Прерыватель дугового короткого замыкания и короткого замыкания на землю, использующий единственный датчик короткого замыкания на землю и единственный adc

Прерыватель дугового короткого замыкания и короткого замыкания на землю, использующий единственный датчик короткого замыкания на землю и единственный adc

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся, в целом, к способам и системам для защиты от коротких замыканий на землю и дуговых коротких замыканий, и, в частности, к способу и системе для защиты от коротких замыканий на землю и дуговых коротких замыканий, которые используют общий датчик и единственный аналого-цифровой преобразователь (ADC), в то же время используя один и тот же интервал обнаружения, чтобы обнаруживать такие короткие замыкания на землю и дуговые короткие замыкания.

Уровень техники изобретения

[0002] Размыкатели цепи и прерыватели цепи при коротком замыкании на землю (GFCI), в целом, хорошо известны в области техники. GFCI предотвращают электрический удар или поражение электротоком от короткого замыкания на землю, которое является непреднамеренным путем тока между незаземленным токонесущим проводником и грунтовым заземлением, который может возникать, например, когда подключенный в розетку электрический прибор падает в мойку, бассейн, водоем, лужу или джакузи. GFCI прерывает питание к находящимся ниже по потоку схемам, когда он обнаруживает дисбаланс в токе нагрузки (т.е., выходной ток отличается от возвратного тока), который превышает допустимую величину тока утечки короткого замыкания на землю. Путь тока утечки на землю может включать в себя заземленный металлический корпус прибора или человека в некоторых случаях.

[0003] GFCI могут также защищать от коротких замыканий на заземленную нейтраль. В отличие от коротких замыканий на землю, короткое замыкание на заземленную нейтраль является путем с небольшим импедансом между проводом заземления и нейтральным проводом и возникает в ситуациях, когда нейтральный проводник касается проводника заземления, используемого для заземления оболочек и структур оборудования. Ток короткого замыкания на землю, переданный на проводник заземления, имеет путь возврата, который делится между проводником заземления и нейтральным проводником. Ток короткого замыкания на землю, возвращающийся через нейтральный проводник, компенсирует часть существующего сигнала короткого замыкания на землю, что уменьшает чувствительность схемы обнаружения короткого замыкания на землю и может приводить в результате к опасно высоким токам короткого замыкания на землю, появляющимся в пути утечки.

[0004] Доступная в настоящее время GFCI-технология часто использует схему обнаружения, имеющую трансформатор дифференциального тока и единственный ADC, чтобы отслеживать как короткие замыкания на землю, так и короткие замыкания на заземленную нейтраль. Короткие замыкания на землю зачастую обнаруживаются посредством сравнения тока в схеме обнаружения на вторичной стороне трансформатора с опорным значением во время первого временного интервала с помощью ADC. Короткие замыкания на заземленную нейтраль зачастую обнаруживаются посредством отслеживания импеданса закороченной первичной цепи, отраженного назад во вторичную цепь трансформатора. Одним способом наблюдения за короткими замыканиями на заземленную нейтраль является введение тока в схему обнаружения в течение второго временного интервала, чтобы создавать затухающий синусоидальный сигнал в схеме обнаружения. Амплитуда затухающего синусоидального сигнала измеряется в течение этого интервала посредством ADC, и измеренная амплитуда может затем быть использована, чтобы определять присутствие коротких замыканий на заземленную нейтраль.

[0005] В последнее время в новых конструкциях домов и зданий стали требоваться прерыватели цепей при дуговом коротком замыкании (AFCI). Дуговые короткие замыкания - это перемежающиеся короткие замыкания, которые могут быть вызваны, например, изношенной или поврежденной изоляцией, ослабленными соединениями, порванными проводниками и т.п. Вследствие своей прерывистости дуговые короткие замыкания не генерируют установившихся токов значительной величины, чтобы легко автоматически выключать традиционный термомагнитный прерыватель цепи. Входные устройства, такие как полосовые фильтры, датчики линейного тока и датчики напряжения, должны опрашиваться с регулярными временными периодами для того, чтобы реализовывать алгоритмы обнаружения дугового короткого замыкания.

