DE10017238A1 - Kurzschlußlichtbogendetektion für ein Flugzeug - Google Patents
Kurzschlußlichtbogendetektion für ein FlugzeugInfo
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Abstract
Ein Kurzschlußlichtbogen-Detektorsystem detektiert Kurzschlußlichtbögen in einem elektrischen Verteilungssystem durch das Überwachen von einem oder mehreren Leitern und das Erzeugen eines Eingangssignals, das einen oder mehrere elektrische Signalzustände in der zu überwachenden Schaltung darstellt. Das Eingangssignal wird verarbeitet, um Signale zu entwickeln, die den elektrischen Strom, der durch die überwachte Schaltung fließt, und breitbandige Rauschsignalkomponenten darstellen. Das System analysiert diese Signale, um zu bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist, und gibt, wenn ein Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist, ein Auslösesignal aus, das direkt oder indirekt verwendet werden kann, um einen Schutzschalter oder eine andere Schaltungsunterbrechungsvorrichtung auszulösen.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schutz elek
trischer Schaltungen und insbesondere auf die Detektion von
elektrischen Störungen des Typs, die als Kurschlußlichtbögen
bekannt sind, in einer elektrischen Schaltung und sie bezieht
sich insbesondere auf eine Kurzschlußlichtbogendetektion bei
der Verdrahtung eines Flugzeugs.
Stromnetze von Flugzeugen unterscheiden sich historisch von
Stromnetzen auf der Erde in verschiedenen Dingen. Die elek
trischen Systeme in Haus, in kommerziellen und industriellen
Anwendungen umfassen allgemein eine Schalttafel für das Emp
fangen elektrischer Leistung von einer Stromversorgungsquel
le. Die Leistung wird dann durch Schutzvorrichtungen zu be
stimmten Leitungszweigen, die eine oder mehrere Verbraucher
versorgen, geleitet. Diese Überstromvorrichtungen sind typi
scherweise Leitungsunterbrecher, wie Schutzschalter und Si
cherungen, die ausgelegt sind, um den elektrischen Strom zu
unterbrechen, wenn die Grenzen der Leiter, die die Verbrau
cher versorgen, überschritten werden.
Schutzschalter stellen einen bevorzugten Typ eines Schal
tungsunterbrechers dar, da ein Rücksetzen ihre wiederholte
Verwendung gestattet. Typischerweise unterbrechen Schutz
schalter einen elektrischen Stromkreis aufgrund eines Unter
brechungs- oder Auslösezustands, wie einer Stromüberlastung
oder einem Erdschluß. Der Zustand einer Stromüberlastung er
gibt sich, wenn ein Strom die Dauerleistung des Schutzschal
ters während eines Zeitintervalls, das durch den Auslösestrom
bestimmt wird, überschreitet. Ein Auslösezustand durch einen
Erdschluß wird durch ein Ungleichgewicht von Strömen, die
zwischen einer Netzleitung und einer neutralen Leitung flie
ßen, geschaffen, wobei diese durch einen Leckstrom oder einen
Kurschlußlichtbogen zur Erde verursacht werden können.
Kurzschlußlichtbogen werden allgemein als ein Strom durch ein
ionisiertes Gas zwischen zwei Enden eines gebrochenen Leiters
oder bei einem fehlerhaften Kontakt oder einem Stecker zwi
schen zwei Leitern, die eine Last versorgen, oder zwischen
einem Leiter und Erde definiert. Jedoch bewirken Kurzschluß
lichtbögen normalerweise nicht die Auslösung eines Schutz
schalters. Pegel von Kurzschlußlichtbogenströmen können durch
eine Abzweigimpedanz (branch impedance) oder eine Lastimpe
danz auf einen Pegel unterhalb der Auslösekurve des Lei
stungsschalters vermindert werden. Zusätzlich wird ein Kurz
schlußlichtbogen, der keinen geerdeten Leiter oder keine Per
son mit Erdschluß berührt, eine Erdschlußschutzvorrichtung
nicht auslösen.
Es gibt viele Zustände, die eine Kurzschlußlichtbogen verur
sachen können, beispielsweise korrodierte, abgenutzte oder
gealterte Drähte, Stecker, Kontakte oder Isolationen, lose
Verbindungen, Drähte, die durch Nägel oder Klammern durch die
Isolation und elektrische Belastungen, die durch eine wieder
holte Überlastung, Blitzschläge etc. verursacht werden, be
schädigt sind. Diese Fehler können die Leiterisolation be
schädigen und bewirken, daß der Leiter eine nicht akzeptable
Temperatur erreicht.
Die Notwendigkeit für eine Lichtbogendetektion in einem Flug
zeug ist zunehmend deutlich geworden. Beispielsweise kann ei
ne Lichtbogenbildung bei einer Leitung einen Faktor bei ge
wissen Flugzeugbränden darstellen. Ein spätes Reagieren auf
Brände in einem Flugzeug bestand darin, die flammenhemmenden
Eigenschaften der Verdrahtung und anderer Komponenten im In
neren des Flugzeuges zu erhöhen. Standardüberstromvorrichtun
gen, die in Schutzschaltern verwendet werden, reagieren auf
die Hitze erzeugende Wirkung eines Stroms in einem Wider
standsdraht, um den Schutzschalter "thermisch auszulösen",
aber sie reagieren nicht auf zeitweise aussetzende Lichtbo
genströme, die eine intensive Lichtbogenerwärmung und einen
Brand verursachen können.
Wir schlagen als eine bessere Lösung vor, den Lichtbogen dann
zu stoppen, wenn er auftritt, statt zu warten, bis ein Brand
beginnt, oder bis ein Schutzschalter eine thermische Auslö
sung vornimmt.
Bis vor kurzen waren solche Detektionsmöglichkeiten bei Lei
stungsschaltern oder Relais nicht verfügbar. Eine Lichtbogen
detektion war für Systeme in Häusern, für kommerzielle oder
industrielle Systeme mit 60 Hz verfügbar, aber sie war bis
dahin nicht für die 400 Hz Verdrahtungssysteme von Flugzeugen
verfügbar. Zusätzlich haben die meisten Leitungen in Flugzeu
gen keinen neutralen Rückleiter oder Erdleiter, den man in
den Systemen mit 60 Hz findet. Dies verhindert die Verwendung
einer differentiellen Detektion von Erdschlüssen in den mei
sten Abzweigschaltungen von Flugzeugen. Ein standardmäßiger
Leistungsschalter für ein Flugzeug enthält Bimetallzylinder
spulen oder Magnetzylinderspulen, die ein inverses Zeitver
halten auf einen Strom liefern. Eine Kurzschlußlichtbogende
tektion ist mit diesen Vorrichtungen nicht möglich. Eine
Lichtbogendetektion unter Verwendung von Lichtbogendetekto
ren, die für 60 Hz Schaltungen ausgelegt sind, ist aus mehre
ren Gründen nicht möglich. Beispielsweise antworten Lichtbo
gendetektoren für 60 Hz teilweise auf Erdschlußfehler, was
bei normalen Abzweigschaltungen in Flugzeugen nicht möglich
ist. Auch können die bei 60 Hz verwendeten Verfahren nicht
automatisch auf einen Leistungsfrequenzbereich, der so hoch
wie 400 Hz ist, ausgedehnt werden.
Schutzschalter sind historisch der bevorzugte Schutz für die
Verdrahtung in Flugzeugen gewesen. Die aktuellen Gestaltungen
basieren auf Technologien, die bis zu 40 Jahre alt sind. Ver
besserungen beim Schutz von elektrischen Schaltungen, die im
Heimbereich und bei kommerziellen Industrieanwendungen einge
führt wurden, haben nur langsam Eingang im Flugzeugbau gefun
den. Fehlerstromschutzschalter (Ground Fault Circuit Inter
rupters, GFCI) für den Personenschutz sind für häusliche An
wendungen seit den frühen siebziger Jahren verfügbar. Unter
idealen Bedingungen können GFCIs Lichtbögen von der Phase zur
Erde, die beispielsweise nur sechs Milliampere betragen, er
kennen, aber sie können keine Serien von Lichtbögen erkennen
oder Auslösezeiten bei Fehlern zwischen der Phase und dem
neutralen Leiter verbessern.
Technologien für die Detektion von Kurzschlußlichtbögen sind
in den USA eine neue und aufregende Innovation beim Schutz
von Schaltungen. Wir haben herausgefunden, daß Fehlerstrom
schutzschalter (AFCI) so gestaltet werden können, daß sie ei
ne Serie von Lichtbögen oder parallele Lichtbögen als auch
Lichtbögen von der Phase zur neutralen Leitung erkennen kön
nen, indem sie auf eindeutige Zeichen, die von Lichtbögen er
zeugt werden, "hören". Wir haben herausgefunden, daß AFCIs
Lichtbogenströme erkennen können, die weit unterhalb den Aus
lösekurven der gemäß der Mi1-Spezifikation gestalteten
Schutzschalter in Flugzeugen liegen. Diese verbesserte Detek
tionsfähigkeit kann einen verbesserten Schutz gegenüber dem
Auftreten von Lichtbögen an Bord eines Flugzeugs liefern.
Ein Kurzschlußlichtbogen-Schaltungsunterbrechungsvorrichtung
ist eine Vorrichtung, um einen Schutz gegenüber den Wirkungen
von Kurzschlußlichtbögen zu erzielen, indem die Eigenschaf
ten, die für einen Lichtbogen kennzeichnend sind, erkannt
werden, und indem die Schaltung spannungslos geschaltet wird,
wenn ein Kurzschlußlichtbogen erkannt wird.
