用于诸如微型断路器的电路保护装置的远程诊断系统和方法

用于诸如微型断路器的电路保护装置的远程诊断系统和方法
【专利摘要】一种用于诊断电路保护装置现场问题的系统包括远程计算机系统(58)和在客户位置处安装的诊断电路保护装置(2)，其中电路保护装置包括：处理器(10)，其配置成执行若干例程(12)；多个传感器，其构造成感测电力电路信息；存储器，其可由处理器访问；以及通信模块(44)，其耦合到非易失性存储器。例程被构造成输入感测的电力电路信息并且确定用于一个或多个跳闸周期的跳闸信息，并且使存储的电力电路信息和跳闸信息由所述通信模块通过网络(56)发送给远程计算机系统(58)，用于诊断目的的存储和随后访问。
【专利说明】
用于诸如微型断路器的电路保护装置的远程诊断系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年12月17日提交的美国专利申请序列号14/109,467的优先权并 且要求它的权益，该申请通过引用并入在此。
技术领域
[0003] 所公开的概念一般关于电路中断器，并且更特别地关于用于诸如电弧故障电路中 断器(AFCI)的电路保护装置的远程诊断系统和方法。
【背景技术】
[0004] 诸如断路器的电路中断器一般在本领域中是旧的和已知的。电路中断器用于保护 电子电路免受诸如过载状态或相对高水平的短路或故障状态的过电流状况造成的损害。在 用于住宅和轻型商业应用的通常被称为微型断路器的小型断路器中，运种保护通常由热磁 跳闽装置提供。该跳闽装置包括双金属，其响应于持续的过电流状况加热并弯曲。然后，双 金属解锁弹黃动力的操作机构，其打开断路器的可分离触点W中断在受保护电力系统中的 电流。
[0005] 工业断路器经常使用容纳跳闽单元的断路器框架。参见例如美国专利 No.5910760;和6144271。跳闽单元可W是模块化的并且可W被更换，W便改变断路器的电 性能。
[0006] 采用跳闽单元是众所周知的，其利用微处理器来检测各种类型的过电流跳闽状 况，并提供诸如例如长延时跳闽、短延时跳闽、瞬时跳闽和/或接地故障跳闽的各种保护功 能。长延时跳闽功能保护由受保护的电气系统所服务的负载免受过载和/或过电流。短延时 跳闽功能可用于在断路器的层次结构中协调下游断路器的跳闽。瞬时跳闽功能保护断路器 连接到的电导体免受诸如短路的损坏性过电流状况。如所表明的，接地故障跳闽功能保护 电气系统免受接地故障。
[0007] 最早的电子跳闽单元电路设计利用诸如晶体管、电阻器和电容器的分立元件。
[000引最近，诸如在美国专利No. 4428022和5525985中所公开的设计已经包括微处理器， 其提供了改进的性能和灵活性。运些数字系统对电流波形周期性地采样，W生成电流的数 字表示。微处理器使用采样来执行算法，其实现一个或多个电流保护曲线。
[0009] 在诊断与诸如电弧故障电路中断器(AFCI)的微型断路器相关的现场问题时，工程 师往往在很大程度上依赖于围绕每一个问题的环境的传闻报告。运些报告可W来自用户、 电工和销售人员。尽管提供信息的人当然是善意的，并且他们的努力应被大为赞赏，但是从 现场报告发回的信息质量往往具有较差或是可疑的价值。事实上，评价从现场报告所提供 的信息质量和确定原始问题可能是什么往往是一样大的挑战。
[0010] 当可用信息的模式混乱或不清楚时，工程师不得不做出关于现场问题可能是什么 的非常广泛的猜测。因此，很难用少量有助于诊断问题的可靠信息来诊断现场的问题。在运 些情况下，通常需要将电路中断器的设计/开发工程师连同示波器和其它诊断设备一起送 到现场位置，W便收集关于问题的额外第一手信息。运可能是耗时的、昂贵的，并且如果现 场问题不容易重复则甚至是没有效果的。
[0011] 在已知的微型断路器中，因为不存在全面的存储机制，断路器用来进行每一个跳 闽决定的信息丢失。例如，已知的AFCI微处理器仅在每次跳闽事件时将单字节的信息（即， "跳闽原因"）存储在其内部数据EEPROM中。运是由于各种限制。
[0012] AFCI的最高优先级是每当被怀疑是异常情况时中断被保护电路。处理器不能为了 存储信息延迟电路中断。因此，微处理器仅在故障已经被识别并且已经发送信号W将断路 器操作机构跳闽打开之后将"跳闽原因"存储在邸PROM中。此外，在AFCI中断被保护电路之 后，存在有限的时间用于处理器存储信息。运是因为，AFCI使用由公用电源提供的电力，当 断路器可分离触点打开时该公用电源中断。例如，与电源保持时间相比，将信息存储在 邸PROM中所需的时间相对大(例如，约5至10毫秒(ms ))，如此对于每一个跳闽事件仅单个字 节的信息可W可靠地保存。
[0013] 与邸PROM相关联的另一个问题是，在信息正被写入其邸PROM中期间，单个AFCI微 处理器可能停止执行代码。其结果是，在它正寻找故障的任何时间，处理器不写入邸PROM。 否则，如果运被允许，则微处理器每当存储数据时对于电弧故障状况将是"盲目的"。此外， 对EEPROM的写入周期的次数的限制（例如，300000个最大写入周期）意味着有限量的信息可 被存储在邸PROM中。
[0014] 已知的第一代组合断路器对并联电弧、串联电弧和30mA的接地故障提供保护。其 利用处理器，提供在用于数据录入的数据邸PROM中包含一个字节信息的单个跳闽记录（即 最近的跳闽原因），并且通过将第S方EEPROM开发工具直接连接到断路器印刷电路板来提 供用于跳闽原因的提取，但不提供用户通信。跳闽原因的信息对用户不可用。
[0015] 已知的第二代组合断路器对并联电弧和串联电弧，W及可选地对30mA的接地故障 提供改进的保护。其利用处理器，提供几百次的跳闽记录，包含一个字节信息的每一个记录 指示在用于数据录入的数据EEPROM中的用于每一个跳闽事件的跳闽原因，并且通过可选的 闪烁L邸提供跳闽原因的提取，但仅用于最新的跳闽事件。完整跳闽历史的状态日志可通过 将专用工具直接连接到断路器印刷电路板而可用，但对用户不可用。
