專利名稱：電弧檢測方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及電弧保護，尤其涉及電弧檢測方法及其設備。
背景技術：
當兩個導體之間的電壓差異大到足以擊穿隔離兩者的氣體時，電弧發生。電弧產生大量熱量，會導致設備的損壞以及引火，更嚴重的是對工作者造成傷害。因此，希望能夠監控設備的電弧發生，并能夠迅速關閉故障區域，以熄滅電弧。這對于電弧檢測技術而言至關重要。如果電弧能夠被快速檢測到，則保護系統可隔離故障設備、切斷電源，從而防止對設備自身以及鄰近設備的進一步損壞，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，則將產生弧光的危險。傳統的電弧保護繼電器，例如由ABB有限公司提供的REA101、由VAMP有限公司提供的VAMP211，采用絕對值準則來確定電弧的發生。如果檢測到的光信號電壓超過一預定閾值，則該光被確定為電弧。由于環境光的干擾，無法精確選擇用于電弧檢測的閾值。如果該閾值太大，則該設備會漏檢弧光，而如果該閾值太小，則環境光會被誤檢測為弧光。常規上，這種閾值選得高，而且不可調節，這會導致電弧檢測不準確。為了克服缺陷，電弧保護繼電器的一些供應商采用了可調節精度的按鈕以適應不同的環境光。然而，采用這種精度按鈕有兩個主要的缺點。首先，它在安裝時會存在困難和不確定的問題。對于想將保護繼電器結合到其設備的買家來說，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，則會給客戶帶來風險。其次，也確實無法選擇完美的精度值。環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聯的電子裝置的電弧產生。尤其相關的是，該國際申請詳細描述了使用環形、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則。因此，本發明主要涉及的是一種能夠改善電弧檢測精度的改進的電弧檢測方法及其設備。
發明內容
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備的技術。另外，這種電弧繼電器還可以使安裝以及運行環境變得簡單。在本發明的一個方面中，根據本發明的一個實施例，提供了用于檢測信號斜率的斜率檢測設備。該斜率檢測設備包括延時模塊，用于將表示光強度的信號延遲一預定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，用于從表示光強度的信號中減去一預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，并當該作減法后的信號在該預定時間段內超出延時的信號時，輸出表示檢測到電弧的信號。如果做減法后的信號在該預定時間段內沒有超過該延時的信號，則該比較器不輸出信號。在本發明的另一個方面中，根據本發明的一個實施例，提供了一種電弧檢測設備。該電弧檢測設備包括斜率準則模塊，用于確定表示光強度的信號的變化率是否超出了第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預定閾值。一旦信號的變化率超出了第一預定閾值，且信號的幅值超過第二預定閾值，則該電弧檢測設備輸出表示弧光發生的信號。在一個實施例中，該斜率準則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。 在本發明的另一個方面中，根據本發明的一個實施例，提供了一種電弧檢測系統。該電弧檢測系統包括光采集器，用于采集光；光轉換器，耦合至光采集器，用于將采集到的光轉換成電信號；電弧檢測設備，耦合至光轉換器，用于檢測電弧的發生。該電弧檢測設備包括斜率準則模塊，用于確定表示光強度的信號的變化率是否超出了第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預定閾值。一旦信號的變化率超出第一預定閾值，且信號的幅值超出第二預定閾值，則該電弧檢測設備輸出表示弧光發生的信號。在一個實施例中，該斜率準則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。在本發明的另一個方面中，根據本發明的一個實施例，提供了電弧保護裝置。該電弧保護裝置包括電流檢測模塊，用于檢測故障電流；電弧檢測系統，耦合至電流檢測模塊。該電弧檢測系統包括光采集器，用于采集光；光轉換器，耦合至光采集器，用于將采集到的光轉換成電信號；電弧檢測設備，耦合至光轉換器，用于檢測弧光的發生。該電弧檢測設備包括斜率準則模塊，用于確定表示光強度的信號的變化率是否超出了第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，用于確定該信號的幅值是否超出了第二預定閾值。一旦信號的變化率超出了第一預定閾值，且信號的幅值超過第二預定閾值，則該電弧檢測設備輸出表示弧光發生的信號。在一個實施例中，該斜率準則模塊可包括一階延時模塊、減法模塊和比較器。在本發明的另一個方面中，根據本發明的一個實施例，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定閾值并且該信號的幅值超出了第二預定閾值，則指示電弧的發生。應當注意，提供本概述是為了以簡化的形式介紹將在以下在詳細描述中進一步描述的一些概念。本概述不旨在標識出所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
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號。在附圖中圖I是根據本發明一個實施例的電弧檢測系統的示意圖；圖2是根據本發明一個實施例的電弧檢測設備的實施的示意圖；圖3是根據本發明一個實施例的電弧檢測設備的時序圖；圖4是根據本發明一個實施例的電弧檢測設備的時序圖；圖5是根據本發明一個實施例的電弧檢測方法的流程圖。