[0006] Попытки объединить защиту от дугового короткого замыкания и защиту от короткого замыкания на землю в устройстве прерывателя цепи с двойственной функцией при коротком замыкании на землю и дуговом коротком замыкании столкнулись со смешанными результатами. Отметим, что термин "короткое замыкание на землю", когда используется в фразе "защита от короткого замыкания на землю" или "двойственная функция защиты от короткого замыкания на землю и дугового короткого замыкания", может ссылаться как на "короткое замыкание на землю", так и на "короткое замыкание на заземленную нейтраль". В целом, выборочный контроль (контроль посредством получения выборок) короткого замыкания на землю и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль происходят в течение отдельных фрагментов интервала обнаружения короткого замыкания, в то время как выборочный контроль дугового короткого замыкания происходит на протяжении всего интервала обнаружения короткого замыкания. Это может создавать конфликт, поскольку выборочный контроль дугового короткого замыкания и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль используют некоторые из одних и тех же ресурсов.

[0007] В частности, обнаружение короткого замыкания на заземленную нейтраль требует, чтобы ADC часто дискретизировал амплитуду затухающего синусоидального сигнала в течение фрагмента интервала обнаружения короткого замыкания. Однако, поскольку ADC регулярно предназначается для выборочного контроля связанных с дуговым коротким замыканием входных данных и сигналов, конфликт ресурсов может возникать по отношению к ADC в течение этого фрагмента интервала обнаружения. В результате, до сих пор было непрактичным выполнять как обнаружение дугового короткого замыкания, так и обнаружение короткого замыкания на заземленную нейтраль одновременно с помощью единственного ADC вследствие вероятности взаимных помех. Добавление дополнительного ADC, с другой стороны, повышает общую сложность и стоимость устройства прерывателя цепи.

[0008] Соответственно, необходим эффективный и экономичный способ объединить обнаружение дугового короткого замыкания и обнаружение короткого замыкания на землю в одном устройстве прерывателя цепи. Более конкретно, необходим способ выполнять выборочный контроль дугового короткого замыкания и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль в одном и том же интервале выборочного контроля с помощью единственного ADC без формирования взаимных помех.

Сущность изобретения

[0009] Раскрытые варианты осуществления предоставляют способ и систему в устройстве прерывателя цепи для выполнения обнаружения дугового короткого замыкания, обнаружения короткого замыкания на землю и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль в общем интервале обнаружения с помощью одного ADC, в то же время не допуская взаимных помех. В целом, раскрытые варианты осуществления диспетчеризируют использование ADC в течение общего интервала обнаружения так, что выборочный контроль, требуемый для обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль, выполняется в течение времени, когда не выполняется выборочный контроль дугового короткого замыкания. Выборочный контроль дугового короткого замыкания типично начинается в или рядом с началом полупериода линейного напряжения и происходит с периодичными и известными продолжительностями выборочного контроля, которые являются относительно короткими по сравнению со временем между периодами выборочного контроля дугового короткого замыкания. Выборочный контроль для коротких замыканий на заземленную нейтраль может, поэтому, быть диспетчеризирован, чтобы выполняться до и/или после конкретного одного из периодических и известных периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, чтобы избегать взаимных помех.

[0010] В целом, может быть использован любой способ, чтобы реализовывать диспетчеризацию выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль, включающий в себя таймер, происшествие некоторых предварительно определенных событий и т.п. В некоторых вариантах осуществления диспетчеризация выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль может быть реализована на основе события, такого как предварительно определенное число пересечений нулевого уровня, выполняемых затухающим синусоидальным сигналом, вводимым в схему обнаружения короткого замыкания на землю. Используемое число пересечений нулевого уровня может быть любым подходящим числом для конкретной реализации, таким как от 1 до 50, например. В некоторых вариантах осуществления предварительно определенное число пересечений нулевого уровня может быть числом, таким как 13, которое предоставляет достаточно времени для того, чтобы размах напряжения затухающего синусоидального сигнала попадал во входной диапазон используемого конкретного ADC.

