專利名稱：電弧檢測方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電弧保護(hù)，尤其涉及電弧檢測方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)兩個導(dǎo)體之間的電壓差異大到足以擊穿隔離兩者的氣體時，電弧發(fā)生。電弧產(chǎn)生大量熱量，會導(dǎo)致設(shè)備的損壞以及引火，更嚴(yán)重的是對工作者造成傷害。因此，希望能夠監(jiān)控設(shè)備的電弧發(fā)生，并能夠迅速關(guān)閉故障區(qū)域，以熄滅電弧。這對于電弧檢測技術(shù)而言至關(guān)重要。如果電弧能夠被快速檢測到，則保護(hù)系統(tǒng)可隔離故障設(shè)備、切斷電源，從而防止對設(shè)備自身以及鄰近設(shè)備的進(jìn)一步損壞，更重要的是，降低對工作者的傷害幾率。然而，如果電源無法在IOOms左右被切斷，則將產(chǎn)生弧光的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的電弧保護(hù)繼電器，例如由ABB有限公司提供的REA101、由VAMP有限公司提供的VAMP211，采用絕對值準(zhǔn)則來確定電弧的發(fā)生。如果檢測到的光信號電壓超過一預(yù)定閾值，則該光被確定為電弧。由于環(huán)境光的干擾，無法精確選擇用于電弧檢測的閾值。如果該閾值太大，則該設(shè)備會漏檢弧光，而如果該閾值太小，則環(huán)境光會被誤檢測為弧光。常規(guī)上，這種閾值選得高，而且不可調(diào)節(jié)，這會導(dǎo)致電弧檢測不準(zhǔn)確。為了克服缺陷，電弧保護(hù)繼電器的一些供應(yīng)商采用了可調(diào)節(jié)精度的按鈕以適應(yīng)不同的環(huán)境光。然而，采用這種精度按鈕有兩個主要的缺點(diǎn)。首先，它在安裝時會存在困難和不確定的問題。對于想將保護(hù)繼電器結(jié)合到其設(shè)備的買家來說，選擇正確精度值并不簡單，且如果客戶選擇了不合適的精度，則會給客戶帶來風(fēng)險(xiǎn)。其次，也確實(shí)無法選擇完美的精度值。環(huán)境是不確定的而且可能不斷改變。如果選擇了一個確定的閾值，則該閾值會給正在使用的設(shè)備帶來限制，這對用戶而言是無法接受的。名稱為“電弧繼電器”的國際專利申請(公布號WO 88/08217)介紹了電弧繼電器并描述了使用光纖來檢測繼電器以及相關(guān)聯(lián)的電子裝置的電弧產(chǎn)生。尤其相關(guān)的是，該國際申請?jiān)敿?xì)描述了使用環(huán)形、無包層光纖作為檢測器。然而，該國際專利申請仍然使用光的絕對值來作為電弧檢測的準(zhǔn)則。因此，本發(fā)明主要涉及的是一種能夠改善電弧檢測精度的改進(jìn)的電弧檢測方法及其設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
此處所描述的是一種特別地能允許電弧繼電器來精確地、瞬時地檢測弧光，并使該電弧繼電器方便地集成到電子設(shè)備的技術(shù)。另外，這種電弧繼電器還可以使安裝以及運(yùn)行環(huán)境變得簡單。在本發(fā)明的一個方面中，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了用于檢測信號斜率的斜率檢測設(shè)備。該斜率檢測設(shè)備包括延時模塊，用于將表示光強(qiáng)度的信號延遲一預(yù)定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，用于從表示光強(qiáng)度的信號中減去一預(yù)定閾值并輸出做減法后的信號；以及比較器，用于比較延時的信號和做減法后的信號，并當(dāng)該作減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出延時的信號時，輸出表示檢測到電弧的信號。如果做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)沒有超過該延時的信號，則該比較器不輸出信號。在本發(fā)明的另一個方面中，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種電弧檢測設(shè)備。該電弧檢測設(shè)備包括斜率準(zhǔn)則模塊，用于確定表示光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出了第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預(yù)定閾值。一旦信號的變化率超出了第一預(yù)定閾值，且信號的幅值超過第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備輸出表示弧光發(fā)生的信號。在一個實(shí)施例中，該斜率準(zhǔn)則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。 