专利名称：检测特征为连续周期电弧的电弧故障的方法
技术领域：
本发明一般涉及用于检测电弧故障的装置和方法，更具体地，涉及更不易受有害的跳闸(nuisance tripping)影响的电弧故障检测装置和方法。
背景技术：
已知的电弧故障检测装置和方法使用微控制器来测量与负载相关的电压，并处理表示电压测量值的数据以确定电弧的存在。例如，传统的电弧故障检测装置可被配置以感测交流负载电流，对AC信号进行滤波和整流，并将整流后的信号提供给一个积分电容器。传统的电弧故障检测装置可以使用微控制器来测量积分电容器上的电压，以及把电压测量值转换为数字数据以用于后续的算法处理。例如，可以使用一种算法来分析对应于线电压的各个周期的测量电压电平，并确定电压测量的特征是否是一个电弧故障，如点接触、低电平、或串联电弧，或者是否是一个有害的负载如亮度调整器、电机、白炽照明、自动调温器切换、钻电流(drill current)转换、随机线电压尖峰信号、EMI脉冲等。在电压测量值的特征是电弧故障的情况下，传统的电弧故障保护装置一般断开电路断路器以断开电源输出与负载。
尽管上述传统电弧故障保护装置可被用来检测并区别电弧故障和有害负载，但仍存在对具有更高可靠性的电弧故障检测技术的需求。例如，指示电弧故障的电弧放电在自然中一般是无序的。相反，有害负载，如三端双向可控硅开关元件控制的(triac-controlled)调光电路，可以周期性地产生电弧放电事件。但是，传统电弧故障检测装置经常不能可靠地区别周期性和非周期性电弧放电事件，从而倾向于有害的跳闸。并且，有害负载如亮度调整器、电机和白炽照明，当这些设备的设置被改变时，可产生高压瞬态，从而在连续时间周期内产生降低或升高电平的电弧放电。但是，传统电弧故障检测装置经常很难区别电弧故障和电弧放电事件，电弧放电事件的特征是电压电平的瞬间降低或升高，一般表示有害负载。另外，尽管某些负载会产生具有异常高的电压电平的噪声开关信号，这种高电压电平不一定表示电弧放电，并且可能被传统的电弧检测装置错误地表征电弧故障。
因此，期望有改进的电弧检测装置和方法，消除上述传统电弧故障检测装置和方法的缺点。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于检测电弧故障的装置和方法，其对有害跳闸具有降低的敏感性。在一个实施方式中，电弧故障检测装置包括电流传感器、输入感测电路、电弧感测电路、电源、跳闸电路(起动电路firing circuit)、处理单元和电机接口。在一个操作模式中，电流传感器监视包括交流电(AC)的功率输入，并向输入感测电路提供AC电流的高频分量。接着，输入感测电路对其输入端的该AC信号进行滤波和整流，并向电弧感测电路提供整流后的信号。然后，电弧感测电路向处理单元提供多个电压电平。处理单元被操作以测量每个电压电平，存储与测量的电压电平相关的信息，并使用一种或多种算法处理存储的信息，从而确定该AC电流的高频分量是由电弧故障还是有害负载引起的。在高频AC电流分量是由电弧故障引起的情况下，该处理单元激活所述起动电路以断开(trip)电机接口，从而中断对负载的功率输出。
在当前披露的实施方式中，处理单元执行多种算法以检测并区别电弧故障和有害情况。根据第一算法，处理单元在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路提供的多个电压电平。在一个实施方式中，处理单元在每个连续时间周期内执行单个电压电平测量。在另一个实施方式中，处理单元在每个时间周期内执行多个电压电平的测量。例如，每个连续时间周期可对应于线电压的半个周期。或者，每个时间周期可对应于预定恒定的或可变的时间周期。接着，处理单元确定电弧感测电路提供的电压电平超过特定的最小值的连续时间周期的数目。在测量到的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限的情况下，处理单元激活所述起动电路以断开电机接口，这中断了对负载的功率输出。在此情况下，AC线电流的高频分量被认为是由电弧故障引起的。在测量到的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目小于所述预定门限的情况下，阻止断开电机接口。在此情况下，AC线电流的高频分量被认为是由有害负载引起的。
根据第二算法，处理单元在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路提供的多个电压电平，并确定电弧感测电路提供的电压电平呈现连续较低值的连续时间周期的数目。根据第三算法，处理单元同样在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路提供的多个电压电平。但是，当执行第三算法时，处理单元确定电弧感测电路提供的电压电平呈现连续较高值的连续时间周期的数目。在测量到的电压电平呈现连续较低或较高值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限的情况下，阻止断开电机接口。在每种情况中，AC线电流的高频分量被认为是由有害负载引起的。第二和第三算法可以与上述第一算法一起使用以减少有害跳闸的发生。
根据第四算法，处理单元在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路提供的多个电压电平，并确定是否一个或多个测量到的电压电平超出了预定的值范围。在处理单元确定出一个或多个测量到的电压电平超出了预定范围而指示一个或多个测量到的电压电平异常地高的情况下，阻止断开电机接口。在该情况中，AC线电流的高频分量被认为是由例如高电平或并联电弧放电、线噪声、电路故障或有害负载引起的。典型地，可以通过二极管校正电容器或电桥或者任何其它适合的输出限制、约束或限幅电路，或者任何适合的范围检查技术来控制这种异常高电压。与上述第二和第三种算法类似，该第四算法可与第一算法一起使用以减少有害跳闸的发生。例如，可选择第一算法中使用的指定最小值落入第四算法中使用的预定值范围。
通过在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路提供的多个电压电平，并且基于一定准则(如测量到的电平超过指定最小值的连续周期的数目，测量到的电平呈现连续较低或较高值的连续周期的数目，是否一个或多个测量到的电平落到了预定的值范围之外)分析测量到的电压电平，可以以增加的可靠性检测电弧故障，并且可以减小有害跳闸的出现。
从本发明的下述详细描述中，本发明的其它特性、功能和方面将是很明显的。
