专利名称：电弧检测方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电弧保护，尤其涉及电弧检测方法及其设备。
背景技术：
当两个导体之间的电压差异大到足以击穿隔离两者的气体时，电弧发生。电弧产生大量热量，会导致设备的损坏以及引火，更严重的是对工作者造成伤害。因此，希望能够监控设备的电弧发生，并能够迅速关闭故障区域，以熄灭电弧。这对于电弧检测技术而言至关重要。如果电弧能够被快速检测到，则保护系统可隔离故障设备、切断电源，从而防止对设备自身以及邻近设备的进一步损坏，更重要的是，降低对工作者的伤害几率。然而，如果电源无法在IOOms左右被切断，则将产生弧光的危险。传统的电弧保护继电器，例如由ABB有限公司提供的REA101、由VAMP有限公司提供的VAMP211，采用绝对值准则来确定电弧的发生。如果检测到的光信号电压超过一预定阈值，则该光被确定为电弧。由于环境光的干扰，无法精确选择用于电弧检测的阈值。如果该阈值太大，则该设备会漏检弧光，而如果该阈值太小，则环境光会被误检测为弧光。常规上，这种阈值选得高，而且不可调节，这会导致电弧检测不准确。为了克服缺陷，电弧保护继电器的一些供应商采用了可调节精度的按钮以适应不同的环境光。然而，采用这种精度按钮有两个主要的缺点。首先，它在安装时会存在困难和不确定的问题。对于想将保护继电器结合到其设备的买家来说，选择正确精度值并不简单，且如果客户选择了不合适的精度，则会给客户带来风险。其次，也确实无法选择完美的精度值。环境是不确定的而且可能不断改变。如果选择了一个确定的阈值，则该阈值会给正在使用的设备带来限制，这对用户而言是无法接受的。名称为“电弧继电器”的国际专利申请(公布号WO 88/08217)介绍了电弧继电器并描述了使用光纤来检测继电器以及相关联的电子装置的电弧产生。尤其相关的是，该国际申请详细描述了使用环形、无包层光纤作为检测器。然而，该国际专利申请仍然使用光的绝对值来作为电弧检测的准则。因此，本发明主要涉及的是一种能够改善电弧检测精度的改进的电弧检测方法及其设备。
发明内容
此处所描述的是一种特别地能允许电弧继电器来精确地、瞬时地检测弧光，并使该电弧继电器方便地集成到电子设备的技术。另外，这种电弧继电器还可以使安装以及运行环境变得简单。在本发明的一个方面中，根据本发明的一个实施例，提供了用于检测信号斜率的斜率检测设备。该斜率检测设备包括延时模块，用于将表示光强度的信号延迟一预定时间段，并输出延时的信号；减法模块，用于从表示光强度的信号中减去一预定阈值并输出做减法后的信号；以及比较器，用于比较延时的信号和做减法后的信号，并当该作减法后的信号在该预定时间段内超出延时的信号时，输出表示检测到电弧的信号。如果做减法后的信号在该预定时间段内没有超过该延时的信号，则该比较器不输出信号。在本发明的另一个方面中，根据本发明的一个实施例，提供了一种电弧检测设备。该电弧检测设备包括斜率准则模块，用于确定表示光强度的信号的变化率是否超出了第一预定阈值；以及绝对值准则模块，用于确定该信号的幅值是否超出了第二预定阈值。一旦信号的变化率超出了第一预定阈值，且信号的幅值超过第二预定阈值，则该电弧检测设备输出表示弧光发生的信号。在一个实施例中，该斜率准则模块可包括一阶延时模块、减法模块和比较器。 在本发明的另一个方面中，根据本发明的一个实施例，提供了一种电弧检测系统。该电弧检测系统包括光采集器，用于采集光；光转换器，耦合至光采集器，用于将采集到的光转换成电信号；电弧检测设备，耦合至光转换器，用于检测电弧的发生。该电弧检测设备包括斜率准则模块，用于确定表示光强度的信号的变化率是否超出了第一预定阈值；以及绝对值准则模块，用于确定该信号的幅值是否超出了第二预定阈值。一旦信号的变化率超出第一预定阈值，且信号的幅值超出第二预定阈值，则该电弧检测设备输出表示弧光发生的信号。在一个实施例中，该斜率准则模块可包括一阶延时模块、减法模块和比较器。在本发明的另一个方面中，根据本发明的一个实施例，提供了电弧保护装置。该电弧保护装置包括电流检测模块，用于检测故障电流；电弧检测系统，耦合至电流检测模块。该电弧检测系统包括光采集器，用于采集光；光转换器，耦合至光采集器，用于将采集到的光转换成电信号；电弧检测设备，耦合至光转换器，用于检测弧光的发生。