具體實施例方式以下將參考形成本發明一部分并示出用于實現各實施例的具體示例的附圖在此更詳盡地描述各個實施例。然而各實施例被實現為許多不同的形式并且不應將其解釋為限制在此處描述的實施例；相反地，提供這些實施例以使得本公開變得透徹和完整，并且將本發明的范圍完全傳達給本領域普通技術人員。因此，所公開的各實施例可采用完全硬件實現、完全軟件實現或者結合軟件和硬件方面實現的形式。因此，以下詳細描述并非是局限性的。弧光具有兩個主要的特性。一個特性是弧光的光強度非常強，與陽光差不多。另一個特性是弧光的光變化很快。弧光會在不大于I微秒的時間內熄滅，其與除了閃電之外的其它類型的環境光差別很大。基于這兩個特性，本發明采用了信號斜率準則，以用于弧光檢測。有了這個準則，環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，可采用傳統絕對值準則作為輔助準則，針對該絕對值標準，可選擇小的確定的閾值。參考圖1，示出了電弧檢測系統的示意圖。此處的電弧檢測系統包括光采集器101、光轉換器103、電弧檢測設備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的光轉換器103用于將輸入光轉換為電信號,該電信號表不光強度。該弧光檢測設備106用于根據轉換后的電信號檢測弧光的產生,并向該設備的主機部分輸出表示電弧發生的信號。特別地，該電弧檢測設備106可包括信號斜率準則模塊105(又稱為斜率檢測設備)以及絕對值準則模塊107。在一個實施例中，電弧檢測系統可共用主機的電源。根據本發明，電弧檢測設備106使用傳統絕對值準則和信號斜率準則兩者。該傳統絕對值準則根據絕對值來檢測弧光，該信號斜率準則根據信號的變化率或信號的斜率來檢測弧光，該信號斜率準則是本申請的一個創新點。信號斜率準則模塊105對輸入信號的斜率設置第一預定閾值，并判斷輸入信號的斜率是否超過第一預定閾值。該絕對值準則模塊107對輸入信號的幅值設置第二預定閾值，并判斷輸入信號的幅值是否超過第二預定閾值。這兩個模塊互相合作以確定電弧是否發生。需要注意的是，絕對值準則是一個輔助準則，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定閾值，且輸入信號的幅值超出第二預定閾值，則該電弧檢測設備106輸出表示弧光發生的信號。如果輸入信號的斜率超出了第一預定閾值，但輸入信號的幅值小于第二預定閾值，則該電弧檢測設備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定閾值，但輸入信號的幅值大于第二預定閾值，則該電弧檢測設備106不輸出信號，這表示盡管該輸入信號的強度足夠高，但是該輸入信號變化慢，因此，該輸入信號不能被認為是弧光。如果輸入信號的斜率小于第一預定閾值，且輸入信號的幅值小于第二預定閾值，則該電弧檢測設備106不輸出信號。在一個實施例中，弧光檢測系統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生。該電弧檢測系統和電流檢測模塊一起可構成電弧保護繼電器模塊(又稱為電弧保護裝置)，可以擴展卡的形式被集成至電子設備的主板。圖2是示出圖I所示的信號斜率準則模塊105的示例性實現的示意圖。在一個實施例中，該電弧檢測設備106包括延時模塊201、減法模塊203和比較器205。延時模塊201可設置時間延遲T。即，該延時模塊201將輸入信號延時一預定時間段T。在一個實施例中，該延時模塊201可以是一階延時電路。減法模塊203設置預定閾值AU。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隨后比較預定時間段T內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定時間段內超出延時的信號，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不產生輸出。參見圖4。由此，信號斜率準則模塊105實際上是將輸入信號的斜率在預定時間段T內與預定閾值，即AU/T，進行比較。可以看出，電弧檢測設備主要關注的是輸入信號的變化率，而不僅僅是傳統的信號的絕對值。參考圖3，示出是根據本發明一個實施例的電弧檢測設備的時序圖。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。該信號斜率準則模塊不產生信號。參考圖4，示出是根據本發明一個實施例的電弧檢測設備的時序圖。在該圖中，當做減法后的信號在預定時間段內超過延時的信號，這表示輸入信號的斜率大于AU/T。該信號斜率準則模塊由此生成表示弧光發生的信號。圖5示出檢測弧光發生的方法的流程圖。在框501處，計算表示光強度的信號的變化率(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定閾值(即AU/T)并且該信號的幅值超過第二預定閾值，則生成表示電弧發生的信號。特別地，檢測表示光強度的信號的變化率包括將信號延時預定時間段(即O、從該信號中減去第三預定閾值(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絕對值準則相比較，本發明允許采用小得多的以及可調節的閾值來確定弧光的發生。因此，改善了電弧檢測精度。另外，由于簡單的結構，本發明使得電弧保護繼電器模塊能容易地集成到電子設備中。在一個實施例中，這種電弧保護繼電器模塊可采用擴展卡的形式并由此被插入到主機設備的主板中。雖然已經用對結構特征和/或方法動作專用的語言描述了本發明，但是應該理解，在所附權利要求中定義的本發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現要求保護的發明的示例性形式而公開的。
權利要求
1.一種用于檢測信號斜率的斜率檢測設備，包括延時模塊，被配置成將表不光強度的該信號延時一預定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強度的信號中減去預定閾值，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定時間段內超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
