专利名称：电弧故障根本原因查找系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用来确定电弧故障状况的根本原因的电弧故障系统和方法。
背景技术：
现有技术电弧故障测试器只能执行测试分支电路并保证电子断路器(AFCI/GFCI) 在发生电弧或接地故障的情况下能够跳间的任务。存在与现有技术测试器相关的许多缺 点和问题。首先，必须将现有技术测试器连接到测试的插座。电工/用户必须将现有技术 测试器连接至插座，然后测试断路器，然后返回到面板/负载中心以将断路器切换回到“开 (ON) ”位置。典型的现有技术测试器仅保证断路器被适当地连接且分支相应地受到保护。 具体而言，目前可用的AFCI设备仅被分配针对电弧故障来监视并保护家庭中的分支电路 的任务，并且不告诉你该故障位于何处或电工应在哪里开始寻找那些状况的源头。某些现 有技术测试器不将由测试器生成的信号识别为“真”电弧故障信号。因此，需要的是一种改进的电弧故障测试器。
发明内容
本发明消除现有技术测试设备的问题和缺陷并且意在一种提供故障状态的可视 指示的新型测试设备。本发明的测试设备被配置为供电工用来查找电弧故障的潜在位置的 根本原因。本发明可以被电工用来进行通常需要两个工程师、两个步话机无线电(通信装 置)和示波器的工作。因此，在一方面，本发明意在一种电弧故障根本原因查找装置和一种用于确定电 弧故障状况的根本原因的方法。在一个实施例中，所述电弧故障根本原因查找装置具有被 安装到负载面板盒的感测基座模块，所述负载面板盒具有保护相应分支电路的至少一个断 路器。所述感测基座�？榫哂械缌拥剿鲋辽僖桓龆下菲髑冶慌渲梦胁夥种У缏分械� 起弧事件的发生的感测电子装置。所述感测基座�？榘ㄎ尴咄ㄐ诺缱幼爸靡�(i)实现提 供关于在分支电路中发生或不存在起弧事件的信息的电信号的传输，以及(ii)接收命令 信号。所述电弧故障根本原因查找装置还具有远程用户接口�？椋迷冻逃没Ы涌谀？榫� 有被配置为建立与所述感测基座�？榈耐ㄐ乓员憬邮沼伤龈胁饣？榉⑺偷男藕挪� 向所述感测基座�？榉⑺涂刂菩藕诺奈尴咄ㄐ诺缱幼爸�。所述远程用户接口�？榫哂锌墒� 显示设备以显示从所述感测基座�？榻邮盏降墓赜谒龇种У缏返男畔�。在相关方面，本发明意在一种用于查找电弧故障的根本原因的方法，包括提供保
5护具有电连接到分支电路的至少一个负载设备的相应分支电路的至少一个断路器、使所述 至少一个负载设备通电、感测所述分支电路中的起弧事件的发生、生成表示在分支电路中 是否已发生起弧事件的电信号、处理所生成的电信号以导出表示在分支电路中发生或不存 在起弧事件的数据、以及在显示设备上显示数据。所述数据还被存储在数据存储设备中。在 另一实施例中，所述方法还包括步骤生成表示真电弧和接地故障状况的特性的电信号、向 分支电路中注入电信号、确定所安装的与分支电路相关的断路器是否适当地工作、以及生 成指示所安装的断路器是否适当地工作的信息信号。
虽然本发明的范围比任何特定实施例宽得多，但下面给出优选实施例的详细说明 以及附图。这些附图仅仅是出于举例说明的目的且不是按比例绘制。在附图中，相同的附 图标记表示相同的特征和部件。可以通过结合附图参考随后的详细说明来最佳地理解本发 明，在附图中图1是依照本发明的一个实施例的测试装置的方框图；图2是依照本发明的另一实施例的测试装置的方框图；图3是图1所示的感测基座�？榈耐迹煌�4是图1所示的远程用户接口�？榈耐迹煌�5是图1所示的分支保护测试�？榈耐�。
