一种用来确定电路中是否存在电弧的方法和系统。所述方法包括感测电路中的电流的变化并且开发相应的输入信号、分析输入信号以确定预定频率范围中的宽带噪声的存在、并且产生相应的输出信号。所述方法进一步包括至少部分地根据输入信号和输出信号来确定连接到电路的负载类型、根据输入信号和输出信号以预定的方式使多个计数器中的一个或多个增加以及至少部分地根据多个计数器中的一个或多个的状态来确定是否存在电弧故障。所述方法也包括根据次级分析减少所述多个计数器中的一个或多个。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电路的保护，并且更具体地说涉及电路中的通常所说 的电弧故障型电气故障的检测。
技术介绍
在住宅、商业和工业应用中的电气系统通常包括用来从公用电源 (utility source)接收电功率的配电板。然后通过保护装置将功率 路由到供应一个或多个负载的指定支路。这些过电流装置通常是电路 中断器例如电路断路器和保险丝，所述电路断路器和保险丝被设计成 如果供应负载的导体的极限被超过则中断电流。电路断路器是电路中断器的优选类型，因为复位机构允许它们再 使用。通常，电路断路器由于断开或跳闸条件例如电流过载或接地故 障而中断电路。当电流超过长期运转额定值由跳闸电流确定的时间间 隔时产生电流过载条件。接地故障跳闸条件由在线路导体和中性导体 之间流动的电流的失调引起，所述电流失调可以由到地的漏电流或电 弧故障引起。电弧故障一般被定义为通过在断裂导体的两端之间、或在有故障的接触或连接器处的电离气体的电流(串联电弧)、或者通过在 供应负载的两个导体之间、或在导体和地之间的电离气体的电流(并 联电弧)。然而，电弧故障可能不会使常规电路断路器跳闸。电弧 故障电流电平可以被支路或负载阻抗减小到低于电路断路器的跳闸曲 线设置的电平。另外，不接触接地导体或人的电弧故障将不会使接地 故障保护器跳闸。有许多可以引起电弧故障的条件。例如，被腐蚀的、用旧的或老 化的配线、连接器、接触或绝缘、不良连接、被穿过绝缘的钉或钉子 损坏的配线、以及由重复过载引起的电应力、雷击等。这些故障可能 损坏导体绝缘和/或使导体达到不能接受的温度。本专利技术涉及在家庭用具的正常操作范围内出现的低电流串联电弧 的检测和/或在保护装置(例如家庭电路断路器)的操作额定值之内的 低电流串联电弧故障检测。美国专利No. 6, 008, 973 (共同转让的)主要基于负载电流的斜率 变化并且不着眼于特定次谐波、宽带噪声含量和/或公用负栽识别。与 此相反，本专利技术利用次谐波含量、宽带噪声和负载识别来设置阈值和 选择电弧特征。在我们的以上引用的申请(2002年3月27日提出的悬而未决的美 国专利申请序列号No. 10/107, 621 )中，每隔半周期地监控频率用于 宽带噪声，主要在33 KHz和58 KHz带中。我们已经发现，某些负栽 类型，例如灯调光器负载，具有某些高频特性，所述高频特性可以被 用来开发算法以近似检测例如灯调光器被设置在什么相角并且利用合 适的电弧算法来为该特定调光器设置检测电弧。我们已经发现，典型 的灯调光器波形的高频成分主要出现在电流波形的上升沿。而在电弧 期间，噪声并不局限于电流波形的上升沿。因此，该特性可以被用来 更好地区分电弧与正常的操作噪声。而且，在一些负载类型中，在电 弧条件期间，噪声仅在电流非零的地方出现；然而，在电弧期间，电 流在电压零交叉周围为零。因此高频噪声在波形的这些区域基本为零。 我们已经发现，这通常对任何类型的负载中的任何电弧都适用。此外，在本专利技术中，我们已经发现，利用以上引用的原申请中描 述的检测方法和设备，每隔1/8个线路周期监控20 KHz带中的高频噪 声可以用来获得改善的负载识别。本专利技术可以应用于住宅、商业、工业应用用于预防串联电弧故障 的电路保护。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种确定电路中是否存在电弧的方 法。所述方法包括感测所述电路中的电流的变化并且开发相应的输入 信号。分析输入信号以确定预定频率范围中的宽带噪声的存在，并且 产生相应的输出信号。确定连接到电路的负载类型。所述确定至少部 分地基于输入信号和输出信号。根据输入信号和输出信号以预定的方 式使多个计数器中的一个或多个增加。根据本专利技术的另一方面，用来确定电路中是否存在电弧的系统包 括用来感测电路中的交流电流并且开发相应的传感器信号的传感器、 用来分析传感器信号以确定在预定范围的频率中的宽带噪声的存在并 且产生相应的输出信号的电路、以及用来处理传感器信号和输出信号 以确定连接到电路的负载的类型和电流特性的控制器。控制器还利用 负载电流特性和宽带噪声的存在来确定电路中是否存在电弧故障。所 述系统也包括根据输入信号和输出信号以预定的方式增加的至少一个计数器。所述至少一个计数器适合根据次级分析(secondary analysis ) 减少。控制器也适合至少部分地根据所述至少一个计数器的状态来确 定是否存在电弧故障。根据本专利技术的另一方面，提供一种响应于输入信号确定电路中是 否存在电弧的方法，所述输入信号对应于电路中的交流电流并且对应 于电路中预定频率范围中的宽带噪声的存在。所述方法包括根据输入 信号增加多个计数器中的一个或多个、根据次级因子的结果减少所述 多个计数器中的所述一个或多个、利用所述多个计数器中的一个或多 个的状态确定连接到电路的负栽的类型以及是否存在电弧故障、以及 在交流电流的每1/8个周期监控20 KHz带中的高频噪声。