[0011] Чтобы гарантировать, что предварительно определенное число пересечений нулевого уровня происходит в или около одного из периодических и известных периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, затухающий синусоидальный сигнал может быть задержан на соответствующее время задержки. В некоторых вариантах осуществления соответствующее время задержки может быть определено на основе периодических и известных периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания. Эти периодические периоды выборочного контроля дугового короткого замыкания происходят с известными интервалами, которые типично начинаются вскоре после пересечения нулевого уровня напряжения линии питания, каждый период выборки длится в течение известной продолжительности. Синхронизация периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания может затем быть использована, чтобы вычислять время задержки, которое гарантирует, что предварительно определенное число пересечений нулевого уровня происходит в или около одного из периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания.

[0012] В некоторых вариантах осуществления время, которое затрачивается для того, чтобы затухающий синусоидальный сигнал выполнил предварительно определенное число пересечений нулевого уровня, может повторно измеряться время от времени для того, чтобы компенсировать какие-либо изменения, которые могут возникать в схеме обнаружения короткого замыкания на землю вследствие температуры и/или с течением времени.

[0013] В целом, в одном аспекте, варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу выполнения выборочного контроля дугового короткого замыкания, выборочного контроля короткого замыкания на землю и выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль в устройстве прерывателя цепи. Способ содержит выполнение выборочного контроля дугового короткого замыкания в течение множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, периоды выборочного контроля дугового короткого замыкания происходят с регулярными интервалами, и каждый период выборочного контроля дугового короткого замыкания длится фиксированную продолжительность времени, которая короче времени между последовательными периодами выборочного контроля дугового короткого замыкания. Способ дополнительно содержит отслеживание возникновения предварительно определенного события в устройстве прерывателя цепи, предварительно определенное событие привязывается по времени, чтобы совпадать с одним из множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, и выполнение выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль близко к возникновению предварительно определенного события, так что выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль выполняется между упомянутым одним из множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания и непосредственно соседним периодом выборочного контроля дугового короткого замыкания. Выборочный контроль дугового короткого замыкания, выборочный контроль короткого замыкания на землю и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль могут тогда выполняться в течение общего интервала обнаружения.

[0014] В целом, в другом аспекте, варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к системе для выполнения выборочного контроля дугового короткого замыкания, выборочного контроля короткого замыкания на землю и выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль в устройстве прерывателя цепи. Система содержит единственный контроллер системы, запрограммированный, чтобы выполнять выборочный контроль дугового короткого замыкания, выборочный контроль короткого замыкания на землю и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль в течение общего интервала обнаружения, схему обнаружения короткого замыкания на землю, соединенную с контроллером системы и выполненную с возможностью предоставлять входной сигнал датчика короткого замыкания на землю и входной сигнал датчика короткого замыкания на заземленную нейтраль контроллеру системы для выполнения выборочного контроля короткого замыкания на землю и выборочного контроля короткого замыкания на заземленную нейтраль, и схему обнаружения дугового короткого замыкания, соединенную с контроллером системы и выполненную с возможностью предоставлять входной сигнал датчика дугового короткого замыкания контроллеру системы для выполнения выборочного контроля дугового короткого замыкания. Единственный контроллер системы выполнен с возможностью отслеживать возникновение предварительно определенного события в устройстве прерывателя цепи и выполнять выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль близко к возникновению предварительно определенного события, так что выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль выполняется между одним из множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания и непосредственно соседним периодом выборочного контроля дугового короткого замыкания.

