БУФЕР ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ОБ ОТКЛЮЧЕНИИ ПРИ АДАПТИВНОМ ОБНАРУЖЕНИИ ДУГОВОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
BUFFER FOR DECISION MAKING ON DISCONNECTION IN ADAPTIVE DETECTION OF SHORT CIRCUIT THROUGH ARC

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к области обнаружения дугового короткого замыкания и, более конкретно, к способу повышения защищенности от нежелательного отключения в устройствах обнаружения дугового короткого замыкания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Устройство обнаружения дугового короткого замыкания используется для обнаружения опасных событий, связанных с возникновением электрической дуги, в цепи и в ответ на это размыкания прерывателя цепи и отключения питания в цепи. Эти устройства обнаружения включают в себя выключатели цепи дугового короткого замыкания (AFCI) ответвленной цепи, выходной цепи и их комбинации.
[0003] Обнаружение дугового короткого замыкания представляет собой вероятностное определение. Таким образом, устройство обнаружения дугового короткого замыкания может подвергнуться нежелательному отключению, такому как нежелательное отключение или ложноположительное отключение, что является неудобством для пользователя или того хуже. В течение прошедшего десятилетия были достигнуты успехи, связанные с алгоритмами обнаружения, которые используются в устройствах обнаружения дугового короткого замыкания для того, чтобы повысить защищенность от нежелательного отключения. Однако с течением времени будут, вероятно, появляться новые нежелательные сценарии отключения, которые не учитывают современные алгоритмы обнаружения. Учитывая, что устройство обнаружения дугового короткого замыкания должно предположительно иметь установленную продолжительность срока службы в течение нескольких десятилетий, оно может столкнуться с непредвиденными нагрузками и комбинациями нагрузок в течение своего срока эксплуатации, что может вызвать нежелательное отключение.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Настоящее раскрытие предусматривает выполнение устройства и способа адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания, который идентифицирует и отфильтровывает нежелательные события отключения дугового короткого замыкания (например, нежелательное отключение или ложноположительные события отключения) путем сохранения и оценки данных событий отключения дугового короткого замыкания, обнаруженных в цепи в течение определенного периода времени. Обнаружение дугового короткого замыкания является вероятностным определением. Другими словами, опасное дуговое короткое замыкание является случайным, хаотическим событием, и, таким образом, повторяющееся событие отключения дугового короткого замыкания является, возможно (вероятно), нежелательным событием отключения. Соответственно, устройство и способ адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания позволяют определить, является ли обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания нежелательным событием отключения, на основании числа раз одного и того же типа события отключения, которое имело место, в качестве обнаруженного события отключения дугового короткого замыкания. Когда обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания определено как нежелательное событие отключения, запрещается прерывание цепи. Этот способ адаптивного обнаружения учитывает непредвиденное нежелательное отключение и может быть реализован без какого-либо взаимодействия с человеком для устранения явления нежелательного отключения.
[0005] В дополнительном варианте осуществления память используется для хранения данных обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания. Сохраненные данные могут включать в себя измеренные или вычисленные параметры электрических характеристик, представляющие собой сигнатуру обнаруженного события отключения дугового короткого замыкания (то есть данные сигнатуры). Сохраненные данные могут также включать в себя число раз конкретного обнаруженного типа события отключения дугового короткого замыкания, которое имело место. Память может хранить ограниченное количество событий отключения. В результате, данные предшествующих событий отключения могут быть удалены из памяти, при обнаружении новых событий отключения. Различные преимущества этой схемы хранения данных обсуждены ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] Ниже приведено описание различных примерных вариантов осуществления совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0007] на фиг.1 показана блок-схема примерного устройства адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия;
[0008] на фиг.2 показана блок-схема последовательности операций, показывающая примерный процесс реализации адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия;
[0009] на фиг.3 показана примерная реализация хранилища данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в качестве элементов одиночных событий в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия;
[0010] на фиг.4 показана примерная реализация хранилища данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в качестве элементов равноценных событий в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего раскрытия; и
[0011] на фиг.5 показана примерная гибридная реализация хранилища данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего раскрытия.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В соответствии с различными раскрытыми вариантами осуществления выполнены устройство и способ адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания, которые позволяют идентифицировать и отфильтровать нежелательные события отключения дугового короткого замыкания, такие как нежелательное отключение или ложноположительные события отключения.