Schutzschalter für Flugzeuge sind historisch gesehen der be
ste verfügbare Schutz für die Verdrahtung in einem Flugzeug
gewesen. Die heutigen Gestaltungsnormen basieren auf Techni
ken, die bis zu 40 Jahren alt sind. In Schutzschaltern für
den Luftfahrtbereich und den Militärbereich wird der Schutz
auf zwei Arten erreicht. Kurzschlußströme betätigen einen ma
gnetisch Auslöser, während Überlastströme entweder einen Bi
metall-Auslöser oder eine hydraulisch gedämpfte Magnettauch
spule betätigen. Die "sofortige Auslösung" ist die durch den
hohen Strom verursachte magnetische Auslöseaktion, die man
bei einigen aber nicht bei allen Schutzschaltern für die
Luftfahrt findet. Die Zeit für die Auslösung während einer
Überlast wird bestimmt durch die Zeit, die es braucht, um ein
Bimetall auf die Temperatur zu erhitzen, die den Leistungs
schalter entriegelt. Je mehr Strom das Bimetall aufheizt, de
sto kürzer ist die Zeit, die für das Auslösen des Schutz
schalters benötigt wird. Ein hydraulisch-magnetischer Schutz
schalter enthält einen magnetischen Brocken, der in Flüssig
keit eingeschlossen ist, der sich in Erwiderung auf das Qua
drat des Stroms zu einer Auslöseposition bewegt. Diese Schal
tungsunterbrechungsvorrichtungen werden von Luftfahrtinge
nieuren ausgewählt, um die Verdrahtung eines Flugzeuges ge
genüber einer Überhitzung oder einem Durchschmelzen zu schüt
zen. Während des Auftretens von Kurzschlußlichtbögen sind
diese Ströme oft klein, nur von kurzer Dauer und liegen weit
unter der Überstromzeitschutzkurve, die bei diesen Schutz
schaltern vorgesehen ist. Ereignisse in jüngster Zeit haben
diese Einschränkungen in der Gestaltung und der Funktion be
wußter gemacht. Bei mehreren kürzlich aufgetretenen Flugzeug
unglücken wurde vermutet, daß "elektrische Kurzschlußlichtbö
gen" als eigentliche Ursache aufgetreten sind.
Wir haben einen Weg gefunden, mit dem eine Technologie eines
Kurzschlußlichtbogenschutzschalters (AFCI) auf Stromnetze von
Luftfahrzeugen, die mit Wechselstrom (AC) und mit Gleichstrom
(DC) funktionieren, angewandt werden kann. Die AFCI-Technolo
gie schließt elektronische Schaltungen ein, die die Lichtbo
gensignatur erkennen und sie von normalen Lichtbögen der Last
(wie sie bei Motorbürsten, Schaltern, Relaiskontakten etc.
auftreten) unterscheiden kann.
Die Lichtbogenbildung in einer fehlerhaften Wechselstrom
schaltung tritt gewöhnlicherweise sporadisch in jedem Halbzy
klus der Spannungswellenform auf. Das komplexe Ereignis der
Lichtbogenbildung verursacht unterbrochene Lichtbögen, die
einen anderen Strom als bei normalen Lastmustern aufweisen.
Beim Vorläufer zu einem Lichtbogen kann es sich um eine Ver
bindung mit hohem Widerstand handeln, die zu einem
"Glühkontakt" und dann zu einem Serienlichtbogen führt oder
um eine Kriechwegbildung, die zu einer von Leitung zu Leitung
gehenden oder parallelen Lichtbogenbildung führt. In einem
Schutzschalter für Gebäude, der mit einem Fehlerstromschutz
schalter (GFCI) ausgerüstet ist, kann eine Kriechwegbildung
durch Kohlestaub oder Feuchtigkeit früh erkannt werden, wenn
sie hin zur Erde führt. In vielen Schaltungen in Flugzeugen
ist der neutrale Leiter, um die notwendige Fehlerstromschutz
schaltung zu vervollständigen, nicht vorhanden, und ein GFCI-
Schutz ist nicht möglich. Mit der Einführung von AFCI-Schutz
schaltern kann ein Schutz gegenüber Lichtbogenkurzschlüssen
von Leitung zu Leitung, bei denen die Erde nicht beteiligt
ist, erfolgen, indem diese auch erkannt und unterbrochen wer
den.
Bei unserer Kurzschlußlichtbogenunterbrechervorrichtung über
wachen die zusätzlichen elektronischen Vorrichtungen sowohl
die Leitungsspannung als auch die "Stromsignaturen". Bei ei
ner normal arbeitenden Schaltung erzeugen übliche Stromfluk
tuationen Signaturen, die nicht fälschlicherweise für einen
Lichtbogen gehalten werden dürfen. Anlaufströme, Schaltsigna
turen und Lastwechsel (normale Ereignisse oder Ereignisse ei
nes "guten Lichtbogens") können digital im AFCI als normale
Signaturwellenformen programmiert werden. Abweichungen oder
Änderungen gegenüber diesen "normalen" Signaturen werden
durch elektronische Schaltungen und Algorithmen überwacht, um
zu bestimmen, ob eine Lichtbogenbildung auftritt. Wenn diese
Kurzschlußlichtbogensignaturen erkannt werden, so wird die
Schaltung unterbrochen und die Leistung weggenommen. Die Ge
schwindigkeit dieser Detektion als auch die Größe des Licht
bogens können Parameter sein, die bei der Herstellung pro
grammiert werden können. Die speziellen Signaturen, die als
Lichtbogen identifiziert werden, sind Teil der gesetzlich ge
schützten Kurzschlußlichtbogentechnologie der Square D Com
pany.
Kommerziell sind von der UL empfohlene AFCI-Schutzschalter
erhältlich. Diese sind nun im NEC und werden in Schaltungen
in Schlafzimmer von Häusern im Jahr 2002 obligatorisch sein.
Da die elektrischen Verbraucher im Haushalt stark variieren
können, so werden sie so gestaltet, daß sie eine nahezu un
endliche Kombination elektrischer Verbraucher gestatten. Ihre
AFCI-Programmierung wird mit einem GFCI als auch mit magneti
schen und thermischen Überlastkomponenten kombiniert. Sie
werden so gestaltet, daß sie in der Form und Funktion statt
üblichen Schutzschaltern für den Haushalt verwendet werden
können.
Wir haben herausgefunden, daß im Prinzip die Gestaltung und
die Programmierung von AFCI-Vorrichtungen für die Anwendung
in Luftfahrzeugen einfacher als die für die Anwendung im
Haushalt sein kann. Der Hausbesitzer erwartet, daß er jegli
chen Verbraucher in eine Steckdose stecken kann, ohne daß ei
ne ärgerliche Auslösung durch einen AFCI erfolgt. In Gegen
satz dazu steht die Anwendung bei kommerziellen Luftfahrzeu
gen, bei denen die Verbraucher in einer vorgegebenen Schal
tung, durch die Ausführung fest vorgegeben sind. Der Verbrau
cher bei jedem Schutzschalter wird sorgfältig geplant. Abwei
chungen von den ursprünglichen OEM-Spezifikationen erfordern
eine spezielle Analyse und die Zustimmung der FAA. Feste Ver
braucher verbunden mit genormten Verdrahtungspraktiken, Stec
kern und Zertifikationen vermindern die Schaltungsvariationen
und machen die Flugzeuge einander viel ähnlicher, als man er
warten würde. Dies kann es zusammen mit stabilen geregelten
Leistungsquellen erlauben, viel schnellere Reaktionszeiten
oder Auslösekurven für AFCI-Vorrichtungen, die für Einsätze
in der Luftfahrt vorgesehen sind, zu bilden. Zusätzlich ge
stattet der Wechselstrom mit 400 Hz, der in modernen Flugzeu
gen verwendet wird, mehr Wellenformvergleiche in einer vorge
gebenen Zeitdauer: normale 60 Hz NEMA-Vorrichtungen sind aus
gelegt, um einen Kurzschlußlichtbogen in 7 Zyklen der Span
nung (in 116,7 ms) zu erkennen, bei 400 Hz braucht dies nur
17,5 ms. Die Erhöhung der Frequenz in Verbindung mit einer
stabileren Leistungsversorgung, festen Verbrauchern etc.
zeigt, daß die Vorrichtungen gut geeignet sein sollten, den
elektrischen Ursprung von Bränden in Flugzeugen zu verhin
dern. In der Zukunft können diese Vorrichtungen auf der Lei
terplatte von Avionic-Netzgeräten montiert sein und/oder bei
einzelnen elektrischen Verbrauchern plaziert werden. Sie kön
nen so gestaltet werden, daß sie miteinander oder mit Daten
aufzeichnungsgeräten kommunizieren, um den Zustand der elek
trischen Verdrahtung und der Komponenten zu überwachen. Da
tenaufzeichnungsgeräte für die Wartung können nach dem Flug
betrachtet und aktuell vorhandene Fehler identifiziert wer
den, und Wartungsvorgänge, die diese verhindern, können vor
einem Systemausfall vorgenommen werden.
Labortests haben gezeigt, daß AFCI-Schutzschalter Fehler er
kennen können, die nicht durch für Militärflugzeuge empfoh
lene Schutzschalter erkannt werden können, und daß sie we
sentlich schneller bei der Detektion von Kurzschlußlichtbögen
in der Verdrahtung eines Flugzeugs sind.
Es wurden Experimente bei der International Aero Inc. mit der
Schneider Electric Square D Company durchgeführt, um die Un
terschiede zwischen Schutzschaltern für Luftfahrzeuge und AF
CI-Vorrichtungen zu bestimmen. Diese Tests basierten auf den
FAA WetArcTest-Protokollen, die entwickelt wurden, um die An
fälligkeit einer Verdrahtung eines Flugzeugs gegenüber der
Lichtbogenbildung zu bestimmen.
Ein gemäß der Mi1-Spezifikation ausgelegter Schutzschalter
für Flugzeuge mit einem Nennstrom von fünf Ampere (5 A) wurde
in Serie mit einem 15 Ampere AFCI der Square D Company Arc-D-
Tect, der modifiziert war, um bei 400 Hz zu arbeiten, gelegt.