具体实施例方式本发明为用户、电工或技术员提供查找其中已发现电弧故障的分支电路的根本原 因的能力。本发明为用户提供准确地确定由电弧故障断路器(AFCI)发现的潜在问题的根 源的能力。本发明将帮助用户在与现有技术设备相比更少的时间内确定问题根源的位置。参照图1，示出的是本发明的电弧故障根本原因查找装置，该电弧故障根本原因查 找装置通常包括感测基座模块12和远程用户接口模块14。负载面板盒8在其中具有电连 接到相应分支电路的多个断路器或AFCI/GFCI设备。分支电路9是分支电路中的一个。分 支电路10是另一分支电路。感测基座�？�12可以被直接安装到负载面板盒8，或者可以 位于附近。导线或电缆13将感测基座�？�12电连接到每个分支电路。具体而言，感测基 座�？�12被连接到保护正在讨论的分支电路的电子断路器(或AFCI)的负载功率和负载 中性连接。如在随后的说明中描述的那样，感测基座�？�12与电子断路器的负载功率和 中性连接之间的连接使得感测基座�？�12能够在用户23(例如，技术员、电工、操作员等) 使连接到每个分支电路的可疑装置、插座或开关通电时感测分支电路。感测基座�？�12具 有到主相的附加连接，所述主相在断路器在故障查找期间跳间的情况下向感测基座�？�12 的电子装置提供电能。感测基座�？�12的主要功能是在电工通电或激励每个分支电路时 监视并记录关于每个分支电路的信息。此信息随后被中继到远程用户接口�？�14以便向 电工或用户23提供即时反馈。远程用户接口�？�14优选地是被用户或电工23用来配置 和设置感测基座�？�12以对特定的分支电路进行测试和故障查找并在该分支电路的测试 期间接收反馈信息的手持式设备。远程用户接口�？�14允许用户设置感测基座�？�12中 的所有相关测试或设定。远程用户接口�？�14还用来记录并存储所找到的任何电弧故障
6事件或状况(数据)，以诊断分支电路。远程用户接口�？�14被配置为在需要时下载用于 进一步分析的数据。感测基座�？�12和远程用户接口�？�14通过标准无线连接(Wi-Fi、 Zigbee等)进行通信并根据本发明的测试装置的操作模式来交换命令和数据。在随后的说 明中将详细讨论远程用户接口 14。出于举例说明的目的，连同故障18—起示出具有带有阻 抗17的电开关16的分支电路9。参照图1和3，感测基座�？�12被连接到分支电路的根(断路器的负载功率和中 性连接)并感测线路中的可以指示电弧故障的任何电气事件。导线13包括永久性地连接 到负载面板盒8中的主相点以便对感测基座�？�12中的电子装置供电的导线。参照图3， 感测基座�？�12包括外壳或壳体30以及使得外壳或壳体30能够被附着于负载面板盒8 的紧固设备(未示出)。感测基座模块12包括激活开关32和指示感测基座�？�12的操 作状态和功能的至少一个可视指示器或显示设备34。如以下说明中所描述的那样，导线13 包括电连接到被测试的分支电路的负载功率和中心连接的导线。感测基座�？�12包括用 于以无线方式向本发明的电弧故障根本原因查找装置的其它�？榻型ㄐ诺奈尴咄ㄐ诺� 子装置36和天线37。感测基座�？�12包括监视用于被测试的分支电路中的负载电流、负 载电压和宽带RF内容的线路的感测电子装置38。感测基座�？�12还包括处理电子装置 40以处理由感测电子装置38提供的感测信息并建立可指示在分支电路中存在电弧故障的 可能性的相对基准。感测基座�？�12包括记录可以视为电弧故障的事件的数据存储电子 装置42和管理从远程用户接口�？�14接收到的所有请求和对由感测基座�？�12发出的 那些请求的相应响应的附加处理电子装置44。处理电子装置44还管理在感测基座�？�12 与远程用户接口�？�14之间的命令和信息的所有交换。处理电子装置40处理其从分支电 路所感测的电信号、电气事件或状况并且处理这些信号或事件以确定该信号、事件或状况 有多大的可能与电弧故障相关。处理电子装置40随后生成包含关于在分支电路中发生的 电信号、事件或状况的信息的数据信号。这些数据信号被暂时存储在存储器或数据存储设 备46中。