CN101573847A - 用于进行电弧故障检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

根据一个方面，本公开内容针对一种用于检测电力线上的电弧故障的方法。所述方法可以包括：监控与电力线相关联的电力信号；以及对所述电力信号进行滤波，以便产生高频信号和低频信号。可以基于所述低频信号生成屏蔽信号，并且可以分析所述高频信号以便提取出该高频信号的宽带部分。如果所述宽带部分的量值近似大于第一阈值电平，则可以递增故障计数器。如果所述宽带部分的量值近似小于该第一阈值电平，则可以递减故障计数器。如果所述故障计数器超出预定故障极限，则向与所述电力线相关联的开关设备提供脱扣信号。

Description

用于进行电弧故障检测的系统和方法

本申请要求于2006年10月31日提交的美国临时专利申请No.60/855,424的提交日期的优先权及权益，该申请被全文合并在此以作参考。

技术领域

本公开内容总体上涉及电路中的故障检测，更具体来说涉及用于检测并且减轻电气系统中的电弧故障的系统和方法。

背景技术

电弧可能会产生远高于大多数常见的易燃材料的点燃水平的温度，并且因此引起重大的火灾。举例来说，家中的用旧的电源线可能会形成足以起火的电弧。所幸的是低压燃弧(arcing)是一种固有地不稳定的现象，并且其持续时间通常不会长到足以起火。在反映于所产生的电干扰的特定特性中的某些条件下，电弧持续并且起火的可能性要高得多。

有可能在家中发生的两种类型的危险的燃弧是由高电流故障所造成的瞬时高能量电弧和持久的低电流“接触”燃弧。由线路与中性线或者线路与接地之间的不经意的直接连接所导致的高电流故障通常将吸取高达或者超出电路的额定容量的电流，在物理地进行接触及断开接触时爆发性地形成电弧，调暗灯和其他负载从而表明正牵引过多负载，并且/或者(假设所述电路由电路断路器适当保护的话)使断路器脱扣从而中断到电弧的电流。由于这种“线路故障”是短期的，因此馈电导体中的温度升高受到限制，并且火灾危险主要是由可能点燃附近的易燃材料的来自接触区域的微小的炽热铜珠的爆发性排出而导致的。但是即使起火，故障的高度可见性以及附近可能有人存在(其提供把所述导体聚集到一起的物理动力)也大大减少不受控制的火灾的可能性。

另一方面，接触燃弧是发生在与负载的串联连接处的燃弧。这样，电弧中的最大电流被限制于负载电流，因此可以基本上低于相关联的电路断路器的过电流或“脱扣”额定值。接触燃弧是一种复杂的物理现象，其可能由松弛连接、氧化的接触、干扰传导路径的外来的不导电材料、接触材料的差异、接触形状以及其他因素所引发。在某些条件下，这种燃弧可能会变成持久性的并且造成重大的火灾。

可能导致接触燃弧的条件的一个例子是经常使用的壁装电源插座，其中由接触提供的弹簧压力由于老化及使用而被降低，从而使得被施加到插入的插头接触的压力不足以确保低电阻连接。

接触燃弧还通常由于使用载流容量不足的延长绳线而导致。举例来说，插头可能由于电阻加热而被加热，从而逐渐分解在接触周围的弹性绝缘材料，直到所述材料部分地流到所述接触区域中，从而妨碍进行适当的接触。这一过程可随着初始的燃弧产生更多热量而变得再生，从而使绝缘碳化并且在接触表面上产生薄绝缘层。

常常在铝配线中观察到的第三种接触燃弧原因涉及到接触的氧化。在这种情况下，化学过程(主要是氧化)在所述接触的表面上建立半导电或非导电层。优选地，当接触材料易于发生氧化时，使连接气密以防止氧气进入并促进氧化。但是如果所述连接随着时间而变得松弛，则氧化开始并且可能导致燃弧。

当快速接通或关断的弹簧变得磨损从而增加闭合时间并且减小把所述接触保持在一起的力时接触燃弧也是常见的。

发现容易在位宅中发生的接触燃弧的第五个例子是在传统的灯泡的中心接触处。由于所述中心接触经受高温并且被反复使用，因此其经常变松及氧化，从而增大燃弧的可能性。当燃弧发生时，通常由低熔点焊料制成的灯接触熔化并变形，从而断开接触或者建立新的接触。在非常老旧的灯架中常见的一种结果是在所述中心接触处或者在铝线周围的燃弧导致灯变成被焊接到灯座中，因此非常难以移除。

最后，跨线路的高电阻故障在本上下文中也被视为接触燃弧。然而，展现出足以防止电路断路器脱扣的电阻的不经意的“短路”可能在接触点处产生燃弧，并且被视为接触电弧。特别是如果存在湿气，则发生轻微的或间歇性的接触的磨损导体或者不经意地刺穿导线绝缘的钉子可能通过污染和氧化物层而产生电阻性短路。

大多数接触燃弧事例(instance)是由载流接触的逐渐恶化而导致的。危险的电弧可能作为小的偶然的燃弧开始，随着时间逐渐增大，直到所述燃弧变得持久到足以起火。此外，与由线路故障(比如“硬”短路或“栓接”短路)产生的燃弧的可见特性形成鲜明对照，起初的接触燃弧常常隐藏不见，从而很少提供或者不提供关于迫近的危险的指示。为此，如果可以在早期检测到接触燃弧状况并且在由于故障而导致的危险达到危险水平之前提供警告则将是非常有利的。

因此应当认识到，在“硬短路”与接触燃弧之间有根本的差异。“硬短路”通常将涉及到高电流(＞50A)并且在故障点接触处将是爆发性的，因此故障或者将自身燃尽或者将使电路断路器脱扣。传统的电路保护设备通常足以防止线路故障燃弧。相比之下，在接触燃弧中所吸取的平均电流不高于由负载本身所吸取的电流。但是，即使是低电流接触燃弧，例如在有故障的延长绳线的末端的60瓦灯泡或者具有有故障的接触的一组圣诞树灯也可能会释放足以造成火灾的热量。因此，传统的电路断路器不足以防止由于接触燃弧而导致的危险状况。

还需要一种除了检测可能导致火灾的燃弧之外还在存在危险的燃弧时从负载去除功率的电路断路器。这种设备可以以与传统电路断路器相同的样式便利地被包装，或者可以类似于当前可用的接地故障中断器被安装在插座中。由于负载电流流经所述电路断路器，因此在这种应用中监控负载电流是方便的。

还需要一种不受普遍存在于家用电源线上的噪声的影响的电弧检测器，所述噪声例如是由于灯调光器、换向器电动机、载流通信系统、开关瞬态、广播无线电信号以及可能具有与电弧故障类似的电特性的其他类型的噪声信号而导致的。如果未被适当地识别并拒绝，可能容易与电弧故障信号混淆的这些类型的信号可能导致特定电弧故障电路检测器的“有害(nuisance)”脱扣。因此，在尝试减轻有害脱扣的负面影响并且对电弧故障信号做出精确响应时，可能需要用于识别电力系统中的电弧故障的系统和方法。

当前的AFCI/GFCI断路器只能通过使用视觉指示器(即标志)在故障事件已发生之后显示最后的脱扣状况。该指示被保留到所述设备被重置并且返回接通为止。但是在所述指示被清除之后，直到检测到另一次发生为止并没有事件的记录。

可能有利的是把电弧故障检测能力和接地故障检测能力合并到单个集成模块中，由此降低与在单个支路上安装、维护和维修多个电路中断设备相关联的消费者成本。此外，通过把电弧故障检测功能和接地故障检测功能组合在单个模块内，还可以在接地故障检测过程中实施许多与电弧故障检测相关联的处理功能(比如电子故障监控、自测功能以及故障事件数据记录)，以便增强现有的接地故障检测能力。

发明内容

与所公开的实施例一致的过程和方法针对一种能够快速有效地区分电弧故障与宽带信号源的电弧故障电路中断器(AFCI)设备。替代地和/或附加地，所公开的实施例可以针对一种组合AFCI/GFCI设备，其可以在单个集成模块中提供电气系统的电弧故障和接地故障的故障检测、减轻和报告。此外，某些所公开的实施例针对一种与所述AFCI和/或AFCI/GFCI组合设备相关联的自监控系统和方法，其使得该设备能够基于预定操作标准对其自身进行分析。所述自监控系统可以适于提供报告自监控分析的结果的健康状况指示。

根据一个方面，本公开内容针对一种用于检测电力线上的电弧故障的方法。所述方法可以包括：监控与电力线相关联的电力信号；以及对所述电力信号进行滤波，以便产生高频信号和低频信号。可以基于所述低频信号生成屏蔽(mask)信号，并且可以分析所述高频信号以便提取出该高频信号的宽带部分。如果所述宽带部分的量值近似大于第一阈值电平，则可以递增故障计数器。如果所述宽带部分的量值近似小于该第一阈值电平，则可以递减故障计数器。如果所述故障计数器超出预定故障极限，则向与所述电力线相关联的开关设备提供脱扣(trip)信号。

根据另一方面，本公开内容针对一种用于识别及拒绝与配电电路相关联的非电弧故障信号的方法。所述方法可以包括：监控与电力线相关联的电力信号；以及对所述电力信号进行滤波，以便产生高频信号和低频信号。可以基于生成屏蔽信号的所述低频信号生成屏蔽信号，并且可以分析所述高频信号以便提取出该高频信号的宽带部分。可以对所述高频信号的宽带部分穿越某一阈值电平的事例数目进行计数。如果所述宽带部分穿越所述阈值电平的事例数目超出阈值穿越极限，则可以拒绝所述高频信号的宽带部分。

根据另一方面，本公开内容针对一种与电弧故障检测设备相关联的自测方法。所述方法可以包括执行处理器检查，其中对与处理器相关联的一个或多个软件和/或硬件组件进行分析，以便确定所述处理器是否正操作在预定义的规范内。可以向与所述微处理器相关联的健康监控器提供状况确认信号。如果所述健康监控器没有在适当的间隔内接收到所述确认信号，则可以重置所述处理器。如果所述处理器在重置之后未能做出响应，则可以生成脱扣信号。