Es wurde Leistung an einen Wassererhitzer für ein Flugzeug,
der 1,95 Ampere durch den Schutzschalter des Gegenstandes und
die AFCI-Vorrichtung zieht, angelegt. Lichtbögen im Bereich
von 75-100 Ampere wurden am Eingang des Erhitzers durch das
Schleifen eines 20 ga Drahtes zwischen dem Eingang des Erhit
zers und Erde eingebracht. In jedem Test unterbrach der AFCI-
Prototyp die Leistung vor dem Schutzschalter für Flugzeuge
nach der Militärnorm. Diese Experimente zeigen, daß diese
Vorrichtungen für die Verwendung in Wechselstromschaltungen
für Flugzeuge ausgelegt werden können. Es werden aktuell zu
sätzliche Tests ausgeführt, um die Detektionsunterschiede mit
modifizierten AFCI-Vorrichtungen und Standardschutzschaltern
für Luftfahrzeuge als auch die Empfindlichkeit von thermisch
akustischem Isolationsmaterial gegenüber einer Entzündung
durch elektrische Lichtbögen und die Fähigkeit des AFCI, die
Zündung zu vermindern, zu ermitteln.
Es gibt zwei Typen von Kurzschlußlichtbögen in den elektri
schen Schaltungen und der Verdrahtung eines Flugzeugs: paral
lele und serielle.
Eine parallele Lichtbogenbildung tritt auf, wenn ein Lichtbo
gen zwischen zwei Drähten oder zwischen einem Draht und der
Zelle vorhanden ist, und der Strom durch die Impedanz der
Spannungsquelle, der Drahtes und des Lichtbogens begrenzt
ist. Wenn der Kurzschluß fest verbunden und die Lichtbogen
spannung niedrig ist, so löst der normale Schutzschalter ei
nes Flugzeuges sehr schnell aus, wobei nur eine geringe Er
hitzung des Drahtes oder Beschädigung am Punkt des Lichtbo
gens auftritt. Gelegentlich bläst der Lichtbogen aber die
kurzgeschlossenen Komponenten weg und erzeugt eine größere
Lichtbogenspannung und er vermindert den Fehlerstrom bis un
ter die Auslösekurve und verursacht "tickende Fehler". Die
Konsequenzen eines parallelen Lichtbogenschadens sind gewöhn
licherweise viel größer als bei seriellen Lichtbögen. Es kann
sein, daß der mittlere Strom nicht ausreicht, um einen kon
ventionellen Schutzschalter durch das Erhitzen des Bimetall
streifens auszulösen, oder es kann sein, daß der Spitzenstrom
nicht groß genug ist, um den magnetischen Auslöser auszulö
sen. Dies ergibt eine beträchtliche Wirksamkeit des Schutz
schalters gemäß der Militärnorm beim Schutz gegenüber einer
parallelen Lichtbogenbildung, wenn der Spitzenstrom einige
hundert Ampere beträgt. Unglücklicherweise kann der Fehler
strom durch eine Schaltung, die eine zu hohe Impedanz auf
weist, so begrenzt werden, daß er nicht sofort den thermisch-
magnetischen Schutzschalter auslöst. Die parallele Lichtbo
genbildung ist im allgemeinen gefährlicher als die serielle
Lichtbogenbildung. Die Energie, die im Lichtbogen freigesetzt
wird, ist viel höher, wobei die Temperaturen oft 10000 Grad
Fahrenheit überschreiten. Dies verursacht eine thermische
Zersetzung oder ein Verkohlen der Isolation, was leitende
Kohlenstoffkriechwege schafft und heißes Metall wegschleu
dert, das mit hoher Wahrscheinlichkeit auf entflammbare Mate
rialien treffen kann.
Die Serienlichtbogenbildung beginnt mit einer Korrosion von
Sockelverbindungen oder Verbindungen in Serie mit den elek
trischen Verbrauchern. Der Spannungsabfall über einer
schlechten Verbindung beginnt mit einigen wenigen hundert
Millivolt und erhitzt und oxidiert oder zersetzt thermisch
langsam die umgebenden Materialien. Der Spannungsabfall nimmt
auf einige wenige Volt zu, wobei er dann zu einer
"Glimmverbindung wird" und beginnt, Rauch aus der umgebenden
Polymerisolation abzugeben. Der Strom eines seriellen Licht
bogens ist gewöhnlicherweise durch die Impedanz des elektri
schen Verbrauchers, der mit der Schaltung verbunden ist, auf
einen gemäßigten Wert begrenzt. Die Leistungsmenge eines se
riellen Lichtbogens ist typischerweise viel geringer als bei
einem parallelen Kurzschluß. Da der Spitzenstrom typischer
weise niemals größer als der vorgesehene Laststrom ist, ist
eine Serienlichtbogenbildung viel schwieriger als eine paral
lele Lichtbogenbildung zu detektieren. Die Signatur eines Se
rienlichtbogens besteht aus einer unüblichen Variation des
normalen Laststroms. Eine Serienlichtbogenbildung gestaltet
sich gewöhnlicherweise so, daß der Lichtbogenstrom gut unter
halb der Auslösekurve des Flugzeugschutzschalters gemäß der
Militärnorm bleibt. Lose Anschlußlötfahnen, ungeordnete oder
mit Kreuzgewinde versehene Stecker, gebrochene Leiterlitzen
innerhalb eines Drahtes stellen typische Quellen dar. Diese
Lichtbögen verursachen Spannungsabfälle am Verbraucher und
das Erhitzen des Drahtes, des Steckerstiftes oder der An
schlußlötfahne. Diese Erhitzung kann zu einem Ausfall der
Komponente führen und zu einer Quelle einer Entzündung wer
den. Gleichstromlichtbögen sind ein anderes ernstes Ereignis,
das möglicherweise mit der AFCI-Technologie verhindert werden
kann. Gleichstromverbraucher sind relativ stabil, und jegli
che Änderungen, die in einer Schaltung vorgenommen werden,
sind üblicherweise mit bekannten Lastprofilen gut dokumen
tiert. Änderungen in der Gleichstromschaltungs-Signatur soll
ten sogar schneller als solche in Wechselstromschaltungen de
tektierbar sein. Ohne die sinusförmigen Änderungen in der
Spannung und Polarität, wie man sie bei der Wechselstromlei
stung sieht, sollten Änderungen in der Gleichstromschaltung
sogar zuverlässiger als in Wechselstromschaltungen detektiert
werden können.
Es muß Sorgfalt bei der Anpassung eines AFCI an Luftfahrzeuge
aufgewandt werden. Kritische und wesentliche elektrische
Schaltungen benötigen einen Schutz, der nicht fälschlicher
weise ausgelöst wird. Viele elektrische Verbraucher in Flug
zeugen befinden sich in Abzweigschaltungen, die eine Mischung
aus Stromwellenformen an den Schutzschalter liefern. Ein ein
ziger Schutzschalter im Cockpit kann mehrere unabhängige Sy
steme versorgen. Eine fälschliche Auslösung ist nicht ak
zeptabel, wenn mehrere Systeme durch einen Schutzschalter mit
Leistung versorgt werden. Es sollte eine sorgfältige Analyse
bei der Gestaltung und Implementierung der AFCI-Technologie
in Luftfahrzeugen vorgenommen werden. Sogar unter diesen Vor
behalten hat der AFCI das Potential eine der größten einzel
nen Verbesserungen in Bezug auf die Sicherheit in Luftfahr
zeugen, die in den letzten Jahren erreicht wurden, darzustel
len.
Um es kurz zusammen zu fassen, so werden Hitze, Lichtbögen
oder eine elektrische Entzündung oft durch lose Verbindungen,
gebrochene oder kurzgeschlossene Drähte im Leistungsver
teilsystem verursacht. Bei der Verdrahtung eines Flugzeuges
tragen die Vibration, die Feuchtigkeit, extreme Temperaturen,
eine nicht korrekte Wartung und Reparatur alle zu einem Aus
fall der Verdrahtung bei. Dies führt zu einer Lichtbogenbil
dung und kann dazu führen, daß brennbare Komponenten entzün
det werden. Weiterhin kann eine Kohlenstoff-Kriechwegbildung,
die durch Hitze verursacht wird, die durch den Lichtbogen er
zeugt wird, die Drahtisolation zerstören, die Leiter freile
gen, und zu unterbrochenen Kurzschlüssen zwischen den einzel
nen Drähten führen. Diese Kurzschlüsse zwischen den Drähten
können empfindliche Avioniksysteme beschädigen und Fehlfunk
tionen während des Fluges verursachen. Die Eliminierung oder
Verminderung dieser Gefahren für den Flug mit einer Kurz
schlußlichtbogentechnologie sollte industrieweite Priorität
genießen.
Die Erfindung schließt eine Vorrichtung und ein Verfahren
ein, mit dem eine Lichtbogenbildung in der Verdrahtung eines
Flugzeuges erkannt wird.
Die Detektion der oben beschriebenen zeitweise aussetzenden
Ströme, die durch die Lichtbogenbildung verursacht werden,
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Ein Detektions
signal, das gemäß der Erfindung erzeugt wird, kann verwendet
werden, um einen Schutzschalter auszulösen, die Bildung von
Lichtbögen der Flugzeugelektronik anzuzeigen, den Piloten zu
alarmieren, oder einen Befehl abzusetzen, um ein Steuerrelais
auszulösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Kurzschlußlichtbogen-Detektionssystem und ein Verfahren anzu
geben, das zuverlässig Kurzschlußlichtbogenzustände, die
durch konventionelle Schutzschalter ignoriert werden, detek
tiert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein Kurzschlußlichtbogendetektionssystem zu liefern, das eine
minimale Anzahl hoch zuverlässiger elektronischer Signalver
arbeitungskomponenten, wie einen Mikrorechner, verwendet, um
den größten Teil der Signalverarbeitung und der Analysefunk
tionen auszuführen, so daß es relativ einfach im Betrieb und
dennoch sehr zuverlässig ist.