[0016] 本发明的受让人已经开发了下一代的断路器，其在微型断路器中采用"黑盒子"， W便在诊断例如在现场遇到的AFCI问题时提高可用信息的数量和质量。运种下一代的断路 器在2012年9月10日提交的题为"利用用于改进的诊断的非易失性存储器的断路器"的美国 专利申请序列号13/608,495中描述，其公开内容通过引用在此并入。更具体地，该申请描述 了一种微型断路器，其包括可分离触点、被构造成打开和闭合可分离触点的操作机构、与操 作机构协作W跳闽打开可分离触点的跳闽机构、具有固件的处理器、感测可操作地与可分 离触点相关联的电力电路信息的多个传感器，W及由处理器可访问的非易失性存储器。处 理器的固件被构造成输入感测的电力电路信息，确定并在非易失性存储器中存储用于多个 跳闽周期中的每一个周期的跳闽信息，对于多个线路半周期中的每一个线路半周期在非易 失性存储器中存储感测的电力电路信息，并且对于操作微型断路器的寿命，确定并在非易 失性存储器中存储微型断路器的信息。
[0017] 尽管如此，仍然存在对诸如微型断路器的电路中断器的改进空间。特别地，存在用 于现场问题诊断的改进空间，W例如解决将代价高昂的设计工程师送到现场位置W便收集 关于问题的第一手信息的频繁需求。

【发明内容】

[0018] 在一个实施例中，提供了远程诊断与在客户位置处的电路保护装置的跳闽相关联 的现场问题的方法。该方法包括:接收在客户位置处的潜在现场问题的通知;提供诊断电路 保护装置给客户，其中诊断电路保护装置安装在电气系统和具有一个或多个分支电路的负 载之间的客户位置处，其中电路保护装置包括多个传感器，该多个传感器被构造成感测与 电气系统和一个或多个分支电路中的一个或两者相关联的电力电路信息，W及非易失性存 储器;输入并且存储感测的电力电路信息，并且确定并存储用于诊断电路保护装置的一个 或多个跳闽周期的跳闽信息在非易失性存储器中；W及向远程计算机系统传输存储的电力 电路信息和跳闽信息，该存储的电力电路信息和跳闽信息由远程计算机系统存储用于诊断 潜在现场问题的对其的随后访问。
[0019] 在另一个实施例中，提供了用于远程诊断与在客户位置处的电路保护装置的跳闽 相关联的现场问题的系统。该系统包括诊断电路保护装置，其安装在电气系统和具有一个 或多个分支电路的负载之间的客户位置处，其中电路保护装置包括:处理器，其配置成执行 若干例程;多个传感器，其构造成感测与电气系统和一个或多个分支电路中的一个或两者 相关联的电力电路信息；非易失性存储器，其可由处理器访问；W及通信模块，其禪合到非 易失性存储器。系统还包括远程计算机系统。该若干例程构造成输入并且存储感测的电力 电路信息，并且确定和存储用于诊断电路保护装置的一个或多个跳闽周期的跳闽信息在非 易失性存储器中，并且使存储的电力电路信息和跳闽信息由通信模块通过网络传输给远程 计算机系统，用于诊断目的的存储和随后访问。
[0020] 还在另一个实施例中，提供了用于远程诊断与在客户位置处的电路保护装置跳闽 相关联的现场问题的诊断电路保护装置。该诊断电路保护装置构造成安装在电气系统和具 有一个或多个分支电路的负载之间的客户位置处。诊断电路保护装置包括:处理器，其配置 成执行若干例程;多个传感器，其构造成感测与电气系统和一个或多个分支电路中的一个 或两者相关联的电力电路信息；非易失性存储器，其可由处理器访问；W及通信模块，其禪 合到非易失性存储器。该若干例程构造成输入并且存储感测的电力电路信息，并且确定和 存储用于诊断电路保护装置的一个或多个跳闽周期的跳闽信息在非易失性存储器中，并且 使存储的电力电路信息和跳闽信息由通信模块通过网络传输给远程计算机系统，用于诊断 目的的存储和随后访问。
[0021] 又在另一个实施例中，提供了远程诊断与在客户位置处的电路保护装置的跳闽相 关联的现场问题的方法。该方法包括:提供诊断电路保护装置给客户，其中诊断电路保护装 置安装在电气系统和具有一个或多个分支电路的负载之间的客户位置处，其中诊断电路保 护装置包括多个传感器，该多个传感器被构造成感测与电气系统和一个或多个分支电路中 的一个或两者相关联的电力电路信息，W及非易失性存储器;输入并且存储感测的电力电 路信息，并且确定并存储用于诊断电路保护装置的一个或多个跳闽周期的跳闽信息在非易 失性存储器中；W及向远程计算机系统传输存储的电力电路信息和跳闽信息，该存储的电 力电路信息和跳闽信息由远程计算机系统存储用于诊断潜在现场问题的对其的随后访问。
[0022] 又在另一个替代实施例中，提供了远程诊断与在客户位置处的电路保护装置的跳 闽相关联的现场问题的方法。该方法包括:提供诊断装置给客户，其中诊断装置通过将诊断 装置禪合到电路保护装置来安装在电气系统和具有一个或多个分支电路的负载之间的客 户位置处，其中电路保护装置包括多个传感器，该多个传感器被构造成感测与电气系统和 一个或多个分支电路中的一个或两者相关联的电力电路信息，W及非易失性存储器;输入 并且存储感测的电力电路信息，并且确定并存储用于诊断电路保护装置的一个或多个跳闽 周期的跳闽信息在非易失性存储器中；W及使用诊断装置向远程计算机系统传输存储的电 力电路信息和跳闽信息，该存储的电力电路信息和跳闽信息由远程计算机系统存储用于诊 断潜在现场问题的对其的随后访问。
[0023] 还在另一个替代实施例中，提供了用于远程诊断与在客户位置处的电路保护装置 的跳闽相关联的现场问题的诊断装置。该诊断装置包括:处理装置、存储器，W及通信模块。 诊断装置被构造成并且被配置成通过将诊断装置禪合到电路保护装置来安装在电气系统 和具有一个或多个分支电路的负载之间的客户位置处。电路保护装置包括多个传感器，该 多个传感器被构造成感测与电气系统和一个或多个分支电路中的一个或两者相关联的电 力电路信息，其中电路保护装置被构造成并且配置成存储感测的电力电路信息，并且确定 并存储用于在电路保护装置的一个或多个跳闽周期的跳闽信息，其中处理装置和存储器被 构造成并且配置成使通信模块向远程计算机系统传输存储的电力电路信息和跳闽信息，该 存储的电力电路信息和跳闽信息由远程计算机系统存储用于诊断潜在现场问题的对其的 随后访问。