[0015] В целом, в еще одном аспекте, варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к контроллеру в устройстве прерывателя цепи, выполненному с возможностью выполнять выборочный контроль дугового короткого замыкания и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль. Контроллер содержит модуль аналого-цифрового преобразователя (ADC), имеющий один вход и один выход, ADC выполнен с возможностью принимать сигналы датчика дугового короткого замыкания, сигналы датчика короткого замыкания на землю и сигналы датчика короткого замыкания на заземленную нейтраль, причем сигнал датчика короткого замыкания на заземленную нейтраль включает в себя затухающий синусоидальный сигнал, модуль компаратора, выполненный с возможностью принимать сигнал датчика короткого замыкания на заземленную нейтраль и обнаруживать пересечения нулевого уровня, выполняемые затухающим синусоидальным сигналом, модуль входного захвата, выполненный с возможностью принимать указание пересечения нулевого уровня, обнаруженного посредством модуля компаратора, и захватывать отметку времени для пересечения нулевого уровня, и модуль сравнения выходного сигнала, выполненный с возможностью инициировать затухающий синусоидальный сигнал, принимаемый посредством ADC и компаратора. Контроллер выполнен с возможностью управлять модулем сравнения выходного сигнала, чтобы инициировать затухающий синусоидальный сигнал, управлять ADC, чтобы принимать затухающий синусоидальный сигнал, управлять модулем компаратора, чтобы обнаруживать пересечения нулевого уровня, выполняемые затухающим синусоидальным сигналом, и управлять модулем входного захвата, чтобы получать отметку времени для пересечения нулевого уровня. Контроллер дополнительно выполнен с возможностью отслеживать предварительно определенное пересечение нулевого уровня и выполнять выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль при предварительно определенном пересечении нулевого уровня, причем предварительно определенное пересечение нулевого уровня совпадает по времени с одним из множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания, так что выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль выполняется между упомянутым одним из множества периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания и непосредственно соседним периодом выборочного контроля дугового короткого замыкания, при этом выборочный контроль дугового короткого замыкания, выборочный контроль короткого замыкания на землю и выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль выполняются в течение совместно используемого интервала обнаружения.

[0016] Вышеупомянутые и другие аспекты раскрытых вариантов осуществления станут более очевидными из последующего подробного описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

[0017] Фиг.1 иллюстрирует примерную блок-схему для выполнения обнаружения дугового короткого замыкания, обнаружения короткого замыкания на землю и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе;

[0018] фиг.2 иллюстрирует примерную принципиальную схему для выполнения обнаружения короткого замыкания на землю и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе;

[0019] фиг.3 иллюстрирует примерную блок-схему последовательности операций для выполнения обнаружения дугового короткого замыкания, обнаружения короткого замыкания на землю и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе; и

[0020] фиг.4A и 4B иллюстрируют примерные временные диаграммы для выполнения обнаружения дугового короткого замыкания и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе.

Подробное описание раскрытых вариантов осуществления

[0021] Прежде всего, будет очевидно, что разработка фактического, реального коммерческого прибора, объединяющего аспекты раскрытых вариантов осуществления, потребует множества специфичных для реализации решений, чтобы добиваться конечной цели разработчика для коммерческого варианта осуществления. Такие специфичные для реализации решения могут включать в себя, и вероятно не ограничиваются этим, соответствие со связанными с системой, связанными с бизнесом, связанными с правительством и другими ограничениями, которые могут изменяться посредством конкретной реализации, местоположения и время от времени. В то время как усилия разработчика могут быть сложными и затратными по времени в абсолютном смысле, такие усилия, тем не менее, будут общепринятой практикой, предпринимаемой специалистами в области техники, извлекающими пользу от этого изобретения.