Andere und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden
Fachleute aus der vorliegenden Beschreibung in Verbindung mit
den begleitenden Zeichnungen und angefügten Ansprüchen erken
nen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Be
stimmung, ob ein Lichtbogen in der elektrischen Schaltung ei
nes Flugzeuges vorhanden ist, bereitgestellt, wobei das Ver
fahren die Schrittes der Messung eines Stroms in dieser
Schaltung und der Entwicklung eines entsprechenden Eingabesi
gnals, das Bestimmen des Vorhandenseins eines breitbandigen
Rauschens in diesem Eingangssignal und das Erzeugen eines
entsprechenden Ausgangssignals, und das Verarbeiten des Ein
gangssignals und des Ausgangssignals in vorbestimmter Weise,
um zu bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen in dieser Schal
tung vorhanden ist oder nicht, umfaßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System für
das Bestimmen, ob eine Lichtbogenbildung in einer elektri
schen Schaltung für ein Flugzeug vorhanden ist, bereitge
stellt, wobei dieses System einen Sensor für das Messen eines
Stroms in der Schaltung und das Entwickeln eines entsprechen
den Sensorsignals, eine Schaltung für das Bestimmen des Vor
handenseins von breitbandigem Rauschen im Sensorsignal und
das Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals und eine
Steuerung für das Verarbeiten des Sensorsignals und des Aus
gangssignals in einer vorbestimmten Weise, um zu bestimmen,
ob ein Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhanden ist,
umfaßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Steuerung
für das Bestimmen, ob eine Lichtbogenbildung in der elektri
schen Schaltung eines Flugzeuges vorhanden ist, in Erwiderung
auf Eingangssignale bereitgestellt, wobei die Eingangssignale
einem Strom in der Schaltung und dem Vorhandensein eines
breitbandigen Rauschens in einem vorbestimmten Frequenzbe
reich in der Schaltung entsprechen, wobei die Steuerung eine
Vielzahl von Zählern einschließt, und wobei die Steuerung die
Vielzahl von Zähler in einer vorbestimmten Art gemäß den Ein
gangssignalen inkrementiert und periodisch bestimmt, ob ein
Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist, basierend zumindest teil
weise auf dem Zustand der vielen Zähler.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren
zur Bestimmung, ob eine Lichtbogenbildung in der elektrischen
Schaltung eines Flugzeuges vorhanden ist, durch das Verarbei
ten von Eingangssignalen, die einem Strom in der Schaltung
und dem Vorhandensein von breitbandigem Rauschen in einem
vorbestimmten Frequenzbereich in der Schaltung entsprechen,
bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte der Inkre
mentierung einer Vielzahl von Zählern in einer vorbestimmten
Weise gemäß den Eingangssignalen und der periodischen Bestim
mung, ob ein Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist, basierend
zumindest teilweise auf dem Zustand der vielen Zähler, um
faßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Detektor
für einen elektrischen Fehler für die Verdrahtung eines Flug
zeuges bereitgestellt, wobei er eine erste Bandpaßfilter
schaltung, die auf ein Eingangssignal, das einen elektrischen
Signalzustand in einer zu überwachenden Schaltung darstellt,
anspricht, und sie ein Frequenzsignal hindurch läßt, das aus
Signalkomponenten des Eingangssignals besteht, die in ein er
stes vorbestimmtes Frequenzband fallen und eine UND-Schal
tung, die die Frequenzsignale von den ersten und zweiten
Bandpaßfilterschaltungen empfängt und UND-verknüpft, umfaßt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine anwen
dungsspezifische integrierte Schaltung, die eine erste Band
paßfilterschaltung, die auf ein Eingangssignal anspricht, das
einen Signalzustand in einer zu überwachenden Schaltung dar
stellt, und die ein Frequenzsignal hindurch läßt, das Signal
komponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein erstes
vorbestimmtes Frequenzband fallen, eine zweite Bandpaßfilter
schaltung, die auf dieses Eingangssignal anspricht, die ein
Frequenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Ein
gangssignals umfaßt, die in ein zweites vorbestimmtes Fre
quenzband fallen, und eine UND-Schaltung, die die Frequenzsi
gnale von den ersten und zweiten Bandpaßfilterschaltungen
empfängt und sie UND-verknüpft, umfaßt.
Fig. 1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Kurzschluß
lichtbogendetektionssystems, das die vorliegende Erfindung
verkörpert; und
Fig. 2-6b sind Flußdiagramme, die eine Lichtbogendetek
tionsroutine für einen Mikroprozessor gemäß einer Ausfüh
rungsform der Erfindung darstellen;
Fig. 7a-13 sind Flußdiagramme, die andere Aspekte des
Betriebs eines Mikroprozessors in einer Ausführungsform der
Erfindung zeigen.
Es wird nun Bezug auf die Zeichnungen und zunächst auf die
Fig. 1 genommen, in der in Blockdiagrammform ein neues Kurz
schlußlichtbogendetektorsystem gemäß der Erfindung gezeigt
und allgemein mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet ist. Ein
Kurzschlußlichtbogen ist schematisch mit der Bezugszahl 25
bezeichnet. Im Erläuterungsbeispiel ist das Kurzschlußlicht
bogendetektionssystem 10 mit einem elektrischen System eines
Flugzeuges, wie einer 115 Volt, 400 Hz Schaltung 15, die auf
Kurzschlußlichtbögen hin überwacht werden soll, verbunden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung mit einer
400 Hz Schaltung begrenzt. Mindestens ein Sensor 16 ist in
Verbindung mit der Schaltung 15 vorgesehen, um ein Signal zu
erzeugen, das einen Signalzustand darstellt, wie die Lei
stung, die Spannung oder den Strom in der Schaltung 15. In
der dargestellten Ausführungsform umfaßt dieser Sensor 16 ei
nen Stromratenänderungssensor (di/dt). Ein überwachter Leiter
15 der Schaltung 15 läuft durch den Stromratenänderungssensor
16 (di/dt) hindurch, wobei dieser ein Signal erzeugt, das die
Änderungsrate des Stromflusses im Leiter 15 darstellt. Die
Flugzeugzelle 14 liefert einen Rückweg für das elektrische
System des Flugzeugs.
Der di/dt-Sensor 16 kann eine Ringspule, die einen Ringkern
aufweist, der den relevanten Leiter umgibt, umfassen, wobei
eine Ringmeßspule spiralförmig auf dem Kern aufgewickelt ist.
Der Kern kann aus magnetischem Material, wie Ferrit, Eisen
oder gegossenen permeablen Pulver hergestellt sein, so daß
der Sensor auf schnelle Änderungen des Flusses reagieren
kann. Ein Luftspalt kann in gewissen Fällen in den Kern ge
schnitten werden, um die Permeabilität zu vermindern, und das
Kernmaterial ist derart ausgebildet, daß es während des rela
tiv hohen Stromes, der bei einigen Arten der Lichtbogenbil
dung erzeugt wird, nicht in die Sättigung gerät, so daß eine
Lichtbogendetektion dennoch möglich ist.
Der di/dt-Sensor 16 liefert ein Eingangssignal für eine Kurz
schlußlichtbogendetektionsschaltung 24, die eine Detektor
schaltung für ein breitbandiges Rauschen einschließen kann,
und für eine Meßschaltung 26. In einer Ausführungsform werden
die Komponenten des Kurzschlußlichtbogendetektors 24 und der
Strommeßschaltung 26 auf einer anwenderspezifischen inte
grierten Schaltung (ASIC) 30 bereit gestellt. Geeignete Aus
gangssignale von der ASIC 30 werden zu einer Mikrosteuerung
oder einem Mikroprozessor 40 (beispielsweise PICI16C73A) ge
geben, die oder der, basierend auf der Analyse und weiteren
Verarbeitung von Signalen, die durch die ASIC 30 geliefert
werden, eine Entscheidung fällt, ob ein Auslösesignal oder
ein Signal "Lichtbogen erkannt" an einen Ausgang 42 gesandt
werden soll. Diese Auslösesignal kann für das Aktivieren ei
ner (nicht gezeigten) Auslöseschaltung verwendet werden, die
betrieben werden kann, um eine 115 V 400 Hz Spannung von der
Schaltung oder den Schaltungen, in der oder denen eine Licht
bogenbildung beobachtet wurde, wegzunehmen.
Der Detektor 24 für ein breitbandiges Rauschen umfaßt eine
oder mehrere Bandpaßfilterschaltungen 50, die die Änderungs
rate des Stromsignals vom di/dt-Sensor 16 empfängt bezie
hungsweise empfangen. Die Bandpässe dieser Schaltungen 50
werden ausgewählt, um das Vorhandensein eines breitbandigen
Rauschens in speziellen Frequenzbändern, das in den überwach
ten Schaltungen beim Auftreten eines Kurzschlußlichtbogens,
auftreten kann, zu detektieren. Jeder der Bandpaßfilterschal
tungen 50 liefert ein gefiltertes Signal, das solche Kompo
nenten eines Eingangssignals vom di/dt-Sensor, die in die je
weiligen Bandpaßfrequenzbänder fallen, umfaßt, an eine Si
gnaldetektorschaltung 52.