【附图说明】
[0024] 当结合附图阅读时所公开概念的充分理解可从优选实施例的W下描述中得到，在 附图中：
[0025] 图1是根据所公开概念的一个示例性实施例的微型断路器的框图；
[0026] 图2示出可由图1的微型断路器捕获并且存储的示例性"示波器"类数据；
[0027] 图3是根据所公开概念的一个示例性实施例的用于从远程位置诊断在现场发生的 与断路器跳闽相关联的问题的远程诊断系统的框图；
[0028] 图4是由根据一个特定示例性实施例的图3的远程诊断系统生成的文本消息的示 意图；
[0029] 图5是由根据一个特定示例性实施例的图3的远程诊断系统生成的网页的示意图；
[0030] 图6是示出根据所公开概念的一个示例性实施例的远程诊断与微型断路器的跳闽 相关联的现场问题的方法的流程图；W及
[0031] 图7是根据所公开概念的替代示例性实施例的用于从远程位置诊断在现场发生的 与断路器跳闽相关联的问题的远程诊断系统的框图。
【具体实施方式】
[0032] 在此所用的方向用语，诸如例如，左、右、前、后、顶、底和及其衍生词，设及在附图 中所示的元件取向，并不限于权利要求，除非明确记载于其中。
[0033] 如在此所使用的，术语"若干"应指一或大于一的整数(即多个）。
[0034] 如在此所使用的，术语"处理器"应指：可存储、检索并且处理数据的可编程模拟 和/或数字装置;计算机;工作站;个人计算机;微处理器;微控制器;微型计算机；中央处理 单元;大型计算机;小型计算机;服务器;联网处理器;或任何适当的处理装置或设备。
[0035] 如在此所使用的，将两个或更多部分"连接"或"禪合"到一起的陈述应指该部分直 接结合到一起或通过一个或多个中间部分结合。
[0036] 如在此所使用的，术语"操作寿命"应指随着适当电力施加到其线路终端，断路器 的操作存在的持续时间。
[0037] 所公开的概念与单极微型断路器相关联描述，但所公开的概念适用于具有任何数 量的极的宽范围的电路中断器。
[0038] 图1是根据一个示例性实施例的示例微型断路器2的框图。微型断路器2是AFCI，并 且如本文其它地方更详细描述的（图3和6)，用于实施根据本发明的一个方面的远程诊断系 统。示例微型断路器2类似于在上述的美国专利申请序列号13/608495中描述的微型断路 器。然而，如在此更详细描述的，本实施例的微型断路器2进一步包括无线通信功能，W使由 微型断路器2获得和存储的数据传输给作为所述远程诊断系统的一部分的远程位置。
[0039] 参考图1，微型断路器2具有操作寿命，并包括:可分离触点4;操作机构6,其构造成 打开和闭合可分离触点4;诸如示例性跳闽电路8的跳闽机构，其与操作机构6协作W跳闽打 开可分离触点4; W及诸如例如微控制器10的处理器，其具有多个例程12。虽然可分离触点4 在所示的实施例中示出，但是任何适当的固态可分离触点都可W利用。例如，虽然示出的微 型断路器2包括可分离触点4的形式的适当的电路中断器机构，该可分离触点4由操作机构6 打开和闭合，但是所公开的概念适用于宽范围的电路中断机构（例如但不限于，如FET或 IGBT器件的固态开关;接触器触点）和/或基于固态的控制/保护装置(例如，但不限于，驱动 器;软起动器;DC/DC转换器)和/或操作机构(例如但不限于，电气、机电、或机械机构）。
[0040] 微型断路器2还包括多个传感器14、16、18、20, W感测与可分离触点4可操作地关 联的电力电路信息。例如但不限于，示例传感器包括接地故障传感器14、宽带噪声传感器 16、电流传感器18, W及线路到中性点的电压感测和过零检测器电路20。接地故障传感器14 的输出15由向微控制器10输出接地故障信号23的接地故障电路22来输入。宽带噪声传感器 16的输出17由向微控制器10输出高频检测器信号25的高频噪声检测电路24来输入。电流传 感器18的输出19由向微控制器10输出线路电流信号27的线路电流感测电路26来输入。电压 感测和过零检测器电路20的输入21是线路到中性点的电压。然后，电路20向微控制器10输 出线路电压信号28和线路电压过零信号29。微控制器10包括用于相应的模拟信号23、25、 27、28的模拟输入30、32、34、36，^及用于数字线路电压过零信号29的数字输入38。模拟输 入30、32、34、36可操作地与若干在微控制器10内的模拟-数字转换器(40〇(未示出）相关 联。微控制器10还包括向跳闽电路8提供跳闽信号41的数字输出40。
[0041] 微型断路器2进一步包括由此可访问的非易失性存储器42。非易失性存储器42可 W在微控制器10的外部(未示出）或内部(如图所示）。在示例性实施例中，可由非易失性存 储器42(如图所示)或由另一种适当的存储器(未示出）存储的微控制器10的例程12被构造 成从各种传感器14、16、18、20输入感测的电力电路信息，确定并存储用于多个跳闽周期的 每一个周期的跳闽信息在非易失性存储器42中，存储用于多个线路半周期中的每一个线路 半周期的感测的电力电路信息在非易失性存储器42中，并且确定并存储用于微型断路器2 的操作寿命的断路器信息在非易失性存储器42中。由用于提供上述功能的微控制器10执行 的例程12的若干特定实施方式在上述的美国专利申请序列号13/608495(其中的图2A-3D) 中详细描述，其通过引用在此并入。因此，那些特定的例程实施方式将不会在此详细描述， 但是应该理解，它们可W与本发明一起使用。运种例程可包括初始化例程、主循环例程、中 断例程、跳闽例程和可选的电弧故障/接地故障保护例程。