[0022] Должно также быть понятно, что варианты осуществления, раскрытые и преподаваемые в данном документе, восприимчивы к многочисленным и различным модификациям и альтернативным формам. Таким образом, использование термина в единственном числе не предназначается в качестве ограничения числа предметов. Аналогично, любые относительные термины, такие как, но не только, "верх", "дно", "лево", "право", "верхний", "нижний", "вниз", "вверх", "вбок" и т.п., используемые в написанном описании, предоставлены для ясности в конкретной ссылке на чертежи и не предназначены, чтобы ограничивать рамки изобретения.

[0023] Как указано выше, раскрытые варианты осуществления относятся к способу прерывателя цепи и системе для выполнения как обнаружения дугового короткого замыкания, так и обнаружения короткого замыкания на землю и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль, в то же время не допуская взаимных помех или конфликтов ресурсов. В целом, раскрытые варианты осуществления способны выполнять обнаружения посредством диспетчеризации выборочного контроля, требуемого для обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль, чтобы он происходил в течение времени, когда не происходит выборочный контроль для обнаружения дугового короткого замыкания. Этот подход предоставляет возможность раскрытым вариантам осуществления обеспечивать как защиту UL 1699 Combination Art-fault, так и защиту UL 943 Ground Fault с помощью одного микроконтроллера и единственного ADC.

[0024] Обращаясь теперь к фиг.1, показана блок-схема системы 100 на основе микроконтроллера, которая может быть использована в качестве схемы прерывания в устройстве прерывателя цепи. В соответствии с раскрытыми вариантами осуществления система 100 может обнаруживать как короткие замыкания на землю, так и дуговые короткие замыкания в одном и том же интервале обнаружения без взаимных помех или конфликта ресурсов. Система 100 может избегать взаимных помех посредством диспетчеризации выборочного контроля для коротких замыканий на заземленную нейтраль, чтобы он происходила перед и/или после периода выборочного контроля дугового короткого замыкания. Такая система 100 может быть использована в любом подходящем устройстве прерывателя цепи с двойственной функцией, способном обеспечивать защиту от короткого замыкания на землю и дугового короткого замыкания, известную обычному специалисту в области техники.

[0025] В некоторых вариантах осуществления система 100 может планировать выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль около выборочного контроля дугового короткого замыкания, поскольку синхронизация периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания типично известна и, следовательно, прогнозируема. Например, в большинстве вариантов осуществления периоды выборочного контроля дугового короткого замыкания назначаются по времени, чтобы происходить периодически с предварительно определенными временными интервалами, начиная с пересечения нулевого уровня линии питания. Выборочный контроль заземленной нейтрали может тогда выполняться непосредственно перед и/или непосредственно после одного из этих периодов выборочного контроля дугового короткого замыкания. И поскольку продолжительность каждого периода выборочного контроля дугового короткого замыкания также известна и обычно гораздо короче, чем время между периодами выборочного контроля, существует достаточно времени, чтобы система 100 выполняла выборочный контроль короткого замыкания на заземленную нейтраль между периодами выборочного контроля дугового короткого замыкания.

[0026] Как может быть видно в примерном варианте осуществления на фиг.1, система 100 может состоять из множества функциональных компонентов, представленных здесь посредством различных блоков. Например, система 100 может включать в себя трансформатор 102 тока короткого замыкания на землю, схему 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю, и испытательная схема 106 может управляться, чтобы предоставлять нагрузку или нагрузку вторичной цепи и ступенчатый сигнал. Эти компоненты вместе формируют схему 105 обнаружения короткого замыкания на землю, когда размещаются, как показано. Также присутствуют датчик 108 тока, один или более полосовых фильтров 110, интегратор 112 и датчик 114 линейного напряжения. Эти компоненты вместе формируют схему 115 обнаружения дугового короткого замыкания, когда размещаются, как показано.

