激活。
[0067]圖8-圖10是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的使用一個(gè)螺線管促動(dòng)器的電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的圖。此單螺線管促動(dòng)器機(jī)構(gòu)在2010年4月12日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/758，790(湯米班(Tomimbang))并且在 2011 年 6 月 23 日作為 2011/0148552A1公布 的 “Solenoid Actuator with an Integrated Mechanical Locking and UnlockingFixture (具有集成機(jī)械上鎖和解鎖夾具的螺線管促動(dòng)器)”中完全公開(kāi)。
[0068]圖8圖示電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6包括復(fù)位螺線管促動(dòng)器54、機(jī)械上鎖和移位配件55、用于可移動(dòng)接觸件56的杠桿臂、用于單相AC或DC電路的線路導(dǎo)體或雙相AC電路的線路相位I導(dǎo)體的可移動(dòng)接觸件配件47以及用于雙相AC電路的線路相位2導(dǎo)體的可移動(dòng)接觸件配件48。電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6的螺線管促動(dòng)器54是彈簧加載的，并且通過(guò)圖1-圖3中圖示的斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7由微處理器5控制。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)AFCI和GFCI設(shè)計(jì)是不同的并且使用具有人工地操作的復(fù)位開(kāi)關(guān)的螺線管促動(dòng)器。
[0069]圖9圖示電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)6的分解圖包括螺線管促動(dòng)器54、移位和上鎖引導(dǎo)桿57、促動(dòng)器軸58、上鎖桿59、移位桿60、用于可移動(dòng)接觸件的杠桿臂56、兩個(gè)可移動(dòng)接觸件配件47/48、復(fù)進(jìn)彈簧61以及杠桿臂引導(dǎo)和止動(dòng)蓋62。
[0070]圖10圖不上鎖和移位桿的平坦表面視圖包括移位和上鎖引導(dǎo)桿57的內(nèi)表面圖以及上鎖桿59和移位桿60的外表面圖。在移位和上鎖引導(dǎo)桿57內(nèi)部是引導(dǎo)移位桿60的運(yùn)動(dòng)的鋸齒狀凸起57a/57b和槽57c。主鋸齒狀凸起57a擔(dān)當(dāng)上部鎖57d位置，而次要的鋸齒狀凸起57b傾斜到下部鎖57e位置所處于的槽57c內(nèi)。鋸齒形凸起57a/57b以與移位桿60的外表面上的引導(dǎo)肋條60a的鋸齒狀凸起60b相同但相反的角朝向傾斜。
[0071]上鎖桿59的外表面配備有沿移位和上鎖引導(dǎo)桿57的內(nèi)表面上槽57c移動(dòng)的引導(dǎo)肋59c，以將移位桿60牢固地保持在適當(dāng)位置。上鎖桿59的頂部具有鋸齒形凸起59a/59b，鋸齒形凸起59a/59b與移位桿60的外表面上鋸齒狀凸起60b鎖在一起。對(duì)于促動(dòng)器軸58的每次螺線管促動(dòng)來(lái)說(shuō)，三個(gè)上鎖和移位桿57/59/60的鋸齒形凸起之間的楔進(jìn)動(dòng)作導(dǎo)致移位桿60遞增地轉(zhuǎn)動(dòng)。這將鋸齒狀凸起60b置于上部鎖57d位置或槽57c內(nèi)，在槽57c內(nèi)它們靠在下部鎖57e位置中的引導(dǎo)肋59c的上面。上部鎖57d和下部鎖57e位置分別對(duì)應(yīng)于關(guān)于圖6-圖7描述的復(fù)位和斷開(kāi)或測(cè)試機(jī)構(gòu)功能。
[0072]圖11是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示出用于電路電涌保護(hù)的金屬氧化物變阻器(MOV)63和示出用于被編程為檢測(cè)系統(tǒng)誤引線狀況的微處理器的系統(tǒng)誤引線通電能力的AFCI電路的部分示意圖。圖11圖示AFCI電路的部分示意圖比圖1的AFCI功能系統(tǒng)框圖更詳細(xì)。此詳細(xì)電路示出用于電涌保護(hù)的通常已知M0V63連接至哪里以及如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤引線通電能力。
[0073]系統(tǒng)誤引線是電源線路側(cè)布線不正確地連接至負(fù)載側(cè)16/14或者電源線路和中性導(dǎo)體被誤引線在線路側(cè)13/14上的情況。為了符合適用的UL標(biāo)準(zhǔn)，僅對(duì)于插座型外殼設(shè)備要求誤引線保護(hù)。然而，可以在任何適當(dāng)?shù)膽?yīng)用中包含系統(tǒng)誤引線保護(hù)。系統(tǒng)誤引線電路操作來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS) 3和微處理器通電，以檢測(cè)系統(tǒng)誤引線狀況和利用用于系統(tǒng)安裝者的可視和/或可聽(tīng)指示器將電氣電路13/16/14保持在斷開(kāi)保護(hù)狀態(tài)。每當(dāng)AFCI插座型設(shè)備被施加或被恢復(fù)電源或者啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)，需要進(jìn)行系統(tǒng)誤引線測(cè)試。
[0074]本AFCI發(fā)明使用SMPS3內(nèi)的兩個(gè)AC橋集成電路64來(lái)對(duì)SMPS電路65的剩余部分提供任何誤引線的電供給源，于是這能夠向微處理器識(shí)別和指示線路側(cè)13/14上的電源線路和中性導(dǎo)體誤引線狀況。當(dāng)電源線路側(cè)布線不正確地連接至負(fù)載側(cè)16/14時(shí)，微處理器可以通過(guò)向斷開(kāi)和復(fù)位切換電路7發(fā)送斷開(kāi)命令(這激活斷開(kāi)線圈66)并且然后通過(guò)檢測(cè)斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)單元8指示復(fù)位狀況而非預(yù)期的斷開(kāi)狀況，來(lái)識(shí)別該誤引線狀況。
[0075]圖12是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法和減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的軟件流程圖。盡管現(xiàn)有技術(shù)AFCI設(shè)計(jì)使用分離的方法和技術(shù)來(lái)進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障檢測(cè)，但是本AFCI發(fā)明按任何特定設(shè)計(jì)可能要求的那樣對(duì)低至0.5安培或更低的電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形使用時(shí)域算法67利用結(jié)合方法檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。盡管頻域分析不能夠被用來(lái)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的串聯(lián)電弧故障，但是使用頻域算法68來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(像吊扇和電鉆)導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷(討厭的斷開(kāi))。
[0076]當(dāng)應(yīng)用或恢復(fù)電源或者啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)，微處理器程序?qū)χ颠M(jìn)行初始化、禁用故障指示器、檢查系統(tǒng)誤引線和壽命終止?fàn)顩r69，并且開(kāi)始電路故障檢測(cè)算法70。雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路測(cè)量從線路側(cè)至負(fù)載側(cè)流過(guò)所保護(hù)的電路的電流。HECS集成電路輸出電壓與電路電流負(fù)載波形成比例，并且HECS測(cè)量抗混疊濾波器從HECS模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測(cè)量結(jié)果中移除高頻諧波和噪聲。HECS測(cè)量相移修正電路使用與線路側(cè)線路導(dǎo)體連接的緩沖器放大器來(lái)控制等待下一微處理器基礎(chǔ)頻率中斷時(shí)間周期71，該微處理器基礎(chǔ)頻率中斷時(shí)間周期71將HECS ADC測(cè)量結(jié)果72的相位與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的相位進(jìn)行匹配。如果基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率類型是DC，那么微處理器基礎(chǔ)頻率中斷使用固定時(shí)間周期。在基礎(chǔ)頻率中斷時(shí)間周期內(nèi)，以與作用在基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率上的電弧放電現(xiàn)象的充分?jǐn)?shù)字表示相一致的頻率對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果72進(jìn)行采樣。
[0077]在上一中斷周期期間采樣的HECS ADC測(cè)量結(jié)果72被輸入到結(jié)合方法的第一時(shí)域算法73內(nèi)，來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障67。第一時(shí)域算法73對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果72執(zhí)行范圍比例調(diào)整，并且檢測(cè)電路過(guò)電流和短路故障，這關(guān)于圖13更詳細(xì)地描述。如果檢測(cè)到過(guò)電流或短路故障74，則微處理器程序發(fā)出電路斷開(kāi)命令75并且停止電路故障檢測(cè)算法76，直至啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)。來(lái)自用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障67的結(jié)合方法的第一時(shí)域算法73的輸出是經(jīng)比例調(diào)整的HECS測(cè)量結(jié)果和“GainChange”標(biāo)志77。這些輸出是對(duì)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻率算法68的輸入，以及對(duì)用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障67的結(jié)合方法的第二時(shí)域算法78的輸入，該結(jié)合方法檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。
