電弧故障根本原因查找系統和方法

2023-07-09 01:12:56 2

專利名稱：電弧故障根本原因查找系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及用來確定電弧故障狀況的根本原因的電弧故障系統和方法。
背景技術：
現有技術電弧故障測試器只能執行測試分支電路並保證電子斷路器(AFCI/GFCI) 在發生電弧或接地故障的情況下能夠跳間的任務。存在與現有技術測試器相關的許多缺 點和問題。首先，必須將現有技術測試器連接到測試的插座。電工/用戶必須將現有技術 測試器連接至插座，然後測試斷路器，然後返回到面板/負載中心以將斷路器切換回到「開 (ON) 」位置。典型的現有技術測試器僅保證斷路器被適當地連接且分支相應地受到保護。 具體而言，目前可用的AFCI設備僅被分配針對電弧故障來監視並保護家庭中的分支電路 的任務，並且不告訴你該故障位於何處或電工應在哪裡開始尋找那些狀況的源頭。某些現 有技術測試器不將由測試器生成的信號識別為「真」電弧故障信號。因此，需要的是一種改進的電弧故障測試器。

發明內容
本發明消除現有技術測試設備的問題和缺陷並且意在一種提供故障狀態的可視 指示的新型測試設備。本發明的測試設備被配置為供電工用來查找電弧故障的潛在位置的 根本原因。本發明可以被電工用來進行通常需要兩個工程師、兩個步話機無線電(通信裝 置)和示波器的工作。因此，在一方面，本發明意在一種電弧故障根本原因查找裝置和一種用於確定電 弧故障狀況的根本原因的方法。在一個實施例中，所述電弧故障根本原因查找裝置具有被 安裝到負載面板盒的感測基座模塊，所述負載面板盒具有保護相應分支電路的至少一個斷 路器。所述感測基座模塊具有電連接到所述至少一個斷路器且被配置為感測分支電路中的 起弧事件的發生的感測電子裝置。所述感測基座模塊包括無線通信電子裝置以(i)實現提 供關於在分支電路中發生或不存在起弧事件的信息的電信號的傳輸，以及(ii)接收命令 信號。所述電弧故障根本原因查找裝置還具有遠程用戶接口模塊，該遠程用戶接口模塊具 有被配置為建立與所述感測基座模塊的通信以便接收由所述感測基座模塊發送的信號並 向所述感測基座模塊發送控制信號的無線通信電子裝置。所述遠程用戶接口模塊具有可視 顯示設備以顯示從所述感測基座模塊接收到的關於所述分支電路的信息。在相關方面，本發明意在一種用於查找電弧故障的根本原因的方法，包括提供保
5護具有電連接到分支電路的至少一個負載設備的相應分支電路的至少一個斷路器、使所述 至少一個負載設備通電、感測所述分支電路中的起弧事件的發生、生成表示在分支電路中 是否已發生起弧事件的電信號、處理所生成的電信號以導出表示在分支電路中發生或不存 在起弧事件的數據、以及在顯示設備上顯示數據。所述數據還被存儲在數據存儲設備中。在 另一實施例中，所述方法還包括步驟生成表示真電弧和接地故障狀況的特性的電信號、向 分支電路中注入電信號、確定所安裝的與分支電路相關的斷路器是否適當地工作、以及生 成指示所安裝的斷路器是否適當地工作的信息信號。


雖然本發明的範圍比任何特定實施例寬得多，但下面給出優選實施例的詳細說明 以及附圖。這些附圖僅僅是出於舉例說明的目的且不是按比例繪製。在附圖中，相同的附 圖標記表示相同的特徵和部件。可以通過結合附圖參考隨後的詳細說明來最佳地理解本發 明，在附圖中圖1是依照本發明的一個實施例的測試裝置的方框圖；圖2是依照本發明的另一實施例的測試裝置的方框圖；圖3是圖1所示的感測基座模塊的圖；圖4是圖1所示的遠程用戶接口模塊的圖；圖5是圖1所示的分支保護測試模塊的圖。