附图说明图la和lb形成根据本专利技术的电弧故障电路中断器系统的电路示 意图2是示出形成图1的系统的一部分的专用集成电路芯片的更多细节的功能图3是示出图2的芯片的数字电路部分的操作的功能框图； 图4是形成图lb的芯片的一部分的信号处理电路的电路示意图； 图5A-5C是示出根据本专利技术的主程序顺序的操作的流程图； 图6是示出初始化程序模块的操作的流程图； 图7A-7J是示出检测负载类型程序模块的操作的流程图； 图8是更新历史緩沖器程序模块的流程图； 图9是欠电流(under current)监控程序模块的流程图； 图10是超5安培电阻性程序模块的流程图； 图ll是示出电感性电弧计时器程序模块的操作的流程图； 图12是示出设置参数程序模块的操作的流程图； 图13A- 13F示出显示设置测试极限程序模块的操作的流程图； 图14A和14B示出显示检查极限程序模块的操作的流程图； 图15A - 15D示出显示检查斜率变化程序模块的操作的流程图； 图16是示出缺少半周期检查程序模块的操作的流程图； 图17A- 17F示出显示并联电弧算法程序模块的操作的流程图； 图18是示出台阶(step)启动算法程序模块的操作的流程图； 图19A- 19J示出显示跳闸方程式(equation)程序模块的操作的 流程图20A和20B示出显示检查电流架(shelf)程序模块的操作的流 程图21A-21C示出显示利用20 KHz滤波器程序模块的操作的流程图22A和22B示出显示读取HF计数程序模块的操作的流程图23是示出存储半周期结果程序模块的操作的流程图24是示出根据本专利技术的一个实施例的样本正弦波的图25是示出根据本专利技术的一个实施例的图形识别(patternrecognition)程序模块的操作的流程图26是示出根据本专利技术的一个实施例的接通/断开转换检测程序模块的操作的流程图27是示出根据本专利技术的一个实施例的晶闸管扫描程序模块的操作的流程图；图28是示出根据本专利技术的一个实施例的样本电流和电压波形的 图；以及图29是示出根据本专利技术的 一个实施例的标准化程序模块的操作的 流程图。具体实施例方式本专利技术涉及使用片上系统解决主要在电路断路器或电插座、或其 它电装置中使用的电弧故障检测，通常是15或20安培大小但不限于 15或20安培大小。参考图la和lb，当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种确定电路中是否存在电弧的方法，包括： 感测电路中的电流的变化并且开发相应的输入信号； 分析输入信号以确定预定频率范围中的宽带噪声的存在，并且产生相应的输出信号； 至少部分地根据输入信号和输出信号，确定连接到所述电路的负载类型； 根据输入信号和输出信号以预定的方式使多个计数器中的一个或多个增加，并且至少部分地根据多个计数器中的一个或多个的状态来确定电弧故障是否存在；以及 根据次级分析减少所述多个计数器中的一个或多个。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-5 11/326,0121. 一种确定电路中是否存在电弧的方法，包括感测电路中的电流的变化并且开发相应的输入信号；分析输入信号以确定预定频率范围中的宽带噪声的存在，并且产生相应的输出信号；至少部分地根据输入信号和输出信号，确定连接到所述电路的负载类型；根据输入信号和输出信号以预定的方式使多个计数器中的一个或多个增加，并且至少部分地根据多个计数器中的一个或多个的状态来确定电弧故障是否存在；以及根据次级分析减少所述多个计数器中的一个或多个。2. 如权利要求l所述的方法，其中所述次级分析包括测量输入信 号的多个半周期中的每一个之间的距离并且比较所述多个半周期中的 每一个之间的距离。3. 如权利要求2所述的方法，其中所述次级分析进一步包括如果 所述多个半周期中的每一个之间的距离相同则减少所述多个计数器中 的一个或多个。4. 如权利要求l所述的方法，其中所述次级分析包括检测最大上 升的移动方向并且比较较低相角的移动方向。5. 如权利要求4所述的方法，其中所述次级分析进一步包括如果 由于调光器开关的扫描导致的上升方向和移动方向相同则减少所述多 个计数器中的一个或多个。6. 如权利要求l所述的方法，其中所述次级分析包括标准化电压 和负载电流。7. 如权利要求6所述的方法，其中所述标准化包括 获得第一电压、对应于第一电压的第一负载电流、第二电压、和对应于第二电压的第二负栽电流；以及使第 一电压乘以第二负载电流并且使第二电压乘以第 一 负载电流。8. 如权利要求7所述的方法，其中响应于第一电压和第二负载电 流的乘积与第二电压和第一负载电流的乘积相同，所述次级分析包括 减少所述多个计数器中的一个或多个。9. 如权利要求l所述的方法，其中所述次级分析包括 测量多个负栽电流面积； 由所述多个负载电流面积计算负载电流台阶； 比较负载电流台阶与预定值；以及响应于负栽电流台阶等于或大于所述预定值，将计数器减少预定数。10. —种用来确定电路中是否存在电弧的系统，包括 用来感测电路中的交流电流并且开发相应的传感器信号的传感器；用来分析传感器信号以确定预定频率范围中的宽带噪声的存在、 并且产生相应的输出信号的电路；用来处理传感器信号和输出信号以确定连接到所述电路的负栽的...
【专利技术属性】
技术研发人员：KB王，
申请(专利权)人：斯夸尔D公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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