在本發(fā)明的另一個方面中，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種電弧檢測系統(tǒng)。該電弧檢測系統(tǒng)包括光采集器，用于采集光；光轉(zhuǎn)換器，耦合至光采集器，用于將采集到的光轉(zhuǎn)換成電信號；電弧檢測設(shè)備，耦合至光轉(zhuǎn)換器，用于檢測電弧的發(fā)生。該電弧檢測設(shè)備包括斜率準(zhǔn)則模塊，用于確定表示光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出了第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預(yù)定閾值。一旦信號的變化率超出第一預(yù)定閾值，且信號的幅值超出第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備輸出表示弧光發(fā)生的信號。在一個實(shí)施例中，該斜率準(zhǔn)則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。在本發(fā)明的另一個方面中，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了電弧保護(hù)裝置。該電弧保護(hù)裝置包括電流檢測模塊，用于檢測故障電流；電弧檢測系統(tǒng)，耦合至電流檢測模塊。該電弧檢測系統(tǒng)包括光采集器，用于采集光；光轉(zhuǎn)換器，耦合至光采集器，用于將采集到的光轉(zhuǎn)換成電信號；電弧檢測設(shè)備，耦合至光轉(zhuǎn)換器，用于檢測弧光的發(fā)生。該電弧檢測設(shè)備包括斜率準(zhǔn)則模塊，用于確定表示光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出了第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預(yù)定閾值。一旦信號的變化率超出了第一預(yù)定閾值，且信號的幅值超過第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備輸出表示弧光發(fā)生的信號。在一個實(shí)施例中，該斜率準(zhǔn)則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。在本發(fā)明的另一個方面中，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種用于檢測電弧的方法。該方法包括檢測表示光強(qiáng)度的信號的變化率；檢測該信號的幅值；如果該信號的變化率超出了第一預(yù)定閾值并且該信號的幅值超出了第二預(yù)定閾值，則指示電弧的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)注意，提供本概述是為了以簡化的形式介紹將在以下在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些概念。本概述不旨在標(biāo)識出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。


在附圖中，各個附圖中示出的每一完全相同或近乎完全相同的組件由同樣的標(biāo)號來表示。出于簡明的目的，不是每一個組件在每張附圖中均被標(biāo)號。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測設(shè)備的實(shí)施的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測設(shè)備的時序圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測設(shè)備的時序圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考形成本發(fā)明一部分并示出用于實(shí)現(xiàn)各實(shí)施例的具體示例的附圖在此更詳盡地描述各個實(shí)施例。然而各實(shí)施例被實(shí)現(xiàn)為許多不同的形式并且不應(yīng)將其解釋為限制在此處描述的實(shí)施例；相反地，提供這些實(shí)施例以使得本公開變得透徹和完整，并且將本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。因此，所公開的各實(shí)施例可采用完全硬件實(shí)現(xiàn)、完全軟件實(shí)現(xiàn)或者結(jié)合軟件和硬件方面實(shí)現(xiàn)的形式。因此，以下詳細(xì)描述并非是局限性的?；」饩哂袃蓚€主要的特性。一個特性是弧光的光強(qiáng)度非常強(qiáng)，與陽光差不多。另一個特性是弧光的光變化很快?；」鈺诓淮笥贗微秒的時間內(nèi)熄滅，其與除了閃電之外的其它類型的環(huán)境光差別很大?