参考下面的详细说明以及附图，本发明可以被更全面地理解，附图为图1a是根据本发明的电弧故障检测装置的方框图；图1b是示出了图1a的电弧故障检测装置的示意图；图2是示出了图1a的电弧故障检测装置所执行的三个周期的算法的流程图；图3是可在图1a的电弧故障检测装置中使用的比较器电路的示意图；图4a-4b是示出了图1a的电弧故障检测装置所执行的脉冲计数器算法的流程图；图5是示出了图4a-4b的脉冲计数器算法所使用测量数据集的映射的表；图6是图1a的电弧故障检测装置所执行的电弧放电事件计数器算法的流程图；图7是图1a的电弧故障检测装置所执行的使用数字计数器对比较器电路的输出进行积分的方法的流程图；图8是图1a的电弧故障检测装置所执行的包括图2的三个周期算法、图4a-4b的脉冲计数器算法以及图6的电弧放电事件计数器算法的操作的一种方法的流程图；图9是示出了图1a的电弧故障检测装置中所包含的积分电容器上的高电压的连续周期的数目，从而指示了一个可能的电弧故障的图；图10a是示出了图1a的电弧故障检测装置中所包含的积分电容器上的下降电压的连续周期的数目，从而指示了一个可能的有害负载的图；图10b是示出了图1a的电弧故障检测装置中所包含的积分电容器上的上升电压的连续周期的数目，从而指示了一个可能的有害负载的图；图11是示出了图1a的电弧故障检测装置中所包含的积分电容器上的异常高电压的单周期，从而指示了一个可能的有害负载的图；图12是示出了操作图1a的电弧故障检测装置的一种方法的流程图，其中通过在一定数目的连续时间周期内检测该装置中所包含的积分电容器上的电压，检测电弧故障或抑制有害跳闸。
具体实施例方式
申请日为2004年9月9日，名称为《用于检测电弧故障的方法》的美国专利申请No.10/937,487的全部公开内容在此引入作为参考。
图1a描述了根据本发明的一个电弧故障检测装置100的示意性实施方式。在所示实施方式中，装置100包括电流传感器101、输入感测电路102、电弧感测电路104、电源106、跳闸(起动)电路108、处理单元112和电机接口117。在一个示意性操作模式中，电流传感器101通过电机接口117监视功率输入，并向输入感测电路102提供功率输入的高频分量。接着，输入感测电路102对其输入端的AC信号进行滤波和整流，并向电弧感测电路104提供整流后的信号。然后电弧感测电路104向处理单元112提供表示可能的电弧放电的电压电平和数字信号。接着，处理单元112测量这些电压电平，并使用一个或多个算法来分析电压测量值和数字信号，以确定该信号是由电弧故障还是有害负载引起。在该信号由电弧故障引起的情况下，处理单元112激活起动电路108，从而断开电机接口117以将功率输出和负载断开。通过在断开电机接口117之前确定输入感测电路102感测到的AC信号是由电弧故障还是有害负载引起，处理单元112减少了电弧故障检测装置100受有害跳闸的影响。
图1b描述了电弧故障检测装置100的一个示意性实现方式。在所示实施方式中，电流传感器101包括变压器TR1，它通过监视流过负载的交流电流(AC)而监视功率输入，其中负载通过负载线相位终端TP9和负载中性终端TP10和TP22耦合至功率输出。变压器TR1被配置用来从它的初级线圈L1到它的次级线圈L2磁性耦合AC电流i的高频分量，从而为输入感测电路102提供AC电流I。在当前披露的实施方式中，电弧故障检测装置100被实现在一个衬底上，如分层印刷电路板(PCB)衬底、陶瓷衬底、或其它任何合适的衬底。并且，变压器TR1的初级线圈L1包围次级线圈L2(见图2c-2d)，其具有垂直于该衬底的磁轴。在优选实施方式中，变压器TR1的次级线圈L2提供一个较弱的磁性耦合。例如，弱耦合的变压器TR1可提供一个大约20-50μH的互导。
如图1b所示，输入感测电路102包括电容器C1、电阻器R1-R2、和二极管D1-D6。变压器TR1的次级线圈L2连接在电容器C1和电阻器R2之间。电容器C1也连接至电阻器R1，并且电阻器R1-R2接地。电容器C1对变压器的次级线圈L2提供的AC信号进行高通滤波，电阻器R1-R2为次级线圈L2提供一个地参考。二极管D1的阴极连接至电容器C1和电阻器R1，二极管D2的阴极连接至初级线圈L2和电阻器R2，二极管D1-D2的阳极接地。二极管D1的阴极也连接至二极管D3-D4的阳极，二极管D2的阴极也连接至二极管D5-D6的阳极。二极管D4-D5的阴极接地，二极管D3和D6的阴极连接至节点114，节点114提供输入感测电路102的输出。二极管D1-D2和D4-D5被配置以形成一个全波整流桥，因此节点114处提供的输出是一个全波整流信号。在优选实施方式中，二极管D3和D6被与二极管D4-D5匹配。并且，电弧感测电路104中包含的二极管D3-D6以及电容器C2形成一个记录电路(logging circuit)，从而使节点114处提供的输出电平与输入感测电路102的输入的记录成比例。
在所示实施方式中，电弧感测电路104包括电容器C2、积分电容器C3，电阻器R3-R7、运算放大器(op amp)116、和二极管D7。如图1b中所示，电容器C2和电阻器R4连接在节点114和地之间。并且，电容器R3连接在节点114和微控制器(执行处理单元112(见图1a)的功能)的管脚10之间。运算放大器116和电阻器R5-R6被配置以形成一个非反相放大器105。电容器C2连接在运算放大器116的非反相输入端，电容器C2上的电压被缓存并被通过二极管D7和电阻器R7提供给积分电容器C3。电容器C3连接在微控制器112的管脚9和地之间。二极管D7被配置以防止来自电容器C3的反向电流。并且，电阻器R7和电容器C3的组合形成了一个低通滤波器，以滤除高频噪声。
注意电容器C2上的电压的以大约(C2)*(R4)秒的延迟时间复位。例如，如果R4等于10kΩ，电容器C2等于1nf，则电容器C2的延迟时间是大约10μs。电弧感测电路104被配置以将电容器C2上的电压(ΔVC2)的变化转换成一个宽度为tpw的脉冲，可由下式确定G*ΔVC2*e(-tpw/C2*R4)＝Vcc/2，(1)其中，“G”是运算放大器116的增益。响应于一个显著的di/dt事件(“电弧放电事件”)而生成的每个脉冲都引起电容器C3上的电压的变化(ΔVC3)，可表示为ΔVC3＝(Vcc-Vbe-VC3)*(I-e(-tpw/C3*R7))-VC3(2)因此，公式(1)-(2)表明随着电弧放电事件的数目的增加，ΔVC3随ΔVC2的记录而增加，从而增加了电弧故障检测装置100的动态范围。
微控制器112的作用是在微控制器的管脚9上获得积分电容器C3上的电压VC3的测量值。例如，微控制器112可包括美国德州达拉斯的德州仪器有限公司(TI)销售的MSP430F1122微控制器，或任何其它合适的微控制器。在一个实施方式中，微控制器112在线电压的零交叉附近，在线电压的每个半周期，测量电容C3上的电压VC3。测量到的电压表示积分电容器C3所累积的电压之和，它被通过一个简单衰落时间而复位。因此，在其中进行每次测量的采样周期的持续时间是从电弧放电事件出现开始持续大概一个衰落时间。
在替换实施方式中，微控制器112在线电压的每半周期测量积分电容器C3上的电压VC3多次。例如，微控制器112可在线电压的绝对值所确定的时刻，每半周期测量电压VC3两次，并且在每次测量后复位所述电容器C3到0伏。特别地，微控制器112在对应于每个半周期的两个预定区域的时刻测量电压VC3，微控制器112然后通过在每个预定区域的开始首先复位电容器C3到0V而求和这些测量值，然后在每个区域的结束测量电容电压。在优选实施方式中，每半周期的两次电压测量都是在靠近线电压零交叉处进行，即，在正好零交叉之前进行一次测量，在正好零交叉之后进行另一次测量。