[0013] Фиг.1 иллюстрирует блок-схему примерного устройства 100 адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания. Как показано на фиг.1, устройство 100 обнаружения дугового короткого замыкания контролирует электрические характеристики в цепи 10 переменного тока и прерывает ток в цепи 10 посредством прерывателя 120 цепи в ответ на обнаружение события отключения дугового короткого замыкания. Цепь 10 включает в себя линейный провод 12, нейтраль 14 и нагрузку 16. Нагрузка между концами цепи 10 может варьироваться в зависимости от того, какие устройства подсоединены к цепи 10. Прерыватель 120 цепи, например разъемные контакты прерывателя, может включать в себя соленоид отключения и защелку.
[0014] Устройство 100 обнаружения дугового короткого замыкания включает в себя множество датчиков 102, процессор 110, включающий в себя внутреннюю память 112, и память 130. Устройство 100 может получать питание из цепи 10 и использовать источник резервного питания, такой как аккумуляторная батарея (не показана). Устройство 100 обнаружения дугового короткого замыкания может быть любым типом AFCI.
[0015] Датчики 102 контролируют или измеряют электрические характеристики цепи 10 и нагрузки 16 и выводят сигналы в процессор 110. Электрические характеристики могут включать в себя напряжение, высокочастотную составляющую, ток или скорость изменения тока (di/dt), протекающего через цепь 10. Датчики 102 могут также включать в себя, или могут быть подсоединены к, схемы формирования сигналов, пороговые детекторы, фильтры и аналого-цифровые преобразователи для обработки полученных данных перед выводом в процессор 110.
[0016] Процессор 110 соединен с памятью 112 и памятью 130. Процессор 110 представляет собой систему обработки, такую как микроконтроллер(ы) или микропроцессор(ы), который управляет операциями устройства 100 обнаружения дугового короткого замыкания. Например, процессор 110 определяет, является ли обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания в цепи 10 нежелательным событием отключения на основании числа раз одного и того же типа события отключения, которое имело место, в качестве обнаруженного события отключения дугового короткого замыкания. Когда определено, что обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания является нежелательным событием отключения, процессор 110 блокирует прерывание тока прерывателя 120 цепи в цепи 10. В иных случаях процессор 110 разрешает протекание тока прерывателя 120 цепи в цепи 10.
[0017] Память 112 и память 130 (которые совместно упоминаются как "память") хранят исполняемые компьютером код или программы, которые при их исполнении процессором 110, управляют операциями устройства 100 обнаружения дугового короткого замыкания. Память также включает в себя буфер для принятия решения об отключении в качестве части памяти 112 или отдельного компонента, который хранит элементы данных, обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания, и может представлять собой буфер обратного магазинного типа (FIFO). Элемент данных для события отключения может включать в себя идентификатор для события, временные метки события, один или более измеренных или вычисленных параметров электрических характеристик, которые определяют сигнатуру события (например, данные сигнатуры), равноценную переменную, идентифицирующую число раз типа события, которое имело место, или другие параметры, которые относятся к событиям. Объем памяти, выделенный буферу для принятия решения об отключении, может быть ограничен предварительно определенным числом элементов данных. В результате, когда буфер является полным, элемент данных устраняется (или удаляется) из буфера отключений, чтобы обеспечить хранение нового элемента данных. Удаленный элемент данных может представлять собой самый старый элемент данных события отключения, элемент данных самого старого события отключения или элемент данных события отключения с наименьшим числом совпадений. Память может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью.
[0018] Буфер для принятия решения об отключении обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, любое обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания всегда прерывается по меньшей мере первый раз для того, чтобы обеспечить защиту и уведомить пользователя, независимо от того, является ли событие отключения опасным. Нежелательное отключение становится неудобным только в том случае, когда оно продолжает существовать. В конечном счете устройство 100 обнаружения дугового короткого замыкания совместно с буфером для принятия решения об отключении будет блокировать прерывание цепи из-за событий отключения, которые не являются опасными. Во-вторых, если буфер для принятия решения об отключении хранит конечное число элементов данных, опасное событие отключения, которое хранится в буфере, будет в конечном счете удалено из буфера при обнаружении и сохранении новых событий отключения. Таким образом, устройство 100 обнаружения дугового короткого замыкания будет прерывать цепь 10, если опасное событие будет обнаружено снова в будущем. Различные примерные реализации хранилища данных обсуждены более подробно ниже со ссылкой на фиг.3-5.
[0019] На фиг.2 показана блок-схема последовательности операций, показывающая примерный процесс 200 реализации адаптивного обнаружения дугового короткого замыкания в соответствии с вариантом осуществления. В целях объяснения процесс 200 обсужден со ссылкой на процессор 110 и другие компоненты устройства 100 обнаружения дугового короткого замыкания, показанного на фиг.1.