Während des Betriebs erzeugt der Strom in der überwachten
Leitung 15 des Flugzeugs ein Feld, das eine Spannung im
di/dt-Sensor 16 induziert. Die Spannungsausgabe des Sensors
16 ist primär proportional zur unmittelbaren Änderungsrate
des Stroms. Die Kalibrierung des Sensors 16 kann gewählt wer
den, um ein Signal in einem Bereich und in einem Frequenz
spektrum zu liefern, in dem Lichtbögen am leichtesten von
Verbrauchern unterschieden werden können. Dieser Bereich und
dieses Spektrum können sich mit der Anwendung ändern, wobei
für ein Flugzeug herausgefunden wurde, daß ein nützlicher Be
reich sich von 100 bis 150 kA pro Sekunde und ein nützliches
Spektrum sich von 100 Hz bis 100 kHz erstreckt. Der Ausgang
des Sensors 16 kann auch aus einer Zeitintegration oder eine
Integratorschaltung 18 bestehen. Der Integrator kann aus ei
ner passiven Widerstands-Kondensator-Schaltung, gefolgt von
einem Verstärkungsintegrator, dessen Ausgangssignal propor
tional zum Wechselstrom ist, bestehen. Der Integrator 18 lie
fert ein Signal, das von einen Analog-Digital-Wandler (A/D-
Wandler) 19 abgetastet wird. In einer Ausführungsform besteht
das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 19 aus einer Serie von 8
Bit Werten (Minimum), die den Strom mit einer Rate von 16 Ab
tastungen pro halbem Zyklus darstellen. Der A/D-Wandler kann
ein Teil des Mikroprozessors oder des Mikrorechners 40 sein.
Wenn die Frequenz von der nominalen Frequenz weg wandert,
wird die Zeit zwischen den Durchgängen der Nullinie der Span
nung, die von einer Nulldurchgangsdetektionsschaltung 21 de
tektiert werden, unter Verwendung von internen Zeitgebern ge
messen und verwendet, um die Abtastrate zu variieren, um eine
konstante Anzahl von Abtastwerten pro Zyklus zu erzielen.
Die Schaltung bestimmt, ob gleichzeitig ein Triggerpegelsi
gnal in zwei oder mehr Frequenzbändern vorhanden ist. Um dies
auszuführen, wird ein Teil des Signals vom di/dt-Sensor 16 zu
Bandpaßfiltern 50 geleitet. Die minimale Anzahl von Bandpaß
filtern beträgt zwei. Die Frequenzbänder der Filter werden im
Spektrum von 10 kHz bis 100 kHz ausgewählt. In einem Beispiel
betragen bei einer Implementierung mit zwei Bändern die Mit
tenfrequenzen 30 kHz und 60 kHz. In diesem Beispiel werden
die Ausgangssignale von den Bandpaßfiltern 50 detektiert
(gleichgerichtet) und mit einem Tiefpaßfilter mit einer Eck
frequenz von 5 kHz gefiltert. Das Signal, das von jedem Fre
quenzband ausgegeben wird, wird zu einer Vergleichsvorrich
tung (Signaldetektor) 52 geführt, wo es mit einem Referenz
spannungspegel verglichen wird, und, wenn es eine ausrei
chende Größe aufweist, einen Ausgangspuls verursacht. Der
"Triggerpegel" des Signals von jedem Band, der notwendig ist,
um einen Ausgangspuls von der Vergleichsschaltung zu erzeu
gen, wird durch das Analysieren der durch die Verbraucher bei
nicht vorhandener Lichtbogenbildung erzeugten Signatur der
jeweiligen Anwendung bestimmt. Zusätzliche Vergleichsschal
tungen (UND-Gatter) werden verwendet, um immer dann einen
Puls zu senden, wenn mehrere Filterbänder gleichzeitig ein
Triggersignal in ihrem Band empfangen. Die sich ergebenden
Pulse, die ein Signal in mehreren Bändern anzeigen, werden
durch den Mikroprozessor 40 gezählt und in einem gewissen
Lichtbogendetektionsalgorithmus verwendet. Die Abtastwerte
des Stroms werden in die Werte current_peak (Stromspitze),
current_area (Stromgebiet), max(di/dt) (Maximum der Stromän
derung pro Zeit) umgewandelt. Diese Werte werden für jeden
Halbzyklus gespeichert.
Die Verwendung der Bezeichnungen "Bandpaßfilter",
"Vergleichsvorrichtung", "UND-Gatter" und "Integrator" be
schränkt die Erfindung nicht auf Hardwareäquivalente dieser
Vorrichtungen. Softwareäquivalente dieser Funktionen können
implementiert werden, vorausgesetzt daß das di/dt-Signal (vom
Sensor 16) zuerst verstärkt und in Digitalwerte umgewandelt
wird.
In der beispielhaften Ausführungsform ist ein (nicht gezeig
ter) Spannungssensor als Widerstandsteilerschaltung, die ei
nen abgeschwächten Spannungspegel, der mit den Halbleiterlo
gikbauelementen kompatibel ist, liefert, implementiert. Die
Nulldurchgangsschaltung 21 wird mit einem Tiefpaßfilter
(Eckfrequenz 1 kHz) und Vergleichsvorrichtungen implemen
tiert, um eine digitale "1" zu liefern, wenn die Spannung
über null liegt, und um eine digitale "0" zu liefern, wenn
die Spannung unter null Volt liegt. Der Mikrorechner 40 nimmt
die Logikpegel auf und schließt Zeitgeber ein, um zu bestim
men, ob die Systemfrequenz sich gegenüber dem vorherigen Zy
klus erhöht oder erniedrigt hat. Die A/D-Abtastrate wird dann
auf einen schnelleren oder langsameren Wert eingestellt, um
eine Abtastrate von 33 +/- 1 Abtastwerten pro Zyklus aufrecht
zu halten.
Die Flußdiagramme der Fig. 2-6 zeigen ein Verfahren ei
ner Lichtbogendetektion, das durch die Schaltungen und den
Prozessor der Fig. 1 ausgeführt wird.
Die verfügbaren Eingangssignale umfassen:
16 Abtastwerte (jeweils 1 Byte) des Stroms pro Halbzy klus der Spannung (1 Bit = 0,2 A momentan, im dargestellten Beispiel).
16 Abtastwerte (jeweils 1 Byte) des Stroms pro Halbzy klus der Spannung (1 Bit = 0,2 A momentan, im dargestellten Beispiel).
Einen Logikpegelpuls, der die Polarität der Spannung an
zeigt, wobei ein Übergang bei der Spannung Null stattfindet.
Eine Impulsfolge, die das gleichzeitige Auftreten des
di/dt-Signals in zwei Frequenzbändern zeigt (ein Impuls =
gleichzeitige Stromsignale im 30 kHz und 60 kHz Band für min
destens 20 µsec im erläuterten Beispiel).
In den Fig. 2-6b werden folgende Bezeichnungen verwen
det:
Peak1 = Spitzenwert des vorherigen Halbzyklus
Peak2 = Spitzenwert von zwei vorherigen Halbzyklen (peak of two previous half cycle ago)
Peak3 = Spitzenwert von drei vorherigen Halbzyklen
Peak4 = Spitzenwert von vier vorherigen Halbzyklen
Peak5 = Spitzenwert von fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt1 = Maximum di/dt des vorherigen Halbzyklus
di/dt2 = Maximum di/dt der zwei vorherigen Halbzyklen (max di/dt of two previous half cycles ago)
di/dt3 = Maximum di/dt der drei vorherigen Halbzyklen
di/dt4 = Maximum di/dt der vier vorherigen Halbzyklen
di/dt5 = Maximum di/dt der fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt_Threshold_1 = 0,25 (peak)
di/dt_Threshold_2 = 0,17 (peak)
di/dt_Threshold_3 = 0,20 (peak)
Noise_Threshold = 16 (Rauschgrenzwert)
HF_Threshold = 4 (HF-Grenzwert)
Aspect_Ratio_1 = Area_1/Peak_1 (Seitenverhältnis)
Slow-Rise = Peak1 - Max_di/dt1
HF_Count_1 = Hochfrequenzzählwert des letzten halben Zy klus
Peak1 = Spitzenwert des vorherigen Halbzyklus
Peak2 = Spitzenwert von zwei vorherigen Halbzyklen (peak of two previous half cycle ago)
Peak3 = Spitzenwert von drei vorherigen Halbzyklen
Peak4 = Spitzenwert von vier vorherigen Halbzyklen
Peak5 = Spitzenwert von fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt1 = Maximum di/dt des vorherigen Halbzyklus
di/dt2 = Maximum di/dt der zwei vorherigen Halbzyklen (max di/dt of two previous half cycles ago)
di/dt3 = Maximum di/dt der drei vorherigen Halbzyklen
di/dt4 = Maximum di/dt der vier vorherigen Halbzyklen
di/dt5 = Maximum di/dt der fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt_Threshold_1 = 0,25 (peak)
di/dt_Threshold_2 = 0,17 (peak)
di/dt_Threshold_3 = 0,20 (peak)
Noise_Threshold = 16 (Rauschgrenzwert)
HF_Threshold = 4 (HF-Grenzwert)
Aspect_Ratio_1 = Area_1/Peak_1 (Seitenverhältnis)
Slow-Rise = Peak1 - Max_di/dt1
HF_Count_1 = Hochfrequenzzählwert des letzten halben Zy klus
Diese Erfindung verwendet Wellenformen des Stroms und ein
breibandiges Rauschen, um zu bestimmen, ob eine Lichtbogen
bildung in elektrischen Leitern auftritt. Ein hoher Strom ei
nes Lichtbogens wird identifiziert als eine Wellenform des
Stroms, die schnelle Stromänderungen (di/dt) mit einem breit
bandigen Rauschen (10 kHz bis 100 kHz in einer Ausführungs
form) in Abhängigkeit des Pegels von di/dt aufweist. Tabelle
1 faßt die Eigenschaften eines hohen Stroms bei einer Licht
bogenbildung in Bezug auf die Wellenformen des Stroms zusam
men und zeigt, wie Firmware-Zähler in einer Ausführungsform
inkrementiert werden. Eine detaillierte Beschreibung der Ver
wendung der Zähler, um zu bestimmen, ob ein Lichtbogen vor
handen ist, oder ob es ein Rauschen ist, das von einer norma
len Last herrührt, wird später beschrieben.