[0078]頻域算法68輸出是“ArcFaultPossible”標(biāo)志79，并且是用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障67的結(jié)合方法的時(shí)域算法78的另一輸入，這關(guān)于圖16更詳細(xì)地描述。此外，關(guān)于圖21更詳細(xì)地描述頻域算法68。來(lái)自此第二時(shí)域算法78的輸出是檢測(cè)到或未檢測(cè)到電路電弧故障。如果檢測(cè)到電弧故障80，則微處理器程序發(fā)出電路斷開(kāi)命令75并且停止電路故障檢測(cè)算法76，直至啟用系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)。如果未檢測(cè)到電路故障81，則故障檢測(cè)算法等待下一中斷時(shí)間周期71來(lái)再次繼續(xù)來(lái)自上一中斷周期的HECS ADC測(cè)量結(jié)果72。
[0079]圖13是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果執(zhí)行范圍比例縮放并且檢測(cè)電路過(guò)電流和短路故障的時(shí)域算法的軟件流程圖。如圖12中圖示的，這是用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法的兩個(gè)時(shí)域算法中的第一個(gè)73，其導(dǎo)致本AFCI發(fā)明使用商業(yè)上可獲得的雙向HECS集成電路來(lái)檢測(cè)低至0.5安培的電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的大電流并聯(lián)電弧放電和小電流串聯(lián)電弧放電。
[0080]在本AFCI發(fā)明可以檢測(cè)電路電弧故障以前，必須首先檢測(cè)其它通常已知的過(guò)電流和短路故障并且還識(shí)別負(fù)載瞬變。此算法的過(guò)電流和短路檢測(cè)82部分通過(guò)確定來(lái)自上一中斷周期的充分多個(gè)HECS ADC測(cè)量結(jié)果72是否大于依賴于系統(tǒng)應(yīng)用的由軟件管理的滿標(biāo)度限度84開(kāi)始83，如果真，則檢測(cè)到短路故障85并且此算法結(jié)束86。如果非真，則該算法確定來(lái)自上一中斷周期的HECS ADC測(cè)量結(jié)果72的最大絕對(duì)值是否大于由軟件管理的滿標(biāo)度限度87，這確定是否正在發(fā)生滿標(biāo)度削波。如果根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)個(gè)連續(xù)的周期88內(nèi)發(fā)生滿標(biāo)度削波，那么檢測(cè)到過(guò)電流故障89并且該算法結(jié)束90。
[0081]圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例檢測(cè)電路過(guò)電流故障的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。圖14示出在HECS ADC測(cè)量結(jié)果72的數(shù)個(gè)連續(xù)AC周期正在削波由軟件管理的滿標(biāo)度限度以后發(fā)生的過(guò)電流故障91。
[0082]圖13中圖示的算法的下一部分是HECS ADC測(cè)量結(jié)果72的范圍比例縮放92。如果HECS ADC測(cè)量結(jié)果72經(jīng)歷從負(fù)載被打開(kāi)或被關(guān)閉或負(fù)載失效的電源瞬變或負(fù)載瞬變，那么經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值可能變得比預(yù)確定的上或下范圍限度93/94更大或更小。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，改變“RangeScalingGain”95/96，因此經(jīng)縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值保持在該范圍限度內(nèi)。接下來(lái)，如果必要，限制“RangeScalingGain”,并且如果可應(yīng)用97，在算法結(jié)束98以前設(shè)置“GainChange”標(biāo)志。如圖12中圖示的，算法輸出是經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果和“GainChange”標(biāo)志77。當(dāng)“RangeScalingGain”改變并且設(shè)置“GainChange”標(biāo)志然后清除時(shí)，其它算法68/78具有它們經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果輸入已經(jīng)經(jīng)歷電源瞬變或負(fù)載瞬變的指示，并且在再次操作那些輸入測(cè)量結(jié)果以前會(huì)等待預(yù)確定的時(shí)間段。此外，范圍比例縮放92算法將HECS ADC測(cè)量結(jié)果72從寬的高值和低值范圍轉(zhuǎn)變成一個(gè)經(jīng)比例縮放的值范圍，這導(dǎo)致顯著更少的微處理器程序內(nèi)存、RAM和執(zhí)行時(shí)間，因?yàn)樵谠摂?shù)學(xué)算法中會(huì)使用整數(shù)變量而非浮點(diǎn)變量。
[0083]圖15A-15B圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果執(zhí)行范圍比例縮放的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。圖15A-15B示出在經(jīng)適當(dāng)?shù)姆秶壤s放的HECS測(cè)量結(jié)果的兩個(gè)AC周期以后發(fā)生的范圍比例縮放。圖15A示出對(duì)于第三AC周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值變得低于下范圍限度，其然后使“RangeScalingGain”99加倍并且導(dǎo)致保持在范圍限度內(nèi)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值。圖15B示出對(duì)于第三AC周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值變得大于上范圍限度，其然后使“RangeScalingGain” 100減半并且導(dǎo)致保持在范圍限度內(nèi)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大絕對(duì)值。
[0084]圖16是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的時(shí)域算法的軟件流程圖。如圖12中圖示的，這是用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法的兩個(gè)時(shí)域算法中的第二個(gè)78，這兩個(gè)時(shí)域算法導(dǎo)致本AFCI發(fā)明使用商業(yè)上可獲得的雙向HECS集成電路檢測(cè)低至0.5安培的電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的大電流并聯(lián)電弧放電和小電流串聯(lián)電弧放電。對(duì)此第二時(shí)域算法的輸入是來(lái)自第一時(shí)域算法73的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果和“GainChange”標(biāo)志77以及來(lái)自頻域算法68的“ArcFaultPossible”標(biāo)志79,該頻域算法68減輕由像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷。
[0085]通過(guò)確定在初始化70以后是否電路故障檢測(cè)算法已經(jīng)開(kāi)始、是否“GainChange”標(biāo)志77被設(shè)置然后被清除達(dá)預(yù)確定的時(shí)間段、是否“ArcFaultPossible”標(biāo)志79未被設(shè)置以及是否復(fù)位模式102時(shí)間段未結(jié)束103，該算法開(kāi)始101。如果任何條件為真，那么初始化算法變量并且在算法終止105以前，先進(jìn)先出過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射繼續(xù)裝滿上一中斷周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果104。如果全部條件為假(其包括復(fù)位模式102時(shí)間段結(jié)束并且除一個(gè)周期以外的過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果被充滿，那么上一中斷周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果被更新到該過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射106，并且算法繼續(xù)。
[0086]圖17圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有N個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的M個(gè)過(guò)去中斷周期(cycle)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射。包含N個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的上一中斷周期被指定為m = 1107，并且在M個(gè)更多中斷周期以后被從先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中移除。N和M的值依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用而變化。
[0087]如圖16中圖示的，該算法接下來(lái)使用下面的公式在過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)對(duì)每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算經(jīng)縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的平均值108:
[0088]Mean (n) = m = IM Map (n, m) M(I) ## 公式 00001##
[0089]公式⑴的結(jié)果被用來(lái)使用下面的公式跨N個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的平均功率值109:
[0090]MeanPower = η = IN (Mean (n) *Mean (η)) N (2) ## 公式 00002##
[0091]公式(I)的結(jié)果還被用來(lái)使用下面的公式計(jì)算經(jīng)縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射和每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的對(duì)應(yīng)均值之間的數(shù)據(jù)差值110:
[0092]Data iff (n, m).quadrature.Map (n, m).quadrature.Mean (n) (3)
[0093]來(lái)自公式(3)的結(jié)果被用來(lái)使用下面的公式在過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)對(duì)每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng) 計(jì)算數(shù)據(jù)差值零交叉的量111:
[0094]DataDiffCount (n) = m = 2M ZeroCross (a, b) (4) ## 公式 00003##,其中:
[0095]a.quadrature.DataDiff (n, m)
[0096]b.quadrature.DataDiff (n, m_l)
[0097]在公式⑷中使用的ZeiOCross (a, b)函數(shù)僅查找“a”和“b”輸入之間的符號(hào)變化并且如果真則返回“ I ”，或者如果假，則返回“O”。
[0098]來(lái)自公式(4)的結(jié)果被用來(lái)確定是否存在對(duì)特定的第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉112。如果根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用存在充分的量，那么使用下面的公式對(duì)那些特定的第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的零交叉方差值113:
[0099]ZeroCrossVar (n) = m = IM (DataDiff (n, m) ^DataDiff (n, m)) M (5) ## 公式00004##
[0100]接下來(lái)，算法用公式(2)對(duì)公式(5)進(jìn)行歸一化，這使用具有對(duì)于系統(tǒng)應(yīng)用可能作為常數(shù)的最大均值(MaxMean)的下面公式對(duì)那些充分量的第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)，給出經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的均值功率歸一化零交叉方差值114:
[0101]Zero CrossVarNorm(n) = ZeroCrossVar(n)*MaxMean2MeanPower(6)## 公式00005##
[0102]如果對(duì)特定第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)不存在充分的零交叉量，那么通過(guò)下面的公式使對(duì)那些特定第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的歸一化零交叉方差值歸零115:
[0103]ZeroCrossVarNorm (n) =0(7)
[0104]關(guān)于這一點(diǎn)描述的算法是本AFCI發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新。對(duì)電阻性和屏蔽負(fù)載二者的電路電弧放電現(xiàn)象被表現(xiàn)為過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中對(duì)經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的圍繞平均值的零交叉擾動(dòng)。那些零交叉擾動(dòng)是對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)通過(guò)公式(6)和(7)測(cè)量的，并且那些測(cè)量結(jié)果是通過(guò)均值功率歸一化獨(dú)立于經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的幅度值做出的。此算法中的下列步驟將公式(6)和(7)的這些電弧放電現(xiàn)象測(cè)量結(jié)果116轉(zhuǎn)換成對(duì)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的檢測(cè)信號(hào)。
[0105]此算法中的下一步是要查找具有經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的最大歸一化零交叉方差值的采樣時(shí)間倉(cāng)117并且使用該最大值的采樣時(shí)間倉(cāng)作為五個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的中心118。盡管本AFCI發(fā)明的此實(shí)施例使用五個(gè)被定中心的采樣時(shí)間倉(cāng)，但是被定中心的采樣時(shí)間倉(cāng)的X數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用變化。然后使用下面的公式合并來(lái)自公式(6)和(7)的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的歸一化零交叉方差值的、以最大值為中心的五個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng):
[0106]out(x) = X = 2Χ ((in (X)+in (χ-l) 2)+out (χ-l)) ## 公式 00006##,其中:
[0107]in (X) = ZeroCrossVarNorm (x),
[0108]X = 5，這導(dǎo)致使用下面公式的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的經(jīng)結(jié)合的歸一化的零交叉方差端點(diǎn)值:
[0109]ZeroCrossVarNormlntg = out (X) (8)
[0110]根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用在數(shù)個(gè)周期內(nèi)保存來(lái)自公式⑶的所結(jié)合的端點(diǎn)值，并且對(duì)這些過(guò)去的值求平均120。將經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的、經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的歸一化的零交叉方差端點(diǎn)值與依賴于系統(tǒng)應(yīng)用的電弧故障檢測(cè)限度相比較121。如果經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的端點(diǎn)值大于該限度，那么本AFCI發(fā)明確定電弧故障被檢測(cè)到122并且算法結(jié)束123。否貝U，電弧故障未被檢測(cè)到并且算法結(jié)束123。
[0111]如圖12中圖示的，本AFCI發(fā)明利用使用時(shí)域算法67的結(jié)合方法檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。因?yàn)閷?duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果73的范圍比例縮放以及公式(6)的平均功率歸一化，無(wú)論電路電弧放電是在大電流并聯(lián)配置還是在小電流串聯(lián)配置中發(fā)生的，本AFCI發(fā)明使電路電流測(cè)量結(jié)果的幅度值不相關(guān)114。因此，下面的使用電阻性和屏蔽負(fù)載的示例性響應(yīng)信號(hào)的圖適用于并聯(lián)和串聯(lián)電路電弧放電配置二者。
[0112]圖18圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)電阻性負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。左列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)像白熾燈泡燈這樣的正常電阻性負(fù)載124操作的算法的信號(hào)。右列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)電弧放電電阻性負(fù)載125操作的算法的信號(hào)。使用根據(jù)UL1699標(biāo)準(zhǔn)的AFCI測(cè)試要求的電弧發(fā)生器測(cè)試裝置產(chǎn)生電路電弧放電。
[0113]第一組圖表126/127是對(duì)于正常和電弧放電電阻性負(fù)載的在過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果。用于此AC應(yīng)用的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射，具有N= 12個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期。來(lái)自第一組圖表126/127的信號(hào)的直觀檢查示出在辨別正在發(fā)生電路電弧放電方面的某一困難。如在第二組圖表128/129中看到的，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算平均功率歸一化的零交叉方差值的本AFCI發(fā)明創(chuàng)新表明，對(duì)M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期中的全部在第3個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)附近正在發(fā)生電弧放電現(xiàn)象。第三組圖表130/131示出居于每個(gè)過(guò)去中斷周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的經(jīng)歸一化的零交叉方差值的五個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)中心的最大值，第四組圖表132/133示出那些信號(hào)的五個(gè)點(diǎn)結(jié)合。[0114]左側(cè)第四個(gè)圖表132示出來(lái)自對(duì)正常電阻性負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)從未大于電弧故障檢測(cè)限度134，該電弧故障檢測(cè)限度134是根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用被預(yù)確定的，并且正確地，算法未檢測(cè)到電弧故障。右側(cè)第四個(gè)圖表133示出來(lái)自對(duì)電弧放電電阻性負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)。該算法在根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用預(yù)確定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)那些過(guò)去周期信號(hào)的端點(diǎn)進(jìn)行平均，在該情況中該時(shí)間段是M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期。當(dāng)端點(diǎn)過(guò)去周期平均值大于電弧故障檢測(cè)限度135時(shí)，那么本AFCI發(fā)明確定對(duì)電阻性負(fù)載檢測(cè)到電弧故障。