根据另一方面，本公开内容针对一种与所述电弧故障检测设备相关联的自测方法。一旦已经启动自测过程，则可以生成RF(射频)、AC(交流)、接地故障以及差分故障测试信号，并且将其递送到电弧故障检测电路的健康监控部分。可以基于与每一个组件相关联的预定义的操作规范来收集及分析表示与所述电弧故障检测电路的一个或多个组件相关联的输出的数据。基于所述分析，如果一个或多个所述组件未能满足所述预定义的操作规范，则可以生成脱扣信号并且可以提供测试失败指示器。

根据另一方面，本公开内容针对电弧故障检测系统，其包括用于提供指示所述电弧故障检测设备的状态的信号的状态通知系统。所述系统可以包括壳体以及用于检测与配电系统相关联的电弧故障的模块。所述模块基本上可以被布置在所述壳体内，并且可以提供与该模块的状态相关联的光学输出信号。所述系统还可以包括一个或多个通信耦合到所述模块的光波导元件，其适于接收所述光学输出信号并且把所述光学输出信号路由到所述壳体的表面。所述一个或多个光波导元件可以基本上由非导电材料制成。

根据另一方面，本公开内容针对一种串联故障检测系统，其包括适于耦合到电力电路的ASIC模块以及通信耦合到所述ASIC模块的处理器。所述ASIC模块可以被配置成接收电信号的高频部分的宽带部分，并且使所述宽带部分与屏蔽信号同步。所述屏蔽信号可以对应于所述电信号的低频部分的基频。ASIC模块还可以被配置成执行以下操作：如果所述宽带部分的量值在所述屏蔽信号的非零部分内大于或等于第一阈值电平，则生成第一阈值穿越信号；并且如果所述宽带部分的量值在所述屏蔽信号的所述非零部分内小于所述第一阈值电平，则生成第二阈值穿越信号。所述处理器可以被配置成接收来自所述ASIC模块的第一和第二阈值穿越信号。所述处理器可以响应于所述第一阈值穿越信号按照第一计数速率递增故障计数值，并且响应于所述第二阈值穿越信号按照第一计数速率递减所述故障计数值。如果所述故障计数值超出阈值，则所述处理器可以生成脱扣信号。

根据另一方面，本公开内容针对一种组合电弧故障/接地故障检测系统，其包括壳体以及各自被布置在所述壳体内的模拟处理模块、通信耦合到所述模拟处理模块的处理器、并联电弧故障检测模块和差分故障检测模块。此外，所述模拟处理模块、并联电弧故障检测模块以及差分故障检测模块中的每一个可以适于直接或(通过一个或多个其他组件)间接耦合到电力电路。所述模拟处理模块可以被配置成接收电信号的高频部分的宽带部分并且使所述宽带部分与屏蔽信号同步；所述屏蔽信号对应于该电信号的低频部分的基频。所述模拟处理模块还可以被配置成执行以下操作：如果所述宽带部分的量值在所述屏蔽信号的非零部分内大于或等于第一阈值电平，则生成第一阈值穿越信号；如果所述宽带部分的量值在所述屏蔽信号的所述非零部分内小于所述第一阈值电平，则生成第二阈值穿越信号。所述处理器可以被配置成接收来自所述模拟处理模块的第一和第二阈值穿越信号。所述处理器还可以被配置成响应于所述第一阈值穿越信号按照第一计数速率递增故障计数值，并且响应于所述第二阈值穿越信号按照第一计数速率递减所述故障计数值。如果所述故障计数值超出阈值，则所述处理器可以生成串联电弧故障脱扣信号。所述并联电弧故障检测模块可以被配置成执行以下操作：监控与所述电信号的低频部分相关联的电流电平；以及如果所述电信号的低频部分的电流电平的量值超出阈值电流电平，则生成并联电弧故障脱扣信号。类似地，所述差分故障检测模块可以被配置成执行以下操作：监控与火线和中性线相关联的电信号的低频部分之间的差分电流电平；以及如果所述差分电流电平的量值超出阈值差分电流电平，则生成差分故障脱扣信号。

根据另一方面，本公开内容针对被配置成检测并中断电弧故障状况以便潜在地减轻这些状况的某些影响(比如火灾或财产损失)的方法和过程。这些方法适于不仅在多种正常操作情况下检测这些状况，而且还有效地避免可能会限制现有的电弧确定方法的缺点，比如把非燃弧状况错误地识别为燃弧状况(例如

之类的电力线通信方案或者其他宽带电力线(BPL)通信系统)、把燃弧状况错误地识别为非燃弧状况(例如可能在某些时候把线路中的特性改变到足以影响所述电弧检测系统的性能的程度的“掩蔽”负载)以及由于特定负载而导致的宽带噪声的突然增加(例如调光器开关的“冷”启动、由于特定装置中的电刷的换向而引起的燃弧等等)。

本发明的附加目的和优点将在下面的描述中部分地被阐述，并且部分地从说明书中将是显而易见的，或者可以通过实践本发明而获知。借助特别在所附权利要求中指出的元件和组合将实现和获得本发明的目的和优点。

应当理解的是，前面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，而不是为了限制所要求保护的本发明。

被合并并且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的几个实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。

附图说明

图1提供描绘与所公开的实施例一致的所公开的示例性电路中断器设备的图示；

图2提供与所公开的实施例一致的所公开的示例性组合电弧故障电路中断器/接地故障电路中断器设备的示意性表示；

图2A提供与所公开的实施例一致的故障电路中断器设备中所用的所公开的示例性接地故障检测电路的示意性表示；

图3提供描绘与所公开的实施例一致的所公开的示例性串联电弧故障检测方法的流程图，该串联电弧故障检测方法可以由图2的设备实施；

图4提供描绘与所公开的实施例一致的所公开的示例性串联电弧故障检测方法的流程图，该串联电弧故障检测方法利用斜率分析；

图5A示出可以与电力电路相关联的正常AC电流信号；

图5B示出包括电弧故障或者类似于电弧故障的活动的示例性AC电流信号；

图5C示出可以被用来分析存在于电力电路上的串联电弧故障活动的存在的过零屏蔽信号；

图6A示出根据所公开的实施例生成的与示例性串联电弧故障状况相关联的示例性RSSI信号；

图6B示出已经被校正来补偿在过零区域内检测到的活动的图6A的RSSI信号；

图6C示出基于对图6B的经过校正的RSSI信号的分析的故障计数值的示例性状态；

图7A示出根据所公开的实施例生成的与示例性有害信号相关联的示例性RSSI信号；

图7B示出已经被校正来补偿在所述过零区域内检测到的活动的图7A的RSSI信号；

图7C示出基于对图7B的经过校正的RSSI信号的分析的故障计数值的示例性状态；

图8A示出根据所公开的实施例生成的与示例性有害信号相关联的另一个示例性RSSI信号；

图8B示出已经被校正来补偿在所述过零区域内检测到的活动的图8A的RSSI信号；

图8C示出根据所公开的实施例生成的图8B的RSSI信号的一阶导数；

图8D示出基于对所述RSSI信号的分析的故障计数值的示例性状态，其中与所公开的实施例一致地考虑到导数斜率分析技术来进行所述分析；

图9提供描绘与用于测试图1的设备的过程相关联的一种示例性方法的流程图；以及

图10提供描绘与用于测试图1的设备的过程相关联的另一种示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照本公开内容的示例性实施例，其例子在附图中被示出。在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或类似的部件。

图1提供示例性电弧故障电路中断设备(AFCI)设备100的图示。该设备可以适于用在任何住宅和/或商用电力系统环境中，并且可以被配置成检测电弧故障，包括可能存在于与所述电力系统相关联的电力电路上的线路故障(即线路之间的并联类型的燃弧)和接触故障(即由于导体中的电气间断而导致的同一线路上的串联类型的燃弧)。设备100还可以被配置成检测发生在配电电路上或者以其他方式与配电电路相关联的接地故障。设想：设备100可以包括一个或多个电路和子系统，用于实施检测串联和并联电弧故障、接地故障以及/或者火线与中性线之间的差分故障的过程。

如图1中所示，设备100可以包括：壳体101，其用于包括故障检测电路和子系统；致动器102，其用于使电路中断设备脱扣和/或重置；按钮103，其用于手动地启动自测过程；以及显示器104，其用于输出与设备100相关联的状态、健康和/或故障信息。设想：设备100可以包括附加的、不同的以及/或者比上面所列出的那些元件更少的元件。举例来说，设备100可以包括接口(未示出)，其适于把电子设备(例如用于下载故障信息的诊断工具)通信耦合到设备100的故障检测电路和子系统。该接口可以包括适于把信息从一个电子系统传送到另一个电子系统的任何类型的电子接口，比如串行总线、并行总线、USB或者火线(Firewire)接口、或者任何其他类型的适当的通信接口。该接口可以便于向设备100上传信息(例如故障事件数据、自测数据、软件和/或固件升级、软件例程等等)以及从设备100下载该信息。

显示器104可以包括一个或多个适于提供与设备100相关联的状态和/或操作信息的可视、音频或者视听设备。根据一个实施例，显示器104可以包括耦合到与设备100的一个或多个电路和子系统相关联的LED的一个或多个光波导105。

光波导105可以包括电介质材料并且可以适于把由壳体100内的一个或多个器件生成的LED信号路由到壳体100的表面以供向外部用户显示。通过利用电介质光波导(而不是把所述LED直接带到设备壳体的表面)，可以使和设备100相关联的电气子系统和电路与用户电隔离，由此限制在设备100的内部电子装置与用户之间的电荷转移。如图1中所示，光波导可以以适于把由内部LED生成的光路由到壳体100的表面的任何数目的形状和尺寸来配置。还设想可以使用附加的或者更少的LED和/或波导设备。因此，图1中示出的显示设备的数目仅仅是示例性的，而不意图进行限制。

还设想，显示器104可以实施不同于图1中示出的那些显示技术的显示技术。举例来说，显示器104可以实施适于生成用于显示与设备100相关联的信息的多种不同的编码标记的数字、字母数字和/或符号LED显示器。