具體實施例方式本發明為用戶、電工或技術員提供查找其中已發現電弧故障的分支電路的根本原 因的能力。本發明為用戶提供準確地確定由電弧故障斷路器(AFCI)發現的潛在問題的根 源的能力。本發明將幫助用戶在與現有技術設備相比更少的時間內確定問題根源的位置。參照圖1，示出的是本發明的電弧故障根本原因查找裝置，該電弧故障根本原因查 找裝置通常包括感測基座模塊12和遠程用戶接口模塊14。負載面板盒8在其中具有電連 接到相應分支電路的多個斷路器或AFCI/GFCI設備。分支電路9是分支電路中的一個。分 支電路10是另一分支電路。感測基座模塊12可以被直接安裝到負載面板盒8，或者可以 位於附近。導線或電纜13將感測基座模塊12電連接到每個分支電路。具體而言，感測基 座模塊12被連接到保護正在討論的分支電路的電子斷路器(或AFCI)的負載功率和負載 中性連接。如在隨後的說明中描述的那樣，感測基座模塊12與電子斷路器的負載功率和 中性連接之間的連接使得感測基座模塊12能夠在用戶23(例如，技術員、電工、操作員等) 使連接到每個分支電路的可疑裝置、插座或開關通電時感測分支電路。感測基座模塊12具 有到主相的附加連接，所述主相在斷路器在故障查找期間跳間的情況下向感測基座模塊12 的電子裝置提供電能。感測基座模塊12的主要功能是在電工通電或激勵每個分支電路時 監視並記錄關於每個分支電路的信息。此信息隨後被中繼到遠程用戶接口模塊14以便向 電工或用戶23提供即時反饋。遠程用戶接口模塊14優選地是被用戶或電工23用來配置 和設置感測基座模塊12以對特定的分支電路進行測試和故障查找並在該分支電路的測試 期間接收反饋信息的手持式設備。遠程用戶接口模塊14允許用戶設置感測基座模塊12中 的所有相關測試或設定。遠程用戶接口模塊14還用來記錄並存儲所找到的任何電弧故障
6事件或狀況(數據)，以診斷分支電路。遠程用戶接口模塊14被配置為在需要時下載用於 進一步分析的數據。感測基座模塊12和遠程用戶接口模塊14通過標準無線連接(Wi-Fi、 Zigbee等)進行通信並根據本發明的測試裝置的操作模式來交換命令和數據。在隨後的說 明中將詳細討論遠程用戶接口 14。出於舉例說明的目的，連同故障18—起示出具有帶有阻 抗17的電開關16的分支電路9。參照圖1和3，感測基座模塊12被連接到分支電路的根(斷路器的負載功率和中 性連接)並感測線路中的可以指示電弧故障的任何電氣事件。導線13包括永久性地連接 到負載面板盒8中的主相點以便對感測基座模塊12中的電子裝置供電的導線。參照圖3， 感測基座模塊12包括外殼或殼體30以及使得外殼或殼體30能夠被附著於負載面板盒8 的緊固設備(未示出)。感測基座模塊12包括激活開關32和指示感測基座模塊12的操 作狀態和功能的至少一個可視指示器或顯示設備34。如以下說明中所描述的那樣，導線13 包括電連接到被測試的分支電路的負載功率和中心連接的導線。感測基座模塊12包括用 於以無線方式向本發明的電弧故障根本原因查找裝置的其它模塊進行通信的無線通信電 子裝置36和天線37。感測基座模塊12包括監視用於被測試的分支電路中的負載電流、負 載電壓和寬帶RF內容的線路的感測電子裝置38。感測基座模塊12還包括處理電子裝置 40以處理由感測電子裝置38提供的感測信息並建立可指示在分支電路中存在電弧故障的 可能性的相對基準。感測基座模塊12包括記錄可以視為電弧故障的事件的數據存儲電子 裝置42和管理從遠程用戶接口模塊14接收到的所有請求和對由感測基座模塊12發出的 那些請求的相應響應的附加處理電子裝置44。處理電子裝置44還管理在感測基座模塊12 與遠程用戶接口模塊14之間的命令和信息的所有交換。處理電子裝置40處理其從分支電 路所感測的電信號、電氣事件或狀況並且處理這些信號或事件以確定該信號、事件或狀況 有多大的可能與電弧故障相關。處理電子裝置40隨後生成包含關於在分支電路中發生的 電信號、事件或狀況的信息的數據信號。