CN108092228B - 利用关于df/cafi断路器的多重配置的软件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用关于DF/CAFI断路器的多重配置的软件的方法。配备双功能/组合电弧故障断流器(DF/CAFI)电路断路器或其他电路中断设备，以从多个负载情况中进行选择，以与机载电弧故障检测算法一起使用。DF/CAFI断路器设置有选择器机构，以在断路器固件中预加载的不同查找表中的多个情况之间切换。在安装期间，安装人员可以针对预期的负载情况选择具有关于电弧事件的特定分支负载情况的特定查找表。安装后，用户或安装人员可能会在注意到不当跳闸过多时切换到具有不同负载情况参数的不同查找表。

Description

利用关于DF/CAFI断路器的多重配置的软件的方法
发明领域
本发明涉及电弧故障检测领域，并且更具体地，涉及用于改善在电弧故障电路中断设备中的对不当跳闸的抗干扰性的方法。
背景
电弧故障电路断流器具有用于检测电路上危险的电弧放电事件的电弧检测设备，并且作为响应，电弧检测设备用于使电路断流器跳闸并移除对电路的供电。这些电弧故障设备可以包括电路断路器(诸如，组合式电弧故障电路断流器(用于并联和串联电弧))，以及包括组合型的双功能(电弧故障(AF)和接地故障(GF))电路断流器。除了电路断路器之外的其它电弧故障电路断流器设备可能被放置在出口插座等处。
电弧故障检测是概率性确定。有时候，电弧检测算法的实施可能很难提供在一些负载的电流“特征”与真实电弧故障事件之间的清晰区分，并因此使得在电弧故障侧上的检测算法错误而导致不当跳闸。因此，电弧故障检测设备可能经受不需要的跳闸，诸如不当跳闸或误判(false positive)跳闸，这是给用户带来的不便，或者更坏。在过去的十年中，已对在电弧故障检测设备中使用的检测算法做出了改进，以便对不需要的跳闸增加抗干扰性。用于已知断路器的检测算法在单个程序中与作为预先计算出的查找表(LUT)值而储存的多个参数配对，这是确定电弧事件的“特征”所必需的。复杂的电弧事件特征是由更多的参数来定义的，这使得它更易于在不同类型的跳闸事件之间进行区分。因此，更多的特征将产生对于不当跳闸特征与真实电弧放电事件跳闸的更多并且更好的区分。然而，对于检测算法的计算能力的速度和费用以及同样地用于确定大范围的电弧放电事件特征的可用空间(特别是在微型电路断路器(MCB)内)，存在着实际的限制。
已知的电弧故障断路器通常具有“一种尺寸适合所有”的组合算法/LUT。这种默认的算法和LUT可以覆盖住宅中的负载组合中的大部分，例如，在厨房中与各种厨房特定负载和/或卧室负载相匹配，但是其可能不如卫生间负载或起居室负载那样稳固。同时，另一种算法/LUT可能具有一组更好的检测参数，这些检测参数与卫生间负载和起居室负载非常匹配，但是不能在电弧故障断路器中加载。
假设电弧故障检测设备被预期为针对宽范围的支路负载而执行的，并不是其中的所有的支路负载都适应单个算法/LUT，并且电弧故障断路器可能具有数十年的安装使用寿命，因此在其寿命期间遇到不可预见的负载和负载组合，可能会以不需要的频率来发生不当跳闸。
进一步地，从这个讨论中可以明显看出，由于电弧故障表达的性质、以及可能在例如家中安装的负载的复杂性和多样性，难以完全防止不当跳闸。与此同时，实施覆盖住房可能具有的所有可能的组合负载的不当预防方案是非常困难的。
概述
本发明的各方面通过将检测算法与和算法一起使用的预先计算的查找表(LUT)中的值分离可以改善在小型电路断路器(MCB)或其他电弧故障保护设备中的电弧故障电路断路器能力，并且减少在电弧故障断路器中的不当跳闸。预先计算的LUT值被安排在不同的LUT中，以专门处理更多特定组的负载。然后，可以在断路器内储存多个LUT表，并利用其特征负载情况和检测算法来增加电弧故障检测的范围，并被选择以减少不当跳闸的量。在本发明的一个方面中，如果用户注意到电弧检测的当前配置正在导致过度的不当跳闸，则电弧故障断路器的用户可以手动执行电弧故障断路器的LUT改变。