与显示器104相关联的LED可以适于显示由设备100生成的任何类型的信息。举例来说，LED可以在一个或多个自测过程和微处理器测试的每一次迭代完成时显示周期性心跳信号。通过以这种方式提供状态信号，LED可以显示关于所述设备正根据预定规范起作用的“实时”指示。此外，LED可以被配置成在登记了故障之后设备重置时(在电力恢复之后)显示最后已知故障状况，由此为用户提供对应于以下内容的预定代码：所检测到的故障的类型(串联电弧故障、并联电弧故障等等)、所述故障是否由失败的测试过程导致，或者与设备100的状态相关的任何其他类型的信息。

设备100可以被电耦合到配电电路并且被配置成监控与所述电路相关联的电力信号。这里所使用的术语“电力信号”指代可以存在于电路中的任何类型的信号。电力信号可以包括低频和高频信号。低频信号的非限制性实例包括从源(例如住宅馈电)向负载递送电力的AC电流信号、DC(直流)电力信号或者其他类型的低频信号。高频信号的非限制性实例包括住宅警报系统信号、卫星或广播(UHF、VHF、AM、FM等等)媒体信号、通信信号、装置噪声、RF、微波以及毫米波信号。一般来说，出于本公开内容的目的，高频信号指代具有至少一个高于1MHz的频率分量的任何窄带或宽带信号。

图2提供示出与设备100相关联的示例性电路和子系统配置的示意图。正如所解释的那样，设备100可以包括一个或多个电路和子系统，用于监控电信号、识别与所述电信号相关联的故障状况、致动电路中断设备以减轻所述故障状况的影响以及执行一个或多个自监控功能以确保设备100的适当操作。根据一个示例性实施例，设备100可以包括耦合到微处理器150的一个或多个专用集成电路(ASIC)110。设想附加的、更少的和/或不同的组件可以与设备100相关联。举例来说，虽然可以关于组合ASIC/微处理器系统描述示例性实施例，但是本领域技术人员将认识到，某些过程和方法可以完全在基于微处理器的系统内执行，从而消除对ASIC电路的需要。但是应当注意到，不同的配置可能不具有通过ASIC/微处理器组合系统所实现的成本益处。此外，通过包括多个处理设备(例如ASIC和微处理器)，所述系统可以支持冗余安全特征，这在电路中断设备中可能是特别有利的。此外，多个处理元件可以提供(多个)测试特征，其中一个或多个处理元件可以适于测试一个或多个其他处理元件，从而提供在仅仅采用单个处理设备的检测方案中可能无法获得的测试冗余层。

ASIC 110可以包括用于执行与设备100相关联的异步(时间无关)操作的一个或多个设备。举例来说，ASIC 110可以包括用于准备或调节信号以用于由微处理器150进行同步(时间相关)分析的设备。ASIC 110此外可以包括RF前端系统120、AC电流调节系统130、模拟处理逻辑131、并联电弧故障检测系统132、接地故障检测系统134、差分故障检测系统136以及用于监控微处理器150的健康和/或状态的系统138。ASIC 110还可以包括适于测试设备100的一个或多个部分的一个或多个电路或系统，例如包括RF噪声发生器140、AC测试信号振荡器142、接地故障振荡器144以及用于收集并处理测试信号的逻辑系统146。ASIC110可以通信耦合到RF耦合器107和AC电流传感器109，其中的每一个可以适于监控并提取从一个或多个电力电路收集的电力信号的特定部分。ASIC 110还可以通信耦合到微处理器150并且适于与微处理器150传送数据，以便于执行根据这里描述的方法的与故障检测相关联的过程和功能。

RF耦合器107可以包括用于收集与电力电路相关联的高频数据的一个或多个器件。RF耦合器107可以包括高频耦合变压器，其被用来收集来自AC电力线的高频信号。替代地，RF耦合器107可以包括RF传感器或变压器，其收集并且分配从信号源收集的RF信号。根据一个示例性实施例，RF耦合器107可以包括E芯或环形(toroidal)形状的铁氧体RF传感器。设想RF耦合器107可以包括DC阻塞电容器或高通滤波器器件，其允许高频信号通过，同时拒绝低频信号。此外设想，虽然某些示例性实施例把信号描述为“RF”，但是这一术语可以包括其他类型的高频(＞1MHz)信号，比如UHF、VHF、AM、FM、微波、毫米波或者任何其他类型的高频信号。

AC电流传感器109可以包括适于监控被提供到与配电电路相关联的负载的AC电流的一个或多个器件。AC电流传感器109可以包括一个或多个监控器件，其被配置成生成与被递送到电力电路的一个或多个支路的负载电流成比例的代表信号。AC电流传感器109可以包括耦合到电力线的变压器。替代地或附加地，AC电流传感器109可以包括与负载串联的具有已知阻抗的金属带，其提供表示行经该线路的电流的输出信号。可选地，AC电流传感器109可以包括温度传感器或其他温度补偿器件(未示出)，其适于根据所监控的负载线路的温度来调节所述输出信号。

RF前端系统102可以包括适于区分窄带RF信号与宽带RF信号的任何类型的接收器。RF前端系统102例如可以包括外差或超外差接收器，其适于接收RF信号并且识别所述RF信号在特定感兴趣频率处的频谱分量。这可以通过把所接收到的RF信号与预定频率(LO频率)进行混频以识别出包括基本上处在中频(即差频)处的分量的一个或多个信号来实现。为了识别出可能具有不同RF频率处的频谱内容的信号，可以扫描所述LO频率，由此再现所述RF信号在固定中频处的频谱内容。

RF前端系统102可以消除、过滤和/或拒绝所述RF信号的处于中频之外的任何部分。作为结果，基本上不是宽带的信号可能会被RF前端系统102取消资格。RF前端系统102可以被配置成输出接收信号强度指示(RSSI)信号，该信号表示剩余的宽带信号内容(即在中频处剩余的宽带信号)的功率。在1998年3月17日授予Blades的美国专利No.5,729,145中描述了一种示例性RF前端系统，该专利被全文合并在此以作参考。

AC电流调节系统130可以包括适于生成表示与配电系统的支路相关联的负载电流的信号的一个或多个设备。例如，AC电流调节系统130可以包括传感器或变压器，其适于生成与低频负载电流成比例的代表信号。还设想：作为与设备100相关联的自测过程的一部分，AC电流调节系统130可以适于接收表示仿真负载电流的一个或多个测试信号。

模拟处理逻辑131可以包括被配置成分析由RF前端系统120和AC电流信号调节系统130提供的信号的一个或多个逻辑器件。基于所述信号分析，模拟处理逻辑131可以生成适于由微处理器150进行串联电弧故障分析的数字信号。

根据一个实施例，模拟处理逻辑131可以适于监控由RF前端系统120输出的RSSI信号，并且基于所述RSSI信号建立上阈值和下阈值，以供在针对串联电弧故障检测分析所述RSSI信号期间使用。模拟处理逻辑131可以被配置成相对于所述上和下阈值中的每一个识别所述RSSI信号的量值。举例来说，模拟处理逻辑131随后可以确定所述RSSI信号的量值何时低于上和下阈值电平但是高于最小动态范围电平。类似地，模拟处理逻辑可以被配置成确定所述RSSI信号的量值何时高于下阈值电平但是小于上阈值。此外，模拟处理逻辑131可以确定所述RSSI信号的量值何时高于所述上阈值。最后，模拟处理逻辑131可以确定所述RSSI信号的量值何时小于最小动态范围电平，这表明所述RSSI电平过低以致无法在模拟处理逻辑131的一个或多个组件的灵敏度范围内被可靠地检测出来。模拟处理逻辑131可以生成对于上面描述的每一种RSSI信号状况而言是唯一的数字信号，并且把所述数字信号提供给微处理器150。

此外，模拟处理逻辑131还可以被配置成计算所述RSSI信号的一阶导数并且分析所述RSSI信号的一阶导数，以便确定所述信号的量值是否表现出与串联电弧故障相关联的时间变化率特性。根据一个实施例，模拟处理逻辑131可以通过利用最小二乘拟合近似估计所述RSSI的斜率来估计所述RSSI信号的一阶导数。模拟处理逻辑131随后可以确定对于所分析的特定半周期而言与所述RSSI信号的导数相关联的斜率是否满足表示串联电弧故障条件的斜率参考和/或斜率阈值电平。如果一个或多个上述条件得到满足，则模拟处理逻辑131可以向微处理器150提供信号以供进一步的故障分析。

模拟处理逻辑131还可以适于监控所述AC负载电流并且提供用于跟踪与所述负载电流相关联的过零的信号。举例来说，模拟处理逻辑131可以基于所述AC负载电流生成过零屏蔽信号。模拟处理逻辑131可以分析代表来自线路的AC负载电流的信号，以便生成描绘“内部过零(inside zero-crossing)”和“外部过零(outside zero-crossing)”区域的方波屏蔽信号。在正弦AC信号从正幅度到负幅度的过渡期间，所述屏蔽信号被分配低逻辑状态(例如逻辑“0”)。类似地，当所述AC负载电流在这一区域之外时，所述屏蔽信号被分配高逻辑状态(例如逻辑“1”)。过零区域可以被定义为在AC负载电流值为零的时间周围的有时间限制的区域(或以该时间为参考)。

由于并联燃弧通常可以由负载电流中断以及之后的线路电流的突然急剧增大来表征，因此并联电弧故障检测系统132可以适于识别配电电路上的这些特性。此外，由于这些类型的故障常常是由于邻近导体之间的随机电燃弧导致的(与直接线路接触相反)，因此其持续时间可足够短，以便阻止传统的电路断路器技术对其的识别。因此就需要快速识别并减轻这些类型的电弧以便防止持久的燃弧。

因此，并联电弧故障检测系统132可以被配置成检测与线路-中性线(line-neutral)或者线路-接地(line-ground)故障相关联的电弧，其持续时间通常足够短，以便不使传统的电路断路器脱扣。并联电弧故障检测系统可以适于检测电流幅度的快速增大，并且在检测所述状况的几个半周期内脱扣。并联电弧故障检测系统132尤其可以包括AC电流调节电路(未示出)、温度传感器或温度补偿器件(未示出)、阈值电平控制电路(未示出)、电弧故障鉴别电路(未示出)、大信号事件检测器(未示出)以及差分故障水平鉴别电路(未示出)。