Es gibt Zustände, bei denen Verbraucher ein breitbandiges
Rauschen, einen großen Wert di/dt und hohe Ströme bei norma
len Betriebsbedingungen aufweisen. Um zwischen normalen
rauschbehafteten Verbraucherströmen und Strömen von Lichtbö
gen zu unterscheiden, spricht das Verfahren und die Vorrich
tung auf vorbestimmte Pegel des Wertes di/dt, des breitbandi
gen Rauschens, der hohen Ströme, abklingender Ströme und
Stromverhältnisse (current apect ratios) an.
Breitbandiges Rauschen ist das Produkt der logischen UND-Ver
knüpfung von zwei Frequenzbändern in Hardware (wobei keine
Beschränkung auf zwei vorliegt). Wenn beide gleichzeitig vor
handen sind, so wird ein Impuls am Eingang des Mikrorechners
empfangen. Die Impulse werden für jeden Halbzyklus gezählt,
gespeichert und dann wird der Zähler rückgesetzt, um die Fre
quenzkomponenten im nächsten Halbzyklus zu detektieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden folgende Aus
drücke und Variablen verwendet:
di/dt_Threshold_1 = Der Grenzwert beträgt 0,25 ×
(Spitzenstrom). Wenn innerhalb eines Halbzyklus der Wert
di/dt diesen Schwellwert überschreitet, so ist die Wahr
scheinlichkeit für das Vorhandensein eines Lichtbogens hoch.
di/dt_Threshold_2 = Der Grenzwert beträgt 0,17 ×
(Spitzenstrom). Wenn innerhalb eines Halbzyklus der Wert
di/dt diesen Schwellwert überschreitet und ein breitbandiges
Rauschen mit einem normalen niedrigen Betriebsrauschen vor
handen ist (HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold), so ist
die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines Lichtbo
gens hoch.
di/dt_Threshold_3 = Der Grenzwert beträgt 0,20 ×
(Spitzenstrom). Wenn innerhalb eines Halbzyklus der Wert
di/dt diesen Schwellwert überschreitet und ein breitbandiges
Rauschen mit einem normalen niedrigen Betriebsrauschen vor
handen ist (HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold), so ist
die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines Lichtbo
gens hoch.
Noise_Threshold = Der Schwellwert beträgt 16. Dies ist
der Schwellwert des normalen breitbandigen Betriebsrauschens
(HF_Noise_Accumulator). Das Verfahren und die Vorrichtung der
Erfindung verwenden dies, um zu bestimmen, ob das breitban
dige Rauschen von einer Lichtbogenbildung oder einem normalen
Betrieb der Verbraucher herkommt.
HF_Count_1 = Ein ganzzahliger Zähler, der den Zählwert
des breitbandigen Rauschens des vorherigen Halbzyklus ent
hält. Je höher der Zählwert ist, desto größer ist die Ampli
tude des breitbandigen Rauschens.
HF_Threshold = Der Schwellwert beträgt 4. Dieser
Schwellwert ist der Zählschwellwert des breitbandigen Rau
schens, das von einer Lichtbogenbildung verursacht wird. Wenn
der Zählwert des breitbandigen Rauschens (HF_Count_1) größer
als dieser Schwellwert ist, und wenn der Zählwert des norma
len breitbandigen Betriebsrauschens (HF_Noise_Accumulator)
kleiner als der Wert Noise_Threshold ist, so ist die Wahr
scheinlichkeit für einen Lichtbogen hoch.
Aspect_Ratio = Definiert als Area_1/Peak_1
Slow_Rise = Definiert als Peak1 - di/dt1
Peak0 = Spitzenstrom des aktuellen Halbzyklus
Peak1 = Spitzenstrom des vorherigen Halbzyklus
Peak2 = Spitzenstrom von zwei vorherigen Halbzyklen (Peak current of two previous halfcycle ago)
Peak3 = Spitzenstrom von drei vorherigen Halbzyklen
Peak4 = Spitzenstrom von vier vorherigen Halbzyklen
Peak5 = Spitzenstrom von fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt0 = Max di/dt** des aktuellen Halbzyklus
di/dt1 = Max di/dt** des vorherigen Halbzyklus
di/dt2 = Max di/dt** von zwei vorherigen Halbzyklen (Max di/dt** of two previous half cycles ago)
di/dt3 = Max di/dt** von drei vorherigen Halbzyklen
di/dt4 = Max di/dt** von vier vorherigen Halbzyklen
di/dt5 = Max di/dt** von fünf vorherigen Halbzyklen
area0 = Gebiet* des aktuellen Halbzyklus
area1 = Gebiet* des letzten Halbzyklus
Aspect_Ratio = Definiert als Area_1/Peak_1
Slow_Rise = Definiert als Peak1 - di/dt1
Peak0 = Spitzenstrom des aktuellen Halbzyklus
Peak1 = Spitzenstrom des vorherigen Halbzyklus
Peak2 = Spitzenstrom von zwei vorherigen Halbzyklen (Peak current of two previous halfcycle ago)
Peak3 = Spitzenstrom von drei vorherigen Halbzyklen
Peak4 = Spitzenstrom von vier vorherigen Halbzyklen
Peak5 = Spitzenstrom von fünf vorherigen Halbzyklen
di/dt0 = Max di/dt** des aktuellen Halbzyklus
di/dt1 = Max di/dt** des vorherigen Halbzyklus
di/dt2 = Max di/dt** von zwei vorherigen Halbzyklen (Max di/dt** of two previous half cycles ago)
di/dt3 = Max di/dt** von drei vorherigen Halbzyklen
di/dt4 = Max di/dt** von vier vorherigen Halbzyklen
di/dt5 = Max di/dt** von fünf vorherigen Halbzyklen
area0 = Gebiet* des aktuellen Halbzyklus
area1 = Gebiet* des letzten Halbzyklus
di/dt_Profile_Count = Speichert die ganzzahlige Anzahl
von Malen, zu denen der Wert di/dt eingestellte Schwellwerte,
wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, überschritten hat.
High_Current_Half_Cycle = Speichert die ganzzahlige An
zahl von Halbzyklen, die größer als der Spitzenwert von 16 A
sind.
Arcing_Half_Cycle_Count = Speichert die ganzzahlige An
zahl von Malen, bei denen ein Halbzyklus mit einer Lichtbo
genbildung detektiert wurde. Der Halbzyklus mit Lichtbogen
bildung ist in Tabelle 1 beschrieben.
HF_Count_1 = Speichert die ganzzahlige Anzahl von Zähl
werten des breitbandigen Rauschens des vorherigen Halbzyklus.
HF_Profile_Count = Speichert die ganzzahlige Anzahl ak
kumulierter Zählwerte des breitbandigen Rauschens von den
vorherigen Halbzyklen.
HF_Noise_Accumulator = Speichert die ganzzahlige Anzahl
von Hochfrequenzzählwerten während des Anlauf- oder des Sta
tionärbetriebs (Ströme kleiner als 16 A).
Missing_Half_Cycle = Boolesche Variable, die auf den
Wert TRUE (wahr) gesetzt wird, wenn ein Halbzyklus ohne
Lichtbogenbildung auf einen Halbzyklus mit Lichtbogenbildung
folgt.
Die folgenden Algorithmen wurden für eine 5 A Lichtbogende
tektion gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgelegt.
Die Bezugszahlen in Klammern entsprechen den Bezugszahlen,
die man in den Flußdiagramme der Fig. 2-7 findet.