這些數據信號被暫時存儲在存儲器或數據存儲設 備46中。如圖1和4所示，遠程用戶接口模塊14優選地被配置為被用戶23 (例如技術員、 電工、操作員等)用來在其嘗試找到潛在電弧故障的根源期間接收反饋的手持式設備。遠 程用戶接口模塊14的電子裝置在外殼或殼體50內。外殼或殼體50被配置為很容易在用 戶23的手中攜帶。遠程用戶接口模塊14優選地是電池供電的並且具有用於與感測基座模 塊12和任何其它模塊進行無線通信的無線通信電子裝置52。遠程用戶接口模塊14包括用 於向用戶顯示並提供所有反饋信息和測試結果的可視指示器或顯示設備53。可視顯示設備 53可以包括可以提供與所執行的測試有關的狀態信息的LCD屏幕或其它顯示器、燈等。可 視顯示設備53以清楚、簡要且簡單的方式提供信息和數據以免用戶不得不進行關於特定 負載是否是問題的根源的判定。遠程用戶接口模塊14還包括與可視顯示設備53進行電子 信號通信的電子裝置54。電子裝置54實現所有測試的協調，並且還實現所完成的測試的狀 態的顯示以及與斷路器的功能有關的任何確認、分支電路的布線和關於系統操作的任何其 它信息。鍵盤56與可視顯示設備53和在遠程用戶接口模塊14的前述和隨後說明中描述 的所有其它電子裝置進行電子信號通信。遠程用戶接口模塊14包括用於接收並緩衝電子 信號、存儲數據信號(例如存儲器)並路由數據信號的電子裝置和電路58。在優選實施例 中，遠程用戶接口模塊14包括接口設備60和62-諸如PC接口和USB埠、Firewire埠
7以及Flashcard埠，這些接口設備允許用戶記錄並存儲數據且隨後提取所存儲的數據並 將該數據加載在個人計算機上以用於進一步的分析。遠程用戶接口模塊14還包括管理在 感測基座模塊12與遠程用戶接口模塊14之間的命令和信息的所有交換的通信記錄電子裝 置64。因此，如通過前述說明可以看到的那樣，遠程用戶接口模塊14包括電子裝置以(i) 建立與測試裝置10中的其它模塊之間的通信鏈路，(ii)指示並向其它模塊發送命令請求， 以及(iii)接收並記錄由傳感器基座模塊12或分支保護測試模塊在測試期間提供的數據， 這在隨後的說明中進行詳細描述。如圖1和5所示，在另一實施例中，本發明的電弧故障根本原因查找裝置還包括 允許測試特定分支電路以確定該分支電路是否適當地受到AFCI/GFCI設備的保護的分支 保護測試模塊20。分支保護測試模塊20檢驗分支電路的完整保護並確認斷路器或AFCI/ GFCI設備的適當或不適當安裝。分支保護測試模塊20被配置為被插入壁裝插座70中並 且包括AC電源線72。分支保護測試模塊20生成表示真電弧和接地故障狀況的特性的信 號或狀況，從而允許用戶準確地確認所安裝的斷路器(AFCI/GFCI)的功能並保證分支電路 的保護。分支保護測試模塊20包括外殼或殼體74和可視指示器或顯示設備76。顯示設 備76可以被配置為燈、LCD顯示器、LED等或能夠顯示或指示操作和功能的任何其它適當的 可視指示器。分支保護測試模塊20包括無線通信電子裝置78和天線80以實現與感測基 座模塊12和遠程用戶接口模塊14的無線通信。分支保護測試模塊20還包括用於管理對 由遠程用戶接口模塊14發出的請求的所有響應的電子裝置82。分支保護測試模塊20還 包括管理模塊之間的命令和信息的所有交換的通信記錄電子裝置84。如前述說明中所描 述的那樣，分支保護測試模塊20包括用於生成表示真電弧故障的信號或狀況並經由AC電 纜72將此類真電弧故障信號注入到分支電路線中的電路和電子裝置86。分支保護測試模 塊20還包括用於在線路中生成真接地故障信號並用於檢驗被測試的分支電路的布線的電 路和電子裝置88。遠程用戶接口模塊14的電子裝置被配置為發出促使分支保護測試裝置 20發起並開始測試的命令。