AC电流调节电路可以包括放大器和全波整流电路，该全波整流电路被配置成准备所述AC电流以供由所述并联电弧故障检测系统132进行半波分析。

所述温度传感器(或温度补偿器件)和阈值电平控制电路可以协作来基于所述线路的温度调节一个或多个阈值电平。本领域技术人员将认识到，由于电阻率随着导体的温度的增高而增大，因此由所述电流传感器检测到的电流可能低于流经所述导体的实际电流(这是由于所述传感器向“标称”条件的校准)。因此，所述阈值电平控制电路可以自动调节并联阈值脱扣电平，以便补偿由所述温度传感器确定的线路温度。

电弧故障鉴别电路、大信号事件检测器以及差分故障水平鉴别电路可以协作来提供自适应系统，该自适应系统监控线路电流并且确定该电流是否在预定时间量内超出脱扣阈值(这可以基于电流电平来建立)。如果所述电流在预定时间段内超出脱扣阈值电平，则可以生成脱扣信号并且将其发送到微处理器150，从而影响所述电路中的中断。如果所述电路中断器随后被重置，则将把故障状况类型显示在LED器件上而不影响所述设备的正常操作。

替代地，如果所述电流超出脱扣阈值、但是没有在启动脱扣事件所需的持续时间内保持该电流电平，则可以记录所述事件。如果所述事件持续，则可以调节一个或多个阈值电平以便降低提示所述电路中的中断所需的阈值。可以提供状态指示来向用户通知在所述电路上可能存在潜在地棘手的状况，尽管可能还不满足故障条件。

接地故障检测系统134可以包括接地的中性发送器传感器和接地故障接收器传感器。这些传感器可以是环型电流感测器件，其监控线路和中性导体。接地的中性故障条件形成穿过接地的中性环(toroid)的磁路。这允许所述接地的中性环在所述线路和中性导体上感生振荡波。但是由于接地的中性故障路径，所感生的电流只能在所述中性线中流动。线路与中性线之间的这一电流不平衡被差分接地故障环感测到。响应于该电流不平衡，可以把接地故障脱扣信号提供给断路器脱扣电路(例如SCR驱动器)。在图2A中示出了所述接地故障检测系统的一个示例性实施例。

差分故障检测系统136可以适于监控主线路与中性线之间的净电流，并且把该净电流与AC负载电流信号进行比较。如果所述比较表明净线路-中性线电流(net line-to-neutral)之差与负载电流的不一致为预定的可接受量(这可表明所述配电系统中的电流泄漏)，则可以检测出差分故障并且可以生成脱扣信号。

本领域技术人员将认识到，所述接地故障检测系统和差分故障检测系统可以被组合在单个单元中。替代地，在用户不需要或不期望接地故障保护的特定情况下，可以(例如通过未示出的选择器开关)断开或禁用接地故障保护系统134。

健康监控系统138可以包含适于周期性地接收来自微处理器150的状态指示并且在所述状态指示与预定状态不一致的情况下生成响应的任何设备。所述状态指示例如可以包括由所述微处理器以预定间隔提供的心跳信号。每一个心跳信号可以表明与微处理器150相关联的系统已经“报到”并且完全可操作。如果所述状态指示被延迟或者没有被系统138根据预定时间表接收到，则系统138可以重置微处理器150。如果该问题持续，则系统138可以生成脱扣信号并且记录表明存在潜在的微处理器错误的故障代码。

微处理器150可以包括一个或多个设备，所述设备适于接收与由ASIC 110执行的高频和低频分析相关联的经过处理的数据信号并且分析所述数据，以便识别出一个或多个串联电弧故障状况的存在。如图2中所示，微处理器150可以包括串联电弧故障检测系统151、过零(ZC)屏蔽去除抖动电路152、ASIC测试监控器电路153以及LED逻辑电路154。

串联电弧故障检测系统151可以适于接收来自ASIC 110的多个数字信号并且分析这些信号，以便确定在所述线路中串联电弧故障的存在。根据一个示例性实施例，串联电弧故障检测系统151可以把所接收到的信号与屏蔽信号进行比较，其中该屏蔽信号表示对应于负载电流的方波。基于所述比较，串联电弧故障检测系统151可以识别并且过滤与串联电弧故障信号不对应的信号(或者以其他方式取消该信号资格)。一旦已经隔离出潜在的串联电弧故障信号，串联电弧故障检测系统151就可以采用加权计数功能以从宽带噪声信号当中识别出串联电弧故障。

ZC屏蔽去除抖动电路152可以适于接收来自ASIC 110的ZC屏蔽信号，并且过滤或者平滑与所述屏蔽信号相关联的噪声。举例来说，ZC屏蔽去除抖动电路152可以包括一个或多个滤波器，用于从所述屏蔽信号中去除多余的和/或异常的频率分量。替代地和/或附加地，ZC屏蔽去除抖动电路152可以包括指数平滑器或平均算法，其适于去除可能已经被注入到所述信号中的任何电“抖动”或噪声。可以采用除了上面列出的那些部件之外的附加的组件和/或不同的组件来从所述屏蔽信号中过滤噪声和/或平滑所述屏蔽信号。

ASIC测试监控器153可以被配置成启动、监控由微处理器150进行的ASIC测试以及记录与该ASIC测试相关联的结果。举例来说，微处理器150可以进行ASIC 110测试，以便确定ASIC 110是否正根据预定的系统参数进行操作。ASIC测试监控器153还可以适于监控并记录测试结果、启动ASIC测试以及在测试在进行中时临时抑制与设备100相关联的电弧故障检测操作(以便防止作为测试序列的结果而使所述设备脱扣)。

LED逻辑154可以包括用于显示与设备110相关联的状态代码的一个或多个器件。设想：虽然某些实施例把输出逻辑示为基于LED的编码系统，但是还可以实施附加的和/或不同的状态通知方法，比如音频通知信号和/或音频通知信号与视觉通知信号的组合。如上面所解释的那样，显示器104可以被配置成把由LED逻辑154生成的信号路由到与设备100相关联的壳体110的表面。

微处理器150可以包括一个或多个存储器器件，用于存储与设备100相关联的信息。存储器器件可以包括适于存储与设备100的操作相关联的数据的任何类型的存储器器件。举例来说，微处理器150可以包括一个或多个数据寄存器，用于存储表示设备100的状态的数据。根据一个实施例，微处理器150可以适于在检测到故障的情况下即刻存储故障相关信息。由于微处理器150可以在使与设备100相关联的致动器中断所述电路所需的时间(通常是几毫秒)期间以数个微秒方式存储状态信息，因此本领域技术人员将认识到，微处理器150可以在脱扣时存储所述状态信息而无需不必要地延迟脱扣状况来存储所述信息。

根据一个示例性实施例，微处理器150可以包括一个或多个闪存器件(未示出)，用于存储故障代码和/或设备状态信息。所述闪存器件可以把所述信息存储预定时间段(例如30天、60天等等)或者直到所述设备被重置为止，这二者之中取较迟者。一旦电力被恢复到所述设备，微处理器150就可以通过显示器104显示所述信息。替代地或附加地，微处理器150可以由电池或者其他备用电源供电。因此，即使在没有到电力电路的电力连接的情况下，微处理器150也可以显示存储在闪存中的故障代码。

SCR驱动器160可以被配置成检测一个或多个脱扣信号的存在，并且致动开关设备来中断电源与负载之间的电路连接。举例来说，SCR驱动器160可以通信耦合到串联电弧故障检测系统151、并联电弧故障检测系统132、接地故障检测系统134、差分故障检测系统136、健康监控系统146和/或微处理器150中的每一个。SCR驱动器可以检测来自这些系统中的每一个的故障信号，并且操作中断电源与负载之间的电路连接的开关，由此减轻故障和类似于故障的状况。

与所公开的实施例一致的过程和方法提供一种电弧故障电路中断设备，其可以识别存在于配电系统中的电弧故障并且同时最小化与非常类似于电弧故障状况的信号相关联的有害脱扣。这些过程可以包括用于建立电弧故障计数系统的方法，由此对所接收到的信号进行监控并且将其与理想电弧故障信号(例如屏蔽信号)进行比较。所述故障计数系统可以在所述理想信号与所接收到的信号之间的强相关周期期间递增，并且可以在低相关周期期间递减。如果故障计数水平超出预定故障阈值，则可以生成脱扣信号。

图3提供示出根据某些所公开的实施例与设备100相关联的示例性操作方法的流程图300。如图3中所示，设备100可以监控与电力电路相关联的电力线信号，其中该设备100可以与该电力电路连接(步骤310)。

设备100可以分离所监控的电力线信号的高频分量与低频分量(步骤320)。举例来说，设备100可以包括电耦合到所述电力线的高通和低通滤波器。所述高通滤波器可以被选择成具有充分高于60Hz(例如1MHz)的截止频率，而所述低通滤波器可以被选择成具有略高于60Hz(例如90Hz)的截止频率。低通信号可以被传递到设备100的适于确定并联电弧故障状况的存在的一部分(步骤325)。

设备100可以分析高频信号、识别并拒绝所述高频信号的一个或多个为窄带的部分以及生成接收信号强度指示(RSSI)信号(步骤330)。举例来说，如所解释的那样，RF前端120可以包括外差接收器，其适于把窄带信号调谐到中频。可以通过一个或多个离散频率处的显著的频谱能量以及在那些离散频率之外只有很少或者没有频率分量来识别所述窄带信号。因此，可以由设备100拒绝这些窄带信号，从而允许仅仅通过宽带信号以供进一步分析。这些宽带信号可以包括所述高频信号的包含与串联电弧故障的频谱内容类似的频谱内容的部分。

设备100可以适于基于RSSI信号幅度生成与所生成的每一个RSSI信号相关联的上和下阈值电平。例如，设备100可以在所述RSS I信号的量值的较低百分比(例如25％)处建立下阈值电平。该下阈值电平可以被确定为适于把与非燃弧或有害信号相关联的大的骤降(dip)和与电弧故障信号相关联的随机扰动区分开来的最优电平。根据一个示例性实施例，所述下阈值电平可以被建立在相应的RSSI信号的近似25％处。