该电弧检测设备包括斜率准则模块，用于确定表示光强度的信号的变化率是否超出了第一预定阈值；以及绝对值准则模块，用于确定该信号的幅值是否超出了第二预定阈值。一旦信号的变化率超出了第一预定阈值，且信号的幅值超过第二预定阈值，则该电弧检测设备输出表示弧光发生的信号。在一个实施例中，该斜率准则模块可包括一阶延时模块、减法模块和比较器。在本发明的另一个方面中，根据本发明的一个实施例，提供了一种用于检测电弧的方法。该方法包括检测表示光强度的信号的变化率；检测该信号的幅值；如果该信号的变化率超出了第一预定阈值并且该信号的幅值超出了第二预定阈值，则指示电弧的发生。应当注意，提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在附图中，各个附图中示出的每一完全相同或近乎完全相同的组件由同样的标号来表示。出于简明的目的，不是每一个组件在每张附图中均被标号。在附图中图I是根据本发明一个实施例的电弧检测系统的示意图；图2是根据本发明一个实施例的电弧检测设备的实施的示意图；图3是根据本发明一个实施例的电弧检测设备的时序图；图4是根据本发明一个实施例的电弧检测设备的时序图；图5是根据本发明一个实施例的电弧检测方法的流程图。
具体实施例方式以下将参考形成本发明一部分并示出用于实现各实施例的具体示例的附图在此更详尽地描述各个实施例。然而各实施例被实现为许多不同的形式并且不应将其解释为限制在此处描述的实施例；相反地，提供这些实施例以使得本公开变得透彻和完整，并且将本发明的范围完全传达给本领域普通技术人员。因此，所公开的各实施例可采用完全硬件实现、完全软件实现或者结合软件和硬件方面实现的形式。因此，以下详细描述并非是局限性的。弧光具有两个主要的特性。一个特性是弧光的光强度非常强，与阳光差不多。另一个特性是弧光的光变化很快。弧光会在不大于I微秒的时间内熄灭，其与除了闪电之外的其它类型的环境光差别很大。基于这两个特性，本发明采用了信号斜率准则，以用于弧光检测。有了这个准则，环境光的干扰可由此被缓解。另外，为了避免诸如闪电等微弱但变化快的光信号的干扰，可采用传统绝对值准则作为辅助准则，针对该绝对值标准，可选择小的确定的阈值。参考图1，示出了电弧检测系统的示意图。此处的电弧检测系统包括光采集器101、光转换器103、电弧检测设备106以及电源模块111。光采集器101用于接收和采集光。率禹合至光米集器101的光转换器103用于将输入光转换为电信号,该电信号表不光强度。该弧光检测设备106用于根据转换后的电信号检测弧光的产生,并向该设备的主机部分输出表示电弧发生的信号。特别地，该电弧检测设备106可包括信号斜率准则模块105(又称为斜率检测设备)以及绝对值准则模块107。在一个实施例中，电弧检测系统可共用主机的电源。根据本发明，电弧检测设备106使用传统绝对值准则和信号斜率准则两者。该传统绝对值准则根据绝对值来检测弧光，该信号斜率准则根据信号的变化率或信号的斜率来检测弧光，该信号斜率准则是本申请的一个创新点。信号斜率准则模块105对输入信号的斜率设置第一预定阈值，并判断输入信号的斜率是否超过第一预定阈值。该绝对值准则模块107对输入信号的幅值设置第二预定阈值，并判断输入信号的幅值是否超过第二预定阈值。这两个模块互相合作以确定电弧是否发生。需要注意的是，绝对值准则是一个辅助准则，用于输入信号小且输入信号的斜率很陡的情况。如果输入信号的斜率超出了第一预定阈值，且输入信号的幅值超出第二预定阈值，则该电弧检测设备106输出表示弧光发生的信号。如果输入信号的斜率超出了第一预定阈值，但输入信号的幅值小于第二预定阈值，则该电弧检测设备106不输出信号,这表不该输入信号不是弧光。如果输入信号的斜率小于第一预定阈值，但输入信号的幅值大于第二预定阈值，则该电弧检测设备106不输出信号，这表示尽管该输入信号的强度足够高，但是该输入信号变化慢，因此，该输入信号不能被认为是弧光。如果输入信号的斜率小于第一预定阈值，且输入信号的幅值小于第二预定阈值，则该电弧检测设备106不输出信号。在一个实施例中，弧光检测系统可耦合至电流检测模块(未示出)，用于检测电流以查看是否有弧光发生。该电弧检测系统和电流检测模块一起可构成电弧保护继电器模块(又称为电弧保护装置)，可以扩展卡的形式被集成至电子设备的主板。