測試裝置的操作隨後的說明涉及適當地使用本發明的電弧故障根本原因查找裝置來找到電弧故 障的位置並評估由所安裝的電子斷路器進行的分支電路的適當保護。所安裝的電子斷路器 可以是分支饋線、AFCI設備或GFCI設備。首先，感測基座模塊12被電連接到保護要測試 的分支電路的斷路器設備，以便傳感器基座模塊12可以感測每個分支電路的每個部分上 的信號。用戶隨後可以保證分支電路布線被適當地連接到適當的斷路器。接下來，操作手 持式遠程用戶接口模塊14以建立與感測基座模塊12的通信。用戶隨後使用遠程用戶接口 模塊14來發起設置並開始根本原因測試。接下來，用戶在房屋或建築物周圍走動並對連接 到分支電路的每個負載通電。為了對被測試的每個分支電路通電，用戶啟動被插入到作為 所測試分支電路的一部分的電插座中的設備。例如，用戶將一次一個地開啟裝置、燈、吊扇、 吊燈、TV、裝置等。每個負載設備的啟動促使生成由感測基座模塊12處理的電信號或狀況。 傳感器基座模塊12隨後向遠程用戶接口模塊14發送反饋信息以進行即時反饋。遠程用戶 接口模塊14的可視顯示設備53為用戶提供確定特定負載設備是否是問題的根源的信息。 用戶對連接到所測試的分支電路的所有負載設備重複這些步驟。為了執行AFCI/GFCI的測 試，分支保護模塊20連接到作為被測試的分支電路的一部分的電插座(例如，插座70)。分
8支保護模塊20確定該分支電路是否被適當地接線。用戶操作遠程接口模塊14以與分支保 護模塊20通信。遠端接口模塊14隨後向分支保護測試模塊20發送命令以開始分支電路 測試(AFCI/GFCI)。分支保護測試模塊20隨後生成所需信號並將此信號注入到線路中。如 果電子斷路器跳閘，則分支保護測試模塊20向遠程接口模塊14發送確認該測試成功的信 號。如果測試不成功，則分支保護模塊20向遠端接口模塊14發送信號以指示該測試不成 功。在替換實施例中，優選地將遠程用戶接口模塊14和一個或多個分支保護測試模 塊20組合成單個手持式單元100。此類實施例在圖2中示出。遠程用戶接口模塊100包括 遠程用戶接口模塊14和分支保護測試模塊20兩者的所有電子裝置、部件、硬體和軟體。遠 程用戶接口模塊100包括被插入到電插座70中的AC電源線102。電插座70被電連接到被 測試的分支電路。本發明與現有技術設備相比提供許多優點。首先，不同於當前可用和現有技術的 測試設備，本發明具有確定分支電路中的發生分支電路電弧故障的精確位置的能力。本發 明減少對分支電路進行故障查找以找到根本原因的時間並消除對連接模塊12和14的導線 的需要。本發明還被配置為獲取可以在稍後用更先進的設備分析的數據。遠程用戶接口模 塊14與在物理上連接到插座和斷路器的模塊進行電信號通信，從而向技術員提供進行操 作的充分的自由。多個分支保護測試模塊20的使用允許用戶(例如，技術員或電工)在接 近面板或負載中心的同時測試所有分支，因為分支保護測試模塊20經由無線通信連結到 遠程用戶接口模塊14。此外，由分支保護測試模塊20生成的信號是基於「真」電弧故障狀 況的特性且不是衍生適應。雖然已結合特定優選實施例特別地描述了本發明，但很明顯，根據前述說明，許多 替換、修改和變更對於本領域的技術人員來說將是顯而易見的。因此，可以預期隨附權利要 求將涵蓋在本發明的實際範圍和精神內的任何此類替換、修改和變更。
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權利要求