如图1和4所示，远程用户接口�？�14优选地被配置为被用户23 (例如技术员、 电工、操作员等)用来在其尝试找到潜在电弧故障的根源期间接收反馈的手持式设备。远 程用户接口�？�14的电子装置在外壳或壳体50内。外壳或壳体50被配置为很容易在用 户23的手中携带。远程用户接口�？�14优选地是电池供电的并且具有用于与感测基座模 块12和任何其它模块进行无线通信的无线通信电子装置52。远程用户接口�？�14包括用 于向用户显示并提供所有反馈信息和测试结果的可视指示器或显示设备53。可视显示设备 53可以包括可以提供与所执行的测试有关的状态信息的LCD屏幕或其它显示器、灯等。可 视显示设备53以清楚、简要且简单的方式提供信息和数据以免用户不得不进行关于特定 负载是否是问题的根源的判定。远程用户接口模块14还包括与可视显示设备53进行电子 信号通信的电子装置54。电子装置54实现所有测试的协调，并且还实现所完成的测试的状 态的显示以及与断路器的功能有关的任何确认、分支电路的布线和关于系统操作的任何其 它信息。键盘56与可视显示设备53和在远程用户接口�？�14的前述和随后说明中描述 的所有其它电子装置进行电子信号通信。远程用户接口模块14包括用于接收并缓冲电子 信号、存储数据信号(例如存储器)并路由数据信号的电子装置和电路58。在优选实施例 中，远程用户接口�？�14包括接口设备60和62-诸如PC接口和USB端口、Firewire端口
7以及Flashcard端口，这些接口设备允许用户记录并存储数据且随后提取所存储的数据并 将该数据加载在个人计算机上以用于进一步的分析。远程用户接口模块14还包括管理在 感测基座�？�12与远程用户接口�？�14之间的命令和信息的所有交换的通信记录电子装 置64。因此，如通过前述说明可以看到的那样，远程用户接口�？�14包括电子装置以(i) 建立与测试装置10中的其它�？橹涞耐ㄐ帕绰罚�(ii)指示并向其它�？榉⑺兔钋肭螅� 以及(iii)接收并记录由传感器基座�？�12或分支保护测试�？樵诓馐云诩涮峁┑氖荩� 这在随后的说明中进行详细描述。如图1和5所示，在另一实施例中，本发明的电弧故障根本原因查找装置还包括 允许测试特定分支电路以确定该分支电路是否适当地受到AFCI/GFCI设备的保护的分支 保护测试�？�20。分支保护测试�？�20检验分支电路的完整保护并确认断路器或AFCI/ GFCI设备的适当或不适当安装。分支保护测试�？�20被配置为被插入壁装插座70中并 且包括AC电源线72。分支保护测试�？�20生成表示真电弧和接地故障状况的特性的信 号或状况，从而允许用户准确地确认所安装的断路器(AFCI/GFCI)的功能并保证分支电路 的保护。分支保护测试�？�20包括外壳或壳体74和可视指示器或显示设备76。显示设 备76可以被配置为灯、LCD显示器、LED等或能够显示或指示操作和功能的任何其它适当的 可视指示器。分支保护测试�？�20包括无线通信电子装置78和天线80以实现与感测基 座�？�12和远程用户接口�？�14的无线通信。分支保护测试�？�20还包括用于管理对 由远程用户接口�？�14发出的请求的所有响应的电子装置82。分支保护测试�？�20还 包括管理�？橹涞拿詈托畔⒌乃薪换坏耐ㄐ偶锹嫉缱幼爸�84。如前述说明中所描 述的那样，分支保护测试�？�20包括用于生成表示真电弧故障的信号或状况并经由AC电 缆72将此类真电弧故障信号注入到分支电路线中的电路和电子装置86。分支保护测试模 块20还包括用于在线路中生成真接地故障信号并用于检验被测试的分支电路的布线的电 路和电子装置88。远程用户接口�？�14的电子装置被配置为发出促使分支保护测试装置 20发起并开始测试的命令。