图2是示出图I所示的信号斜率准则模块105的示例性实现的示意图。在一个实施例中，该电弧检测设备106包括延时模块201、减法模块203和比较器205。延时模块201可设置时间延迟T。即，该延时模块201将输入信号延时一预定时间段T。在一个实施例中，该延时模块201可以是一阶延时电路。减法模块203设置预定阈值AU。减法模块203从输入信号中减去AU，并输出做减法后的信号。比较器205随后比较预定时间段T内的延时的信号和做减法后的信号，并且，如果做减法后的信号在该预定时间段内超出延时的信号，则输出表示检测到电弧的信号。参见图3。如果做减法后的信号小于延时的信号，则比较器205不产生输出。参见图4。由此，信号斜率准则模块105实际上是将输入信号的斜率在预定时间段T内与预定阈值，即AU/T，进行比较。可以看出，电弧检测设备主要关注的是输入信号的变化率，而不仅仅是传统的信号的绝对值。参考图3，示出是根据本发明一个实施例的电弧检测设备的时序图。虚线表示延 时的信号，其作为比较器的参考信号。实线表示做减法后的信号，其作为比较器的另一个输入。在该图中，做减法后的信号小于延时的信号，这表示输入信号的斜率小于AU/T。该信号斜率准则模块不产生信号。参考图4，示出是根据本发明一个实施例的电弧检测设备的时序图。在该图中，当做减法后的信号在预定时间段内超过延时的信号，这表示输入信号的斜率大于AU/T。该信号斜率准则模块由此生成表示弧光发生的信号。图5示出检测弧光发生的方法的流程图。在框501处，计算表示光强度的信号的变化率(即斜率)。在框503处，检测该信号的幅值。在框505处，如果该信号的变化率超过第一预定阈值(即AU/T)并且该信号的幅值超过第二预定阈值，则生成表示电弧发生的信号。特别地，检测表示光强度的信号的变化率包括将信号延时预定时间段(即O、从该信号中减去第三预定阈值(即AU);以及比较延时的信号与做减法后的信号。有利的是，与选择很大的阈值的传统绝对值准则相比较，本发明允许采用小得多的以及可调节的阈值来确定弧光的发生。因此，改善了电弧检测精度。另外，由于简单的结构，本发明使得电弧保护继电器模块能容易地集成到电子设备中。在一个实施例中，这种电弧保护继电器模块可采用扩展卡的形式并由此被插入到主机设备的主板中。虽然已经用对结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本发明，但是应该理解，在所附权利要求中定义的本发明不必限于所述的具体特征或动作。相反，这些具体特征和动作是作为实现要求保护的发明的示例性形式而公开的。
权利要求
1.一种用于检测信号斜率的斜率检测设备，包括延时模块，被配置成将表不光强度的该信号延时一预定时间段，并输出延时的信号；减法模块，被配置成从表示该光强度的信号中减去预定阈值，并输出做减法后的信号；以及比较器，被配置成比较该延时的信号与该做减法后的信号，并且如果该做减法后的信号在该预定时间段内超出该延时的信号，则输出表示检测到电弧的信号。
2.如权利要求I所述的斜率检测设备，其特征在于，如果该做减法后的信号在该预定时间段内没有超过该延时的信号，则该比较器不产生信号。
3.一种电弧检测设备，包括斜率准则模块，被配置成确定表示光强度的信号的变化率是否超出第一预定阈值；以及绝对值准则模块，被配置成确定该信号的幅值是否超出第二预定阈值。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述斜率准则模块包括延时模块，被配置成将表不该光强度的信号延时一预定时间段，并输出延时的信号；减法模块，被配置成从表示该光强度的信号中减去第三预定阈值，并输出做减法后的信号；以及比较器，被配置成比较该延时的信号与该做减法后的信号，并且如果该做减法后的信号在该预定时间段内超出该延时的信号，则输出表示检测到电弧的信号。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该第一预定阈值是该第三预定阈值除以该预定时间段的商。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，如果该做减法后的信号在该预定时间段内没有超过该延时的信号，则该比较器不产生信号。