一種電弧故障根本原因查找裝置，包括感測基座模塊，其被安裝到具有保護相應分支電路的至少一個斷路器的負載面板盒，所述感測基座模塊包括被電連接到所述至少一個斷路器並且被配置為感測分支電路中的起弧事件的發生的感測電子裝置，所述感測基座模塊包括無線通信電子裝置以(i)實現提供關於分支電路中發生或不存在起弧事件的信息的電信號的傳輸，以及(ii)接收命令信號；以及遠程用戶接口模塊，其包括被配置為建立與感測基座模塊的通信以便接收由所述感測基座模塊發送的信號並向所述感測基座模塊發送控制信號的無線通信電子裝置，所述遠程用戶接口模塊還包括可視顯示設備以顯示從所述感測基座模塊接收到的關於分支電路的信息。
2.根據權利要求1所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述感測基座模塊的所述 感測電子裝置被配置為在激活被連接到被測試的分支電路的負載時感測電氣事件，所述電 氣事件指示被測試的分支電路中的電弧故障。
3.根據權利要求2所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊還 包括處理電子裝置，該處理電子裝置處理從感測基座模塊接收到的信號以在顯示設備上提 供指示在被測試的分支電路上是否已發生電弧的信息。
4.根據權利要求1所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述至少一個斷路器包括 多個斷路器，並且其中多個分支電路被連接到所述負載面板盒，其中每個斷路器保護分支 電路中的相應的一個，所述感測基座模塊被電連接到每個斷路器以便感測每個分支電路上 的電弧信號的發生。
5.根據權利要求1所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述感測基座模塊的電子 裝置還包括處理在被測試的分支電路上感測到的信號以導出信號數據的處理電子裝置，和 存儲該信號數據的數據存儲電子裝置。
6.根據權利要求1所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口被配置 為手持式設備並且包括與所述可視顯示設備和無線通信電子裝置進行電子信號通信的鍵 盤設備。
7.根據權利要求6所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊包 括處理從所述感測基座模塊接收到的信號信息的處理電子裝置，所述處理電子裝置與鍵盤 設備進行電信號通信。
8.根據權利要求7所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊包 括操縱並管理在所述感測基座模塊與所述遠程用戶接口模塊之間交換的所有通信的電子直o
9.根據權利要求8所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊包 括存儲所處理的信號信息的數據存儲電子裝置。
10.根據權利要求9所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊 還包括向外部數據處理設備輸出所處理的信號信息的數據接口。
11.根據權利要求1所述的電弧故障根本原因查找裝置，還包括與所述遠程用戶接口 模塊進行無線信號通信並與所述分支電路進行電信號通信的分支保護測試模塊，所述分 支保護測試模塊與所述電路分支進行電信號通信並且包括電子裝置和電路以(i)生成表示真電弧和接地故障狀況的特性的電信號，(ii)向所述分支電路中注入該電信號，以及 (iii)確定所述分支電路中的布線的完整性，以及(iv)確定所安裝的與所述分支電路相關 聯的斷路器是否適當地工作。
12.根據權利要求11所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊 包含用於生成用於分支保護測試模塊的命令並使得所述無線通信電子裝置能夠向所述分 支保護測試模塊發送該命令的電子裝置。