测试装置的操作随后的说明涉及适当地使用本发明的电弧故障根本原因查找装置来找到电弧故 障的位置并评估由所安装的电子断路器进行的分支电路的适当保护。所安装的电子断路器 可以是分支馈线、AFCI设备或GFCI设备。首先，感测基座�？�12被电连接到保护要测试 的分支电路的断路器设备，以便传感器基座模块12可以感测每个分支电路的每个部分上 的信号。用户随后可以保证分支电路布线被适当地连接到适当的断路器。接下来，操作手 持式远程用户接口�？�14以建立与感测基座�？�12的通信。用户随后使用远程用户接口 �？�14来发起设置并开始根本原因测试。接下来，用户在房屋或建筑物周围走动并对连接 到分支电路的每个负载通电。为了对被测试的每个分支电路通电，用户启动被插入到作为 所测试分支电路的一部分的电插座中的设备。例如，用户将一次一个地开启装置、灯、吊扇、 吊灯、TV、装置等。每个负载设备的启动促使生成由感测基座�？�12处理的电信号或状况。 传感器基座模块12随后向远程用户接口�？�14发送反馈信息以进行即时反馈。远程用户 接口�？�14的可视显示设备53为用户提供确定特定负载设备是否是问题的根源的信息。 用户对连接到所测试的分支电路的所有负载设备重复这些步骤。为了执行AFCI/GFCI的测 试，分支保护模块20连接到作为被测试的分支电路的一部分的电插座(例如，插座70)。分
8支保护�？�20确定该分支电路是否被适当地接线。用户操作远程接口�？�14以与分支保 护�？�20通信。远端接口�？�14随后向分支保护测试模块20发送命令以开始分支电路 测试(AFCI/GFCI)。分支保护测试�？�20随后生成所需信号并将此信号注入到线路中。如 果电子断路器跳闸，则分支保护测试�？�20向远程接口�？�14发送确认该测试成功的信 号。如果测试不成功，则分支保护模块20向远端接口�？�14发送信号以指示该测试不成 功。在替换实施例中，优选地将远程用户接口�？�14和一个或多个分支保护测试模 块20组合成单个手持式单元100。此类实施例在图2中示出。远程用户接口�？�100包括 远程用户接口模块14和分支保护测试�？�20两者的所有电子装置、部件、硬件和软件。远 程用户接口�？�100包括被插入到电插座70中的AC电源线102。电插座70被电连接到被 测试的分支电路。本发明与现有技术设备相比提供许多优点。首先，不同于当前可用和现有技术的 测试设备，本发明具有确定分支电路中的发生分支电路电弧故障的精确位置的能力。本发 明减少对分支电路进行故障查找以找到根本原因的时间并消除对连接�？�12和14的导线 的需要。本发明还被配置为获取可以在稍后用更先进的设备分析的数据。远程用户接口模 块14与在物理上连接到插座和断路器的�？榻械缧藕磐ㄐ牛佣蚣际踉碧峁┙胁� 作的充分的自由。多个分支保护测试模块20的使用允许用户(例如，技术员或电工)在接 近面板或负载中心的同时测试所有分支，因为分支保护测试�？�20经由无线通信链接到 远程用户接口�？�14。此外，由分支保护测试模块20生成的信号是基于“真”电弧故障状 况的特性且不是衍生适应。虽然已结合特定优选实施例特别地描述了本发明，但很明显，根据前述说明，许多 替换、修改和变更对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，可以预期随附权利要 求将涵盖在本发明的实际范围和精神内的任何此类替换、修改和变更。
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权利要求