2.如權利要求I所述的斜率檢測設備，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預定時間段內沒有超過該延時的信號，則該比較器不產生信號。
3.一種電弧檢測設備，包括斜率準則模塊，被配置成確定表示光強度的信號的變化率是否超出第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預定閾值。
4.如權利要求3所述的設備，其特征在于，所述斜率準則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強度的信號延時一預定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強度的信號中減去第三預定閾值，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定時間段內超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，該第一預定閾值是該第三預定閾值除以該預定時間段的商。
6.如權利要求4所述的設備，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預定時間段內沒有超過該延時的信號，則該比較器不產生信號。
7.如權利要求4所述的設備，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,包括光米集器，用于米集光；光轉換器，耦合至該光采集器，用于將所采集的光轉換成電信號；電弧檢測設備，耦合至該光轉換器，用于檢測電弧的發生，該電弧檢測設備包括斜率準則模塊，被配置成確定表示該光強度的信號的變化率是否超出第一預定閾值;以及絕對值準則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預定閾值。
9.如權利要求8所述的電弧檢測系統，其特征在于，所述斜率準則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強度的信號延時一預定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強度的信號中減去第三預定閾值，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定時間段內超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
10.如權利要求9所述的電弧檢測系統，其特征在于，該第一預定閾值是該第三預定閾值除以該預定時間段的商。
11.如權利要求9所述的斜率檢測系統，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預定時間段內沒有超過該延時的信號，則該比較器不產生信號。
12.如權利要求9所述的電弧檢測系統，其特征在于，該延時模塊是一階延時電路。
13.一種電弧保護裝置，包括電流檢測模塊，用于檢測故障電流；以及電弧檢測系統，耦合至該電流檢測模塊，其中該電弧檢測系統包括光米集器，用于米集光；光轉換器，耦合至該光采集器，用于將所采集的光轉換成電信號；電弧檢測設備，耦合至該光轉換器，用于檢測電弧的發生，該電弧檢測設備包括斜率準則模塊，被配置成確定表示該光強度的信號的變化率是否超出第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預定閾值。
14.如權利要求13所述的電弧保護裝置，其特征在于，所述斜率準則模塊包括延時模塊，被配置成將表不該光強度的信號延時一預定時間段，并輸出延時的信號；減法模塊，被配置成從表示該光強度的信號中減去第三預定閾值，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定時間段內超出該延時的信號，則輸出表示檢測到電弧的信號。
15.如權利要求14所述的電弧保護裝置，其特征在于，該第一預定閾值是該第三預定閾值除以該預定時間段的商。
16.如權利要求14所述的斜率保護裝置，其特征在于，如果該做減法后的信號在該預定時間段內沒有超過該延時的信號，則該比較器不產生信號。
17.如權利要求14所述的電弧保護裝置，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定閾值并且該信號的幅值超過第二預定閾值，則指示電弧的發生。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，檢測表示光強度的信號的變化率包括；將該信號延時預定時間段；從該信號處減去第三預定閾值；以及比較該延時的信號與該做減法后的信號。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，該第一預定閾值是該第三預定閾值除以該預定時間段的商。
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定閾值并且該信號的幅值超出了第二預定閾值，則指示電弧的發生。提供了一種電弧檢測設備、電弧檢測系統以及電弧保護裝置。該電弧檢測系統包括光采集器(101)，用于采集光；光轉換器(103)，耦合至該光采集器(101)，用于將所采集的光轉換成電信號；以及電弧檢測設備(106)，耦合至該光轉換器(103)，用于檢測電弧的發生。該電弧檢測設備(106)包括斜率準則模塊，被配置成確定表示該光強度的信號的變化率是否超出第一預定閾值；以及絕對值準則模塊，被配置成確定該信號的幅值是否超出第二預定閾值。
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 優先權日2009年12月11日
發明者付俊華 申請人:阿爾斯通技術有限公司, 施耐德電氣能源英國有限公司