在当前披露的实施方式中，微控制器112的管脚9在微控制器112内连接到一个模数转换器(ADC)。ADC将在积分电容器C3上得到的模拟电压测量值转换成数字数据，从而使得微控制器112可以将测量数据存储在内部存储器中。在每次测量之后，微控制器112将管脚9短路到地，以准备电容器C3来为下个采样周期积分电流。另外，微控制器112的管脚10连接至运算放大器116的输出端，运算放大器116直接提供了一个脉冲计数器信号到微控制器112的管脚13。微控制器112使用一个内部计数器来监视脉冲计数器信号以跟踪信号内的出现的脉冲。然后，微控制器112存储与测量电压及监视脉冲相关的数据，并使用一种或多种算法来处理数据，以确定电压/脉冲是由电弧放电故障还是有害负载产生。
电弧故障检测装置100还包括复位电路110，它包括电容器C4、电阻器R8-R10、齐纳二极管D8、和电钮PB1，电钮PB1用于连接线相位到微控制器112的管脚12。在所示实施方式中，串联电阻器R9-R10和连接在管脚12和地之间的电阻器R8将线电压和线电流减小到适用于微控制器112的水平。尽管TI MSP430F1122微控制器包括内部保护二极管，但齐纳二极管D8连接在管脚12和地之间提供了冗余电压限制。电容器C4连接在管脚12和地之间以滤除高频噪声。当电钮PB1被激活以启动一个测试时，微控制器112在管脚10提供一个具有增加的脉冲宽度的传感测试信号。结果，随着脉冲宽度的增加，微控制器112通过电阻器R3将递增电压施加于电容器C2，从而产生各种电压下的模拟的电弧放电。
如图1b所示，起动电路108包括电容器C5-C7、电阻器R11-R12、二极管D9、和可控硅整流器(SCR1)。更具体地，电容器C7连接在SCR1的阳极和阴极之间，电容器C6和电阻器R12连接在SCR1的栅极和阴极之间以防止由显著的dv/dt事件引起的SCR1的无意的导通。电容器C5串联在微控制器112的管脚14和限流电阻器R11之间以防止电源的过多损耗。电机接口117包括由二极管D12-D15构成的二极管电桥、螺线管118、和连接在线中性和线相位终端以防止过高的线电压的金属氧化变阻器(MOV1)。二极管D9连接在二极管电桥D12-D15和SCR1的阳极之间。二极管D9将电容器C7与包括连接至微控制器112的管脚8的电阻R16-R17和电容器C8的监视电路的线电压隔离。因此，当SCR1导通时，SCR1从二极管电桥D12-D15吸收递增的电流，近似等于所述线电压的电压电平使螺线管118断开，以将功率输出与负载断开。
在所示实施方式中，电源106包括电阻器R13-R20、电容器C8-C10、和二极管D10-D11。串联电阻R13-R15限制了提供给齐纳二极管D11的电流量。如图1b所示，电阻器R20连接在二极管D10和齐纳二极管D11的连接点和微控制器112的正向电源Vcc(管脚2)之间。二极管D10阻止了来自电容器C9的反向电流，电容器C9连接在二极管D10-D11的连接点与地之间。并且，连接在微控制器112的管脚2与地之间的电容器C10为微控制器112提供了电压Vcc。串联电阻R16-17连接在电阻器R14-R15的连接点和地之间。并且，连接在电阻器R16-R27的连接点和地之间的电容器C8为微控制器112的管脚8提供了参考电压(VREF)。参考电压VREF与二极管电桥D12-D15的电压成比例，近似等于线电压的绝对值。在当前披露的实施方式中，微控制器112通过VREF监视线电压，并基于监视的线电压确定什么时候执行电容器C3上的电压的测量。在一个替换实施方式中，微控制器112可监视数字定时器的输出，并基于定时器输出执行积分电容器C3上的电压测量。
如上所述，微控制器112使用一种或多种算法，通过处理存储电压/脉冲数据来确定电弧放电事件的发生。下面将参考图1b和2描述一种操作电弧故障检测装置100的方法，它使用一种三周期算法(TCA)以减小有害负载上跳闸的发生。如步骤202中所述，积分电容器C3被复位到0伏，并且微控制器112中的所有标志被初始化。步骤206-209形成了一个子例程，其中该方法连续循环，直到在微控制器112的管脚8处监视的参考电压VREF超过一个预定值samp_hi，然后下降到低于一个选择值sample1，从而定义了线电压的零交叉附近的采样或测量点。然后如步骤214中所述，在微控制器112的管脚9处，进行电容器C3上的电压的测量，之后电容器C3被复位到0伏。接着，如步骤216中所述，判断电钮PB1是否被激活。在电钮PB1被激活的情况下，如步骤220中所述，类似电弧的噪声通过连接至微控制器112的管脚10的电阻器R3被注入到电容器C2中，随着在线电压的多个半周期中注入的足够的噪声并且在如下所述的步骤240中被TCA处理，将引起螺线管118以与在负载电流中检测到电弧相同的方式断开。
在优选实施方式中，因为需要一个最小电压来维持电弧，如大约15伏，一个典型的高至50伏的窗口被选择来进行电压测量，以考虑线电流和线电压间的相位差。线电压零交叉附近的这个窗口捕获相对较小的电弧，所述电弧通常在零交叉附近产生或消除。
接着，如步骤234中所述，电压测量被转换成数字形式并被压到微控制器112中的栈中以保持测量数据的历史。在当前披露的实施方式中，连续电压测量值被作为字(word)记入到栈中。然后如步骤240中所述，TCA被执行。具体地，计算周期1(如V[n-1])的字减去周期2(如V[n])的字取绝对值以获得第一计算值，计算周期3(如V[n+1])的字减去周期2(如V[n])的字取绝对值以获得第二计算值，计算周期3(如V[n+1])的字减去周期1(如V[n-1])的字取绝对值以获得第三计算值。然后计算第一值加第二值减第三值并取绝对值。因此在步骤240中执行的TCA可表示为TCA＝|(|V[n-1]-V[n]|+|V[n+1]-V[n]|-|V[n+1]-V[n-1]|)|(3)应该理解，在公式(3)中最外层的绝对值符号对不是严格必须的，但还是被包含以强调需要避免在TCA执行过程中发生最低有效位(LSB)误差。注意，TCA中使用的相邻的全周期1-3可以或不可以重叠。如果这三个周期不重叠，则需要六个半周期来执行TCA。如果这三个周期重叠，则TCA仅需要四个半周期。
接着，TCA计算的至少一个连续运行和被保持，如步骤244中所述。TCA计算的每个运行和表示在各个采样周期中出现的电弧放电的总量。在采样周期的结尾，如步骤246中所述，判断所述运行和是否超过了预定的最大门限值max_limit。在所述运行和的值超过max_limit的情况下，检测出电弧故障，并且如步骤248中所述，SCR1被起动以将功率输出与负载断开。在优选实施方式中，SCR1被起动三次以保证起动(firing)，即使线电压有短暂中断。在当前披露的实施方式中，具有选择宽度(如30μs)的脉冲被提供给SCR1。然后该方法循环回步骤202，以准备积分电容器C3用于下面的电压测量。