一种电弧故障根本原因查找装置，包括感测基座�？椋浔话沧暗骄哂斜；は嘤Ψ种У缏返闹辽僖桓龆下菲鞯母涸孛姘搴校龈胁饣？榘ū坏缌拥剿鲋辽僖桓龆下菲鞑⑶冶慌渲梦胁夥种У缏分械钠鸹∈录姆⑸母胁獾缱幼爸茫龈胁饣？榘ㄎ尴咄ㄐ诺缱幼爸靡�(i)实现提供关于分支电路中发生或不存在起弧事件的信息的电信号的传输，以及(ii)接收命令信号；以及远程用户接口�？椋浒ū慌渲梦⒂敫胁饣？榈耐ㄐ乓员憬邮沼伤龈胁饣？榉⑺偷男藕挪⑾蛩龈胁饣？榉⑺涂刂菩藕诺奈尴咄ㄐ诺缱幼爸茫鲈冻逃没Ы涌谀？榛拱ǹ墒酉允旧璞敢韵允敬铀龈胁饣？榻邮盏降墓赜诜种У缏返男畔�。
2.根据权利要求1所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述感测基座�？榈乃� 感测电子装置被配置为在激活被连接到被测试的分支电路的负载时感测电气事件，所述电 气事件指示被测试的分支电路中的电弧故障。
3.根据权利要求2所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？榛� 包括处理电子装置，该处理电子装置处理从感测基座模块接收到的信号以在显示设备上提 供指示在被测试的分支电路上是否已发生电弧的信息。
4.根据权利要求1所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述至少一个断路器包括 多个断路器，并且其中多个分支电路被连接到所述负载面板盒，其中每个断路器保护分支 电路中的相应的一个，所述感测基座模块被电连接到每个断路器以便感测每个分支电路上 的电弧信号的发生。
5.根据权利要求1所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述感测基座�？榈牡缱� 装置还包括处理在被测试的分支电路上感测到的信号以导出信号数据的处理电子装置，和 存储该信号数据的数据存储电子装置。
6.根据权利要求1所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口被配置 为手持式设备并且包括与所述可视显示设备和无线通信电子装置进行电子信号通信的键 盘设备。
7.根据权利要求6所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？榘� 括处理从所述感测基座�？榻邮盏降男藕判畔⒌拇淼缱幼爸茫龃淼缱幼爸糜爰� 设备进行电信号通信。
8.根据权利要求7所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口模块包 括操纵并管理在所述感测基座�？橛胨鲈冻逃没Ы涌谀？橹浣换坏乃型ㄐ诺牡缱又眔
9.根据权利要求8所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？榘� 括存储所处理的信号信息的数据存储电子装置。
10.根据权利要求9所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？� 还包括向外部数据处理设备输出所处理的信号信息的数据接口。
11.根据权利要求1所述的电弧故障根本原因查找装置，还包括与所述远程用户接口 模块进行无线信号通信并与所述分支电路进行电信号通信的分支保护测试�？椋龇� 支保护测试�？橛胨龅缏贩种Ы械缧藕磐ㄐ挪⑶野ǖ缱幼爸煤偷缏芬�(i)生成表示真电弧和接地故障状况的特性的电信号，(ii)向所述分支电路中注入该电信号，以及 (iii)确定所述分支电路中的布线的完整性，以及(iv)确定所安装的与所述分支电路相关 联的断路器是否适当地工作。
12.根据权利要求11所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？� 包含用于生成用于分支保护测试�？榈拿畈⑹沟盟鑫尴咄ㄐ诺缱幼爸媚芄幌蛩龇� 支保护测试�？榉⑺透妹畹牡缱幼爸�。