7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该延时模块是一阶延时电路。
8.—种电弧检测系统,包括光米集器，用于米集光；光转换器，耦合至该光采集器，用于将所采集的光转换成电信号；电弧检测设备，耦合至该光转换器，用于检测电弧的发生，该电弧检测设备包括斜率准则模块，被配置成确定表示该光强度的信号的变化率是否超出第一预定阈值;以及绝对值准则模块，被配置成确定该信号的幅值是否超出第二预定阈值。
9.如权利要求8所述的电弧检测系统，其特征在于，所述斜率准则模块包括延时模块，被配置成将表不该光强度的信号延时一预定时间段，并输出延时的信号；减法模块，被配置成从表示该光强度的信号中减去第三预定阈值，并输出做减法后的信号；以及比较器，被配置成比较该延时的信号与该做减法后的信号，并且如果该做减法后的信号在该预定时间段内超出该延时的信号，则输出表示检测到电弧的信号。
10.如权利要求9所述的电弧检测系统，其特征在于，该第一预定阈值是该第三预定阈值除以该预定时间段的商。
11.如权利要求9所述的斜率检测系统，其特征在于，如果该做减法后的信号在该预定时间段内没有超过该延时的信号，则该比较器不产生信号。
12.如权利要求9所述的电弧检测系统，其特征在于，该延时模块是一阶延时电路。
13.一种电弧保护装置，包括电流检测模块，用于检测故障电流；以及电弧检测系统，耦合至该电流检测模块，其中该电弧检测系统包括光米集器，用于米集光；光转换器，耦合至该光采集器，用于将所采集的光转换成电信号；电弧检测设备，耦合至该光转换器，用于检测电弧的发生，该电弧检测设备包括斜率准则模块，被配置成确定表示该光强度的信号的变化率是否超出第一预定阈值；以及绝对值准则模块，被配置成确定该信号的幅值是否超出第二预定阈值。
14.如权利要求13所述的电弧保护装置，其特征在于，所述斜率准则模块包括延时模块，被配置成将表不该光强度的信号延时一预定时间段，并输出延时的信号；减法模块，被配置成从表示该光强度的信号中减去第三预定阈值，并输出做减法后的信号；以及比较器，被配置成比较该延时的信号与该做减法后的信号，并且如果该做减法后的信号在该预定时间段内超出该延时的信号，则输出表示检测到电弧的信号。
15.如权利要求14所述的电弧保护装置，其特征在于，该第一预定阈值是该第三预定阈值除以该预定时间段的商。
16.如权利要求14所述的斜率保护装置，其特征在于，如果该做减法后的信号在该预定时间段内没有超过该延时的信号，则该比较器不产生信号。
17.如权利要求14所述的电弧保护装置，其特征在于，该延时模块是一阶延时电路。
18.—种检测电弧的方法，包括检测表示光强度的信号的变化率；检测该信号的幅值；以及如果该信号的变化率超过第一预定阈值并且该信号的幅值超过第二预定阈值，则指示电弧的发生。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，检测表示光强度的信号的变化率包括；将该信号延时预定时间段；从该信号处减去第三预定阈值；以及比较该延时的信号与该做减法后的信号。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该第一预定阈值是该第三预定阈值除以该预定时间段的商。
全文摘要
一种电弧检测方法包括检测表示光强度的信号的变化率；检测该信号的幅值；如果该信号的变化率超出了第一预定阈值并且该信号的幅值超出了第二预定阈值，则指示电弧的发生。提供了一种电弧检测设备、电弧检测系统以及电弧保护装置。该电弧检测系统包括光采集器(101)，用于采集光；光转换器(103)，耦合至该光采集器(101)，用于将所采集的光转换成电信号；以及电弧检测设备(106)，耦合至该光转换器(103)，用于检测电弧的发生。该电弧检测设备(106)包括斜率准则模块，被配置成确定表示该光强度的信号的变化率是否超出第一预定阈值；以及绝对值准则模块，被配置成确定该信号的幅值是否超出第二预定阈值。
文档编号G01R31/00GK102959410SQ200980162855
公开日2013年3月6日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者付俊华 申请人:阿尔斯通技术有限公司, 施耐德电气能源英国有限公司