本公开提供了电弧故障检测设备和方法，其利用了可切换以在电弧故障断路器内使用的多个LUT。应当注意到的是，由于可用的存储器和处理能力的成本受限，因此断路器通常一次只能以一组参数(LUT)来运行算法。如果确定了过度的不当操作，则可以给操作者发出通知，并且可以启动对LUT的改变。例如，自适应电弧故障检测设备和方法(诸如，在Jeremy D.Schroeder的标题为“Adaptive Arc Fault Detection Trip Decision Buffer”的受让人共同拥有的第2016/0149389号美国专利申请公开(也是WO2014/209311)中所描述的)可以确定检测到的电弧故障跳闸事件是否是不需要的跳闸事件，并且可以用于指示是否到了开始根据本发明改变在电弧故障断路器内的LUT的时间。然后，断路器的用户可以选择在断路器内携带的更有选择性的LUT来与检测算法一起工作，并且减少不当跳闸的频率。
本发明还涉及以下内容：
1)一种电弧故障电路断流器设备，具有：
控制器；
易失性存储器和非易失性存储器；
电弧检测算法和包括默认查找表和第二查找表的多个查找表，每个查找表储存关于不同负载情况的单独的检测参数，所有这些都储存在所述非易失性存储器中；
所述易失性存储器在电弧检测计算期间储存所述默认查找表；
查找表标识符，所述标识符用于向用户指示所述默认查找表；以及
查找表选择器机构，所述查找表选择器机构用于在多个所储存的查找表之间进行切换，以选择供所述检测算法使用的默认查找表。
2)根据1)所述的设备，其中，所述多个查找表被预先分配到所述非易失性存储器的固定存储区域内。
3)根据1)所述的设备，其中，所述多个查找表根据普通家庭房间位置指定。
4)根据1)所述的设备，其中，所述标识符是在按压测试例程之后的可见照明序列或特定跳闸延迟中的一种。
5)根据1)所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器，并且所述查找表选择器机构利用在所述CAFI电路断路器的按压测试开关和接通/关断开关中的至少一个。
6)根据2)所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器，并且所述查找表选择器机构利用在所述CAFI电路断路器的按压测试开关和接通/关断开关中的至少一个。
7)一种电弧故障中断电路断路器设备，具有：
处理器，所述处理器用于确定连接到所述设备的支路电路内的电弧事件的发生；
非易失性存储器，所述非易失性存储器包含引导加载程序、固件和为不同负载情况的电弧事件设计的多个查找表；以及
易失性存储器，所述易失性存储器用于加载在所述多个查找表中的默认的查找表，并与所述设备的处理器一起操作所述默认的查找表。
8)根据7)所述的设备，其中，所述固件还包括使用在所述多个查找表中储存的参数值的检测算法。
9)根据8)所述的设备，还包括查找表标识符，所述标识符用于向用户指示与所述检测算法一起使用的所述默认的查找表。
10)根据8)所述的设备，还包括：查找表选择器机构，所述查找表选择器机构用于在多个所储存的查找表之间进行切换，以选择用于与所述检测算法一起使用的默认查找表。
11)根据7)所述的设备，其中，所述多个查找表被预先分配到所述非易失性存储器的固定存储区域内。
12)根据7)所述的设备，其中，所述多个查找表根据普通家庭房间位置指定。
13)根据9)所述的设备，其中，所述标识符是在按压测试例程之后的可见照明序列或特定跳闸延迟中的一种。
14)根据10)所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器，并且所述查找表选择器机构利用在所述CAFI电路断路器的按压测试开关和接通/关断开关中的至少一个。
附图说明
不同的示例性实施方式的描述是结合所附的附图进行阐释的，其中：
图1示出适于与本发明的各方面一起使用的电路保护设备(特别是小型断路器)的一些示例性部件的框图；
图2示出根据本发明的各方面的示例性存储器架构的框图；
图3示出根据本公开的各方面的固件操作的流程图；
图4是根据本公开的各方面的LUT选择的流程图。
详细描述
作为最初的问题，将要理解的是包含公开的实施例的各方面的实际的、商业应用的开发将需要许多特定于实现的决定，以实现开发者的用于商业化的最终目标。这样的特定于实现的决定可包括，且可能不限于，与系统相关的、业务相关的、政府相关的规定和其他的限制的兼容，这可能会随着特定的实现、地点并随时间变化而改变。从绝对意义上讲，虽然开发者的努力可能是复杂的和耗时的，但是这样的努力对于受益于本公开的本领域技术人员而言将是常规的工作。