[0115]圖19圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽組合負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。左列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)像白熾燈泡燈以及受調(diào)光器控制的發(fā)光裝置這樣的正常電阻性和屏蔽組合負(fù)載136操作的算法的信號(hào)。右列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)電弧放電電阻性和屏蔽組合負(fù)載137操作的算法的信號(hào)。使用根據(jù)UL1699標(biāo)準(zhǔn)的AFCI測(cè)試要求的電弧發(fā)生器測(cè)試裝置，產(chǎn)生電路電弧放電。
[0116]第一組圖表138/139是對(duì)于正常和電弧放電電阻性和屏蔽組合負(fù)載的在過(guò)去周期存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果。用于此AC應(yīng)用的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射，具有N = 12個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的M=12個(gè)過(guò)去中斷周期。來(lái)自第一組圖表138/139的信號(hào)的直觀檢查示出在辨別正在發(fā)生電路電弧放電方面的很小的困難。如在第二組圖表140/141中看到的，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算平均功率歸一化的零交叉方差值的本AFCI發(fā)明創(chuàng)新表明，對(duì)M = 12個(gè)過(guò)去中斷周期中的大多數(shù)在第5個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)附近正在發(fā)生電弧放電現(xiàn)象。第三組圖表142/143示出居于每個(gè)過(guò)去中斷周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的經(jīng)歸一化的零交叉方差值的五個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)中心的最大值，第四組圖表144/145示出那些信號(hào)的五個(gè)點(diǎn)結(jié)合。
[0117]左側(cè)第四個(gè)圖表144示出來(lái)自對(duì)正常電阻性和屏蔽組合負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)從未大于電弧故障檢測(cè)限度134，該電弧故障檢測(cè)限度134是根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用被預(yù)確定的，并且正確地，算法未檢測(cè)到電弧故障。右側(cè)第四個(gè)圖表145示出來(lái)自對(duì)電弧放電電阻性和屏蔽組合負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)。該算法在根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用預(yù)確定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)那些過(guò)去周期信號(hào)的端點(diǎn)進(jìn)行平均，在該情況中該時(shí)間段是M = 12個(gè)過(guò)去中斷周期。當(dāng)端點(diǎn)過(guò)去周期平均值大于電弧故障檢測(cè)限度135時(shí)，那么本AFCI發(fā)明確定對(duì)電阻性和屏蔽組合負(fù)載檢測(cè)到電弧故障。
[0118]圖20圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有用來(lái)檢測(cè)屏蔽負(fù)載電流波形上的電弧故障的結(jié)合方法的時(shí)域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。左列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)像受調(diào)光器控制的發(fā)光裝置這樣的正常屏蔽負(fù)載146操作的算法的信號(hào)。右列的四個(gè)圖表包含來(lái)自對(duì)電弧放電屏蔽負(fù)載147操作的算法的信號(hào)。使用根據(jù)UL1699標(biāo)準(zhǔn)的AFCI測(cè)試要求的電弧發(fā)生器測(cè)試裝置，產(chǎn)生電路電弧放電。
[0119]第一組圖表148/149是對(duì)于正常和電弧放電屏蔽負(fù)載的在過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果。用于此AC應(yīng)用的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射，具有N= 12個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)的M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期。來(lái)自第一組圖表148/149的信號(hào)的直觀檢查示出在辨別正在發(fā)生電路電弧放電方面沒(méi)有困難。如在第二組圖表150/151中看到的，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射中的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的每第η個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)計(jì)算平均功率歸一化的零交叉方差值的本AFCI發(fā)明創(chuàng)新表明，對(duì)M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期中的大多數(shù)在第9個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)附近正在發(fā)生電弧放電現(xiàn)象。第三組圖表152/153示出居于每個(gè)過(guò)去中斷周期的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的經(jīng)歸一化的零交叉方差值的五個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)中心的最大值，第四組圖表154/155示出那些信號(hào)的五個(gè)點(diǎn)結(jié)合。
[0120]左側(cè)第四個(gè)圖表154示出來(lái)自對(duì)正常屏蔽負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)從未大于電弧故障檢測(cè)限度134，該電弧故障檢測(cè)限度134是根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用被預(yù)確定的，并且正確地，算法未檢測(cè)到電弧故障。右側(cè)第四個(gè)圖表155示出來(lái)自對(duì)電弧放電屏蔽負(fù)載操作的算法的過(guò)去周期信號(hào)。該算法在根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用預(yù)確定的時(shí)間段內(nèi)對(duì)那些過(guò)去周期信號(hào)的端點(diǎn)進(jìn)行平均，在該情況中該時(shí)間段是M= 12個(gè)過(guò)去中斷周期。當(dāng)端點(diǎn)過(guò)去周期平均值大于電弧故障檢測(cè)限度135時(shí)，那么本AFCI發(fā)明確定對(duì)屏蔽負(fù)載檢測(cè)到電弧故障。
[0121]如關(guān)于圖18-20說(shuō)明的和在圖12中圖示的，本AFCI發(fā)明利用使用時(shí)域算法67的結(jié)合方法檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障。盡管頻域分析不能夠被用來(lái)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的串聯(lián)電弧故障，但是使用頻域算法68來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(像吊扇和電鉆)導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷(討厭的斷開(kāi))。