13.根據權利要求12所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊 包含存儲信號數據的數據存儲電子裝置，所述信號數據表示被注入到所述分支電路中的所 生成的電信號和所安裝的電路器的工作。
14.根據權利要求12所述的電弧故障根本原因查找裝置，其中所述遠程用戶接口模塊 包括被配置為被插入到電插座中的AC電源線，所述電插座位於要測試的分支電路中，所述 所生成的電信號通過AC電源線被注入到分支電路中。
15.一種供具有保護相應分支電路的至少一個斷路器的配電系統使用的電弧故障根本 原因查找裝置分支保護測試模塊，其與所述分支電路進行電信號通信並且包括無線通信電子裝置和 附加電子裝置以及電路以⑴生成表示真電弧和接地故障狀況的特性的電信號，(ii)向分 支電路中注入該電信號，以及(iii)確定分支電路中的布線的完整性，(iv)確定所安裝的 與分支電路相關的斷路器是否適當地工作，以及(v)生成指示所安裝的斷路器是不是在適 當地工作的信息信號；以及遠程用戶接口模塊，其包括被配置為建立與所述分支保護測試模塊的通信以便接收由 分支保護測試模塊發送的信號並向所述分支保護測試模塊發送控制信號的無線通信電子 裝置，所述遠程用戶接口模塊還包括可視顯示設備和處理電子裝置以處理由所述分支保護 測試裝置生成的信息信號並且顯示指示所述斷路器是否適當地工作的所處理信息。
16.一種用於查找電弧故障的根本原因的方法，包括提供至少一個斷路器，該至少一個斷路器保護具有被電連接到所述分支電路的至少一 個負載設備的相應分支電路；將所述至少一個負載設備通電；感測所述分支電路中的起弧事件的發生；生成表示在所述分支電路中是否已發生起弧事件的電信號；處理所生成的電信號以導出表示該分支電路中發生或不存在起弧事件的數據；以及在顯示設備上顯示所述數據。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括將所述數據存儲在數據存儲設備中。
18.根據權利要求16所述的方法，還包括生成表示真電弧和接地故障狀況的特性的電信號；以及 將所述電信號注入到所述分支電路中。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括確定所安裝的與所述分支電路相關的斷路器是否適當地工作；以及 生成指示所安裝的斷路器是不是在適當地工作的信息信號。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括分析對所注入的信號的電氣響應以確定所述分支電路中的布線的完整性。
全文摘要
本發明意在一種電弧故障根本原因查找裝置和一種用於確定電弧故障狀況的根本原因的方法。在一個實施例中，電弧故障根本原因查找裝置具有被安裝到負載面板盒的感測基座模塊，負載面板盒具有保護相應分支電路的至少一個斷路器。感測基座模塊具有電連接到至少一個斷路器且被配置為感測分支電路中的起弧事件的發生的感測電子裝置。感測基座模塊包括無線通信電子裝置以(i)實現提供關於在分支電路中發生或不存在起弧事件的信息的電信號的傳輸，以及(ii)接收命令信號。電弧故障根本原因查找裝置還具有遠程用戶接口模塊，其具有被配置為建立與感測基座模塊的通信以便接收由感測基座模塊發送的信號並向感測基座模塊發送控制信號的無線通信電子裝置。遠程用戶接口模塊具有可視顯示設備以顯示從感測基座模塊接收到的關於分支電路的信息。
文檔編號G01R31/327GK101978280SQ200980110331
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月24日 優先權日2008年3月25日
發明者C·雷斯特雷波 申請人:西門子工業公司