[0027] Использование вышеупомянутых компонентов в обнаружении короткого замыкания на заземленную нейтраль и дугового короткого замыкания хорошо известно в области техники, и, следовательно, только высокоуровневое описание их специфических функций будет предоставлено ниже. Также должно быть отмечено, что обнаружение короткого замыкания на землю, как предполагается повсюду в этом описании, должно происходить в отдельном интервале обнаружения от обнаружения дугового короткого замыкания и обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль, и, следовательно, отдельное описание такого обнаружения короткого замыкания на землю не предоставляется. Для информации, касающейся такого обнаружения короткого замыкания на землю, ссылка может быть сделана на патент США № 7193827, который содержится по ссылке.

[0028] Микроконтроллер 116 в системе 100 принимает входные сигналы от схемы 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю, полосовых фильтров 110, интегратора 112 и датчика 114 линейного напряжения. Микроконтроллер 116 преобразует эти входные сигналы из аналоговых в цифровые сигналы, так что они могут быть обработаны посредством микроконтроллера 116, чтобы обнаруживать короткие замыкания на землю и дуговые короткие замыкания в соответствии с раскрытыми вариантами осуществления. Такой микроконтроллер 116 может быть любым подходящим микроконтроллером, известным обычным специалистам в области техники, включающим в себя PIC24FJ32GA002 или аналогичный микроконтроллер от Microchip Technology, Inc., цифровой сигнальный процессор (DSP), ASIC-устройство и т.п.

[0029] В большинстве вариантов осуществления микроконтроллер 116 преимущественно использует только единственный внутренний ADC 118, чтобы принимать и преобразовывать входные сигналы от схемы 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю, полосовых фильтров 110, интегратора 112 и датчика 114 линейного напряжения. И конкретный ADC 118, используемый в данном документе, имеет тип, который приспособлен обрабатывать только один входной сигнал за раз. Оцифрованные сигналы из ADC 118 затем предоставляются модулю 120 обнаружения дугового короткого замыкания и короткого замыкания на землю в микроконтроллере 116 для дальнейшей обработки. Этот модуль 120 обнаружения дугового короткого замыкания и короткого замыкания на землю функционирует, чтобы активизировать схему 122 прерывания тока или автоматического выключения, если дуговое короткое замыкание, короткое замыкание на землю или короткое замыкание на заземленную нейтраль обнаруживается в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе.

[0030] Другие компоненты, которые могут присутствовать, включают в себя компаратор 124 в микроконтроллере 116, который принимает входной сигнал от схемы 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю и сравнивает его с программируемым опорным напряжением 126 (Vref) в целях обнаружения пересечения нулевого уровня. Также, микроконтроллер 116 может включать в себя, по меньшей мере, один счетчик или таймер 128 для отсчета времени в обратном порядке, когда необходимо, модуль 130 входного захвата для предоставления отметок времени, когда запускается посредством компаратора 124, один или более модулей 132 сравнения выходных сигналов для автоматизации испытания датчика короткого замыкания на землю и модуль 134 управления испытанием датчика заземленной нейтрали для управления синхронизацией ступенчатого сигнала, который может быть приложен к схеме 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю через испытательную схему 106. Наконец, датчик 136 пересечения нулевого уровня линейного напряжения предоставляет входной сигнал микроконтроллеру 116, чтобы обнаруживать пересечения нулевого уровня, выполняемые линией питания (явно не показана).

[0031] Фиг.2 изображает схему 105 обнаружения короткого замыкания на землю более подробно для одной примерной реализации раскрытых вариантов осуществления. Как может быть видно в этой реализации, схема 105 обнаружения короткого замыкания на землю состоит из нескольких дискретных схемных элементов, которые формируют трансформатор 102 тока короткого замыкания на землю, схему 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю и испытательную схему 106. Обычные специалисты в области техники поймут, что возможно добиваться эквивалентной или аналогичной функциональности с помощью одной или более интегральных схем вместо дискретных элементов схемы без отступления от рамок раскрытых вариантов осуществления.

[0032] В реализации, показанной здесь, трансформатор 102 тока короткого замыкания на землю может включать в себя обмотку L1 датчика короткого замыкания на землю, которая типично соединяется с линейным проводником и нейтральным проводником (явно не показан) линии питания.