还应理解，本文中公开的和教导的各实施方式易受许多且不同的修改和替换形式的影响。因此，单数术语例如但不限于“一(a)”及类似术语的使用不旨在作为项的数量的限制。类似地，书面描述中使用的任何关系术语(例如，但不限于“顶部(top)”、“底部(bottom)”、“左(left)”、“右(right)”、“上部(upper)”、“下部(lower)”、“向下(down)”、“向上(up)”、“侧面(side)”等等)是为了在具体参照附图时清楚的目的，并且不旨在限制本发明的范围。
进一步、诸如“大约”、“基本上”等的程度性的词语在本文中可以是根据“处于或几乎处于在给定在规定的情况中固有的制造、设计和材料容差时”的意义来使用的，并且用来防止不法侵权人非正当地利用本发明公开内容，在本发明中准确或绝对的附图和操作性或结构性的关系用来帮助理解本发明而进行阐述的。
图1示出了在本文中作为双功能/组合电弧故障断流器(DF/CAFI)电弧故障电路断路器设备100示例的电路保护设备的一些示例性部件的框图，作为对理解本发明的方面的帮助。如图1所示，断路器100可以包括控制器110、传感器120、用户界面130、存储器140、通信接口150、电源160以及用于断开电路的可分离触点14。
传感器120可以监测或感测电路断路器100的动作，诸如，当其被置于接通位置时和被置于跳闸位置时。传感器120还可以包括电压传感器或电流传感器，其可以用于感测通过电路10的电气特性或连接到电路10的负载12的电气特性(诸如，电压或电流)。应理解的是，传感器120还可以包括或被连接到信号调节电路、阈值检测器、滤波器和用于在向控制器110进行输出之前处理感测到的数据的模数转换器。
(多个)用户界面130可以包括多个用户输入设备，用户通过该多个用户输入设备可以将信息或命令输入到电路断路器100。用户界面130可以包括已经存在的接通/关断开关132和如本领域中已知的按压测试(PTT)按钮134；并且如果需要的话，可以添加选择器拨号盘或开关136，以直接选择期望的LUT。(多个)用户界面130也可以包括一个或更多个发光二极管(LED)133。(多个)通信接口150可以包括通信电路，以用于与外部设备(诸如，UART、SPI、I2C、CAN、USB或以太网电缆接口)进行基于线路的通信或者用于通过无线个域网、无线局域网、蜂窝网络或无线广域网与外部设备进行无线通信。(多个)通信接口150可以用于接收对LUT数据库的更新，通过将检测算法与LUT分离而使得更新变得更简单，从而给每个LUT特定的存储器地址块。
存储器140包括非易失性存储器142和易失性存储器144，并且可以储存各种计算机可执行的代码或程序(包括算法的选择和LUT的选择)，当各种计算机可执行的代码或程序由控制器110执行时，如以下进一步解释那样控制电路断路器100的操作。
控制器110与存储器140进行通信。控制器110是诸如微控制器或微处理器或状态机的处理系统，其控制电路断路器100的操作(包括如在本公开中在本文描述的电路断路器操作)。例如，控制器110可以被配置成在读出操作期间通过在传感器120中的一个或更多个传感器来监测随着时间的变化由断路器100实施的跳闸序列，以指示对特定LUT的选择，以及识别一类诊断状况，如在Brett Larson的标题为“Electronic Miniature CircuitBreaker With Trip Indication Using The Breaker Tripping Function As TheFeedback Mechanism”的受让人共同拥有的美国专利8,243,411中所述，诸如，来自先前发生的跳闸事件的一类错误情况或通过一个或更多个用户界面130的其他诊断信息。