类似地，设备100可以在所述RSSI信号的量值的某一百分比(例如62.5％)处建立上阈值电平。与所述下阈值电平的情况一样，该上阈值电平可以被确定为适于把与非燃弧或有害信号相关联的相对小的骤降和与电弧故障信号相关联的随机扰动区分开来的最优电平。但是所述上阈值可以被建立成区分在量值上可能足够小以致不“触发”所述下阈值电平的RSSI信号的变化。

设备100可以基于电力线信号的低频分量生成屏蔽信号(步骤340)。所述屏蔽信号例如可以包括对应于负载电流信号的方波信号，其中该信号在过零的预定范围内的部分被分配逻辑“0”屏蔽值，而该信号在过零的预定范围之外的部分则可以被分配逻辑“1”屏蔽值。本领域技术人员将认识到的，所得到的屏蔽信号将包括对应于负载电流的经过整流的方波。与所述屏蔽值相关联的过零区域可以被用来拒绝有害信号，这是因为真实的电弧故障与所述电路的基频(例如60Hz)同步。因此，在过零区域内具有大量频谱内容的信号与所述基频异步，并且可以被取消作为潜在的电弧故障活动的资格。

设备100可以在所述屏蔽信号的过零“外部”区域(即所述屏蔽信号的与逻辑“1”相关联的部分)中把所述RSSI信号与一个或多个阈值电平进行比较。当所述RSSI信号超出下阈值电平时(步骤350：是)时，设备100可以按照第一计数率递增与微处理器150相关联的故障计数值(步骤352)。如果被存储在所述故障计数器中的故障计数值超出预定故障极限(步骤354：是)，则可以生成脱扣信号以便致动电路中断设备(步骤356)。替代地，如果所述故障计数值没有超出所述故障极限(步骤354：否)，则设备100可以返回步骤310并且继续监控所述配电电路。

当所述RSSI信号小于所述下阈值(步骤360：是)时，设备100可以按照第一计数率递减与微处理器150相关联的故障计数器(步骤362)。

除了监控所述RSSI信号的量值高于最小阈值的时间之外，微处理器150还可以监控所述RSSI信号的量值穿越所述上和下阈值的次数。具体来说，微处理器150可以对RSSI阈值穿越(threshold crossing)(上阈值和下阈值穿越中的任一种或两种情况)进行计数，并且如果(多次)阈值穿越超出预定阈值穿越极限，则重置所述故障计数器(步骤364)。

为了取消有害信号的资格，设备100可以针对上阈值和下阈值穿越中的每一种情况把阈值穿越次数与预定的穿越极限进行比较。如果上阈值穿越次数超出上阈值穿越次数极限，则设备100可以把所述故障计数器重置到默认值(例如零)。类似地，如果下阈值穿越次数超出下阈值穿越次数极限，则设备100可以把所述故障计数器重置到该默认值。由于穿越上阈值电平所需的幅度波动要显著小于穿越下阈值电平所需的幅度波动，因此与上阈值电平相关联的穿越极限可以高于下阈值电平的穿越极限。

通常来说，电弧故障信号可以由所述RSSI信号的快速急剧的幅度改变来表征。可以把这些类型的信号与通常表现出更加渐进的和/或可预测的行为的宽带噪声和其他有害信号区分开来。因此，可以通过分析斜率(即在一段时间内的幅度改变速率)并且把所分析的斜率与预定斜率阈值进行比较来识别和/或拒绝有害信号。图4提供示出一种用于分析RSSI信号的斜率并且基于所述分析来拒绝有害信号的示例性方法的流程图400。

如图4中所示，处理器150可以接收来自ASIC 110的表示RSSI信号的信号(步骤410)，并且估计所述RSSI信号的斜率(步骤420)。可以通过计算所述RSSI信号关于时间的一阶导数来估计所述斜率。替代地和/或附加地，可以利用最小二乘拟合方法或者某种其他斜率近似技术来近似所述斜率。

设备100可以采用“峰值保持”功能来捕获RSSI斜率信号的峰值(步骤430)。在理想情况下，对于特定半周期而言与电弧故障信号相关联的峰值将出现在所述屏蔽信号的上升沿处或附近。如果“峰值保持”斜率信号小于某一斜率阈值(步骤440：是)(这表明所述RSSI信号不太可能表示故障状况)，则微处理器150可以按照第二计数率递减所述故障计数器(步骤445)，其中所述第二计数率可以大于当所述RSSI信号低于所述下阈值时所采用的第一计数率，由此惩罚与电弧故障斜率特性不紧密相关的那些信号。替代地，如果“峰值保持”信号在所述外部过零区域的开头处或者附近大于所述斜率阈值(步骤440：否)，则微处理器150可以以正常速率递增所述故障计数器(这表明所述信号在该时间段与电弧故障状况相关)。

替代地和/或附加地，如果所述RSSI斜率仅仅在所述过零区域的外部(即不是在所述过零区域处或附近)大于所述斜率阈值(步骤450：是)，则微处理器150可以把所述故障计数器重置到预定值(例如零)。由于串联电弧故障通常在所述过零区域处或附近具有RSSI斜率峰值，因此随后在所述外部过零区域中被检测到并且超出所述过零区域处或附近的初始RSSI峰值的RSSI斜率峰值可能表示有害信号。这样，微处理器150可以把所述故障计数值归零，从而实质上把所述信号作为非电弧信号加以拒绝。

图5-7提供曲线图，这些曲线图通过信号分析的方式示出与所公开的实施例一致的示例性过程。举例来说，图5示出用于根据AC负载电流生成屏蔽信号的示例性过程。作为参考，图5A示出示例性的理想AC负载信号。作为对照，图5B示出经过半波整流的电弧故障耦合AC负载信号。如前面所解释的那样，该信号可以由模拟处理逻辑131进行处理，以便产生图5C中所示出的过零屏蔽信号，该过零屏蔽信号由相应的内部过零区域(对应于逻辑“0”)和外部过零区域(对应于逻辑“1”)来表征。

图6示出与示例性电弧故障信号相关联的计数方法。首先，图6A示出由设备100的模拟处理逻辑131生成的RSSI信号。所述RSSI信号可以包含DC偏移，可以通过从所述RSSI信号的峰值幅度中减去所述外部过零区域中的屏蔽信号的幅度来校正该DC偏移。所得到的“经过DC偏移校正的”RSSI信号在图6B中示出。

一旦已经校正了所述RSSI信号，就可以把该信号与所述下阈值电平进行比较，可以由故障计数器来记录这种比较的结果。在图6C中示出了与图6B的分析相关联的故障计数器的状态。举例来说，当所述RSSI信号的峰值幅度超出所述下阈值电平时，可以递增故障计数器。类似地，当所述RSSI信号的峰值幅度低于所述下阈值电平时，可以递减所述故障计数器。当所述故障计数器与在RSSI信号帧的第五个半周期内一样达到某一故障水平阈值时可以生成脱扣信号，由此启动故障序列。应当注意到，在某些情况下可以调节(例如加权)递增和/或递减故障计数的速率，以便为某些状况给出优选或者更加严重地惩罚某些状况。因此，如果所述RSSI在幅度上在所述过零区域的上升沿处不增大(这表明该信号不是串联电弧故障的可能性增大)，则可以以正常速率的两倍递减所述故障计数器。

图7A-7C示出一种示例性情况，其中当前公开的计数方法适当地鉴别有害信号。图7A示出由模拟处理逻辑131根据所公开的实施例生成的RSSI。可以利用上面描述的DC偏移和/或屏蔽信号跟踪特征来校正所述RSSI信号。所得到的经过DC偏移校正的信号在图7B中示出。

图7C示出基于对图7B的经过校正的RSSI信号的分析的故障计数值的示例性状态。该实例包括表明所监控的信号不构成电弧故障信号的几个条件。举例来说，在分析图7B的第一个半周期时，微处理器150在所述RSSI信号的量值超出所述下阈值时适当地递增定时器。在所述第一半周期的一半处，微处理器150对应于RSSI的量值暂时下降到所述下阈值电平以下而递减所述故障计数器。当所述RSSI信号的量值返回到高于所述下阈值时，微处理器150开始如预期的那样递增所述故障计数器。此后不久，微处理器把所述故障计数器的值重置到零，这对应于所述RSSI信号的量值第10次上阈值穿越，这(在本实施例中)超出在所述微处理器150中设置的上阈值穿越极限。

现在移动到图7B的第二个半周期，微处理器150对应于所述RSSI信号的量值关于所述下阈值的状态适当地递增及递减所述故障计数器。和所述信号的与所述第一个半周期相关联的部分不同，所述RSSI信号的量值仅仅穿越上阈值电平(以及下阈值电平)两次，这显著少于重置所述故障计数值所需的十次阈值穿越。

现在移动到第三个半周期，由于所述RSSI的量值在所述过零期间未能显著超出所述上阈值电平，因此微处理器150正确地识别出该信号基本上不符合，这是因为串联电弧故障信号的有力特性是其RF能量在所述过零区域处或附近的快速增大。因此，微处理器150以增大的计数率递减所述故障计数值，从而因未能满足串联电弧故障的上述特性而附加地惩罚该信号。对于该半周期的剩余部分，微处理器150如所预期的那样基于上阈值和下阈值穿越来递增及递减所述故障计数值。

继续分析图7B的RSSI信号的第四个半周期，由于在该第四个半周期之前的过零区域在该过零区域内部包含大量RF能量(参见图7A)，从而表明第四过零区域内的RSSI信号由异步(有害类型)活动补充的高可能性。因此，在生成图7B的经过校正的RSSI信号时，从所述过零区域外部的经过校正的RSSI信号中去除所述过零区域内部的“噪声”的量值。为所述半周期的该部分重新计算所述阈值电平。如图7C中所示，微处理器150在所述RSSI信号的量值超出所述下阈值电平时最初正确地递增所述故障计数值。但是一旦所述信号降到最小动态范围参考以下(虽然大于所述下阈值电平)，微处理器150就递减所述故障计数值，这是因为上阈值小于最小动态范围的RSSI信号表示非电弧故障类型的活动。