[0042] 如在图1中可见，微型断路器2还进一步包括短程无线通信模块44。该短程无线通信 模块44是被构造和配置成使微型断路器鴻卽多通过短程无线网络与其它类似装备的电子装置 通信的模块。例如，并且如本文其它地方所述的，短程无线通信模块44被构造和配置成使微 型断路器2能够与无线接入点通信，W便获得对诸如因特网的网络的访问，用于与远程计算 机系统链接并通信。在示例性实施例中，短程无线通信模块44是WiFi使能模块，其允许数据 通过WiFi网络通信到例如根据电气和电子工程师协会（I邸E)802.11标准的WiFi无线路由 器。在一个特定实施方式中，无线通信模块44是可从Electric Imp(www.elect;ricimp.com) 商购的包括运行专有操作系统(OS)的处理器和802. Ub/g/n WiFi无线的硬件模块。可替代 地，短程无线通信模块44可W是蓝寺風模块，其被构造和配置成使微型断路器2能够通过特 设蓝牙姐网络与诸如无线接入点的其它装置通信。其它适当的替代方案包括802. llac、 802.15.4、ZigBee/Zwave，W及使用HTTP、TCP/1P通过因特网传输数据，或传输到云。还在另 一个替代方案中，无线通信模块44可由长程无线通信模块(诸如调制解调器)更换，其被构 造和配置成使微型断路器2能够通过诸如因特网的适当网络与远程计算机系统通信。又在 另一种替代方案中，无线通信模块44可由有线连接更换，该有线连接被构造和配置成使微 型断路器2能够通过诸如因特网的适当网络与远程计算机系统通信。因此，如在此所使用 的，无线通信模块应指被构造并配置成使微型断路器2通过适当的网络与远程计算机系统 通信的任何适当的机构、装置或组件(或其一部分）。
[0043] 现在将详细描述根据若干实施例的微型断路器2的示例性、非限制性的数据存储 操作。可W执行AFCI功能的示例微控制器10连续地存储信息，而不妨碍电路保护，并且还存 储关于每一次跳闽决定的相对大量的信息。由微控制器10存储的该信息构成了来自已知源 和已知质量的信息，运对于诊断现场问题非常有用。因此，如在本文其它地方所讨论的（图3 和图6)，该信息能够在远程诊断系统中使用，W更好地在诊断现场问题中服务客户。
[0044] 示例微控制器10包括由例如但不限于铁电随机存取存储器(FRAM)提供的示例内 部非易失性存储器42。当与传统的数据邸PROM非易失性存储器相比，FRAM具有更快的写入 性能（例如，每次写入的125*1〇- 9秒对比每次写入的5*1〇-3秒)和大得多的写擦除周期的最 大数量(IQis对比1〇 6)。使用FRAM能力并不一定会提高微控制器10的保护功能;然而，它允许 可导致更广泛的诊断的连续数据存储，如在下面示例中所述的。
[0045] 实例 1
[0046] 在非易失性存储器42中保持线路半周期的计数允许测量事件之间的持续时间。例 如，对半周期计数允许如下被捕获：（1)微型断路器2在其寿命期间通电的线路半周期的总 数量;W及(2)对于每一次跳闽事件，从当微型断路器2被供电时到当跳闽时的线路半周期。
[0047] 实例2
[004引对于数据捕获应用，诸如微型断路器2的微控制器10和非易失性存储器42的如刚 才描述的具有FRAM非易失性存储器的处理器可W连续存储数据，而不考虑写擦除周期限 审IJ。运可W捕获历史数据，诸如例如但不限于：（1)"示波器"类的内部功能，其捕获在跳闽之 前的采样模拟和/或数字数据的几个线路半周期(例如，但不限于，线路电流;高频检测器输 出；线路电压;线路电压过零;接地故障信号;线路半周期和中断计数，运有助于捕获数据产 生的顺序和相对于公用电力电压的数据的相位信息）；如果足够的内存可用，则处理器可W 存储在最近几个跳闽事件之前可见的采样模拟数据的"示波器捕获"；W及(2)在每一次跳 闽之前的关键处理器寄存器和/或关键算法变量的快照或历史。
[0049] 例如，如在图2中所示，下面的"示波器"类的数据可W由微型断路器2捕获并存储， W使得它随后可W W图形形式来对例如设计者/开发者表示，W用于诊断目的：（i)"同步" 数据；（i i )"i (t r数据，（i i i )"HF"数据，W及（i V)"跳闽桶"数据。关于"同步"数据，在示例 性实施例中，微控制器10在每公用电力正弦电压的每一个半周期中断16次。"同步"银齿波 代表中断数字0到15。银齿波的直接观察允许设计者/开发者验证（1)中断的适当数量每半 周期发生，（2)中断的持续时间是一致的，W及(3)中断事实上与线路电压同步。关于(2)，应 该注意的是，在该示例性实施例中，"直接观察"是指采用示波器实时测量表示中断操作的 银齿波形的模拟版本。运种分析允许开发者通过寻找由示波器显示的波形中的不规则识别 时序问题。需要注意的是，示波器类型的数据的网页显示不会掲示时序异常，除非在中断之 间的持续时间同样被捕获、存储、传输给网页并且用于将波形图形化时，运可W是在替代示 例性实施例中的情况。关于"i(tr数据，在示例性实施例中，运是如由微控制器10读取的由 微型断路器2保护的分支电路上的电流。关于"HF"数据，在示例性实施例中，运是高频噪声 检测电路24的输出，运响应于在由微型断路器2保护的分支电路上的高频噪声。电弧产生高 频噪声，并且当存在电路中电弧放电的高概率时，AFCI的所有制造商使用各种噪声感测和 处理技术来建立。关于"跳闽桶"数据，在示例性实施例中，运是每当电弧检测标准满足时微 控制器10递增的变量；当不满足电弧检测标准时，变量逐渐递减至零。在图2中所示的竖直 线代表微型断路器2跳闽的水平。微控制器10被编程为将"跳闽水平"与"跳闽桶"值交错，W 给观察者一些比例感。术语"跳闽桶"来自漏桶的比喻。如果水流入比流出速度更快，贝撮终 桶将溢流。在该示例中，桶随着水溢流的点与其中微型断路器2将响应于推断的电弧放电状 况而跳闽的点类似。"漏桶"主要用于确保推断的电弧放电情况仍存在一段时期，运建立实 际存在电弧放电情况的更高置信度，并且还有助于确保微型断路器2对简短的噪音瞬态不 跳闽。在示出的示例性实施例中，每当存在足够的线路电流和足够的高频噪声 ("HF")时"跳闽桶"递增，并反之递减到零。当"跳闽桶"水平达到"跳闽水平"时，微型断路器 娜闽。