图2图示了电弧故障断路器易失性存储器144的内容和非易失性存储器142的内容，包括引导加载程序(Bootloader)24、电弧检测算法25和统称为27的多个LUT，其包括用于电弧检测操作的默认LUT 27a。这里应该理解的是，非易失性存储器142(例如，闪存/ROM)已经将检测算法与它将要使用的参数/值分离，这些参数/值被包含在定制的负载LUT表的列表中；并且LUT 27被储存在已知的存储位置，以供检测算法25利用。还参考图3，在上电时，引导加载程序24运行例程，以将默认LUT 27a为了处理的速度而加载到易失性存储器144(例如，RAM)中，并利用该LUT延续运行检测算法25的正常的保护操作。通过操作断路器处的选择器，可以将在各种LUT 27中的任意的LUT 27选作初始的/默认的LUT。
还参考图3和图4，在制造时设置了默认的LUT选择27a，但是可以通过操作通常已经在电弧故障MCB100上就位的按压测试(PTT)按钮134和接通/关断开关132组合的操作而将默认的LUT选择27a切换到其他LUT 27中的一个。可选地，如果空间可用，则可以添加专用按钮(未示出)或机械拨号开关或两者，以便于LUT选择。为了指示选择了哪个LUT，如在上述的美国专利8,243,411中所讨论的具有延迟的跳闸指示、或者闪烁某种图案的LED指示器133可以向用户提供该信息。
在图3的流程图中描述了用于管理检测算法25的操作以使断路器100跳闸和选择默认LUT 27a的建议的固件操作。尽管在固件部件的环境中进行了描述，然而应当认识到，在本发明的范围内可以使用其他形式的软件。在步骤37处，接通电路断路器100。在步骤39处，激活引导加载程序例程24。然后，在步骤41处，运行必要的诊断。在诊断期间，在步骤43处检查PTT按钮状态，以查看是否被按下。如果“是”，则在步骤45处检查故障指示状态。如果存在故障指示，则例程在步骤47处取得“节省时间的事务诊断”(time saver diagnostic，TSD)码(根据前述美国专利8,243,411是定时的跳闸延迟)，并且在步骤49处发出并保持跳闸命令，直到在步骤51处完成跳闸(即，断开触点)以指示时间延迟为止。如果在步骤43处的检查指示PTT按钮未被按下(即，“否”)，则控制器110将在步骤53处继续检查LUT列表索引，以确定默认LUT 27a的标识并在步骤57处将其复制到RAM内，用于在步骤59处运行检测算法以在步骤51处操作电路断流器(即，断开触点)。
如果在步骤45处没有故障指示，则在步骤61增加PTT计数。在步骤63处检查PTT计数，并且如果PTT计数等于适当的水平(例如，在一定数量的PTT按钮按压之上)，则将PTT计数识别为LUT切换计数(LSC)并且在步骤65处激活LUT访问索引，并且选择对应于LSC的新的默认LUT。在步骤67处输入识别新的LUT的时间延迟，以用于以预定的时间延迟使触点跳闸，以识别选定的LUT。如上所述，也可以利用来自LED 133的指示来完成对选定的LUT的识别。需要注意的是，当断路器在步骤43处检查PTT状态(按下或未按下)时，它在步骤53处如线68所指示地采用使用当前LUT的检测算法继续其保护功能。该状态将继续，除非并且直到在步骤65处正在选择新LUT来发出更新/复位为止。
参考图4，阐述了LUT选择的基本概要。可以实现在LUT之间切换的其他方法和工具，例如，使用拨号开关。从用户的观点来看，每个LUT可以专用于特定的负载配置/房间，例如，厨房、卧室、卫生间、车库、起居室等。因此，可选择的LUT可以由普通家庭房间位置指定并被标识为“厨房配置”、“起居室配置”等中的一个，以便使选择对于用户/安装人员来说变得直观。例如，每个LUT可以在实验室中通过UL认证，并在标准测试程序下进行验证。如图4所示，用户可以在步骤69a、69b、69c、69d、69e、69f处在LUT之间按顺序的顺序切换，并且如果LUT的整个限制/列表被耗尽，则它将返回到默认LUT 27a。可选地，如图中所示，利用一定数量和/或组合的PTT/接通-关断开关按压/选择，控制器110可以在步骤71a、71b、71c、71d处直接跳转到默认的LUT 27a。
因此，所建议的将检测算法与多个LUT的目标参数分离的固件设计使得LUT的负载特定的配置能够由用户/安装人员选择。这样可以减少不当跳闸，增加电弧故障检测的鲁棒性，并且降低来自消费者的电弧故障断路器的产品召回。允许固件在上电时基于用户选择/配置而将LUT加载在存储器中，然后使用该LUT进行保护，使得固件在未来的更新中非常灵活，因为新的负载在住宅或商业市场中变得普遍。由于LUT是预先分配在固定的存储区域中的，因此可行的是在未来远程地或现场地更新/替换/添加或移除它们，以增加电弧故障断路器的灵活性。