现在移动到第五次半穿越，微处理器150适当地递增及递减和所述RSSI信号的量值与所述下阈值相比的状态一致的所述故障计数值。朝向所述半穿越的中间，微处理器把所述故障计数器的值重置到零，这对应于所述RSSI信号的量值第6次穿越下阈值，从而对应于在所述微处理器150中设置的下阈值穿越极限。因此，在所述第五个半周期期间的每一次后续的下阈值穿越都重置所述故障计数值。

除了通过监控所述RSSI信号来确定串联电弧故障的存在之外，设备100还可以被配置成监控所述RSSI信号的一阶导数，以便进一步帮助在串联电弧故障状况与有害信号之间进行区分。

图8A-8D示出一种示例性情况，其中所述RSSI信号的斜率可以进一步帮助在串联电弧故障与有害信号之间进行区分。图8A示出由模拟处理逻辑131根据所公开的实施例生成的RSSI。可以利用上面描述的DC偏移和/或屏蔽信号跟踪特征来校正该RSSI信号。所得到的经过DC偏移校正的信号在图8B中示出。

图8C示出如由微处理器150利用8样本最小二乘拟合近似确定的RSSI信号的斜率。还可以使用峰值保持功能来确定与所研究的特定半周期相关联的斜率参考水平。

如结合图7A-7C的分析所描述的那样，微处理器150可以首先分析所述RSSI信号以便基于与所述下阈值比较的所述RSSI信号的量值来确定是要递增还是递减所述故障计数器。作为第二措施，微处理器150随后可以分析所述RSSI信号的斜率以便确定“校正”对所述RSSI信号的分析可能需要的任何附加动作。举例来说，因为串联电弧故障活动通常被表征为在所述过零区域处(或基本上在所述过零区域附近)对于半周期具有最大时间变化率。因此，所述RSSI信号的斜率可以提供一种用于识别所述RSSI信号的幅度的最大时间变化率的简单方法。如果所述RSSI信号的幅度的时间变化率在所述过零区域处或附近对于特定半周期不是最大值，则可以递减所述故障计数值。

例如，如在图8D中所示，在分析所述RSSI信号的第一个半周期时，由于所述RSSI信号的量值高于所述下阈值并且该RSSI信号的初始斜率处于初始最大值，因此微处理器150可以适当地递增所述故障计数值。但是由于所述RSSI的斜率基本上迟于过零区域处于最大值，因此随后重置所述故障计数值。此后微处理器150可以与前面说明的原理一致地继续递增及递减所述故障计数值。举例来说，后来在所述第一个半周期中，当所述RSSI信号的量值超出所述上阈值穿越极限时重置所述故障计数值。

现在移动到第二个半周期，微处理器150最初可以在所述RSSI信号的量值高于所述下阈值时递增所述故障计数器。但是与第一个半周期类似，斜率阈值的峰值是在所述过零区域之后的某一时间处于最大值。因此，在检测到延迟的最大值时，微处理器150可以重置所述故障计数值。此后，微处理器150可以与对所述RSSI信号的分析一致地递增及递减所述故障计数值。

除了相对于所述过零区域分析所述RSSI信号的斜率的最大值或“峰值保持”值的定时之外，微处理器150可以被配置成分析“峰值保持”信号的量值。举例来说，如图8C的第三个半周期中所示，所述RSSI信号的斜率的量值从未达到最小斜率参考阈值电平。作为结果，可以递减所述故障计数值，直到所述RSSI的斜率的量值达到最小阈值为止。在图8C中示出的该示例性实施例中，所述“峰值保持”信号的量值在第四个半周期的中间达到最小斜率参考阈值信号。因此，由于RSSI电平高于所述下阈值电平并且所述“峰值保持”信号的量值超出最小斜率参考阈值，因此微处理器150可以继续与所公开的实施例一致地递增所述故障计数值。

现在移动到第五个半周期，由于所述RSSI信号的初始值高于所述下阈值电平并且由于所述RSSI信号的斜率的初始量值处于初始最大值，因此微处理器150最初递增所述故障计数值。但是由于基本上在所述过零区域的上升沿之后检测到后续的斜率最大值，因此微处理器150重置所述故障计数值。此后，微处理器150与所公开的实施例一致地继续分析所述RSSI信号并且递增及递减所述RSSI信号。举例来说，在响应于所述RSSI信号的斜率重置所述故障计数器之后，由于所述RSSI信号的量值超出所述下阈值电平，因此微处理器150递增所述故障计数值。但是微处理器150随后响应于检测到第六次(以及每一次后续的)下阈值穿越而重置所述故障计数值。

与所公开的实施例一致的过程和方法提供一种自监控系统，其用于测试ASIC 110和微处理器150的状态，以便确保每一个系统根据特定的预定规范操作。图9提供描绘一种由处理器150执行并且由ASIC 110分析的示例性自测方法的流程图900。

处理器150可以通过对处理器150的一个或多个设备或子系统进行轮询来执行自检(步骤910)。根据一个示例性实施例，该自检可以由处理器150自动启动，以便周期性地检验处理器组件的适当操作。替代地，该检查可以由用户提供的测试请求来启动(例如通过按压与设备100相关联的“推送测试(push-to-test)”按钮)。

在测试期间，所述处理器可以通过执行测试软件例程来主动测试过程器150的每一个设备，或者可以通过对所述设备进行轮询并且接收来自该设备的状态指示来被动地测试过程器150的每一个设备。举例来说，处理器150可以执行RAM检查以确保RAM模块的适当操作，还可以执行CRC或校验和例程以检测与处理器150相关联的数据传输和存储中的错误，以及/或者执行看门狗定时器以检测与处理器150相关联的定序错误。处理器150可以针对每一个设备把测试数据与预定操作规范进行比较，并且确定该设备是否正操作在这些规范的可接受的容限内(步骤920)。如果所述设备正操作在预定义的规范内(步骤920：是)，则处理器150可以向ASIC 110的处理器健康监控器138提供状态确认信号(例如“心跳”信号)(步骤930)。此外，可以在与设备100相关联的显示器104上输出所述“心跳”信号，以便向用户通知所述处理器正在适当地操作(步骤935)。

ASIC 110的处理器健康监控器130可以确定是否在适当的时间间隔内接收到所述心跳信号(步骤940)。举例来说，处理器150可以在开始自检过程时向ASIC 110提供自检启动信号。ASIC 110可以启动定时器，该定时器记录在测试启动与来自处理器150的所述心跳信号的接收之间所经过的时间。如果所述信号在预定的可接受时间间隔内被接收到(步骤940：是)，则设备100将被允许继续进行正常的操作。如果所述信号没有在适当的时间量内被接收到(步骤940：否)或者如果所述处理器没有在所述预定义的规范内进行操作(步骤920：否)，则ASIC 110可以相应地重置和/或重启处理器150，以便尝试缓解该处理器的潜在问题(步骤942)。如果所述处理器在重启之后做出响应并且适当地执行后续的启动自检(步骤944：是)，设备100将继续进行正常的操作。但是如果所述处理器在重启之后没有做出响应或者未能通过所述启动自检(步骤944：否)，则设备100可以生成脱扣信号以便致动电路中断设备(步骤946)。

利用评估关键块(即ASIC和微处理器)中的每一个的适当操作和功能的补充装置，存在附加保护层，该保护层确保所述设备在所述微处理器150或ASIC 110有潜在故障的情况下具有禁止其自身得到保护的装置。

图10提供描绘所公开的示例性ASIC测试过程的流程图1000。ASIC测试过程可以由微处理器150自动启动或者响应于用户提示的测试请求来启动(步骤1010)。成功的用户提示的请求将导致脱扣信号，并且因此完全测试提供GFCI和/或AFCI保护的电子装置的所有方面。另一方面，由微处理器150启动的测试过程将只有在所述测试过程提供失败结果的情况下才导致脱扣信号。

如图10中所示，可以以级联(即顺序)的方式执行所述测试过程。举例来说，根据一个示例性实施例，所述测试过程可以首先分析串联电弧故障检测模块，以便测试与之相关联的一个或多个组件和子系统的适当操作。所述测试过程随后可以继续进行以分析所述并联电弧故障检测模块，以便测试对并联电弧故障状况的适当响应。随后，所述测试过程可以继续进行以(并行地或串行地)分析所述差分和/或接地故障检测模块，以便确保对差分和接地故障状况的适当响应。

作为针对每一个组件串行地执行所述测试过程的一种替代方案，微处理器150可以适于并行地和/或彼此分开地(例如以不同的时间间隔)执行这些过程中的每一个。举例来说，在自测过程中，微处理器150可以被配置成以预定的时间间隔(例如每小时、每天、每周)执行与每一个检测模块相关联的测试过程。用于每一个检测模块的时间间隔可以基本上类似。替代地，可以错开时间间隔，以便减轻可能与同时和/或顺序地测试每一个所述模块相关联的任何处理负担。因此，图10中示出的测试过程的定时和/或顺序仅仅是示例性的，而不意图进行限制。

微处理器150可以提供测试命令信号以便促使RF噪声发生器140、测试信号振荡器142以及GFCI激励振荡器144生成相应的RF信号、AC负载信号、接地故障和差分测试故障信号(步骤1020)。响应于该测试命令信号，RF噪声发生器140、测试信号振荡器142以及GFCI激励振荡器144中的每一个可以生成测试信号，用于测试相应模块的硬件和/或软件组件。现在将详细描述针对串联电弧故障检测模块、并联电弧故障检测模块以及差分和/或接地故障检测模块中的每一个的测试过程。

响应于来自微处理器150的测试命令信号，RF噪声发生器140可以生成宽带噪声信号，用于测试所述串联电弧故障检测模块的操作。该宽带噪声信号可以包括任何RF信号，该RF信号包括与实际的串联电弧故障信号的充分相似性以测试所述串联电弧故障监控和分析功能中的每一个，但是将无法满足触发对故障状况的检测所必需的所有分析要求。举例来说，所述宽带噪声信号可以在该信号中配置有足够的中断，以便在所述故障计数值达到故障计数阈值之前重置该故障计数值。