13.根据权利要求12所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？� 包含存储信号数据的数据存储电子装置，所述信号数据表示被注入到所述分支电路中的所 生成的电信号和所安装的电路器的工作。
14.根据权利要求12所述的电弧故障根本原因查找装置，其中所述远程用户接口�？� 包括被配置为被插入到电插座中的AC电源线，所述电插座位于要测试的分支电路中，所述 所生成的电信号通过AC电源线被注入到分支电路中。
15.一种供具有保护相应分支电路的至少一个断路器的配电系统使用的电弧故障根本 原因查找装置分支保护测试�？椋溆胨龇种У缏方械缧藕磐ㄐ挪⑶野ㄎ尴咄ㄐ诺缱幼爸煤� 附加电子装置以及电路以⑴生成表示真电弧和接地故障状况的特性的电信号，(ii)向分 支电路中注入该电信号，以及(iii)确定分支电路中的布线的完整性，(iv)确定所安装的 与分支电路相关的断路器是否适当地工作，以及(v)生成指示所安装的断路器是不是在适 当地工作的信息信号；以及远程用户接口�？椋浒ū慌渲梦⒂胨龇种П；げ馐阅？榈耐ㄐ乓员憬邮沼� 分支保护测试�？榉⑺偷男藕挪⑾蛩龇种П；げ馐阅？榉⑺涂刂菩藕诺奈尴咄ㄐ诺缱� 装置，所述远程用户接口�？榛拱ǹ墒酉允旧璞负痛淼缱幼爸靡源碛伤龇种П；� 测试装置生成的信息信号并且显示指示所述断路器是否适当地工作的所处理信息。
16.一种用于查找电弧故障的根本原因的方法，包括提供至少一个断路器，该至少一个断路器保护具有被电连接到所述分支电路的至少一 个负载设备的相应分支电路；将所述至少一个负载设备通电；感测所述分支电路中的起弧事件的发生；生成表示在所述分支电路中是否已发生起弧事件的电信号；处理所生成的电信号以导出表示该分支电路中发生或不存在起弧事件的数据；以及在显示设备上显示所述数据。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述数据存储在数据存储设备中。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括生成表示真电弧和接地故障状况的特性的电信号；以及 将所述电信号注入到所述分支电路中。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括确定所安装的与所述分支电路相关的断路器是否适当地工作；以及 生成指示所安装的断路器是不是在适当地工作的信息信号。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括分析对所注入的信号的电气响应以确定所述分支电路中的布线的完整性。
全文摘要
本发明意在一种电弧故障根本原因查找装置和一种用于确定电弧故障状况的根本原因的方法。在一个实施例中，电弧故障根本原因查找装置具有被安装到负载面板盒的感测基座�？椋涸孛姘搴芯哂斜；は嘤Ψ种У缏返闹辽僖桓龆下菲�。感测基座�？榫哂械缌拥街辽僖桓龆下菲髑冶慌渲梦胁夥种У缏分械钠鸹∈录姆⑸母胁獾缱幼爸�。感测基座�？榘ㄎ尴咄ㄐ诺缱幼爸靡�(i)实现提供关于在分支电路中发生或不存在起弧事件的信息的电信号的传输，以及(ii)接收命令信号。电弧故障根本原因查找装置还具有远程用户接口模块，其具有被配置为建立与感测基座�？榈耐ㄐ乓员憬邮沼筛胁饣？榉⑺偷男藕挪⑾蚋胁饣？榉⑺涂刂菩藕诺奈尴咄ㄐ诺缱幼爸�。远程用户接口模块具有可视显示设备以显示从感测基座�？榻邮盏降墓赜诜种У缏返男畔�。
文档编号G01R31/327GK101978280SQ200980110331
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年3月25日
发明者C·雷斯特雷波 申请人:西门子工业公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