[0020] На этапе 202 процессор 110 начинает период сбора данных путем выборки данных, относящихся к параметрам электрических характеристик цепи, контролируемой посредством датчиков 102. Параметры могут включать в себя ток, напряжение, высокочастотную составляющую и скорость изменения тока. Выборка данных может проводиться посредством выборки с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) тока и напряжение защищаемой цепи. Ток и напряжение можно подвергать кондиционированию перед выборкой. Начало периода получения может быть основано на времени, таком как половина периода электрической линии (120 Гц), или основано на событии.
[0021] На этапе 204 процессор 110 начинает обрабатывать полученные данные. Обработка данных может начаться сразу после того, как данные станут доступными даже в том случае, когда еще не получены все данные. Обработка данных может включать в себя отслеживание минимальных/максимальных значений, накопление, подсчет числа раз превышений порогового значения и контроль за спектральным составом.
[0022] На этапе 206 процессор 110 заканчивает сбор данных после завершения периода сбора данных. Это означает тот момент, когда в последний раз были получены данные прежде, чем процессор 110 сделает определение относительно того, имело ли место событие отключения дугового короткого замыкания. На этапе 208 процессор 110 завершает обработку полученных данных.
[0023] На этапе 210 процессор 110 определяет, имело ли место событие отключения дугового короткого замыкания, на основании полученных данных, относящихся к параметрам электрических характеристик контролируемой цепи. Если процессор 110 определяет, что событие отключения дугового короткого замыкания не имело место, процессор 110 ожидает в течение следующего периода получения на этапе 228 и затем начинает новый период получения на этапе 202.
[0024] В иных случаях, если событие отключения дугового короткого замыкания имело место, процессор 110 сравнивает вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания с предыдущими событиями отключения дугового короткого замыкания, хранящимися в памяти на этапе 212. Два события отключения дугового короткого замыкания совпадают или рассматриваются как события отключения одного и того же типа, если они имеют один или более или выбранную комбинацию из измеренных или вычисленных параметров электрических характеристик, в общем, в пределах диапазона допустимых значений или стандартного отклонения или, другими словами, если они имеют общую сигнатуру. Таким образом, сигнатуру события отключения можно определить с помощью комбинации измеренных или вычисленных параметров электрических характеристик для контролируемой цепи и сохранить в качестве данных сигнатуры. На этапе 214 процессор 110 определяет, совпадает ли вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания с любыми предыдущими обнаруженными событиями отключений, хранящимися в памяти.
[0025] В том случае, если вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания не совпадает с любыми предыдущими обнаруженными событиями отключений, хранящимися в памяти, процессор 110 сохраняет данные о событии для вновь обнаруженного события отключения дугового короткого замыкания в памяти на этапе 216. В этом случае значение счетчика совпадений данных равно нулю, что отражается в хранящихся данных о событии. После этого, на этапе 218 процессор 110 разрешает прерывателю 120 цепи прерывать ток в цепи 10.
[0026] Если вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания совпадает с предыдущим обнаруженным типом события отключения, хранящимся в памяти, процессор 110 увеличивает значение счетчика совпадений данных для совпавшего предыдущего события отключения и обновляет эту информацию в памяти на этапе 220. Далее, на этапе 222 процессор 110 определяет, удовлетворено ли пороговое значение. Например, процессор 110 определяет, равно или больше число счетчика совпадений данных для события отключения дугового короткого замыкания, чем пороговое значение, такое как численный порог (например, число совпадений событий) или пороговое значение по частоте (например, число совпадений событий в зависимости от времени). Численный порог можно предварительно установить, например, на 3 или более совпадений данных одного и того же типа события отключения. Процессор 110 может также учитывать временной интервал между совпадающими событиями отключения, как часть анализа порогового значения.
[0027] Кроме того, пороговое значение может варьироваться согласно сложности алгоритма обнаружения дугового короткого замыкания, такой как сложность сигнатуры, используемой для обнаружения или определения события отключения. Сложная сигнатура определяется большим количеством параметров, что позволяет облегчить проведение различий между различными типами событий отключения. Таким образом, пороговое значение можно установить на меньшее значение, когда алгоритм обнаружения использует сложную сигнатуру, и на большее значение, когда алгоритм обнаружения использует меньшую сигнатуру. Размер буфера для принятия решения об отключении может также варьироваться непосредственно от требований к пороговому значению. Например, буфер для принятия решения об отключении может быть меньше, когда пороговое значение имеет меньшее значение или наоборот.