根据一个示例性实施例，RF噪声发生器140可以被配置成生成有害类型信号，其虽然共有串联电弧信号的许多相同特性(例如宽带信号特性、斜率特性、在过零处高幅度活动的瞬时涌现等等)，但是可能包含太大数目的幅度中断(或“间隙”)而不会触发串联电弧故障状况。虽然与燃弧状况的某些部分相似，但是所述宽带噪声信号的特性可以有利地使得与能够检测到所述宽带噪声信号的设备100邻近的其他AFCI设备不会不必要地脱扣。该有害信号例如可以包括适于表现出与宽带电力线(BPL)通信设备类似的行为的信号。此外，该信号可以被选择来练习由设备100所采用的多种分析技术，比如故障计数值调节、加权阈值和故障计数率的应用、阈值穿越次数的计数、计数器递增和/或递减过程、斜率分析技术(例如峰值保持、斜率计算等等)以及串联电弧故障脱扣信号的生成。

响应于所述测试信号的生成，微处理器150可以被配置成建立测试故障计数值阈值。所述测试故障计数值阈值可以低于在所述设备的“正常”(即非测试)操作下所使用的故障计数阈值(threshold fault countvalue)。由于所述RF测试信号被特别设计成不使在“正常”操作下的设备100脱扣，因此低于所述故障计数阈值的测试故障计数值阈值的建立可以：1)提供足够的时间来确定所述串联电弧故障检测模块的组件和/或子系统是否正在适当地操作，而无需建立预定的时间窗以用于进行分析(否则，微处理器150可能不知道所述测试过程何时完成)；以及2)提供一种用于确保由微处理器150执行的阈值比较功能适当工作的机制。

替代和/或除了建立测试故障计数值阈值，微处理器150可以建立针对所述测试过程的成功完成的时限。该时限可以是预定的并且可以被建立为足够长以确定所述串联电弧故障检测模块的组件和/或子系统是否正适当操作，而无需所述设备在进行所述测试时太长时间地放弃“正常”操作。根据一个示例性实施例，该时间段可以对应于成功地识别出串联电弧故障通常所需要的基本上相同的时间(例如五(5)个电力信号半周期)。

在建立所述测试故障计数值和/或测试时限时，微处理器150可以被配置成监控所述串联电弧故障检测模块的硬件和/或软件组件中的每一个的响应，以便确保对所述宽带噪声信号的适当响应。根据一个实施例，只有微处理器150知道设备100正处于测试之下。因此，微处理器150被配置成确定设备100是否像在所述电路的正常操作期间那样响应于所述宽带噪声信号。

根据一个实施例，微处理器150可以被配置成相对于上和下阈值极限分析所述RSSI和斜率幅度数据并且把该数据与由RF噪声发生器140生成的宽带噪声信号进行比较，以便确定所述串联电弧故障检测模块的阈值分析功能是否正适当操作。如果一个或多个所述阈值分析功能没有根据预定规范操作，则微处理器150可以生成测试故障失败信号。

微处理器150还可以被配置成基于接收自ASIC 110的RSSI幅度数据来确定上阈值穿越计数器和下阈值穿越计数器是否正适当工作。举例来说，微处理器150可以确保每一个阈值穿越事例都伴随有适当的阈值计数器中的相应改变。如果一个或多个所述阈值穿越计数器没有根据预定规范操作，则微处理器150可以生成所述测试故障失败信号。

微处理器150还可以被配置成确定ASIC 110的斜率分析功能是否正适当操作。举例来说，如果所述RSSI信号的幅度在特定时钟脉冲期间从低于下幅度阈值穿越到高于上幅度阈值，则微处理器150可以确保这一改变(其表示所述RSSI信号的斜率的急剧改变)伴随有由ASIC 110提供的斜率值的相应改变。

微处理器150还可以被配置成分析对所述故障计数值的调节。举例来说，除了监控ASIC 110是否正确地辨识出所述RSSI信号的幅度改变之外，微处理器150还可以被配置成确保基于所述RSSI信号的幅度适当地调节所述故障计数值。微处理器150例如可以监控所述故障计数器，以便确保当所述RSSI信号的幅度低于下幅度阈值时通过适当的权重因子减小所述故障计数值。

根据一个实施例，在一个或多个所述故障计数值超出测试故障计数值阈值并且测试时间段到期之前，微处理器150必须在所述测试过程期间观察所述分析特征中的每一个的适当功能。如果一个或多个条件没有得到满足，微处理器150可以生成测试失败信号，该信号把测试失败状况存储在存储器中(以用于将来取回及显示)并且使脱扣电路将设备100脱扣。另一方面，如果微处理器150确定每一个所述分析特征正在适当起作用，则微处理器150可以分析并联电弧故障、接地故障以及差分故障测试过程。

与RF噪声发生器类似，测试信号振荡器142可以生成表示并联电弧故障状况的信号，并且所述GFCI激励振荡器144可以生成分别表示接地和差分故障的AC负载信号。但是，与所述RF测试信号不同，所述表示并联电弧故障以及接地和差分故障状况的信号足以实际上使所述断路器脱扣。因此，只要每一个模块在适当的时间段内脱扣，微处理器150就抑制由并联电弧故障以及接地/差分故障检测模块生成的脱扣信号。

举例来说，微处理器150可以监控在用于分析并联电弧故障检测模块132、接地故障检测模块134以及差分故障检测模块136的测试信号中的每一个的生成之间所经过的时间。响应于相应的测试信号，每一个所述模块可以生成脱扣信号。如果在所述测试信号的生成与响应于该测试信号的所述脱扣信号的生成之间所经过的时间小于阈值时限，则微处理器150抑制所述脱扣信号(即不把该脱扣信号递送到所述脱扣电路)。另一方面，如果所经过的时间超出所述阈值时限，则微处理器150把所述脱扣信号传递到脱扣电路以便使所述设备脱扣。

在启动所述自测时，处理器150可以等待来自与ASIC 110相关联的每一个故障检测子系统的响应。由于处理器150知道与ASIC 110相关联的每一个测试子系统处于测试状况下，因此处理器150可以检验每一个子系统正以与对每一个相应的测试信号的处理相关联的适当方式做出响应。举例来说，处理器150可以确定并联电弧故障检测系统132响应于并联电弧故障类型信号正逼近故障检测阈值。类似地，处理器150可以确定模拟处理逻辑131已经通过以下操作对包含在所述RF测试信号中的宽带通信信号做出了适当响应：生成所述屏蔽信号、生成并分析所述RSSI以及将所述通信信号作为有害信号加以拒绝。

在步骤1030-1060中，处理器150可以等待关于每一个所述测试信号导致了其相应的检测子系统的适当响应的确认。如果一个或多个所述测试信号未能做出适当响应，则处理器150可以生成脱扣信号(步骤1080)并且向显示器104提供测试失败指示(步骤1030-1060：否)。如果所有子系统都做出适当响应，则处理器150可以确定所述响应是否在可接受的时间段内被登记。如果所述响应没有在预定的可接受的时间间隔内被接收到(步骤1060：否)，则处理器150可以生成脱扣信号。但是如果所述故障信号在可接受的时间间隔内被接收到(步骤1070：是)，则可以向显示器104提供测试通过通知。在所述测试被周期性(和/或自动)执行的实施例中，微处理器150可以以预定间隔启动所述测试。

在所述设备脱扣之前，所述处理器150将确定脱扣状况。所述脱扣状况将针对预定时间量或预定条件被存储在所述设备中。在重置并加电时，所述设备将显示先前的脱扣状况。该指示存在预定时间量(例如5秒)。最近的已知脱扣状况的显示可以出现预定时间量(例如设备每次加电到接下来的30天内显示最近的已知脱扣状况)。如果在该预定时间段期间发生新的故障状况，则将在下一次加电期间在预定时间量内存储及报告新的脱扣状况。

根据一个示例性实施例，对于每一个所述自测以及用户启动的测试过程，可以把非燃弧信号注入所述RF传感器的上游，其中该非燃弧信号避免导致相邻的断路器在其接收到所注入的测试信号时脱扣。如果与设备100相关联的所述串联电弧故障检测模块对激励做出适当反应，则所述处理器向所述并联电弧故障检测模块提供表示电弧的人工信号。各种串联电弧故障、并联电弧故障以及接地电弧故障检测模块被设置成链，并且把失败状态从一个模块传递到下一个。所述自测过程在定时器到期之前检验每一个模块的肯定的健康状况，并且随后在脱扣状况出现之前停止测试激励，由此防止设备100脱扣。与此对比，所述推送测试过程在时间到期之前检验每一个模块的肯定的健康状况，并且生成使设备100脱扣的测试脱扣信号。但是在脱扣之前，处理器150把所述脱扣状况存储为测试脱扣，从而表明所述脱扣是由所述推送测试过程的成功完成导致的(与实际的故障状况相反)。

作为所述自测序列的一个替代实施例，所述测试信号振荡器142可以被实施为直流源。一旦所述自测已经被启动，所述RF耦合器107和所述RF前端120由所述RF振荡器块激励，该RF振荡器块可以驻留在所述ASIC 110或微处理器150中。所述激励可以包含由低频分量调制的宽带高频分量。所述激励可以传播到模拟处理逻辑131，从而允许其输出提供将由微处理器150捕获的相应的响应，微处理器150随后把激励提供到并联电弧故障检测电路。所述ASIC健康逻辑块检测所述并联电弧故障块的适当功能，并且向50/500mA差分故障检测块发出激励(DC电流)。ASIC健康逻辑接收来自所述差分故障检测块的响应，并且向5mA GFCI故障检测块发出激励(DC电流)，该5mA GFCI故障检测块立即向50/500mA GFCI发出激励(高得多的DC电流)，该50/500mA GFCI立即把内部脱扣信号发送回所述ASIC健康逻辑中。所述ASIC健康逻辑把所述内部脱扣信号延迟少量时间(例如25微秒)，同时其把所述自测(微处理器启动的测试过程)信号拉低并且在把所述脱扣信号发送到所述SCR驱动器之前停止所述微处理器启动的测试过程。所述微处理器检测到自测信号线为低并且禁用到所述并联电弧故障检测块132中的激励，这停止到所测试的电路的所有部分的链激励序列。此外还设想，取代提供单独的测试信号振荡器以用于生成与所述并联、GFCI以及差分检测系统相关联的测试信号，用在所述RF前端中的本地振荡器可以被用来生成针对这些系统的测试信号。