[0122]頻域算法68使用離散傅里葉變換(DFT)，離散傅里葉變換(DFT)是將經(jīng)采樣的時(shí)域信號(hào)分解成由被分配給頻域頻譜倉(cāng)的特定幅度表示的分量正弦的傅里葉分析方法。在特定DFT應(yīng)用中，經(jīng)采樣的時(shí)域信號(hào)的頻率是未知的，這導(dǎo)致頻率旁瓣泄露誤差，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)窗內(nèi)部均勻地間隔的多個(gè)時(shí)間樣本描述具有端點(diǎn)不連續(xù)性的輸入頻率。旁瓣泄露可以通過(guò)選擇將數(shù)據(jù)窗端點(diǎn)加權(quán)降至零的多個(gè)加權(quán)加窗函數(shù)來(lái)減少。然而，對(duì)于本AFCI發(fā)明來(lái)說(shuō)，經(jīng)采樣的時(shí)域信號(hào)的頻率對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是已知的，在數(shù)據(jù)窗內(nèi)選擇的均勻間隔的多個(gè)樣本完全地描述了沒(méi)有端點(diǎn)不連續(xù)性的預(yù)期頻率。這被稱為相干時(shí)間采樣，在該相干時(shí)間采樣中在數(shù)據(jù)窗端點(diǎn)處沒(méi)有預(yù)期輸入頻率的不連續(xù)性。當(dāng)端對(duì)端放置數(shù)個(gè)經(jīng)相干采樣的時(shí)域數(shù)據(jù)窗時(shí)，在端點(diǎn)處連續(xù)地描述預(yù)期的輸入頻率。從相干時(shí)間采樣產(chǎn)生的DFT輸出，是在沒(méi)有需要加權(quán)加窗函數(shù)的旁瓣泄露誤差的條件下被指派給頻域頻譜倉(cāng)(spectral bin)的特定幅度。
[0123]對(duì)于AFCI系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率是已知的。頻域算法68僅需要計(jì)算關(guān)于基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的DFT幅度和關(guān)于基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的DFT幅度，以減輕由像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷。在微處理器基礎(chǔ)頻率中斷時(shí)間周期內(nèi)，根據(jù)下面的公式，以與用于基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的DFT處理的相干時(shí)間采樣一致的頻率對(duì)HECS ADC測(cè)量結(jié)果72進(jìn)行采樣:
[0124]N 個(gè)樣本=倍數(shù) * (2*3) (9)
[0125]其中下面在基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率數(shù)據(jù)窗內(nèi)的均勻間隔的N個(gè)時(shí)域數(shù)據(jù)樣本導(dǎo)致相干2次和3次諧波分量時(shí)間采樣:
[0126]N 個(gè)樣本=2* (2*3) = 12
[0127]N 個(gè)樣本=3* (2*3) = 18
[0128]N 個(gè)樣本=4* (2*3) = 24
[0129]N 個(gè)樣本=5* (2*3) = 30[0130]N 個(gè)樣本=M*(2*3) = M*6
[0131]用于本AFCI發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用的N個(gè)樣本來(lái)自于公式(9)，但是最終根據(jù)來(lái)自也與作用在基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率上的電弧放電現(xiàn)象的充分?jǐn)?shù)字表示相一致的公式(9)的所需N個(gè)樣本來(lái)確定。HECS ADC測(cè)量結(jié)果72的N個(gè)樣本是在上一中斷周期期間被采樣的，并且被輸入給用來(lái)檢測(cè)并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法67的第一時(shí)域算法73，該第一時(shí)域算法73將經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果和“GainChange”標(biāo)志77輸出給頻域算法68。
[0132]圖21是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的軟件流程圖。通過(guò)確定在初始化以后電路故障檢測(cè)算法是否已經(jīng)開(kāi)始70以及“GainChange”標(biāo)志77對(duì)預(yù)確定的時(shí)間段是否被設(shè)置然后被清除157，該頻域算法開(kāi)始156。如果這兩個(gè)條件任一條件為真，那么初始化算法變量158并且在算法結(jié)束160以前清除“ArcFaultPossible”標(biāo)志輸出159。如果兩個(gè)條件都為假，則通過(guò)將經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的樣本更新成與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的N規(guī)模的DFT樣本時(shí)間輸入陣列161，算法繼續(xù)。
[0133]經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果DFT的實(shí)部和虛部可以使用下面眾所周知的公式針對(duì)基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率和基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量來(lái)計(jì)算:
[0134]Real X (k) k = 1:3 = η = IN (x (n) *cos (2.p1.k (η-1) N)) (10) -1mag X (k) | k = 1:3=η = 1Ν(χ (n) *sin (2.p1.k (n-1) N)) (11)## 公式 00007##
[0135]其中[x(n)].sub.η = 1:N是經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的N規(guī)模樣本時(shí)間輸入陣列。然而，為更快地執(zhí)行，使用下面的公式將公式(10)和(11)的DFT實(shí)部和虛部分解成利用預(yù)計(jì)算的正弦和余弦DFT基函數(shù)操作162。
[0136]Real X (k) | k = 1:3 = η = 1Ν(χ (n) *CosBasis (k (n_l) % N)) (12) -1mag X (k) k=1:3 = n = IN(x (n) *SinBasis (k (n-1) % N)) (13) ## 公式 00008##
[0137]其中是模運(yùn)算符并且通過(guò)下面的公式限定與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的正弦和余弦DFT基函數(shù)的預(yù)計(jì)算的N規(guī)模陣列163:
[0138][SinBasis (x) ]x = O:N-1 = [sin (2.p1.x N) ]x = 0:N_1 (14) [CosBasis (x) ]x =0: N-1 = [cos (2.p1.X N) ] X = 0: N-1 (15) ## 公式 00009##
[0139]使用來(lái)自公式(12)和(13)的DFT實(shí)部和虛部以及來(lái)自公式(14)和(15)的預(yù)計(jì)算的正弦和余弦DFT基函數(shù)，算法接下來(lái)使用下面的公式計(jì)算基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的DFT幅度和基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的DFT幅度164:
[0140]MagX(I) = {(Real X(I).sup.2+lmagX(I).sup.2)的平方根} {(Real X(I).sup.2+lmagX ⑴.sup.2)的平方根} (16)
[0141]MagX(k).sub.k = 2:3 = {(Real X(k).sup.2+lmagX(k).sup.2)的平方根}{(Real X(k).sup.2+lmagX (k).sup.2)的平方根} (17)
[0142]接下來(lái)，算法使用下面的公式利用公式(16)對(duì)公式(17)進(jìn)行歸一化，這給出基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的經(jīng)基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的DFT幅度165:
[0143]MagNorm X(k) k = 2:3 = (Mag X(k)*IOOOMag X(I)) [% *10] (18)## 公式 00010##
[0144]根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用關(guān)于數(shù)個(gè)周期保存來(lái)自公式(18)的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的二次和三次諧波分量的經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的歸一化DFT幅度，并且對(duì)這些過(guò)去歸一化的2次和3次諧波DFT幅度求平均166。將經(jīng)比例縮放的HECS測(cè)量結(jié)果的過(guò)去平均的經(jīng)基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的2次和3次諧波DFT幅度輸入給算法的“ArcFaultPossbile”磁滯標(biāo)志控制部分167，這在算法結(jié)束171以前輸出用于“ArcFaultPossible “標(biāo)志的設(shè)置條件168或清除條件169或不改變條件170。
[0145]圖22A-22B圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法的示例性響應(yīng)信號(hào)。圖22A示出在公式(18)的單位中具有歸一化DFT幅度y軸的典型地對(duì)電弧放電電阻性負(fù)載和非電弧放電或電弧放電屏蔽負(fù)載發(fā)生的頻譜。如美國(guó)專利N0.7，253，637(德沃夏克等人)認(rèn)識(shí)到的，頻域分析對(duì)檢測(cè)具有屏蔽負(fù)載的串聯(lián)電弧故障不起作用，因?yàn)橛糜诜请娀∑帘呜?fù)載的頻譜看上去類似于用于電弧放電電阻性負(fù)載的頻譜。然而，本AFCI發(fā)明的頻域算法使用圖22A所示的頻譜來(lái)確定“ArcFaultPossible”輸出標(biāo)志是否處于被設(shè)置的條件172并且使用圖22B所示的典型地對(duì)像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生的頻譜來(lái)確定“ArcFaultPossible”輸出標(biāo)記處于被清除的條件173。這些裝置產(chǎn)生與其3次諧波相比明顯的2次諧波譜分量，因此該頻譜不與具有電阻性或屏蔽負(fù)載的電弧故障的譜分量相一致。