已经描述了上面的示意性实施方式，但也可以做出其它替换实施方式或变体。例如，描述了电弧感测电路104(见图1b)包括运算放大器116和电阻器R5-R6，它们形成了非反相放大器105。图3描述了一个可替换非反相放大器105使用的比较器电路105a。如图3中所示，比较器电路105a包括一个比较器120、电阻器R30-32、二极管D7、和电容器C3。更具体地，电阻器R30-31形成了一个偏压比较器的反向输入的分压器。当输入感测电路102提供给比较器120的非反向输入的信号的电平超过比较器120的反向输入端的电平，比较器120通过电阻R32以正比于(R32)*(C3)的速率对电容器C3充电。注意，电容器C3持续对电容器C3充电，只要比较器120的非反向输入端的信号电平保持大于Vcc*[R31/(R30+R31)]。因此，每次在比较器电路105a的输入端检测到负载电流中的有效变化时(即，每次发生显著di/dt事件时)，比较器的输出被驱动到它的正轨迹，从而生成一个脉冲用于通过二极管D7和电阻R7对电容器C3充电。
在当前披露的实施方式中，微控制器112可操作执行第一脉冲计数器算法以在每半个周期内计算比较器电路105a(或非反相放大器105)的输出被驱动为高的次数。由于电弧放电的通常的无序特性，电弧故障一般在线电压的每半周期内产生可变数目的电弧放电事件。相反，有害负载一般在每半周期内中产生相同数目的电弧放电事件，因此会在多个半周期内产生周期性的电弧放电事件。这些信息可被用于在正常操作条件下抑制有害跳闸，并且当检测到电弧故障时允许发生跳闸。更具体地，比较器电路105a为微控制器112的管脚13提供了脉冲计数器信号，微控制器112在第一脉冲计数器算法执行中使用该信号。在每个半周内，每次当比较器电路105a的输出被驱动为高时，如脉冲计数器信号的电平所示，微控制器112内的数字计数器被增加。当电容器C3被微控制器112复位时，计数器值被存储在微控制器112内，第一脉冲计数器算法被执行。在当前披露的实施方式中，微控制器112执行第一脉冲计数器算法来确定存储在微控制器112内存储的一个或多个测量数据集中的预定数目的数据元素的周期。例如，在存储的计数器值等于4的情况下，第一脉冲计数器算法可被用于确定至少一个测量数据集中的1-4个数据元素的周期。
下面将参考图4a描述第一脉冲计数器算法的操作。如步骤402中所述，该脉冲计数器算法在具有相同第一数据值k的一个测量数据集中搜索预定数目的数据元素。然后如步骤404中所述，分析整个测量数据集以确定具有零(0)值的数据元素的存在，以确定具有第一数据值(k)的附加数据元素的存在，以及确定具有不同于第一数据值的第二数据值(j)的数据元素的存在。接着，如步骤406中所述，数据集被映射。例如，典型数据集可包括一个具有零值的第一数据元素，一个具有第一值3的第二数据元素，一个具有相同第一值3的第三数据元素，和一个具有不同的第二值2的第四数据元素，因此可被映射到
。接着，如步骤408中所述，做出判断以确定映射数据集是否与表示多个电弧放电事件的周期性的多个预定数据集中的至少一个相匹配。如上所述，有害负载一般产生周期性电弧放电事件，而电弧故障产生的电弧放电事件一般是非周期的。此外，特定的启动和关闭情况可能类似于周期性电弧放电事件。图5示出了表示周期性电弧放电事件的多个数据集的一个示意性映射。例如，上述的典型映射
不与图5中所示的任何数据集匹配。在此情况下，脉冲计数器不被认为是处于“活动”(N)，跳闸是被允许的。在产生匹配的情况下，如步骤410中所述，脉冲计数器被认为是处于“活动”(Y)，跳闸被抑制，从而减少了正常操作条件下的有害跳闸的出现。例如，可通过增加预定最大门限值max_limit和/或上述三周期算法(TCA)所使用的其它适合的常量和/或系数来抑制跳闸。应该理解，可适当地修改TCA所使用的常量和/或系数以在检测到显著电弧故障时使能跳闸。
如上所述，第一脉冲计数器算法包括确定映射数据集是否与表示电弧放电事件的周期性的至少一个预定数据集匹配。在一个替换实施方式中，还可以判断映射数据集是否与表示数据历史记录中的非显著事件(如噪声)的一个或多个预定数据集匹配。例如，这种数据集可被映射为
，如果不是因为该映射中的单个“j”元素，则也可以表示周期性。出现这种匹配时，通过抑制跳闸，一定程度的噪声滤波可被集成到第一脉冲计数器算法中。
在当前披露的实施方式中，第二脉冲计数器算法也被执行以捕获与一个或多个电弧放电(arcing)事件相关的定时信息。下面将参考图4b描述第二脉冲计数器算法。如步骤414中所述，微控制器112中的计数器用于跟踪在采样周期内电弧放电事件发生所需的时间量。例如，该计数器可用于测量从采样周期开始到在采样周期内电弧放电事件发生的时间。然后如步骤416中所述，存储若干采样周期内的多个测量时间值以提供电弧放电事件的时间的历史记录。接着，如步骤418中所述，分析该时间历史记录以确定电弧放电时间的随机性。然后如步骤420中所述，做出判断以确定电弧放电事件是否出现在每个采样周期内的基本相同的时间。在电弧放电事件出现在每个采样周期内的基本相同的时间的情况下，电弧放电被认为是由有害负载引起的，跳闸被抑制，如步骤422中所述。应该理解，上述三周期算法所使用的常量/系数可被适当修改以基于通过第二脉冲计数器算法获得的电弧放电时刻的历史记录来抑制和/或使能跳闸。
TCA也可以被表示为TCA＝|(|V[n-1]-V[n]|+|V[n+1]-V[n]|-|V[n+1]-V[n-1]|(见公式(3))。但是，公式(3)提供了对单个电弧放电相对平坦的响应。为了获得脉冲特性的对单个电弧放电事件的响应，修改后的TCA可表示为Knob_TCA＝TCA_1+(knob)*TCA_2，(6)其中，“TCA_1”由公式(3)表示，“knob”是一个常量，“TCA_2”表示为TCA_2＝|V[n-1]-2*V[n]+V[n+1]|，(7)其中，V[n-1]代表对应于线电压的第一周期的第一电压测量值，V[n]代表对应于线电压的第二周期的第二电压测量值，V[n+1]代表对应于线电压的第三周期的第三电压测量值。注意，对单个电弧放电事件，TCA_2提供了更多的脉冲响应。在上面的公式(6)中，可以调节knob常量(例如，可以设置knob常量为1/8或其它适合值)以提供可变数量的脉冲响应。
也描述过，三周期算法(TCA)的最终和被加入到TCA计算的连续运行和之中，TCA计算的连续运行和表示在采样周期内出现的电弧放电的总数目。在每个采样周期的最后，运行和被与预定最大门限值max_limit比较，如果所述门限被超过，则起动SCR1。在替换实施方式中，为了进一步避免有害跳闸，微控制器112(见图1)执行电弧放电事件计数器算法，以计数运行和中包括的电弧放电事件的数目。