此外，为了减少组件或者提高系统的效率，可以把所实施的某些组件合并或者集成在一起。举例来说，设备100可以实施单个振荡器块，其例如组合测试信号振荡器142与GFCI激励振荡器144的功能。

虽然把某些过程和方法描述为由ASIC 110或微处理器150之一来执行，但是在不偏离本公开内容的范围的情况下，可以通过ASIC 110和/或微处理器150中的任一个或二者来执行这些过程。此外，设备100可以包括多个微处理器和/或ASIC电路，每一个都适于执行与电弧故障检测相关联的至少一项任务。

通过考虑说明书以及实践在这里公开的本发明，本领域技术人员将明白本发明的其他实施例。说明书和实例应当被视为仅仅是示例性的，本发明的真实范围和精神由随后的权利要求表明。

Claims (25)

1、一种电气故障检测设备，包括：

耦合到配电线的高频传感器，用于检测正弦电力信号的高频分量；

串联电弧检测电路，耦合到所述高频传感器并且包括：

高频模块，被配置成识别所述高频分量的宽带部分；以及

检测模块，被配置成执行以下操作：

对所述正弦电力信号进行整流；

存储表示所述高频分量是电弧故障的倾向的故障计数值；

基于所述宽带部分的至少一个特性来调节所述故障计数值，所述至少一个特性包括所述宽带部分在经过整流的正弦电力信号的过零之后的四分之一周期期间的四分之一周期幅度、所述宽带部分在所述四分之一周期之后的非四分之一周期幅度、以及所述宽带部分的幅度的改变速率中的一个或多个，其中所述至少一个特性中的每一个具有与其他特性相比的用于调节所述故障计数值的相应加权值；以及

如果所述故障计数值超出故障计数阈值，则生成串联电弧脱扣信号；以及

脱扣电路，响应于所述串联电弧脱扣信号断开所述配电线。

2、权利要求1的电气故障检测设备，其中，所述高频模块包括超外差接收器。

3、权利要求1的电气故障检测设备，还包括：

耦合到所述配电线的低频传感器，用于检测所述经过整流的正弦电力信号的低频部分；

并联电弧检测电路，耦合到所述低频传感器并且被配置成执行以下操作：

监控与所述经过整流的正弦电力信号的低频部分相关联的电流电平的幅度；以及

如果所述低频部分的电流电平的幅度超出阈值并联电弧电流电平，则生成并联电弧脱扣信号，其中所述脱扣电路还被配置成响应于所述并联电弧脱扣信号断开所述配电线。

4、权利要求3的电气故障检测设备，还包括：

电磁耦合到所述配电线的火线和中性线的差分传感器，用于检测所述火线与中性线之间的差分电流；

差分故障检测电路，耦合到所述差分传感器并且被配置成如果所述差分电流的幅度超出阈值差分电流则生成差分故障脱扣信号，其中所述脱扣电路还被配置成响应于所述差分故障脱扣信号断开所述配电线。

5、权利要求4的电气故障检测设备，还包括：

存储器设备，适于在断开所述配电线之前记录串联电弧脱扣信号、并联电弧脱扣信号以及差分脱扣信号中的一个或多个；以及

显示器设备，适于显示表示一个或多个所记录的脱扣信号的信号。

6、权利要求1的电气故障检测设备，其中，所述检测设备还被配置成执行以下操作：

确定所述宽带部分的动态范围；以及

如果所述宽带部分的动态范围不超出阈值动态范围，则减小所述故障计数值。

7、权利要求1的电气故障检测设备，其中，所述检测模块被配置成建立过零时间段，所述过零时间段表示所述经过整流的正弦电力信号的幅度低于阈值电平的时间段。

8、权利要求7的电气故障检测设备，其中，所述阈值电流电平被选择成使得所述过零时间段大约是2毫秒。

9、权利要求7的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

检测所述宽带部分在所述过零时间段期间的最小幅度；以及

在调节所述故障计数值之前，从所述宽带部分在过零时间以外的幅度中减去所述最小幅度。

10、权利要求7的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

当在所述过零时间段的末尾处的所述四分之一周期幅度不超出第一幅度阈值时，以第一速率减小所述故障计数值。

11、权利要求10的电气故障检测设备，其中，在所述过零时间段的末尾处包括在所述过零时间段的末尾之后的大约200-400微秒。

12、权利要求10的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

当在所述过零时间段以外的所述非四分之一周期幅度小于第二幅度阈值时，以第二速率减小所述故障计数值，其中所述第二速率小于所述第一速率。

13、权利要求12的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

当在所述过零时间段以外的所述非四分之一周期幅度大于所述第二幅度阈值时，以所述第二速率增大所述故障计数值。

14、权利要求13的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

当所述改变速率在所述过零时间段以外小于斜率阈值时，以第三速率减小所述故障计数值，其中所述第三速率大于所述第一速率。

15、权利要求14的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

识别所述改变速率的峰值；

保持峰值改变速率，以便产生衰减峰值保持信号；以及

如果衰减斜率参考信号小于峰值保持阈值，则防止增大所述故障计数值。

16.权利要求7的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

检测所述四分之一周期幅度和所述非四分之一周期幅度在所述过零时间段之后总体上穿越第一幅度阈值的事例数目；以及

如果所述事例数目超出第一阈值穿越极限，则按照第一速率减小所述故障计数值。

17、权利要求16的电气故障检测设备，其中，所述检测模块还被配置成执行以下操作：

检测所述四分之一周期和所述非四分之一周期幅度在所述过零时间段之后总体上穿越第二幅度阈值的事例数目；以及

如果所述宽带部分的幅度的所述事例数目超出第二阈值穿越极限，则按照所述第一速率减小所述故障计数值。

18、权利要求17的电气故障检测设备，其中，所述第一幅度阈值小于所述第二幅度阈值，并且所述第一阈值穿越极限小于所述第二阈值穿越极限。

19、一种电气故障检测设备，包括：

耦合到配电线的高频传感器，用于检测经过整流的正弦电力信号的高频分量；

串联电弧检测电路，耦合到所述高频传感器并且包括：

高频模块，被配置成识别所述高频分量的宽带部分；以及

检测模块，被配置成执行以下操作：

对所述正弦电力信号进行整流；

从所述宽带部分中减去该宽带部分的接近所述经过整流的正弦电力信号的过零的最小幅度；

当所述宽带部分在所述经过整流的正弦电力信号的所选子周期期间满足至少一个递增标准时，递增表示所述高频分量是电弧故障的倾向的故障计数值；

当所述宽带部分在所述所选子周期期间满足至少一个递减标准时，递减所述故障计数值，其中所述至少一个递减标准包括以下标准之一：(a)所述宽带部分的幅度不超出量值阈值；和(b)所述幅度超出交叉阈值预定次数；以及

如果所述故障计数值超出故障计数阈值，则生成串联电弧脱扣信号；以及

脱扣电路，响应于所述串联电弧脱扣信号断开所述配电线。

20、一种电气故障检测设备，包括：

耦合到配电线的高频传感器，用于检测正弦电力信号的高频分量；

串联电弧检测电路，耦合到所述高频传感器并且包括：

高频模块，被配置成识别所述高频分量的宽带部分；以及

检测模块，被配置成执行以下操作：

对所述正弦电力信号进行整流；

从所述宽带部分中减去该宽带部分的接近经过整流的正弦电力信号的过零的最小幅度；

当所述宽带部分的幅度超出预设极限时，递增表示所述高频分量是电弧故障的倾向的故障计数值；

当所述宽带部分在所选子周期期间满足至少一个递减标准时，递减所述故障计数值，其中所述至少一个递减标准包括以下标准之一：(a)所述宽带部分的动态范围不超出阈值动态范围；和(b)所述宽带部分的幅度的改变速率不超出斜率阈值；以及

如果所述故障计数值超出故障计数阈值，则生成串联电弧脱扣信号；以及

脱扣电路，响应于所述串联电弧脱扣信号断开所述配电线。

21、一种用于检测正弦电信号中的串联燃弧状况的电子电路，包括：

整流器，被配置成获得所述正弦电信号的绝对值；

超外差接收器，被配置成从经过整流的正弦信号中提取宽带分量；

计数器，耦合到所述接收器并且被配置成改变故障计数值，所述故障计数值表示所述正弦信号包括串联燃弧状况的倾向，所述改变基于以下各项中的一项或多项以多个速率发生：所述宽带分量在所述经过整流的正弦信号的过零之后的四分之一周期期间的四分之一周期幅度；所述宽带分量在所述四分之一周期之后的非四分之一周期幅度；以及所述宽带分量的幅度的改变速率；以及

耦合到所述计数器的比较器，用于在所述故障计数值超出故障计数阈值时生成串联电弧脱扣信号。

22、权利要求21的电子电路，其中，与在所述非四分之一周期幅度不超出第一幅度阈值时相比，当所述四分之一周期幅度不超出所述第一幅度阈值时，所述计数器递减并且所述速率更高。

23、权利要求21的电子电路，其中，与在所述非四分之一周期幅度不超出第一幅度阈值时相比，当所述四分之一周期幅度和所述非四分之一周期幅度总体上超出交叉阈值预定次数时，所述计数器递减并且所述速率更高。

24、权利要求22的电子电路，其中，所述电子电路包括ASIC和微处理器。

25、一种电气故障检测方法，包括：

检测正弦电力信号的高频分量；

识别所述高频分量的宽带部分；

存储表示所述高频分量是电弧故障的倾向的故障计数值；

基于所述宽带部分的至少一个特性来调节所述故障计数值，所述至少一个特性包括所述宽带部分在所述正弦电力信号的上升的四分之一周期期间的幅度、所述宽带部分在所述上升的四分之一周期之后的幅度、以及所述宽带部分的幅度的改变速率中的一个或多个，其中所述至少一个特性对应于加权调节因子，所述加权调节因子定义在检测到所述至少一个特性时所述故障计数值被调节的量；

如果所述故障计数值超出故障计数阈值，则生成脱扣信号；以及

把所述脱扣信号提供给用于响应于所述脱扣信号断开所述配电线的脱扣电路。

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