此算法的“ArcFaultPossible”磁滯標(biāo)志控制部分167的操作提供從一個(gè)“ArcFaultPossible”輸出標(biāo)志條件至另一個(gè)的平滑過(guò)渡，并且應(yīng)當(dāng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，包括:電氣電路電流傳感器，呈以下形式:雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路，其測(cè)量電氣電路電流并且將所述電流測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定輸出偏置電壓的成比例的輸出電壓；或任何其它可用的電氣電路電流傳感器；電流傳感器測(cè)量相移修正電路，其控制微處理器中斷過(guò)程來(lái)將電流傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測(cè)量結(jié)果的相位與電氣電路基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的相位進(jìn)行匹配；電流傳感器測(cè)量抗混疊濾波器，其從電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果中移除高頻諧波和噪聲；微處理器，被編程來(lái)執(zhí)行:時(shí)域算法，該時(shí)域算法具有用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法；當(dāng)檢測(cè)到電氣電路故障時(shí)的斷開(kāi)命令；斷開(kāi)和復(fù)位切換電路，具有對(duì)電氣電路的閉合和打開(kāi)進(jìn)行控制的斷開(kāi)和復(fù)位命令輸入；電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)，其通過(guò)閉合該電氣電路對(duì)所述機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)位以及通過(guò)斷開(kāi)所述機(jī)構(gòu)和打開(kāi)所述電氣電路使所述電氣電路中斷；斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)電路，其指示所述電氣電路的打開(kāi)和閉合；DC電源電路，由以下供電:在寬的輸入AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定輸出DC電壓的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS);或在窄的輸入AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定輸出DC電壓的線性電源；或產(chǎn)生穩(wěn)定輸出DC電壓的任何其它可用DC電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:外殼設(shè)備，呈以下形式:斷路器；或插座；或插座插口 ；或電線連接插頭；或便攜式多插頭板；或任何其它外殼設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:到另一電氣設(shè)備、或電氣系統(tǒng)、或任何其它電氣布置內(nèi)的集成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:具有基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率類型:AC單相、或AC多相、或DC的操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路進(jìn)一步包括:霍爾電流驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)偏置消除、增益和溫度系數(shù)調(diào)整、放大器、零電流調(diào)整、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)輸出；從而所述HECS測(cè)量電氣電路電流并且將所述電流的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定輸出偏置電壓的成比例的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中所述開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)進(jìn)一步包括輸入整流器和濾波器、逆變器/斬波器和控制器、高頻變壓器以及輸出整流器和濾波器；從而所述SMPS通過(guò)使用高頻變壓器和微電子電路來(lái)避免使用高熱耗散部件，使封閉電路中的內(nèi)部發(fā)熱最低。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括復(fù)位開(kāi)關(guān)，所述復(fù)位開(kāi)關(guān)用于微處理器程序電子地命令電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)來(lái)復(fù)位所述系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括復(fù)位開(kāi)關(guān)，所述復(fù)位開(kāi)關(guān)用于電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)來(lái)人工地復(fù)位所述系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為當(dāng)電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果正在對(duì)數(shù)個(gè)AC周期內(nèi)的正和負(fù)由軟件管理的滿標(biāo)度限度進(jìn)行削波時(shí)檢測(cè)該電氣電路中的過(guò)電流故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為當(dāng)充分的電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果大于所述由軟件管理的滿標(biāo)度限度時(shí)檢測(cè)所述電氣電路中的短路故障。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電涌故障保護(hù)的金屬氧化物變阻器(MOV)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括接地泄露故障檢測(cè)電路和由微處理器命令的所述電氣電路的接地泄露故障中斷。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括測(cè)試開(kāi)關(guān)，所述測(cè)試開(kāi)關(guān)用來(lái)命令微處理器程序檢測(cè)模擬的電氣電路電弧、過(guò)電流、短路或接地泄漏故障并且用于所述系統(tǒng)然后對(duì)所述電氣電路進(jìn)行中斷和復(fù)位。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括系統(tǒng)誤引線通電電路和微處理器，所述微處理器被編程為如果所述系統(tǒng)未被正確地安裝則檢測(cè)系統(tǒng)誤引線狀況并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述電氣電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為通過(guò)最初地和周期地測(cè)試系統(tǒng)部件來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)壽命終止?fàn)顩r并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述電氣電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為如果多相AC系統(tǒng)應(yīng)用中的多個(gè)電流傳感器中的一個(gè)或多個(gè)未在測(cè)量可感到的電流則檢測(cè)系統(tǒng)相損失狀況并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述多相電氣電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為控制關(guān)于電氣電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線、壽命終止和相損失狀況的可視和可聽(tīng)指示器。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括關(guān)于電氣電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線、壽命終止和相損失狀況的可視和可聽(tīng)指示器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為監(jiān)視并且所述系統(tǒng)顯示像電壓、電流、功率和能量的電氣電路儀器測(cè)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生以與作用在基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率上的電弧放電現(xiàn)象的充分?jǐn)?shù)字表示相一致的頻率采樣的電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生范圍經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果以及發(fā)生范圍比例縮放改變的指示。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，利用N個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的M個(gè)過(guò)去中斷周期產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期存儲(chǔ)器映射。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)的每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的均值。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生跨N個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的平均功率值。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射和每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的對(duì)應(yīng)的均值之間的數(shù)據(jù)差值。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)的每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)差值零交叉的量。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)具有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的零交叉方差值。