下面将参考图6描述电弧放电事件计数器算法。如步骤S602中所述，测量电容器C3上的电压。接着，如步骤S604中所述，做出判断确定测量到的电压值是否超过第一预定门限值。如果测量到的电压值超过了第一门限值，则增加微控制器112中的第一事件计数器，如步骤S606中所述。接着，如步骤S608中所述，可选地做出至少一个第二判断以确定测量电压值是否超过了第二预定门限值。如果测量到的电压值超过了第二门限值，则增加微控制器112中的第二事件计数器，如步骤S610中所述。接着，如步骤612中所述，用至少一种算法(如上述TCA)处理电容器C3上电压的测量值。在优选实施方式中，随后电压测量被加入到电压测量值的第一和第二运行和中。例如，电压测量值的第一运行和可对应于短采样周期，其中在短周期时间内监视大电压尖峰信号，电压测量值的第二运行和可对应于长采样周期，其中在较长周期时间内监视较小的电压尖峰信号。如步骤614中所述，做出判断以确定第一运行和(运行和1)是否超过了第一预定跳闸门限(跳闸门限1)。在第一运行和的值超过第一跳闸门限值的情况下，如步骤616中所述，做出判断以确定第一事件计数器(事件计数器1)的输出是否超过了第一预定最小数目个事件(最小事件1)。在第一事件计数器的输出超过了第一数目个事件的情况下，如步骤622中所述，跳闸发生以断开功率输出与负载。如步骤618中所述，做出判断以确定第二运行和(运行和2)是否超过了第二预定跳闸门限(跳闸门限2)。在第二运行和的值超过第二跳闸门限值的情况下，如步骤620中所述，做出判断以确定第二事件计数器的输出(事件计数器2)是否超过了第二预定最小数目个事件(最小事件2)。在第二事件计数器的输出超过了第二数目个事件的情况下，如步骤622中所述，跳闸发生以断开功率输出与负载。因此，如果第一事件计数器的输出超过了第一预定计数数目，或者第二事件计数器的输出超过了第二预定计数数目，则跳闸发生。否则，跳闸不发生。
这样，避免了由例如噪声开关信号引起的有害跳闸。尽管这种噪声信号可导致较大的电压测量值，但它们不一定表示电弧放电。通过监视测量电压的运行和的电平，并且通过跟踪包含在运行和中的电弧放电事件的数目，包括若干半周期的电弧放电事件的电弧放电可被更可靠地检测到，而仅包括有限数目电弧放电事件的有害负载可被更安全地忽略。
也描述过，微控制器112提供VREF监视线电压，并基于监视的线电压确定什么时间执行电容器C3上的电压测量。在正常操作条件下，这些电压测量值间的时间是规律的和周期性的。但是，在高电流电弧放电条件下，由于临时硬短路引起的线电压降，VREF信号会降低。如果微控制器112在线电压的半周期上寻找特定的电压点，则这种电压降会引起一个无意的或较早的命令来测量。另外，在这种电弧放电过程中，积分电容器C3上的电压一般超常的高。在正常线压降(或变暗)的过程中，微控制器可找到一个假设的测量点，但是在电容器C3上可能没有异常电压。相反，在高电流电弧放电条件下，可找到一个假设的测量点，并且在电容器C3上检测到极高的电压。因此，为了检测高电平电弧放电，微控制器112的作用是测量测量点之间的时间。在找到早期的测量点并且检测到极大的电容器电压VC3的情况下，微控制器激活起动电路108，从而断开螺线管118以断开功率输出和负载。
也描述过，微控制器112(见图1)可以每两个半周期测量电容器C3上的电压，使用模数转换器(ADC)将电压测量值转换成数字形式，存储测量的电压数据，当测量完成时对电容器C3放电。注意，电容器C3上的电压表示非反相放大器105提供的信号的积分。在一个替换实施方式中，微控制器112中的数字计数器被用作一个累加器来有效地对非反相放大器105的输出进行积分，从而不需要积分电容器C3和ADC。
在该替换实施方式中，使用比较器电路105a或105b来替换非反相放大器105，比较器电路的数字输出被直接提供给微控制器112以递增内部计数器。并且，采样周期被定义为具有对应于线电压的一个或多个半周期的一个持续时间。下面将参考图7描述微控制器112以及用于对比较器电路105a的输出进行积分的内部计数器的操作。如步骤702中所述，在采样周期的开始计数器被复位。接着，如步骤704中所述，做出判断以确定比较器电路105a的输出是否是激活的，从而指示电弧放电的存在。在比较器电路的输出是激活的情况下，计数器被启动，如步骤706中所述。然后如步骤708中所述，做出判断以确定比较器电路105a的输出是否成为不激活的，指示电弧放电的结束。在电弧放电已经结束的情况下，该方法进行到步骤712。否则，如步骤710中所述，做出判断以确定是否到达采样周期的结尾。在已到达采样周期的末尾的情况下，该方法进入步骤712。否则，该方法返回步骤708。接着，计数器的输出值被存储，如步骤712中所述。在上述电弧检测算法中，存储的计数器输出(表示比较器电路105a的输出的积分)随后被用来代替积分电容器C3上的电压测量值。
参考图1b和图8示出了一种用于操作使用脉冲计数器算法、三周期算法(TCA)和电弧放电事件计数器算法的电弧故障检测装置100的方法。如步骤802中所述，积分电容器C3被复位到0伏。接着，如步骤804中所述，做出判断以确定是否检测到测量的初期命令。例如，微控制器112可检测到这种初期命令以执行电压测量，如果VREF信号由于线电压降而降低。在检测到初期测量并且测量到电容器C3上的极大电压的情况下，如步骤824中所述，检测到电弧故障，并且断开螺线管118以断开功率输出与负载。否则，如步骤806中所述，微控制器112监视VREF信号并且等待采样或测量点的到来。当测量点到达后，如步骤808中所述，测量积分电容器C3上的电压，之后电容器C3被复位到0伏。接着，如步骤810中所述，微控制器112监视电弧感测电路104提供的脉冲计数器信号，并存储采样周期内出现的脉冲计数数目。此外，如步骤812中所述，微控制器112将积分电容器的电压测量值存储在历史数据存储库(如一个栈)中。然后如步骤814中所述，使用上述脉冲计数器算法分析存储的脉冲计数信息。接着，如步骤816中所述，使用存储的电压测量数据的历史记录执行三周期算法(TCA)，最终的TCA计算结果被加入到至少一个运行和中。然后如步骤818中所述，调整微控制器112中的一个或多个事件计数器，并使用上述电弧放电事件计数器算法分析电压测量值。然后如步骤820中所述，做出判断以确定一个或多个事件计数器是否超过了电弧放电事件的预定最小数目。如果事件计数器超过了电弧放电事件的预定最小数目，如步骤822中所述，做出另一个判断以确定TCA运行和是否超过了预定的跳闸门限值。在TCA运行和超过了预定跳闸门限值的情况下，如步骤824中所述，检测到电弧故障，断开螺线管118以断开功率输出和负载。
如上所述，电弧故障检测装置100(见图1a-1b)可使用当前披露的脉冲计数器算法、三周期算法(TCA)、电弧放电事件计数器算法，以减少有害跳闸的发生。根据本发明，通过执行一个或多个附加算法，电弧故障检测装置100还可进一步减少有害跳闸的发生，在这些附加算法中，在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路104所提供的多个电压电平，随后基于准则进行分析，所述准则是例如测量到的电平超过指定最小值的连续周期的数目，测量到的电平呈现连续较低或较高值的连续周期的数目，和/或一个或多个测量到的电平是否落入预定的值范围之外。
参考下面的示意性实施例，可以更好的理解电弧故障检测装置100(见图1a-1b)所执行的用于减少有害跳闸的发生的这些附加算法。在每一个示意性实施例中，电流传感器101监视包含交流电流(AC)的功率输入，并向输入感测电路102提供AC电流的高频分量。接着，输入感测电路102对其输入端的该AC信号进行滤波和整流，并向电弧感测电路104提供整流后的信号，然后电弧感测电路104向微控制器112提供多个电压电平。电弧感测电路104提供给微控制器112的每一个电压电平对应于积分电容器C3上的一个电压，并可以表示特定时间周期内积分电容器C3所积累的电压和。微控制器112测量每个电压电平，存储与测量的电压电平相关的信息，并使用一种或多种这些附加算法来处理存储信息，以确定AC电流的高频分量是由电弧故障还是有害负载引起。在高频AC电流分量是由电弧故障引起的情况下，微控制器112激活起动电路108以断开电机接口117，从而中断了到负载的功率输出。