In dieser Ausführungsform werden die booleschen Variablen
folgendermaßen festgesetzt:
Missing_Half_Cycle(141) wird auf den Wert TRUE gesetzt, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt werden (Fig. 2):
(140)
Peak1 < Peak2
Peak1 < 9 A
Arcing_Half_Cycle_Count < 0
Peak2 - Peak1 < 16 A
Missing_Half_Cycle(141) wird auf den Wert TRUE gesetzt, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt werden (Fig. 2):
(140)
Peak1 < Peak2
Peak1 < 9 A
Arcing_Half_Cycle_Count < 0
Peak2 - Peak1 < 16 A
Der Wert High_Current_Arc (105, 109) wird auf den Wert TRUE
gesetzt, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt werden:
(101)
Peak1 < 16 A
Apect_Ratio_1 <= 2
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(101)
Peak1 < Peak2
Peak1 < 9 A
(104)
di/dt < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
(101)
Peak1 < 16 A
Apect_Ratio_1 <= 2
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(101)
Peak1 < Peak2
Peak1 < 9 A
(104)
di/dt < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
Die Zählwerte des Algorithmus werden inkrementiert und ge
löscht unter den folgenden Bedingungen (Fig. 3):
(101)
Wenn (Peak1 < 16 A und Slow_Rise < 2), dann prüfe folgen des:
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(110)
di/dt1 < di/dt_Threshold_3
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
Inkrementiere HF_Profile_Count(107,109), wenn folgendes erfüllt ist:
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
(106)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
(101)
Wenn (Peak1 < 16 A und Slow_Rise < 2), dann prüfe folgen des:
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(110)
di/dt1 < di/dt_Threshold_3
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
Inkrementiere HF_Profile_Count(107,109), wenn folgendes erfüllt ist:
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
(106)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
Inkrementiere Arcing_Half_Cycle_Count (105, 109), wenn
alle folgenden Bedingungen erfüllt sind:
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
(103)
di/dt1 < di/dt_Threshold_1
ODER
(104)
di/dt1 < di/dt_Threshold_2
(108)
HF_Count_1 < HF_Threshold
HF_Noise_Accumulator < Noise_Threshold
Anlaufbedingungen (Fig. 4):
Anlauf einer Wolframlampe
(102, 115)
Wenn (Peak1 < 12 A und Peak2 < 12 A und Peak3 < 12 A und Peak4 < 12 A und Missing_Half_Cycle = FALSE), dann prüfe folgendes:
(116, 118)
Wenn (((Peak1 < (Peak3 - 2,4 A)) und (Peak1 y Peak2)) und ((Peak2 < Peak3) und (Peak2 < Peak4 - 2,4 A)))
dann setze Folgendes zurück:
-Arcing_Half_Cycle_Count = 0
-di/dt_Profile_Count = 0
-HF_Profile_Count = 0
-High_Current_Arc = FALSE
Anlauf einer Wolframlampe
(102, 115)
Wenn (Peak1 < 12 A und Peak2 < 12 A und Peak3 < 12 A und Peak4 < 12 A und Missing_Half_Cycle = FALSE), dann prüfe folgendes:
(116, 118)
Wenn (((Peak1 < (Peak3 - 2,4 A)) und (Peak1 y Peak2)) und ((Peak2 < Peak3) und (Peak2 < Peak4 - 2,4 A)))
dann setze Folgendes zurück:
-Arcing_Half_Cycle_Count = 0
-di/dt_Profile_Count = 0
-HF_Profile_Count = 0
-High_Current_Arc = FALSE
Anlauf eines induktiven Verbrauchers:
(102, 115)
Wenn (Peak1 < 12 A und Peak2 < 12 A und Peak3 < 12 A und Peak4 < 12 A und Missing_Half_Cycle = FALSE), dann prüfe fol gendes:
(117, 120, 121)
((Peak3 < Peak1) und (Peak5 < Peak3) und (di/dt1 < Peak1/2) und (di/dt2 < Peak2/2) und (di/dt3 < Peak3/2) und ((di/dt5 + 0,5 A) <= di/dt3) und ((di/dt3 + 0,5 A) <= di/dt1) und (Slow Rise < 16 A))
dann setze Folgendes zurück:
-di/dt_Profile_Count = 0
-HF_Profile_Counter = 0
-High_Current_Arc = FALSE
(102, 115)
Wenn (Peak1 < 12 A und Peak2 < 12 A und Peak3 < 12 A und Peak4 < 12 A und Missing_Half_Cycle = FALSE), dann prüfe fol gendes:
(117, 120, 121)
((Peak3 < Peak1) und (Peak5 < Peak3) und (di/dt1 < Peak1/2) und (di/dt2 < Peak2/2) und (di/dt3 < Peak3/2) und ((di/dt5 + 0,5 A) <= di/dt3) und ((di/dt3 + 0,5 A) <= di/dt1) und (Slow Rise < 16 A))
dann setze Folgendes zurück:
-di/dt_Profile_Count = 0
-HF_Profile_Counter = 0
-High_Current_Arc = FALSE
Wenn kein Halbzyklus mit Lichtbogenbildung innerhalb von 0,5
Sekunden nach dem letzten Halbzyklus mit Lichtbogenbildung
auftritt, dann lösche alle Zähler.
Ein Kurzschlußlichtbogen zwischen einer Leitung und der neu
tralen Leitung oder einer Leitung und Erde ist unter den fol
genden Zuständen der obigen Firmware-Zähler vorhanden (Fig.
5):
TRIP (Auslösesignal 132) wenn:
(131)
Wenn (Arcing_Half_Cycle_Count < 6)
ODER
(124)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 3 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und di/dt_Profile_Count < 1 und Arcing_Half-Cycle_Count < 1)
ODER
(135)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 4 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und der hohe Arcing_Half-Cycle_Count < 2)
ODER
(136)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und Ar cing_Half-Cycle_Count < 3)
ODER (Fig. 6a)
(137)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt1 < di/dt3 und di/dt_Profile_Count < 2)
ODER
(138)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt1 < di/dt3 und HF_Profile_Count < 2 und di/dt_Profile_Count < 1)
ODER
(126, 125, 127)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und Missing_Half_Cycle = TRUE)
ODER
(126, 125, 128) (Fig. 6b)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt_Profile_Count < 3)
ODER
(126, 125, 129)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und HF_Profile_Count < 1 und di/dt_Profile_Count < 2)
ODER
(126, 125, 130)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und HF_Profile_Count < 2 und di/dt_Profile_Count < 1).
TRIP (Auslösesignal 132) wenn:
(131)
Wenn (Arcing_Half_Cycle_Count < 6)
ODER
(124)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 3 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und di/dt_Profile_Count < 1 und Arcing_Half-Cycle_Count < 1)
ODER
(135)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 4 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und der hohe Arcing_Half-Cycle_Count < 2)
ODER
(136)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Missing_Half_Cycle = TRUE und Ar cing_Half-Cycle_Count < 3)
ODER (Fig. 6a)
(137)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt1 < di/dt3 und di/dt_Profile_Count < 2)
ODER
(138)
Wenn (High_Current_Half_Cycles = 5 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt1 < di/dt3 und HF_Profile_Count < 2 und di/dt_Profile_Count < 1)
ODER
(126, 125, 127)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und Missing_Half_Cycle = TRUE)
ODER
(126, 125, 128) (Fig. 6b)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und di/dt_Profile_Count < 3)
ODER
(126, 125, 129)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und HF_Profile_Count < 1 und di/dt_Profile_Count < 2)
ODER
(126, 125, 130)
Wenn (5 < High_Current_Half_Cycles < 9 innerhalb von 0,5 Sekunden und Arcing_Half-Cycle_Count < 3 und HF_Profile_Count < 2 und di/dt_Profile_Count < 1).
Man betrachte nun die Fig. 7a-13, in denen die darge
stellten Flußdiagramme ein Beispiel von Overhead- und Ein
stellroutinen eines Mikroprozessors für den Mikroprozessor 40
der Fig. 1 in einer Ausführungsform zeigen. Diese Flußdia
gramme sind nur ein Beispiel des Anlaufs eines Mikroprozes
sors und sollen auf keine Weise die Erfindung einschränken.
Die Erfindung ist vielmehr auf die Detektion von Kurzschluß
lichtbögen in einer Schaltung, wie sie oben beschrieben und
in Verbindung mit den Fig. 1-6 dargestellt wurde, ge
richtet, wobei diese eine Ausführungsform eines solchen
Lichtbogen-Detektionssystems für die Verwendung in einem
Flugzeug zeigt.
Die Fig. 7a und 7b zeigen ein Hauptprogramm für einen Mi
krorechner, das Unterprogramme, wie die Initialisierung des
initialisierten Mikrorechners 202, das Einstellen verschiede
ner Nullwerte für die ASIC (beispielsweise Null_ASIC_Offset
204), die oben unter Bezug auf die Fig. 1 dargestellt und
beschrieben wurden, und das Einstellen von Abtastintervallen,
umfaßt. Zusätzliche Unterprogramme umfassen ein Selbsttest
programm 208, ein Programm 206 zum Einstellen des Abtastin
tervalls, ein Programm 214 für das Erfassen der Startdaten,
wobei deren weitere Details in den folgenden Fig. 8-13
gezeigt sind. Der Lichtbogendetektionsalgorithmus 212, der in
Fig. 7a dargestellt ist, wird hier weiter oben unter Bezug
auf die Fig. 2-6 beschrieben.
Fig. 8 zeigt ein beispielhaftes Flußdiagramm für das Pro
gramm 206 zum Einstellen des Abtastintervalls.
Fig. 9a-9c zeigen weitere Details eines beispielhaften
Fludiagramms für eine Analog-Digital-(A/D)-Abtastinterrupt
routine.
Fig. 10a und 10b zeigen ein beispielhaftes Flußdiagramm
für das Programm 202 des Nullversatzes des ASIC.
Fig. 11 ist ein beispielhaftes Flußdiagramm für ein Feinein
stellungsprogramm 216 der Fig. 10b.
Die Fig. 12 und 13 zeigen jeweils beispielhafte Flußdia
gramme für das Selbsttestprogramm 208 und das Programm 214
der Fig. 7a für das Erfassen der Startdaten.
In Verbindung mit dem Programm 206 der Fig. 8 für das Ein
stellen des Abtastintervalls stellen die oberen 8 Bits eines
Wortes die Periode dar, wobei diese alle 400 nsec vom der an
steigende Flanke eines Spannungsnulldurchgangs zu der des
nächsten Spannungsnulldurchgangs, wenn ein Rücksetzen und ein
Neustart erfolgt, inkrementiert werden. Das Abtastintervall
wird verwendet, um die Abtastperiode A bis D in jedem Zeilen
zyklus einzustellen.
Bei dem Feineinstellungsprogranm der Fig. 11 bezeichnet HC
eine Eingabe eines hohen Stroms. Die Daten "Fine cal data"
stellen eine 16 Bit Menge dar, während die Daten "fine cal
data low" zu den unteren 8 Bits der 16 Bit Menge gehören.
Während spezielle Ausführungsformen und Anwendungen der vor
liegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, soll
te verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf die präzise
Konstruktion und die Aufbauten, die hier beschrieben sind,
beschränkt ist, sondern daß verschiedene Modifikationen, Än
derungen und Variationen sich aus der vorangehenden Beschrei
bung ergeben, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung, wie
sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Claims (23)
1. Verfahren zur Bestimmung, ob ein Lichtbogen in einer elek
trischen Schaltung eines Flugzeuges vorhanden ist, wobei das
Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Messen eines Stromes in der Schaltung und Entwickeln ei nes entsprechenden Sensorsignals;
Bestimmen des Vorhandenseins von breitbandigem Rauschen in diesem Sensorsignal und Erzeugen eines entsprechenden Aus gangssignals; und
Verarbeiten des Eingangssignals und des Ausgangssignals in vorbestimmter Weise, um zu bestimmen, ob ein Kurzschluß lichtbogen in der Schaltung vorhanden ist.