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)具有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的平均功率歸一化的零交叉方差值。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)沒(méi)有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的被歸零值的歸一化零交叉方差。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生以具有最大歸一化零交叉方差值的樣本時(shí)間倉(cāng)為中心的具有經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的歸一化零交叉方差值的X個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，跨以具有最大歸一化零交叉方差值的倉(cāng)為中心的X個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的結(jié)合歸一化零交叉方差值。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的歸一化零交叉方差值。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置產(chǎn)生在經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的歸一化零交叉方差值大于電弧故障檢測(cè)限度時(shí)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括微處理器，所述微處理器被編程為執(zhí)行頻域算法，所述頻域算法減輕由像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，利用與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的離散傅里葉變換(DFT)處理的相干時(shí)間采樣相一致的采樣頻率產(chǎn)生電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生范圍經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果以及發(fā)生范圍比例縮放改變的指示。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的N規(guī)模DFT樣本時(shí)間輸入陣列。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的被預(yù)計(jì)算的正弦和余弦DFT基函數(shù)的N規(guī)模陣列。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT實(shí)部和虛部。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT幅度。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置 導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT實(shí)部和虛部。
42.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT幅度。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的、經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的、基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的DFT幅度。
44.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的、經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的、過(guò)去經(jīng)平均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的DFT幅度。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的系統(tǒng)，其中用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置產(chǎn)生自“ArcFaultPossible”標(biāo)志的磁滯控制,該磁滯控制包括以下步驟:當(dāng)“ArcFaultPossible”標(biāo)志處于被清除狀態(tài)并且經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的、基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的2次諧波DFT幅度小于通過(guò)經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的、基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的3次諧波DFT幅度調(diào)整的3次諧波下限時(shí)，設(shè)置“ArcFaultPossible”標(biāo)志；當(dāng)該“ArcFaultPossible”標(biāo)志處于被設(shè)置狀態(tài)并且經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的、基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的2次諧波DFT幅度大于通過(guò)經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的、基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化的3次諧波DFT幅度調(diào)整的3次諧波上限時(shí)，清除該“ArcFaultPossible”標(biāo)志。
46.一種用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的方法，包括: 使電氣電路電流傳感器呈以下形式:雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路，其測(cè)量電氣電路電流并且將所述電流測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定輸出偏置電壓的成比例的輸出電壓；或任何其它可用的電氣電路電流傳感器；電流傳感器測(cè)量相移修正電路，其控制微處理器中斷過(guò)程來(lái)將電流傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)測(cè)量結(jié)果的相位與電氣電路基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的相位進(jìn)行匹配；電流傳感器測(cè)量抗混疊濾波器，其從所述電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果中移除高頻諧波和噪聲；微處理器，被編程來(lái)執(zhí)行:時(shí)域算法，該時(shí)域算法具有用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的結(jié)合方法；當(dāng)檢測(cè)到電氣電路故障時(shí)的斷開(kāi)命令；斷開(kāi)和復(fù)位切換電路，具有對(duì)該電氣電路的閉合和打開(kāi)進(jìn)行控制的斷開(kāi)和復(fù)位命令輸入；電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)，其通過(guò)閉合該電氣電路對(duì)所述機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)位以及通過(guò)斷開(kāi)所述機(jī)構(gòu)和打開(kāi)所述電氣電路使所述電氣電路中斷；斷開(kāi)和復(fù)位感應(yīng)電路，其指示所述電氣電路的打開(kāi)和閉合；DC電源電路，由以下供電:在寬的輸入AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS);或在窄的輸入AC電壓范圍內(nèi)操作來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓的線性電源；或產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出DC電壓的任何其它可用DC電源。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的用于電氣電路故障檢測(cè)和中斷的方法，進(jìn)一步包括: 使外殼設(shè)備呈以下形式:斷路器；或插座；或插座插口 ；或電線連接插頭；或便攜式多插頭板；或任何其它外殼設(shè)備。 具有到另一電氣設(shè)備、或電氣系統(tǒng)、或任何其它電氣布置內(nèi)的集成的能力。 使操作具有基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率類型=AC單相或AC多相或DC。 使雙向霍爾效應(yīng)電流傳感器(HECS)集成電路進(jìn)一步包括:霍爾電流驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)偏置消除、增益和溫度系數(shù)調(diào)整、放大器、零電流調(diào)整、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)輸出，從而所述HECS測(cè)量電氣電路電流并且將所述電流的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定輸出偏置電壓的成比例的輸出電壓。 使開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)進(jìn)一步包括輸入整流器和濾波器、逆變器/斬波器和控制器、高頻變壓器以及輸出整流器和濾波器，從而所述SMPS通過(guò)使用高頻變壓器和微電子電路來(lái)避免使用高熱耗散部件，使封閉電路中的內(nèi)部發(fā)熱最低。 使復(fù)位開(kāi)關(guān)用于微處理器程序電子地命令電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)來(lái)復(fù)位所述系統(tǒng)。 使復(fù)位開(kāi)關(guān)用于電磁斷開(kāi)和復(fù)位機(jī)構(gòu)來(lái)人工地復(fù)位所述系統(tǒng)。 