[0028] Если пороговое значение не удовлетворено на этапе 222, процессор 110 не рассматривает вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания в качестве нежелательного события отключения на данный момент и разрешает прерывателю 120 цепи прерывать ток в цепи 10 на этапе 224. В иных случаях, если пороговое значение удовлетворено на этапе 222, процессор 110 идентифицирует вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания в качестве нежелательного события отключения. Затем процессор 110 запрещает отключение прерывателя 120 цепи и, таким образом, запрещает прерывание тока в цепи 10 на этапе 226. После этого процессор 110 продолжает ожидать следующего периода получения на этапе 228.
[0029] Хотя вышеупомянутый процесс 200 обновляет память, чтобы отразить число раз каждого типа события отключения дугового короткого замыкания, которое имело место, фильтрацию нежелательных событий отключения можно реализовать без сохранения этой информации для каждого типа события отключения. Например, как было обсуждено ниже по отношению к фиг.3, вновь обнаруженное событие отключения дугового короткого замыкания можно сравнить с отдельными событиями отключения, хранящимися в памяти, для установления числа раз типа события отключения, которое имело место.
[0030] На фиг.3 показана примерная реализация хранилища 300 данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в качестве элементов одиночных событий в соответствии с вариантом осуществления. Как показано в этом примере, элементы данных, хранящиеся в памяти, представляют собой элементы 302 одиночных событий обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания. Каждый элемент 302 события соответствует человеку, который обнаружил событие отключения дугового короткого замыкания (например, K7, W15, C3, Z1 и C27), и включает в себя данные сигнатуры события и может также включать в себя другую информацию, такую как идентификатор события и временная метка события. Элементы 302 событий хранятся по принципу "первым пришел - первым вышел" (FIFO) и идентифицируют порядок, в котором происходили события. Элементы событий отключения также имеют известную продолжительность хранения в памяти, которая зависит от ограничений, накладываемых на объем памяти (например, предварительно определенный размер буфера или предварительно определенное ограничение, накладываемое на элементы данных, которые подлежат хранению). Во время работы, при обнаружении нового события отключения дугового короткого замыкания, данные события отключения сохраняются в памяти в виде элемента одиночного события. Если память заполнена, самый старый сохраненный элемент события в памяти удаляется, чтобы обеспечить хранение вновь обнаруженного события отключения.
[0031] На фиг.4 показана примерная реализация хранилища 400 данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в качестве элементов совпавших событий в соответствии с дополнительным вариантом осуществления. Как показано в этом примере, элементы данных, хранящиеся в памяти, являются элементами 402 совпавших событий обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания (например, K7, W15, C3, Z1 и C27). Каждый элемент 402 совпавшего события включает в себя данные 404 о событии, такие как данные сигнатуры, временную метку и идентификатор, и данные 406 о совпадениях для хранения совпавшей переменной, идентифицирующей число раз типа события, которое имело место. Реализация хранилища данных, показанная на фиг.4, позволяет хранить совпавшую переменную, которая обеспечивает агрегацию данных для одного и того же типа события. Таким образом, можно использовать меньший объем памяти, и число совпадений, необходимых для разрешения или запрещения отключения, не зависит от размера памяти.
[0032] На фиг.5 показана примерная гибридная реализация хранилища 500 данных для хранения обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания в соответствии с другим вариантом осуществления. Как показано в этом примере, элементы данных, хранящиеся в памяти, являются гибридными элементами 502 совпавших событий для обнаруженных событий отключения дугового короткого замыкания (например, K7, W15, C3 и Z1). Аналогично реализации, показанной на фиг.4, элемент 502 совпавшего события включает в себя данные 504 о событии, такие как данные сигнатуры, временную метку и идентификатор события, и данные 506 о совпадениях для хранения совпавшей переменной, идентифицирующей число раз типа события, которое имело место. Однако в реализации, показанной на фиг.5, если совпадение обнаружено, то получает приращение только совпавшая переменная нового события отключения. Например, если событие K7 обнаружено снова в четвертый раз, новый элемент события для каждого события K7 сохраняется с совпавшей переменной=3 и более старый элемент события удаляется из памяти. Кроме того, если вновь обнаруженное событие отключения не совпадает с любыми событиям в памяти, элемент события для нового события сохраняется с совпавшей переменной=0.
[0033] Реализация запоминающего устройства, показанного на фиг.5, совместно использует такие же преимущества, как и ранее обсужденная реализация, показанная на фиг.4, а также позволяет узнать порядок событий.
[0034] Хотя проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления и применения настоящего раскрытия, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено точной конструкцией и композициями, раскрытыми в данном документе, и что различные модификации, изменения и вариации могут быть очевидны из вышеизложенного описания без отклонения от сущности и объема изобретения так, как это определено в прилагаемой формуле изобретения.