；谶@兩個特性，本發(fā)明采用了信號斜率準(zhǔn)則，以用于弧光檢測。有了這個準(zhǔn)則，環(huán)境光的干擾可由此被緩解。另外，為了避免諸如閃電等微弱但變化快的光信號的干擾，可采用傳統(tǒng)絕對值準(zhǔn)則作為輔助準(zhǔn)則，針對該絕對值標(biāo)準(zhǔn)，可選擇小的確定的閾值。參考圖1，示出了電弧檢測系統(tǒng)的示意圖。此處的電弧檢測系統(tǒng)包括光采集器101、光轉(zhuǎn)換器103、電弧檢測設(shè)備106以及電源模塊111。光采集器101用于接收和采集光。率禹合至光米集器101的光轉(zhuǎn)換器103用于將輸入光轉(zhuǎn)換為電信號,該電信號表不光強(qiáng)度。該弧光檢測設(shè)備106用于根據(jù)轉(zhuǎn)換后的電信號檢測弧光的產(chǎn)生,并向該設(shè)備的主機(jī)部分輸出表示電弧發(fā)生的信號。特別地，該電弧檢測設(shè)備106可包括信號斜率準(zhǔn)則模塊105(又稱為斜率檢測設(shè)備)以及絕對值準(zhǔn)則模塊107。在一個實(shí)施例中，電弧檢測系統(tǒng)可共用主機(jī)的電源。根據(jù)本發(fā)明，電弧檢測設(shè)備106使用傳統(tǒng)絕對值準(zhǔn)則和信號斜率準(zhǔn)則兩者。該傳統(tǒng)絕對值準(zhǔn)則根據(jù)絕對值來檢測弧光，該信號斜率準(zhǔn)則根據(jù)信號的變化率或信號的斜率來檢測弧光，該信號斜率準(zhǔn)則是本申請的一個創(chuàng)新點(diǎn)。信號斜率準(zhǔn)則模塊105對輸入信號的斜率設(shè)置第一預(yù)定閾值，并判斷輸入信號的斜率是否超過第一預(yù)定閾值。該絕對值準(zhǔn)則模塊107對輸入信號的幅值設(shè)置第二預(yù)定閾值，并判斷輸入信號的幅值是否超過第二預(yù)定閾值。這兩個模塊互相合作以確定電弧是否發(fā)生。需要注意的是，絕對值準(zhǔn)則是一個輔助準(zhǔn)則，用于輸入信號小且輸入信號的斜率很陡的情況。如果輸入信號的斜率超出了第一預(yù)定閾值，且輸入信號的幅值超出第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備106輸出表示弧光發(fā)生的信號。如果輸入信號的斜率超出了第一預(yù)定閾值，但輸入信號的幅值小于第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備106不輸出信號,這表不該輸入信號不是弧光。如果輸入信號的斜率小于第一預(yù)定閾值，但輸入信號的幅值大于第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備106不輸出信號，這表示盡管該輸入信號的強(qiáng)度足夠高，但是該輸入信號變化慢，因此，該輸入信號不能被認(rèn)為是弧光。如果輸入信號的斜率小于第一預(yù)定閾值，且輸入信號的幅值小于第二預(yù)定閾值，則該電弧檢測設(shè)備106不輸出信號。在一個實(shí)施例中，弧光檢測系統(tǒng)可耦合至電流檢測模塊(未示出)，用于檢測電流以查看是否有弧光發(fā)生。該電弧檢測系統(tǒng)和電流檢測模塊一起可構(gòu)成電弧保護(hù)繼電器模塊(又稱為電弧保護(hù)裝置)，可以擴(kuò)展卡的形式被集成至電子設(shè)備的主板。圖2是示出圖I所示的信號斜率準(zhǔn)則模塊105的示例性實(shí)現(xiàn)的示意圖。在一個實(shí)施例中，該電弧檢測設(shè)備106包括延時模塊201、減法模塊203和比較器205。延時模塊201可設(shè)置時間延遲T。即，該延時模塊201將輸入信號延時一預(yù)定時間段T。在一個實(shí)施例中，該延時模塊201可以是一階延時電路。減法模塊203設(shè)置預(yù)定閾值A(chǔ)U。減法模塊203從輸入信號中減去AU，并輸出做減法后的信號。比較器205隨后比較預(yù)定時間段T內(nèi)的延時的信號和做減法后的信號，并且，如果做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。參見圖3。如果做減法后的信號小于延時的信號，則比較器205不產(chǎn)生輸出。參見圖4。由此，信號斜率準(zhǔn)則模塊105實(shí)際上是將輸入信號的斜率在預(yù)定時間段T內(nèi)與預(yù)定閾值，即AU/T，進(jìn)行比較?？梢钥闯?，電弧檢測設(shè)備主要關(guān)注的是輸入信號的變化率，而不僅僅是傳統(tǒng)的信號的絕對值。參考圖3，示出是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測設(shè)備的時序圖。虛線表示延 時的信號，其作為比較器的參考信號。實(shí)線表示做減法后的信號，其作為比較器的另一個輸入。在該圖中，做減法后的信號小于延時的信號，這表示輸入信號的斜率小于AU/T。該信號斜率準(zhǔn)則模塊不產(chǎn)生信號。