使微處理器被編程為當(dāng)電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果正在對(duì)數(shù)個(gè)AC周期內(nèi)的正和負(fù)由軟件管理的滿標(biāo)度限度進(jìn)行削波時(shí)檢測(cè)該電氣電路中的過(guò)電流故障。 使微處理器被編程為當(dāng)充分的電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果大于所述由軟件管理的滿標(biāo)度限度時(shí)檢測(cè)所述電氣電路中的短路故障。 使金屬氧化物變阻器(MOV)用于電涌故障保護(hù)。 具有接地泄露故障檢測(cè)電路和由微處理器命令的所述電氣電路的接地泄露故障中斷。 使測(cè)試開(kāi)關(guān)用來(lái)命令微處理器程序檢測(cè)模擬的電氣電路電弧、過(guò)電流、短路或接地泄漏故障并且用于所述系統(tǒng)然后對(duì)所述電氣電路進(jìn)行中斷和復(fù)位。具有系統(tǒng)誤引線通電電路和使微處理器被編程為如果所述系統(tǒng)未被正確地安裝則檢測(cè)系統(tǒng)誤引線狀況并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述電氣電路。 使微處理器被編程為通過(guò)最初地以及定期地測(cè)試系統(tǒng)部件來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)壽命終止?fàn)顩r并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述電氣電路。 使微處理器被編程為如果多相AC系統(tǒng)應(yīng)用中的多個(gè)電流傳感器中的一個(gè)或多個(gè)未在測(cè)量可感到的電流則檢測(cè)系統(tǒng)相損失狀況并且用于所述系統(tǒng)然后中斷所述多相電氣電路。 使微處理器被編程為控制關(guān)于電氣電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線、壽命終止和相損失狀況的可視和可聽(tīng)指示器。 使可視和可聽(tīng)指示器用于電氣電路故障和系統(tǒng)通電、誤引線、壽命終止和相損失狀況。 使微處理器被編程為監(jiān)視并且所述系統(tǒng)顯示像電壓、電流、功率和能量這樣的電氣電路儀器測(cè)量。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生以與作用在基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率上的電弧放電現(xiàn)象的充分?jǐn)?shù)字表示相一致的頻率采樣的電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生范圍經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果以及發(fā)生范圍比例縮放改變的指示。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，利用N個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的M個(gè)過(guò)去中斷周期產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的先進(jìn)先出N個(gè)時(shí)間、M個(gè)過(guò)去周期存儲(chǔ)器映射。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)的每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的均值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生跨N個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的平均功率值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射和每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)的對(duì)應(yīng)的均值之間的數(shù)據(jù)差值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)過(guò)去周期的存儲(chǔ)器映射內(nèi)的每個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)差值零交叉的量。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)具有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的零交叉方差值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)具有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的平均功率歸一化的零交叉方差值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，對(duì)沒(méi)有充分量的數(shù)據(jù)差值零交叉的特定樣本時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的被歸零值的歸一化零交叉方差。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生以具有最大歸一化零交叉方差值的樣本時(shí)間倉(cāng)為中心的具有經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的歸一化零交叉方差值的X個(gè)樣本時(shí)間倉(cāng)。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，跨以具有最大歸一化零交叉方差值的倉(cāng)為中心的X個(gè)采樣時(shí)間倉(cāng)產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的結(jié)合歸一化零交叉方差值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置，產(chǎn)生經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的歸一化零交叉方差值。 使用來(lái)檢測(cè)電阻性和屏蔽負(fù)載電流波形上的并聯(lián)和串聯(lián)電弧故障的裝置在經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的經(jīng)平均的過(guò)去結(jié)合的歸一化零交叉方差值大于電弧故障檢測(cè)限度時(shí)產(chǎn)生。 使微處理器被編程為執(zhí)行減輕由像吊扇和電鉆這樣的正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的頻域算法。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，利用與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的離散傅里葉變換(DFT)處理的相干時(shí)間采樣相一致的采樣頻率產(chǎn)生電流傳感器ADC測(cè)量結(jié)果。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生范圍經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果以及發(fā)生范圍比例縮放改變的指示。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的N規(guī)模DFT樣本時(shí)間輸入陣列。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生與基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的相干時(shí)間采樣相一致的被預(yù)計(jì)算的正弦和余弦DFT基函數(shù)的N規(guī)模陣列。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT實(shí)部和虛部。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT幅度。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT實(shí)部和虛部。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的DFT幅度。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化DFT幅度。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置，產(chǎn)生基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率的2次和3次諧波分量的經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化DFT幅度。 使用來(lái)減輕由正常電弧放電電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的錯(cuò)誤電弧放電電路檢測(cè)和中斷的裝置產(chǎn)生自“ArcFaultPossible”標(biāo)志的磁滯控制，該磁滯控制包括以下步驟:當(dāng)“ArcFaultPossible”標(biāo)志處于被清除狀態(tài)并且經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平 均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化2次諧波DFT幅度小于通過(guò)經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化3次諧波DFT幅度調(diào)整的3次諧波下限時(shí)，設(shè)置“ArcFaultPossible”標(biāo)志；當(dāng)“ArcFaultPossible”標(biāo)志處于被設(shè)置狀態(tài)并且經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化2次諧波DFT幅度大于通過(guò)經(jīng)比例縮放的電流傳感器測(cè)量結(jié)果的過(guò)去經(jīng)平均的基礎(chǔ)電流負(fù)載頻率歸一化3次諧波DFT幅度調(diào)整的3次諧波上限時(shí)，清除“ArcFaultPossible”標(biāo)志。
【文檔編號(hào)】H02H3/00GK103999309SQ201280062217
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】溫德?tīng)枴·托米姆班, 蘭德?tīng)枴·穆拉韋齊 申請(qǐng)人:真安全技術(shù)有限公司