[0050] 实例3
[0051] 示例微型断路器2还可W提供改进的机械跳闽的诊断和录入。例如，一些跳闽功能 (例如，热磁;瞬时跳闽）由机械机构提供，其独立于例如AFCI电子装置来操作，并且不提供 对其的反馈。因此，AFCI电子装置设计没有办法在W下事件之间直接区分：（1)磁性瞬时机 械跳闽发生；（2)热机械跳闽发生；（3)用户关闭断路器2; W及(4)公用电力焰灭。如果微型 断路器2存储线路电流大小的几个半周期的记录，则它可W推断热跳闽（例如，相对多的半 周期的中高电流)或机械瞬时跳闽（例如，大概一个或两个半周期的相对非常高电流），并且 区分运些事件与用户发起的机械关断。推断的跳闽信息可存储在跳闽日志中。如果需要的 话，可W向用户指示(例如，经由Lm)闪烁模式或其它适当的通信机制）。作为另外的示例，如 果微型断路器2推断热和磁跳闽相当准确，则也许其它良性事件（例如，但不限于，用户关 断；公用电力线路电压的损失)可W通过排除法来推断。然而，由于用户关断和电压中断是 良性状况，所W识别他们不太重要。
[0052] 实例4
[0053] 如果微型断路器2具有时间感测并捕获用于其保护功能的线路电流和电压信息， 则还可W提供负载监视。该信息还可W用于电路利用和性能的监视和趋势记录。一些示例 包括：（1)在其操作寿命期间通过断路器2传递的总千瓦小时（如果总千瓦小时和总操作时 间是已知的，则运可W提供断路器的估计平均负载）；（2)电力电路的加载的更详细记录(例 如，但不限于，在断路器2的操作寿命内，当断路器从例如0-25%、25-50%、50-75%、75-100 %和100%W上的额定电流加载时线路半周期的数量）；（3)在一定时间间隔内的每小时 的千瓦小时的趋势（例如，但不限于，在过去的二十四小时内每小时消耗的千瓦小时）；（4) 功率因数信息（自微控制器10知道近似的线路电压大小和电流的大小和相位起）；（5)在断 路器2的寿命内公用电力的线路电压和线路电流的峰值；W及(6)运种类型的负载监视可能 导致一些不寻常的"保护性"的功能，诸如例如，在固定数量的千瓦小时之后，或如果平均的 功率因数在预定的时段内下降到预定值W下，断路器跳闽。
[0054] 因此，如上述表明的，所公开的微型断路器2能够收集关于受保护电力电路的广泛 信息，W便做出跳闽决定。例如但不限于，运种信息可W包括线路电流、高频率的活动、线路 电压大小和相位角。所公开的非易失性存储器42(例如，但不限于，FRAM;磁阻随机存取存储 器(MRAM);非易失性SRAM(rwSRAM);相变随机存取存储器(PRAM);导电桥接RAM(CBRAM); SONOS(娃-氧化物-氮化物-氧化物-娃)存储器；电阻随机存取存储器(RRAM))因此可W用来 实现"黑盒子"。保存在"黑盒子"中的数据可W显著提高在现场的问题的诊断。
[0055] 图3是用于从远程位置诊断在现场发生的与断路器跳闽相关联的问题的远程诊断 系统50的框图。如在图3中可见，远程诊断系统50包括如上面详细描述的微型断路器2,其在 示例性实施例中是AFCI的形式。微型断路器2被安装并且在诸如住宅的客户位置52处处于 操作中，其中它禪合到在客户位置52处的电气系统51(例如，公用AC电力系统），并且对在客 户位置52处的负载53(其可包括一个或多个分支电路)提供保护。同样在客户位置52处的是 无线接入点54,其在示例性实施例中是配置用于根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11 标准的操作的WiFi路由器。无线接入点54(经由如在此所述的短程无线通信模块44)可操作 地禪合到网络56W提供在网络56和微型断路器2之间的数据通信功能。网络56可W是单独 或W各种组合的一个或多个有线和/或无线通信网络，并且可包括，但不限于，因特网。最 后，远程诊断系统50还包括位于远程位置60 (远离客户位置52)处的远程计算机系统58。在 示例性实施例中，远程计算机系统58包括配置为网络服务器的若干服务器计算机，和用于 存储数据的若干相关联的数据库组件。此外，在示例性实施例中，远程计算机系统58和远程 位置60与微型断路器2的制造商相关联，W使得在其中存储的信息可W由设计者/开发者或 参与断路器诊断活动的制造商的其他人员访问。
[0056] 在操作中，如在此详细所述的，微型断路器2将在非易失性存储器42中存储与若干 跳闽事件中的任何一个跳闽事件相关的某些数据。运种数据可W包括，但不限于，在跳闽之 前的线路电流、高频活动、线路电压大小和相位角数据，如上所述在跳闽之前的"示波器"类 的数据，或在此描述的任何其它跳闽事件相关和/或感测的电力电路信息。当微型断路器2 紧随跳闽事件复位时，在所讨论的跳闽事件之前在非易失性存储器42中存储的预定量(例 如，相当于250毫秒的时间）的数据由微型断路器2通过网络56自动发送给远程计算机系统 58,用于由此的存储。
[0057] -旦跳闽事件数据由远程计算机系统58存储，则然后可W由开发者或制造商的其 它人员选择性地访问，W便诊断在客户位置52处发生的问题。例如，但不限于，所存储的跳 闽事件数据可W使用计算装置访问，诸如PC、膝上型计算机、平板计算机，或智能电话，W及 网络接口。在一个特定实施方式中，所存储的诸如在此所述的"示波器"类数据的跳闽事件 数据可WW图形形式呈现。
[005引在一个特定示例性实施例中，微型断路器2被配置成使得，当它传输如刚才所述在 非易失性存储器4中存储的数据时，它还将传输诸如文本消息（SMS或MMS)或电子邮件的电 子消息给与制造商相关联的一个或多个指定的个人(开发者或制造商的其他诊断人员），通 知该个人跳闽事件已发生并且其有关的数据可W通过远程计算机系统58访问。在图4中示 意性示出在智能手机或类似的计算装置(例如，平板计算机）的屏幕64上显示的文本消息 62。如在图4中可见，运种文本消息62将包括关于事件的某些信息（例如，断路器的ID号码， W及事件的数据和时间），W及到配置成W例如图形形式显示数据的由远程计算机系统58 生成的网页68的超链接66(图5)。可替代地，运种电子消息可W由远程计算机系统58响应于 数据的接收来生成并且发送。