參考圖4，示出是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電弧檢測設(shè)備的時序圖。在該圖中，當(dāng)做減法后的信號在預(yù)定時間段內(nèi)超過延時的信號，這表示輸入信號的斜率大于AU/T。該信號斜率準(zhǔn)則模塊由此生成表示弧光發(fā)生的信號。圖5示出檢測弧光發(fā)生的方法的流程圖。在框501處，計(jì)算表示光強(qiáng)度的信號的變化率(即斜率)。在框503處，檢測該信號的幅值。在框505處，如果該信號的變化率超過第一預(yù)定閾值(即AU/T)并且該信號的幅值超過第二預(yù)定閾值，則生成表示電弧發(fā)生的信號。特別地，檢測表示光強(qiáng)度的信號的變化率包括將信號延時預(yù)定時間段(即O、從該信號中減去第三預(yù)定閾值(即AU);以及比較延時的信號與做減法后的信號。有利的是，與選擇很大的閾值的傳統(tǒng)絕對值準(zhǔn)則相比較，本發(fā)明允許采用小得多的以及可調(diào)節(jié)的閾值來確定弧光的發(fā)生。因此，改善了電弧檢測精度。另外，由于簡單的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明使得電弧保護(hù)繼電器模塊能容易地集成到電子設(shè)備中。在一個實(shí)施例中，這種電弧保護(hù)繼電器模塊可采用擴(kuò)展卡的形式并由此被插入到主機(jī)設(shè)備的主板中。雖然已經(jīng)用對結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作專用的語言描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明不必限于所述的具體特征或動作。相反，這些具體特征和動作是作為實(shí)現(xiàn)要求保護(hù)的發(fā)明的示例性形式而公開的。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測信號斜率的斜率檢測設(shè)備，包括延時模塊，被配置成將表不光強(qiáng)度的該信號延時一預(yù)定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強(qiáng)度的信號中減去預(yù)定閾值，并輸出做減法后的信號；以及比較器，被配置成比較該延時的信號與該做減法后的信號，并且如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
2.如權(quán)利要求I所述的斜率檢測設(shè)備，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)沒有超過該延時的信號，則該比較器不產(chǎn)生信號。
3.一種電弧檢測設(shè)備，包括斜率準(zhǔn)則模塊，被配置成確定表示光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預(yù)定閾值。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述斜率準(zhǔn)則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強(qiáng)度的信號延時一預(yù)定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強(qiáng)度的信號中減去第三預(yù)定閾值，并輸出做減法后的信號；以及比較器，被配置成比較該延時的信號與該做減法后的信號，并且如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，該第一預(yù)定閾值是該第三預(yù)定閾值除以該預(yù)定時間段的商。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)沒有超過該延時的信號，則該比較器不產(chǎn)生信號。
7.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，該延時模塊是一階延時電路。
8.—種電弧檢測系統(tǒng),包括光米集器，用于米集光；光轉(zhuǎn)換器，耦合至該光采集器，用于將所采集的光轉(zhuǎn)換成電信號；電弧檢測設(shè)備，耦合至該光轉(zhuǎn)換器，用于檢測電弧的發(fā)生，該電弧檢測設(shè)備包括斜率準(zhǔn)則模塊，被配置成確定表示該光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出第一預(yù)定閾值;以及絕對值準(zhǔn)則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預(yù)定閾值。