在第一示意性实例中，微控制器112在预定数目的连续时间周期内测量积分电容器C3上的多个电压。图9示出了在四个连续时间周期内出现的四个这种电压。更具体地，在时间周期t1到t3内出现第一电压，在时间周期t3到t5内出现第二电压，在时间周期t5到t7内出现第三电压，在时间周期t7到t9内出现第四电压。在第一实施例中，积分电容器C3分别在第一、第二、第三、第四时间周期内的在时刻t2、t4、t6、t8被复位。例如，微控制器112可在这四个连续时间周期的每一个内执行单个电压电平的测量，或者每个时间周期内的多个电压电平测量。此外，这四个连续时间周期的每一个可对应于线电压的半个周期，或者其它任何适合的恒定的或可变的时间周期。接着，微控制器112确定测量的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目。如图9中所示，在该第一所示实施例中，对应于四个连续时间周期的所有四个电压都超过了指定最小值。在测量的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限的情况下，微控制器112激活起动电路108以断开电机接口117，这中断了到负载的功率输出。因此，在该第一实施例中，如果预定门限等于四，则微控制器112将激活起动电路108以中断到负载的功率输出。在此情况下，AC线电流的高频分量将被认为是由电弧故障引起的。
注意，在该第一示意性实例中，如果测量的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目小于四，则将阻止断开电机接口117。在此情况下，AC线电流的高频分量将被认为是由有害负载引起的。应该理解，可以通过适当地选择测量电压电平的指定最小值、以及测量电压电平超过指定最小值的连续时间周期的特定数目，来获得用于减少有害跳闸的发生的所需的性能等级。此外，可以修改积分电容器C3与微控制器112的耦合和/或积分电容器C3的充电定时，以进一步提高电弧故障检测装置100的性能。
在第二示意性实施例中，微控制器112也在特定数目的连续时间周期内测量积分电容器C3上的多个电压。图10a示出了在六个连续时间周期内出现的六个这种电压。更具体地，在时间周期t1到t3内出现第一电压，在时间周期t3到t5内出现第二电压，在时间周期t5到t7内出现第三电压，在时间周期t7到t9内出现第四电压，在时间周期t9到t11内出现第五电压，在时间周期t11到t13内出现第六电压。在该第二实施例中，积分电容器C3分别在第一、第二、第三、第四、第五、第六时间周期内的在时刻t2、t4、t6、t8、t10、t12被复位。接着，微控制器112确定电压电平呈现连续较低或递减值的连续时间周期的数目。如图10a所示，在该第二示意性实施例中，对应于六个连续时间周期的所有六个电压呈现连续较低或递减值。在测量的电压电平具有递减值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限的情况下，阻止断开电机接口117。因此，在该第二实施例中，如果预定门限等于六，则微控制器112阻止断开电机接口117。在此情况下，AC线电流的高频分量被认为是由有害负载引起的。
注意，在第二示意性实施例中使用的算法可与上述第一示意性实施例中使用的算法一起使用，以进一步减少有害跳闸的发生。例如，如果(1)根据第一算法，测量的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限，并且(2)根据第二算法，对应于所述连续时间周期的所有电压呈现连续较低值，则微控制器112禁止断开电机接口117，因为这种状态可能指示是有害负载。应该理解，通过适当地选择测量的电压电平具有递减值的连续时间周期的特定数目，可以获得用于减少有害跳闸的发生的所需要的性能等级。
在第三示意性实施例中，微控制器也在特定数目的连续时间周期内测量积分电容器C3上的多个电压。图10b示出了在六个连续时间周期内出现的六个这种电压。更具体地，在时间周期t1到t3内出现第一电压，在时间周期t3到t5内出现第二电压，在时间周期t5到t7内出现第三电压，在时间周期t7到t9内出现第四电压，在时间周期t9到t11内出现第五电压，在时间周期t11到t13内出现第六电压。在该第三实施例中，积分电容器C3分别在第一、第二、第三、第四、第五、第六时间周期内的在时刻t2、t4、t6、t8、t10、t12被复位。接着，微控制器112确定电压电平呈现连续较高或递增值的连续时间周期的数目。如图10b所示，在该第三示意性实施例中，对应于六个连续时间周期的所有六个电压呈现连续较高或递增值。在测量的电压电平具有递增值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限的情况下，阻止断开电机接口117。因此，在该第三实施例中，如果预定门限等于六，则微控制器112阻止断开电机接口117。在此情况下，AC线电流的高频分量被认为是由有害负载引起的。
注意，与上述第二示意性实施例中使用的算法相同，在第三示意性实施例中使用的算法可与第一示意性实施例中使用的算法一起使用，以进一步减少有害跳闸的发生。例如，如果(1)根据第一算法，测量到的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目大于或等于预定门限，并且(2)根据第三算法，对应于所述连续时间周期的所有电压呈现连续较高值，则微控制器112禁止断开电机接口117，因为这种条件可能指示是有害负载。应该理解，通过适当地选择测量电压电平具有递增值的连续时间周期的特定数目，可以获得用于减少有害跳闸的发生的预期性能等级。还应该理解，第三实施例中使用的算法可与第二实施例中使用的算法一起使用，在该情况下，微控制器112确定电压电平呈现连续较高值的连续时间周期的数目，确定电压电平呈现连续较低值的连续时间周期的数目，并且基于所确定的连续时间周期的数目是否超过一个或多个预定门限来采取恰当的行动(即，断开电机接口117，或者禁止断开电机接口117)。