Messen eines Stromes in der Schaltung und Entwickeln ei nes entsprechenden Sensorsignals;
Bestimmen des Vorhandenseins von breitbandigem Rauschen in diesem Sensorsignal und Erzeugen eines entsprechenden Aus gangssignals; und
Verarbeiten des Eingangssignals und des Ausgangssignals in vorbestimmter Weise, um zu bestimmen, ob ein Kurzschluß lichtbogen in der Schaltung vorhanden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es weiter das Erzeugen
eines Auslösesignals in Erwiderung auf die Bestimmung, daß
ein Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhanden ist, um
faßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal ein
di/dt-Signal umfaßt, und wobei die Verarbeitung das Inkremen
tieren einer Vielzahl von Zählern in vorbestimmter Weise in
Übereinstimmung mit dem Sensorsignal und mit dem Ausgangssi
gnal und das periodische Bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbo
gen vorhanden ist, auf der Basis von zumindest teilweise dem
Zustand der Vielzahl der Zähler umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn kein Halbzyklus mit
einer Lichtbogenbildung in einer vorbestimmten Zeit nach dem
letzten Halbzyklus mit einer Lichtbogenbildung erkannt wird,
alle Zähler gelöscht werden.
5. System für die Bestimmung, ob ein Lichtbogen in einer
elektrischen Schaltung eines Flugzeuges vorhanden ist, wobei
das System folgendes umfaßt:
einen Sensor, der einen Strom in der Schaltung detek tiert und ein entsprechendes Sensorsignal entwickelt;
eine Schaltung, die das Vorhandensein von breitbandigem Rauschen in diesem Sensorsignal bestimmt und ein entsprechen des Ausgangssignal erzeugt; und
eine Steuerung, die das Sensorsignal und das Ausgangssi gnal in einer vorbestimmten Steuerung verarbeitet, um zu be stimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhan den ist.
einen Sensor, der einen Strom in der Schaltung detek tiert und ein entsprechendes Sensorsignal entwickelt;
eine Schaltung, die das Vorhandensein von breitbandigem Rauschen in diesem Sensorsignal bestimmt und ein entsprechen des Ausgangssignal erzeugt; und
eine Steuerung, die das Sensorsignal und das Ausgangssi gnal in einer vorbestimmten Steuerung verarbeitet, um zu be stimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhan den ist.
6. System nach Anspruch 5, wobei die Steuerung ein Auslösesi
gnal in Erwiderung auf eine Bestimmung, daß ein Kurzschluß
lichtbogen in der Schaltung vorhanden ist, erzeugt.
7. System nach Anspruch 5, wobei die Steuerung eine Vielzahl
von Zählern einschließt und diese Vielzahl von Zählern in ei
ner vorbestimmten Weise in Übereinstimmung mit dem Sensorsi
gnal und dem Ausgangssignal inkrementiert und periodisch zu
mindest teilweise auf der Basis des Zustands der Vielzahl der
Zähler bestimmt, ob ein Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist.
8. System nach Anspruch 5, wobei die Zähler in Software aus
geführt sind.
9. System nach Anspruch 5, wobei es weiter einen Spannungs
nulldurchgangsdetektor, der mit der Schaltung des Flugzeuges
und der Steuerung verbunden ist, einschließt, und wobei die
Steuerung auch die Spannungsnulldurchgangsinformation verar
beitet, um zu bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen in der
Schaltung vorhanden ist.
10. System nach Anspruch 7, wobei, wenn kein Halbzyklus mit
einer Lichtbogenbildung in einer vorbestimmten Zeit nach dem
letzten Halbzyklus mit einer Lichtbogenbildung detektiert
wurde, alle Zähler durch die Steuerung gelöscht werden.
11. Steuerung zur Bestimmung, ob eine Lichtbogenbildung in
einer elektrischen Schaltung eines Flugzeuges auftritt, in
Erwiderung auf Eingangssignale, wobei die Eingangssignale ei
nem Strom in der Schaltung und dem Vorhandensein eines breit
bandigen Rauschens in einem vorbestimmten Frequenzbereich in
der Schaltung entsprechen.
12. Steuerung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung weiter
ein Auslösesignal in Erwiderung auf eine Bestimmung, daß ein
Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhanden ist, erzeugt.
13. Steuerung nach Anspruch 11, wobei die Zähler in Software
implementiert sind.
14. Steuerung nach Anspruch 11, wobei, wenn kein Halbzyklus
mit einer Lichtbogenbildung in einer vorbestimmten Zeit nach
dem letzten Halbzyklus mit einer Lichtbogenbildung detektiert
wird, alle Zähler gelöscht werden.
15. Verfahren zur Bestimmung, ob ein Lichtbogen in einer
elektrischen Schaltung eines Flugzeuges vorhanden ist, in Er
widerung auf Eingangssignale, wobei die Eingangssignale einem
Strom in der Schaltung und dem Vorhandensein von breitbandi
gem Rauschen in einem vorbestimmten Frequenzbereich in der
Schaltung entsprechen, wobei das Verfahren folgende Schritte
umfaßt:
Inkrementieren einer Vielzahl von Zählern in einer vor bestimmten Weise in Übereinstimmung mit den Eingangssignalen; und
periodisches Bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen vor handen ist, zumindest teilweise basierend auf dem Zustand der Vielzahl von Zählern.
Inkrementieren einer Vielzahl von Zählern in einer vor bestimmten Weise in Übereinstimmung mit den Eingangssignalen; und
periodisches Bestimmen, ob ein Kurzschlußlichtbogen vor handen ist, zumindest teilweise basierend auf dem Zustand der Vielzahl von Zählern.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei es weiter das Erzeugen
eines Auslösesignals in Erwiderung auf eine Bestimmung, daß
ein Kurzschlußlichtbogen in der Schaltung vorhanden ist, ein
schließt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei, wenn kein Halbzyklus
mit einer Lichtbogenbildung in einer vorbestimmten Zeit nach
dem letzten Halbzyklus mit einer Lichtbogenbildung detektiert
wurde, alle Zähler gelöscht werden.
18. Detektor für die Detektion eines elektrischen Fehlers in
der Verdrahtung eines Flugzeuges, umfassend:
eine erste Bandpaßfilterschaltung, die auf ein Eingangs signal anspricht, das einen elektrischen Signalzustand in ei ner zu überwachenden Schaltung darstellt, und die ein Fre quenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Ein gangssignals umfaßt, die in ein erstes vorbestimmtes Fre quenzband fallen;
eine zweite Bandpaßfilterschaltung, die auf das Ein gangssignal anspricht, und die ein Frequenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein zweites vorbestimmtes Frequenzband fallen; und
eine UND-Schaltung, die die Frequenzsignale von den er sten und zweiten Bandpaßfilterschaltungen empfängt und UND- verknüpft.
eine erste Bandpaßfilterschaltung, die auf ein Eingangs signal anspricht, das einen elektrischen Signalzustand in ei ner zu überwachenden Schaltung darstellt, und die ein Fre quenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Ein gangssignals umfaßt, die in ein erstes vorbestimmtes Fre quenzband fallen;
eine zweite Bandpaßfilterschaltung, die auf das Ein gangssignal anspricht, und die ein Frequenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein zweites vorbestimmtes Frequenzband fallen; und
eine UND-Schaltung, die die Frequenzsignale von den er sten und zweiten Bandpaßfilterschaltungen empfängt und UND- verknüpft.
19. Detektor für die Detektion eines elektrischen Fehlers
nach Anspruch 18, wobei die ersten und zweiten Frequenzbänder
so ausgewählt sind, daß sie typisch für ein Frequenzspektrum
von Kurzschlußlichtbögen in einem elektrischen System eines
Flugzeugs sind.
20. Detektor für die Detektion eines elektrischen Fehlers
nach Anspruch 18, wobei er weiter einen Stromratenänderungs
sensor für das Erzeugen des Eingangssignals umfaßt.
21. Detektor für die Detektion eines elektrischen Fehlers
nach Anspruch 19, wobei er ferner eine Steuerung, die mit der
UND-Schaltung verbunden ist, für das Empfangen der UND-ver
knüpften Signale und für das Erzeugen eines Auslösesignals,
wenn ein Kurzschlußlichtbogen vorhanden ist, umfaßt.
22. Anwendungsspezifische integrierte Schaltung, umfassend:
eine erste Bandpaßfilterschaltung, die auf ein Eingangs signal anspricht, das einen Signalzustand in einer zu überwa chenden Schaltung darstellt, und die ein Frequenzsignal hin durch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein erstes vorbestimmtes Frequenzband fallen;
eine zweite Bandpaßfilterschaltung, die auf das Ein gangssignal anspricht, und die ein Frequenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein zweites vorbestimmtes Frequenzband fallen; und
eine UND-Schaltung, die die Frequenzsignale von den er sten und zweiten Bandpaßfilterschaltungen empfängt und UND- verknüpft.
eine erste Bandpaßfilterschaltung, die auf ein Eingangs signal anspricht, das einen Signalzustand in einer zu überwa chenden Schaltung darstellt, und die ein Frequenzsignal hin durch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein erstes vorbestimmtes Frequenzband fallen;
eine zweite Bandpaßfilterschaltung, die auf das Ein gangssignal anspricht, und die ein Frequenzsignal hindurch läßt, das Signalkomponenten des Eingangssignals umfaßt, die in ein zweites vorbestimmtes Frequenzband fallen; und
eine UND-Schaltung, die die Frequenzsignale von den er sten und zweiten Bandpaßfilterschaltungen empfängt und UND- verknüpft.
23. Eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung nach An
spruch 22, wobei die ersten und zweiten Frequenzbänder so
ausgewählt werden, daß sie ein Frequenzspektrum darstellen,
das typisch für Kurzschlußlichtbögen im elektrischen System
eines Flugzeugs ist.
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