9.如權(quán)利要求8所述的電弧檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述斜率準(zhǔn)則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強(qiáng)度的信號延時一預(yù)定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強(qiáng)度的信號中減去第三預(yù)定閾值，并輸出做減法后的信號；以及比較器，被配置成比較該延時的信號與該做減法后的信號，并且如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
10.如權(quán)利要求9所述的電弧檢測系統(tǒng)，其特征在于，該第一預(yù)定閾值是該第三預(yù)定閾值除以該預(yù)定時間段的商。
11.如權(quán)利要求9所述的斜率檢測系統(tǒng)，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)沒有超過該延時的信號，則該比較器不產(chǎn)生信號。
12.如權(quán)利要求9所述的電弧檢測系統(tǒng)，其特征在于，該延時模塊是一階延時電路。
13.一種電弧保護(hù)裝置，包括電流檢測模塊，用于檢測故障電流；以及電弧檢測系統(tǒng)，耦合至該電流檢測模塊，其中該電弧檢測系統(tǒng)包括光米集器，用于米集光；光轉(zhuǎn)換器，耦合至該光采集器，用于將所采集的光轉(zhuǎn)換成電信號；電弧檢測設(shè)備，耦合至該光轉(zhuǎn)換器，用于檢測電弧的發(fā)生，該電弧檢測設(shè)備包括斜率準(zhǔn)則模塊，被配置成確定表示該光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預(yù)定閾值。
14.如權(quán)利要求13所述的電弧保護(hù)裝置，其特征在于，所述斜率準(zhǔn)則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強(qiáng)度的信號延時一預(yù)定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強(qiáng)度的信號中減去第三預(yù)定閾值，并輸出做減法后的信號；以及比較器，被配置成比較該延時的信號與該做減法后的信號，并且如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
15.如權(quán)利要求14所述的電弧保護(hù)裝置，其特征在于，該第一預(yù)定閾值是該第三預(yù)定閾值除以該預(yù)定時間段的商。
16.如權(quán)利要求14所述的斜率保護(hù)裝置，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預(yù)定時間段內(nèi)沒有超過該延時的信號，則該比較器不產(chǎn)生信號。
17.如權(quán)利要求14所述的電弧保護(hù)裝置，其特征在于，該延時模塊是一階延時電路。
18.—種檢測電弧的方法，包括檢測表示光強(qiáng)度的信號的變化率；檢測該信號的幅值；以及如果該信號的變化率超過第一預(yù)定閾值并且該信號的幅值超過第二預(yù)定閾值，則指示電弧的發(fā)生。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，檢測表示光強(qiáng)度的信號的變化率包括；將該信號延時預(yù)定時間段；從該信號處減去第三預(yù)定閾值；以及比較該延時的信號與該做減法后的信號。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該第一預(yù)定閾值是該第三預(yù)定閾值除以該預(yù)定時間段的商。
全文摘要
一種電弧檢測方法包括檢測表示光強(qiáng)度的信號的變化率；檢測該信號的幅值；如果該信號的變化率超出了第一預(yù)定閾值并且該信號的幅值超出了第二預(yù)定閾值，則指示電弧的發(fā)生。提供了一種電弧檢測設(shè)備、電弧檢測系統(tǒng)以及電弧保護(hù)裝置。該電弧檢測系統(tǒng)包括光采集器(101)，用于采集光；光轉(zhuǎn)換器(103)，耦合至該光采集器(101)，用于將所采集的光轉(zhuǎn)換成電信號；以及電弧檢測設(shè)備(106)，耦合至該光轉(zhuǎn)換器(103)，用于檢測電弧的發(fā)生。該電弧檢測設(shè)備(106)包括斜率準(zhǔn)則模塊，被配置成確定表示該光強(qiáng)度的信號的變化率是否超出第一預(yù)定閾值；以及絕對值準(zhǔn)則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預(yù)定閾值。
文檔編號G01R31/00GK102959410SQ200980162855
公開日2013年3月6日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者付俊華 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司, 施耐德電氣能源英國有限公司