在第四示意性实施例中，微控制器112也在预定数目的连续时间周期内测量积分电容器C3上的多个电压。图11示出了在四个连续时间周期内出现的四个这种电压。更具体地，在时间周期t1到t3内出现第一电压，在时间周期t3到t5内出现第二电压，在时间周期t5到t7内出现第三电压，在时间周期t7到t9内出现第四电压。在第四实施例中，积分电容器C3分别在第一、第二、第三、第四时间周期内的在时刻t2、t4、t6、t8被复位。接着，微控制器112确定在这四个连续时间周期内测量到的电压电平中是否有一个或多个落到预定正常值范围之外。如图11所示，在该第四示意性实施例中，四个电压电平中的一个，更具体地是在时间周期t7到t9中出现的第四个电压，落到了预定正常范围之外。在此情况下，AC线电压的高频分量被认为是由例如高电平或并联电弧放电、线噪声、电路故障、或有害负载引起的。尽管时间周期t7到t9内的电压电平异常的高，也阻止断开电机接口117，因为一般可通过二极管校正电容器或电桥或者任何其它适合的输出限制、约束或限幅电路，或者任何适合的范围检查技术，来控制这种高电压电平。在一个实施方式中，在检测到一个异常高电压电平后，微控制器112操作断开电机接口117以断开所述功率输出与所述负载。
注意，与上述第二和第三示意性实施例中使用的算法相同，在第四示意性实施例中使用的算法可与第一示意性实施例中使用的算法一起使用，以进一步减少有害跳闸的发生。例如，如果在四个连续时间周期内检测到一个单个异常高电压电平，则微控制器112可基于第一实施例中所使用的算法是否在这四个连续时间周期内检测到一个电弧故障，来断开或禁止断开电机接口117。此外，第四实施例中所使用的算法可与上述第二和第三实施例中使用的算法一起使用。应该理解，通过适当选择监视到测量电压中的异常高电平的连续时间周期的特定数目，可以获得用于减少有害跳闸的发生的所需要的性能等级。
下面参考图1b和12描述用于操作包括上述示意性实施例中所使用的算法的电弧故障检测装置100的示意性方法。如步骤1202中所述，处理单元112分别在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路104提供的多个电压电平。注意，在该示意性操作方法中，电弧感测电路104提供的电压电平表示至少一个电弧放电事件。接着，处理单元112做出判断以确定至少一个电弧感测电路104提供的电压电平是否落到预定值范围之外，如步骤1204所述。在电弧感测电路104提供的至少一个电压电平落到预定值范围之外的情况下，通过适合的输出限制电路或范围检查技术对电压电平进行限制以使之落入预定范围之内，如步骤1206所述。此外，禁止断开电机接口117，如步骤1208所述。然后，处理单元112确定电弧感测电路104提供的电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目，如步骤1210中所述。接着，处理单元112做出判断以确定电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目是否大于或等于一个预定门限值，如步骤1212中所述。在电压电平超过指定最小值的连续时间周期的数目小于预定门限的情况下，禁止断开电机接口117，如步骤1208中所述。接着，处理单元112做出判断以确定电弧感测电路104提供的电压电平是否在预定数目的连续时间周期内呈现连续较低或较高值，如步骤1214所述。电压电平在预定数目的连续时间周期内呈现连续较低或较高值的情况下，禁止断开电机接口117，如步骤1208中所述。在此情况下，电弧放电事件被指定为电弧故障。否则，处理单元112激活起动电路108以断开电机接口117，如步骤1216所述，从而中断到负载的功率输出。在此情况下，电弧放电事件被指定为有害情况。
注意，当前披露的电弧故障检测装置和方法可被用在任何适合的数字、模拟、或混合信号环境，以检测和区分电弧故障和有害情况。例如，当前披露的装置和方法可被用在电弧故障电路断路器(AFCB)或者商用或军用飞机内的整体系统内，以中断到一个或多个保护电路的功率，和/或用以提供与飞机系统状态和维护相关的较高等级的通信。当前披露的电弧故障检测装置和方法还可被用在任何其它适合的住宅、商业、工业、或军事应用中，用以在增加可靠性的情况下检测和区分电弧故障和有害情况。
对于本领域中的一般技术人员是可以理解的，在不脱离本发明在此披露的概念的情况下，可进行对检测特征为连续电弧放电周期的电弧故障的上述方法的进一步修改和改变。因此，本发明不应该被认为是有限的，除非根据附属权利要求的范围和精神。
权利要求
1.一种检测电弧故障的方法，包括如下步骤感测与功率输入相关的至少一个信号，该感测信号表示至少一个电弧放电事件；生成对应于该至少一个感测信号的多个累积信号，所述多个累积信号中的每一个在各自时间周期内生成；测量与各自时间周期内生成的所述多个累积信号中的每一个相关的至少一个电平；确定与该累积信号相关的电平超过一个指定最小值的连续时间周期的第一数目；在所述连续时间周期的所述第一数目超过第一预定门限值的情况下，指定该至少一个电弧放电事件为电弧故障；否则，指定该至少一个电弧放电事件为有害情况。
2.权利要求1所述的方法，其中所述功率输入被关联到功率输出，所述功率输出可与负载耦合，并还包括如下步骤，在所述至少一个电弧放电事件被指定为电弧故障的情况下，断开所述功率输出与所述负载。
3.权利要求1所述的方法，其中所述功率输入被关联到功率输出，所述功率输出可与负载耦合，并还包括如下步骤，在至少一个电弧放电事件被指定为有害情况的情况下，维持从所述功率输出到负载的连接。
4.权利要求1所述的方法，其中所述测量步骤包括在每个连续时间周期内测量各个累积信号的单个电平的步骤。
5.权利要求1所述的方法，其中所述测量步骤包括在每个连续时间周期内测量各个累积信号的多个电平的步骤。
6.权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括在线电压的半周期内生成多个累积信号中的每一个的步骤。
7.权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括在预定的恒定时间周期内生成多个累积信号中的每一个的步骤。
8.权利要求1所述的方法，其中所述生成步骤包括在预定的可变时间周期内生成多个累积信号中的每一个的步骤。
9.权利要求1所述的方法，其中还包括下面的步骤，确定其间与所述累积信号相关的电平具有(i)连续较低值和(ii)连续较高值之一的连续时间周期的第二数目。
10.权利要求9所述的方法，其中所述功率输入被关联到可与负载耦合的功率输出，还包括以下步骤在所述连续时间周期的所述第二数目超过第二预定门限值的情况下，保持从所述功率输出到所述负载的连接；否则，断开所述功率输出与所述负载。
11.权利要求10所述的方法，其中所述第一预定门限值等于所述第二预定门限值。
12.权利要求1所述的方法，还包括下面的步骤，确定其间与所述累积信号相关的电平具有连续较低值的连续时间周期的第二数目，并确定其间与所述累积信号相关的电平具有连续较高值的连续时间周期的第三数目。
13.权利要求12所述的方法，其中所述功率输入被关联到可与负载耦合的功率输出，还包括以下步骤在所述连续时间周期的所述第二和第三数目分别超过第二和第三预定门限值的情况下，保持从所述功率输出到所述负载的连接；否则，断开所述功率输出与所述负载。
14.权利要求13所述的方法，其中第一预定门限值等于第二和第三预定门限值中的至少一个。
15.权利要求13所述的方法，其中第二预定门限值等于第三预定门限值。
16.权利要求1所述的方法，其中所述指定最小值落在预定值范围内，并且还包括确定在所述测量步骤中测量的电平中的至少一个是否落在所述预定值范围之外的步骤。