[0059] 图6是示出根据一个特定实施例的远程诊断与微型断路器的跳闽相关联的现场问 题的方法的流程图。该方法将结合在图3中示出并且在此其它地方详细描述的远程诊断系 统50的某些组件来描述。该方法开始于步骤70,其中，连接到电气系统51及其负载53的在客 户位置52处的客户的现有微型断路器经历客户关注的跳闽事件。例如，客户可能担屯、作为 在客户位置52处的危险电气状况的结果发生的跳闽（即，可能危及负载53的在电气系统51 和/或负载53内的危险的电气状况）。危险状况还可W例如通过起火来危害客户位置52的物 理结构。接着，在步骤72处，客户联系关于他或她的关注的电工。然后，在本实施例中，电工 不是对客户位置52做出立即的访问，而是在步骤74处联系微型断路器2的制造商来请求在 客户位置52处使用的微型断路器2的形式的诊断断路器。在步骤76处，制造商发送微型断路 器2给客户，并且在步骤78处，电工在客户位置52处安装微型断路器2，用于诊断目的。接着， 在步骤80处，微型断路器2跳闽（可能是由于导致引起顾客关注的较早跳闽的相同状况）。如 本文其它地方所述，在步骤82处(紧随步骤80)，某些预跳闽数据由微型断路器2收集并存储 在其非易失性存储器42中。如本文其它地方所述，并且作为步骤82的一部分，当微型断路器 2复位时，在跳闽事件之前一定量的时间内存储的预跳闽数据通过网络56传输给远程计算 机系统58。在示例性的非限制性实施例中，数据包括用于在跳闽之前预定量的时间的在图2 中所示的"示波器"类数据(尽管可W理解的是，运仅是示例性的，并且在本发明范围内可存 储在此描述的其它类型的数据的任何组合）。此外，在示例性的非限制性实施例中，该数据 使用如上所述的短程无线通信模块44和无线接入点54通过网络56传输给远程计算机系统 58。然而，可W理解，同样可W利用通过网络56到远程计算机系统58的数据的通信的其它方 法。例如，微型断路器2可设置有长程的无线通信模块(诸如调制解调器），W使微型断路器2 能够通过网络56与远程计算机系统58通信。
[0060] 接着，在步骤84处，如果有的话，传输给如刚才描述的远程计算机系统58的数据由 诸如设计者/开发者或诊断技术人员的微型断路器2的制造商的人员访问，并且由该人使用 来试图诊断在客户位置52处发生的现场问题。如本文其它地方所述，该步骤可W包括诸如 文本消息62(图4)的电子消息的生成和传输(通过微型断路器2和/或远程计算机系统58)给 制造商的人员，W便于使用例如智能电话、平板计算机、PC或膝上型计算机的诸如网页68的 形式的数据的访问。
[0061] 因此，如刚才描述的图6的方法提供了诊断与微型断路器相关联的现场问题的改 进方法，消除了送代价高昂的设计工程师到现场位置W便收集关于问题的第一手信息的需 要。相反，用于诊断现场问题的数据自动传输给远程位置，W用于适当的人员的准备就绪的 访问。
[0062] 在刚才描述的本实施例中，在微型断路器2的非易失性存储器42中存储的信息响 应于跳闽/复位事件。在替代实施例中，在微型断路器2的非易失性存储器42中存储的信息 响应于用户请求而不是响应于跳闽/复位事件来传输。特别地，在本实施例示例中，由远程 计算机系统58生成网页并且使其可获得，其允许用户通过例如使用鼠标在网页上点击虚拟 按钮来向微型断路器2发出对信息(诸如用于预定量的时间的在图2中所示的"示波器"类的 数据）的请求。请求经由网络56传输，如本文其它地方所述的无线通信模块44可W是可从 Elec化ic Imp商购的硬件模块，其暂时改变无线通信模块44的数字输出的状态。在本实施 例中不断轮询无线通信模块44的该数字输出的微控制器10注意到其已改变状态，并且然后 跳转到使在非易失性存储器42上存储的信息传输给无线通信模块的步骤/例程，该无线通 信模块然后向如所述的远程计算机系统58传输信息，用于同样如在此所述的随后输出。因 此，微控制器10、无线通信模块44和随后的图形显示网页(例如，网页68)的动作与先前描述 的实施例中的相同（图1-6)，例外的是发起信息传输的事件是经由网络发送的命令而不是 断路器的手动复位。
[0063] 该替代实施例由此设想非常简单形式的双向通信，其中微型断路器2能够接收W 及发送数据。此外，在该替代实施例的进一步扩展中，双向通信的更复杂的形式同样是可能 的。例如，微型断路器2可W从网络56接收命令和数据，W根据需要来跳闽、改变设定值，启 用和禁用某些保护功能，重新编程本身等。
[0064] 在另一个替代实施例中，在微型断路器2的非易失性存储器42中存储的信息响应 于定时器的超时而周期性传输。因此，人们会将在微型断路器2中的定时器设置为，将周期 性超时并且提示微型断路器2将其数据传输给如在此所述的远程计算机系统58。
[0065] 在图7中示意性示出的另一个替代实施例中，标记为2'的微型断路器2的修改版本 在客户位置处提供。微型断路器2 '设置有调试端口 70，而不是具有集成在其中的短程无线 通信模块44。调试端口 70被构造成允许包括如在此所述的短程无线通信模块44的功能的单 独的电子装置被插入到其中，W使得在此描述的数据可W被提供给该单独的电子装置，并 且然后传输给网络56并且超出如在此所述的。在图7中，单独的电子装置被示为远程示波器 72。因此，在该实施例中，在图6的步骤76处，不是制造商送微型断路器2给客户，而是制造商 将代替地送该单独的电子装置(远程示波器72)给客户。客户然后将该装置插入到微型断路 器2 '的调试端口 70，并且数据将被收集并传输W用于诊断目的，如在本文其它地方所述(例 如，步骤82和84)的。