虽然本发明的具体实施例和应用已被示出和描述，但是应当理解，本公开不限于本文所公开的精确结构和组成，并且在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以从前述描述中明显可见各种修改、改变和变体。

Claims (15)

1.一种电弧故障电路断流器设备，具有：
控制器；
易失性存储器和非易失性存储器；
电弧检测算法和包括默认查找表和第二查找表的多个查找表，每个查找表储存关于不同的特定负载配置/情况的预先计算的单独的检测参数，所述多个查找表与所述电弧检测算法分离地储存在所述非易失性存储器中；
所述易失性存储器在电弧检测计算期间储存所述默认查找表；
查找表标识符，所述标识符用于向用户指示所述默认查找表；以及
按压测试开关，其中所述按压测试开关的操作使得检查故障指示状态，如果没有故障指示，则使得在多个所储存的查找表之间进行切换，以选择供所述电弧检测算法使用的默认查找表；以及如果存在要检查的故障指示状态，则使得输出故障指示。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个查找表被预先分配到所述非易失性存储器的固定存储区域内。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个查找表根据普通家庭房间位置指定。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述标识符是在按压测试例程之后的可见照明序列或特定跳闸延迟中的一种。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述故障指示通过跳闸序列输出，所述跳闸序列识别故障状况或其类型。
8.一种电弧故障中断电路断路器设备，具有：
处理器，所述处理器用于确定连接到所述设备的支路电路内的电弧事件的发生；
非易失性存储器，所述非易失性存储器包含引导加载程序、电弧检测算法和为不同负载情况的电弧事件设计的多个查找表；
易失性存储器，所述易失性存储器用于加载在所述多个查找表中的默认的查找表，并与所述设备的处理器一起操作所述默认的查找表；以及
按压测试开关，其中所述按压测试开关的操作使得检查故障指示状态；如果没有故障指示，则使得在多个所储存的查找表之间进行切换，以选择默认的查找表来加载到所述易失性存储器中；以及如果存在要检查的故障指示状态，则使得输出故障指示；
其中包括所述默认的查找表的所述多个查找表与所述电弧检测算法分离地存储在所述非易失性存储器中，以及
其中每个查找表存储关于不同的特定负载配置/情况的预先计算的单独的检测参数。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述设备的固件还包括使用在所述多个查找表中储存的参数值的检测算法。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括查找表标识符，所述标识符用于向用户指示与所述检测算法一起使用的所述默认的查找表。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个查找表被预先分配到所述非易失性存储器的固定存储区域内。
12.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个查找表根据普通家庭房间位置指定。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述标识符是在按压测试例程之后的可见照明序列或特定跳闸延迟中的一种。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述设备是CAFI电路断路器。
15.根据权利要求8所述的设备，其中，所述故障指示通过跳闸序列输出，所述跳闸序列识别故障状况或其类型。
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