17.权利要求16所述的方法，还包括下面的步骤，在所述测量步骤中测量的电平中的至少一个落在所述预定值范围之外的情况下，限制所述累积信号的电平以使之落在所述预定值范围内。
18.权利要求16所述的方法，其中所述功率输入被关联到可与负载耦合的功率输出，还包括以下步骤在所述至少一个电弧放电事件被指定为有害情况、并且所述测量步骤中测量的电平中的至少一个落在所述预定值范围之外的情况下，保持从所述功率输出到所述负载的连接。
19.权利要求16所述的方法，其中所述功率输入被关联到可与负载耦合的功率输出，还包括以下步骤在所述测量步骤中测量的电平中的至少一个落在所述预定值范围之外的情况下，断开所述功率输出与所述负载。
20.一种检测电弧故障的方法，包括如下步骤感测与功率输入相关的至少一个信号，该感测信号表示至少一个电弧放电事件，该功率输入被关联到可与负载耦合的功率输出；生成对应于该至少一个感测信号的多个累积信号，所述多个累积信号中的每一个在各自的时间周期内生成；测量与在各自时间周期内生成的所述多个累积信号中的每一个相关的至少一个电平；确定与所述累积信号相关的电平的特性是否是电弧故障；在与所述累积信号相关的电平的特征是电弧故障的情况下，确定与所述累积信号相关的电平具有(i)连续较低值和(ii)连续较高值中的至少一个的连续时间周期的至少一个数目；在所述连续时间周期的所述至少一个数目超过至少一个预定门限值的情况下，保持从所述功率输出到所述负载的连接；否则，断开所述功率输出与所述负载。
21.一种用于检测电弧故障的系统，包括输入感测电路，被配置以感测与功率输入相关的至少一个信号，该感测信号表示至少一个电弧放电事件；累积电路，被配置以生成对应于该至少一个感测信号的多个累积信号，所述多个累积信号中的每一个在各自的时间周期内生成；以及处理单元，被操作为测量与在各个时间周期内生成的所述多个累积信号中的每一个相关的至少一个电平；确定与该累积信号相关的电平超过一个指定最小值的连续时间周期的第一数目；在所述连续时间周期的所述第一数目超过第一预定门限值的情况下，指定该至少一个电弧放电事件为电弧故障；否则，指定该至少一个电弧放电事件为有害情况。
22.权利要求21所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在所述功率输入和功率输出之间的电机接口，其中在所述至少一个电弧放电事件被指定为电弧故障的情况下，该处理单元还操作为断开该电机接口，从而断开所述功率输出与所述负载。
23.权利要求21所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在所述功率输入和功率输出之间的电机接口，其中在所述至少一个电弧放电事件被指定为有害情况下的情况下，该处理单元还操作为禁止断开该电机接口，从而保持从所述功率输出到所述负载的连接。
24.权利要求21所述的系统，其中处理单元还操作为确定与所述累积信号相关的电平具有(i)连续较低值和(ii)连续较高值中的一个的连续时间周期的第二数目。
25.权利要求24所述的系统，其中第一预定门限值等于第二预定门限值。
26.权利要求24所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在所述功率输入和功率输出之间的电机接口，其中处理单元还操作为在所述连续时间周期的所述第二数目超过第二预定门限值的情况下，禁止断开电机接口，从而保持从所述功率输出到所述负载的连接；以及否则，断开电机接口，从而断开所述功率输出与所述负载。
27.权利要求21所述的系统，其中所述处理单元还操作为确定与所述累积信号相关的电平具有连续较低值的连续时间周期的第二数目，并确定与所述累积信号相关的电平具有连续较高值的连续时间周期的第三数目。
28.权利要求27所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在所述功率输入和功率输出之间的电机接口，其中处理单元还操作为在所述连续时间周期的所述第二和第三数目分别超过第二和第三预定门限值的情况下，禁止断开电机接口，从而保持从所述功率输出到所述负载的连接；否则，断开电机接口，从而断开所述功率输出与所述负载。
29.权利要求28所述的系统，其中第一预定门限值等于第二和第三预定门限值中的至少一个。
30.权利要求28所述的系统，其中第二预定门限值等于第三预定门限值。
31.权利要求21所述的系统，其中所述指定最小值落在预定值范围内，并且所述处理单元还操作为确定所述测量电平中的至少一个是否落在所述预定值范围之外。
32.权利要求31所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在所述功率输入和功率输出之间的电机接口，其中处理单元还操作为在所述至少一个电弧放电事件被指定为有害情况、以及所述至少一个测量的电平落在所述预定值范围之外的情况下，禁止断开所述电机接口，从而保持从所述功率输出到所述负载的连接。
33.权利要求31所述的系统，还包括一个可耦合至负载的功率输出，和一个耦合在功率输入和功率输出之间的电机接口，其中处理单元还操作为在所述至少一个测量的电平落在所述预定值范围之外的情况下，断开电机接口，从而断开所述功率输出与所述负载。
34.一种用于检测电弧故障的系统，包括功率输入；可耦合至负载的功率输出；输入感测电路，被配置为感测与所述功率输入相关的至少一个信号，该感测信号表示至少一个电弧放电事件；累积电路，被配置为生成对应于该至少一个感测信号的多个累积信号，所述多个累积信号中的每一个在各个时间周期内生成；电机接口，耦合在所述功率输入和功率输出之间；以及处理单元，操作为测量与各个时间周期内生成的所述多个累积信号中的每一个相关的至少一个电平；确定与所述累积信号相关的所述电平的特性是否是电弧故障；在与所述累积信号相关的所述电平的特征是电弧故障的情况下，确定与所述累积信号相关的所述电平具有(i)连续较低值和(ii)连续较高值中的至少一个的连续时间周期的至少一个数目；在所述连续时间周期的所述至少一个数目超过至少一个预定门限值的情况下，禁止断开电机接口，从而保持从所述功率输出到所述负载的连接；以及否则，断开所述电机接口，从而断开所述功率输出与所述负载。
全文摘要
一种对有害跳闸敏感性较低的用于检测电弧故障的装置和方法。电弧故障检测装置包括电流传感器、输入感测电路、电弧感测电路、电源、跳闸(起动)电路、处理单元和电机接口。该处理单元在特定数目的连续时间周期内测量电弧感测电路所提供的多个电压电平。接着，处理单元确定电压电平差过指定最小值，呈现连续较低或较高值，或落在预定值范围之外的连续时间周期的数目。基于该确定结果，处理单元断开电机接口以中断到负载的功率，或者禁止断开电机接口，从而减少了有害跳闸的发生。
文档编号G01R19/00GK101046496SQ200710091879
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月29日
发明者克里斯蒂安·V·佩龙, 迈克尔·J·拉万度, 杰弗里·B·廷 申请人:森萨塔科技公司