[0066] 在一个非限制性示例性实施例中，刚才描述的单独的电子装置(远程示波器72)是 小型的便携式电子装置，其包括可自Elec化ic Imp商购的硬件模块并且其设置在如在此所 述的Electric Imp平台上。Electric Imp是含有32位的Co;rtex M3处理器(]iP74)的模块，其 具有用于连接到Elec化ic Imp的云服务的内置式WiFi或蜂窝通信(通信模块76)。在云（网 络56)中，虚拟imp或代理处理HTTP因特网业务，并且可W执行诸如托管网页并安全地传送 数据到其它云服务器的网页任务，云服务器诸如在远程位置60处设置的数据库。该硬件能 够采样8个不同的0-3.3V信号。由于存储器/处理限制和网络延迟的问题，在该示例性实施 例中的最大可持续采样速率是流传输到云的单个SMz信号，或在48kHz处的连续运行RMS 值。硬件被限于非同步采样，且最大采样频率为2MHz，所W横跨多个通道的采样由0.5微秒 分隔。尽管有运些限制，但刚才描述的单独的电子装置(遥控示波器72)仍然是非常强大的 示波器。信号本身或在Elec化ic Imp上的额外数字输入管脚可W用作触发器，并且每当事 件发生时数据可W被发送至云。在一个实施方式中，四个通道在500Hz处采样。Electric Imp能够通过代理器托管的网页实时地将该数据流传输至云和浏览器。为了节省蜂窝数据 的使用并且减少数据库的存储，数字输入还连接到来自微型断路器2'的断路器跳闽信号。 即使不流传输数据到云，Electric Imp硬件仍在不断采样，并存储4秒的缓冲数据到存储器 中。当跳闽发生时，该数据（加上跳闽之后的一秒)发送给云，并且通知电子邮件（或如在此 所述的其它形式)发送给工程人员W分析跳闽的原因。该方法保证了跳闽事件总是捕获到 (例如，在远程计算机系统58处)云数据库中。
[0067] 最后，在此所述的功能可W是在产品开发期间的宝贵工具。通过将功能结合到测 试版本单元(例如，构建测试版本单元微型断路器2)，产品可W被货运并且在世界各地的设 施和家庭处测试。数据可W在没有任何旅行或未使用时间的情况下由产品工程师收集并且 评价。云算法可W帮助汇总和评价针对最常见的问题数据，并帮助把资源专注在最重要的 问题上。如果固件问题被发现，则装置固件可W经由云进行升级，并且然后重新评价。该水 平的能力将产品开发和测试从实验室内延伸到现场，并允许工程师在大规模生产或销售进 入市场已经发生之前发现问题，运可W防止昂贵的召回。
[0068] 尽管W上提供的实施例结合微型断路器来描述，但是应该理解的是，所公开的概 念同样可结合其它类型的电路保护装置（即，电路中断器)来实现，诸如但不限于，AFCI胆 器、大型商业电路保护装置，或使用电子装置、微处理器和固件操作的任何其它电路保护装 置。
[0069] 虽然已经详细描述了所公开概念的具体实施例，但是本领域的技术人员将理解， 根据本公开的总体教导可对那些细节开发各种修改和替代。因此，对于给出所附权利要求 及其任何和所有的等价方式的完整广度的所公开概念的范围而言，所公开的特定设置意味 着仅是说明性的而不是限制性的。
【主权项】
1. 一种方法，用于远程诊断与在客户位置(52)处的电路保护装置的跳闸相关联的现场 问题，所述方法包括： 接收在所述客户位置处的潜在现场问题的通知； 提供诊断电路保护装置(2)给所述客户， 其中所述诊断电路保护装置安装在电气系统（51)和具有一个或多个分支电路的负载 (53)之间的所述客户位置处，其中所述诊断电路保护装置包括多个传感器(14，16，18,20)， 所述多个传感器（14，16，18,20)被构造成感测与所述电气系统和所述一个或多个分支电路 中的一个或两者相关联的电力电路信息，以及非易失性存储器； 输入并且存储所述感测的电力电路信息，并且确定并存储用于所述诊断电路保护装置 的一个或多个跳闸周期的跳闸信息在所述非易失性存储器中；以及 向远程计算机系统传输所述存储的电力电路信息和跳闸信息，所述存储的电力电路信 息和跳闸信息由所述远程计算机系统（58)存储用于诊断所述潜在现场问题的对其的随后 访问。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述传输步骤响应于如下来执行：（i)所述诊断电 路保护装置经历跳闸事件，（ii)所述诊断电路保护装置通过网络接收信息请求，或（iii)在 所述诊断电路保护装置中定时器期满。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述诊断电路保护装置包括耦合到所述非易失性 存储器的无线通信模块(44)，其中所述传输包括至少部分地向所述远程计算机系统(58)无 线传输所述存储的电力电路信息和跳闸信息。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述无线通信模块(44)包括短程无线通信模块。5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述远程计算机系统向与负责诊断所述 潜在现场问题的个人相关联的计算装置传输所述存储的电力电路信息和跳闸信息。6. 根据权利要求3所述的方法，进一步包括向与负责诊断所述潜在现场问题的个人相 关联的计算装置传输电子消息，所述电子消息指示所述诊断电路保护装置已经历所述跳闸 事件，并且所述存储的电力电路信息和跳闸信息可从用于诊断所述潜在现场问题的所述远 程计算机系统获得。7. 根据权利要求11所述的方法，其中所述电子消息是文本消息或电子邮件，并且包括 构造成使所述存储的电力电路信息和跳闸信息能够在一个或多个网页上显示的超链接。8. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用所述存储的电力电路信息和跳闸信息 来创建包括一个或多个波形图的图形输出，并且使所述图形输出提供给与负责诊断所述潜 在现场问题的个人相关联的计算装置，用于在所述计算装置上的随后显示。9. 一种诊断电路保护装置(2)，用于远程诊断与在客户位置(52)处的电路保护装置跳 闸相关联的现场问题，所述诊断电路保护装置被构造成安装在电气系统(51)和具有一个或 多个分支电路的负载(53)之间的所述客户位置处，所述诊断电路保护装置包括： 处理器（10)，其配置成执行若干例程（12); 多个传感器(14，16，18)，其构造成感测与所述电气系统和所述一个或多个分支电路中 的一个或两者相关联的电力电路信息； 非易失性存储器(42)，其可由所述处理器访问；以及 通信模块(44 )，其耦合到所述非易失性存储器； 其中所述若干例程被构造成输入并且存储所述感测的电力电路信息，并且确定和存储 用于所述诊断微型断路器的一个或多个跳闸周期的跳闸信息在所述非易失性存储器中，并 且使所述存储的电力电路信息和跳闸信息由所述通信模块通过网络(56)传输给远程计算 机系统(58)，用于诊断目的的存储和随后访问。10. 根据权利要求24所述的诊断电路保护装置，其中所述若干例程被构造成响应于如 下来使所述存储的电力电路信息和跳闸信息传输给所述远程计算机系统：（i)所述诊断电 路保护装置经历跳闸事件，（ii)所述诊断电路保护装置通过所述网络接收信息请求，或 (iii)在所述诊断电路保护装置中定时器期满。11. 根据权利要求9所述的诊断电路保护装置，其中所述通信模块是无线通信模块 (44) 〇12. 根据权利要求10所述的诊断电路保护装置，其中所述若干例程被构造成使所述诊 断电路保护装置生成并且传输电子消息给与负责诊断现场问题的个人相关联的计算装置， 所述电子消息指示所述诊断电路保护装置已经历所述跳闸事件，并且所述存储的电力电路 信息和跳闸信息可从所述远程计算机系统获得，其中所述电子消息是文本消息或电子邮 件，并且包括构造成使所述存储的电力电路信息和跳闸信息能够在一个或多个网页上显示 的超链接。13. -种系统（50)，用于远程诊断与在所述客户位置(52)处的所述电路保护装置跳闸 相关联的现场问题，所述系统包括根据权利要求9所述的诊断电路保护装置和根据权利要 求9所述的远程计算机系统。14. 一种方法，用于远程诊断与在客户位置(52)处的电路保护装置(2)的跳闸相关联的 现场问题，所述方法包括： 提供诊断装置(72)给所述客户，其中通过将所述诊断装置耦合到所述电路保护装置， 所述诊断装置安装在电气系统(51)和具有一个或多个分支电路的负载(53)之间的所述客 户位置处，其中所述电路保护装置包括多个传感器，所述多个传感器被构造成感测与所述 电气系统和所述一个或多个分支电路中的一个或两者相关联的电力电路信息，以及非易失 性存储器； 输入并且存储所述感测的电力电路信息，并且确定并存储用于所述电路保护装置的一 个或多个跳闸周期的跳闸信息在所述非易失性存储器中；以及 使用所述诊断装置，向远程计算机系统（58)传输所述存储的电力电路信息和跳闸信 息，所述存储的电力电路信息和跳闸信息由所述远程计算机系统(58)存储用于诊断所述潜 在现场问题的对其的随后访问。15. 根据权利要求36所述的方法，进一步包括提供所述电路保护装置，其中所述电路保 护装置具有调试端口，以及其中所述诊断装置通过所述调试端口耦合到所述电路保护装 置，并且通过所述调试端口向所述诊断装置提供所述存储的电力电路信息和跳闸信息。16. 根据权利要求37所述的方法，其中所述提供诊断装置给所述客户响应于接收在所 述客户位置处的潜在现场问题的通知来执行。17. -种诊断装置(72)，用于远程诊断与在客户位置处的电路保护装置(2〇的跳闸相 关联的现场问题，所述诊断装置包括： 处理装置(74); 存储器；以及 通信模块(76); 其中所述诊断装置被构造成并且配置成通过将所述诊断装置耦合到所述电路保护装 置来安装在电气系统(51)和具有一个或多个分支电路的负载(53)之间的所述客户位置处， 其中所述电路保护装置包括多个传感器（14,16,18,20)，被构造成感测与所述电气系统和 所述一个或多个分支电路中的一个或两者相关联的电力电路信息，其中所述电路保护装置 被构造成并且配置成存储所述感测的电力电路信息，并且确定并存储用于电路保护装置的 一个或多个跳闸周期的跳闸信息，其中所述处理装置和存储器被构造成并且配置成使所述 通信模块向远程计算机系统(58)传输所述存储的电力电路信息和跳闸信息，所述存储的电 力电路信息和跳闸信息由所述远程计算机系统存储用于诊断所述潜在现场问题的对其的 随后访问。18.-种系统，用于远程诊断在具有电气系统和一个或多个分支电路的客户位置处的 现场问题，所述系统包括： 电路保护装置(2〇,其包括： 多个传感器（14,16,18,20)，被构造成感测与所述电气系统和所述一个或多个分支电 路中的一个或两者相关联的电力电路信息，其中所述电路保护装置被构造成并且配置成存 储所述感测的电力电路信息，并且确定并存储用于电路保护装置的一个或多个跳闸周期的 跳闸信息；以及 调试端口（70);以及 诊断装置(72)，其包括： 处理装置(74); 存储器；以及 通信模块(76); 其中所述诊断装置通过所述调试端口耦合到所述电路保护装置，其中所述存储的电力 电路信息和跳闸信息通过所述调试端口提供给所述诊断装置，其中所述处理装置和存储器 被构造并且配置成使所述通信模块向远程计算机系统传输所述存储的电力电路信息和跳 闸信息，所述存储的电力电路信息和跳闸信息由所述远程计算机系统存储用于诊断所述潜 在现场问题的对其的随后访问。
【文档编号】H01H71/00GK105830299SQ201480068604
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月12日
【发明人】K·L·帕克, D·A·埃尔德里德格, C·斯图尔特
【申请人】伊顿公司