[0033] Конденсатор C4, обмотка L1 датчика короткого замыкания на землю и резистор R5 формируют резонансную цепь, которая позволяет ступенчатому сигналу, подаваемому к схеме 105 обнаружения короткого замыкания на землю резонировать с некоторой величиной затухания. Конденсатор C2 предоставляет этот ступенчатый сигнал для схемы 105 обнаружения короткого замыкания на землю, когда управляется таким образом посредством микроконтроллера 116. Схема выбора режима, состоящая из транзистора Q1 и нагрузки или нагрузочного резистора R6, может быть предусмотрена для использования во время обнаружения короткого замыкания на землю. В некоторых вариантах осуществления транзистор Q1 может быть FET-транзистором, который может управляться посредством микроконтроллера 116, чтобы размещать нагрузочный резистор R6 между концами обмотки L1 датчика во время обнаружения короткого замыкания на землю. Эти компоненты вместе формируют испытательную схему 106, когда размещены, как показано.

[0034] Усилитель A1 может также присутствовать и может быть соединен с парой резисторов R7 и R8, которые, в свою очередь, соединяются с микроконтроллером 116. Схема резистивного делителя смещающего напряжения может быть сформирована посредством пары резисторов R3 и R4, соединенных, как показано, чтобы устанавливать напряжение цепи, равное 1/2 входного напряжения Vdd системы. Эти компоненты вместе формируют схему 104 согласования сигнала короткого замыкания на землю, когда размещены, как показано.

[0035] В обычной эксплуатации существуют два процесса обнаружения, которые должны происходить в реальном времени в течение одного и того же интервала обнаружения в системе 100 без взаимных помех: обнаружение дугового короткого замыкания и обнаружение короткого замыкания на заземленную нейтраль. Для обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль микроконтроллер 116 типично измеряет размах напряжения затухающего синусоидального сигнала в схеме 105 обнаружения короткого замыкания на землю в течение интервала обнаружения. Для обнаружения дугового короткого замыкания микроконтроллер 116 непрерывно и периодически дискретизирует выходные сигналы датчика дугового короткого замыкания в схеме 115 обнаружения дугового короткого замыкания в течение того же интервала обнаружения. Обнаружение короткого замыкания на землю происходит в течение отдельного фрагмента сигнала обнаружения от обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль и, следовательно, как предполагается, не представляет конфликта ресурсов или помеху.

[0036] Фиг.3 иллюстрирует работу системы 100 посредством примерной блок-схемы 300 последовательности операций в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе. Отметим, что хотя множество индивидуальных этапов показаны на фиг.3, обычные специалисты в области техники поймут, что один или более этих этапов могут быть разделены на несколько составляющих этапов без отступления от рамок раскрытых вариантов осуществления. Аналогично, два или более отдельных этапов могут быть объединены в один этап без отступления от рамок раскрытых вариантов осуществления. Дополнительно, хотя этапы показаны в конкретной последовательности, обычные специалисты в области техники поймут, что один или более этих этапов могут выполняться вне последовательности с одним или более другими этапами, или в то же самое время, что и один или более других этапов, без отступления от рамок раскрытых вариантов осуществления.

[0037] Как может быть видно на фиг.3, при запуске на этапе 302 микроконтроллер 116 синхронизирует свою последовательность обнаружения с циклом линии питания. В частности, контроллер 116 ожидает возникновения пересечения нулевого уровня напряжения линии питания, затем синхронизирует последовательность обнаружения с этим пересечением нулевого уровня. На этапе 304 микроконтроллер 116 выполняет обнаружение дугового короткого замыкания и обнаружение короткого замыкания на землю способом, известным обычным специалистам в области техники. На этапе 306 микроконтроллер 116 анализирует результаты последовательности обнаружения на этапе 304 и определяет, было ли обнаружено короткое замыкание на землю или дуговое короткое замыкание. Если определение на этапе 306 является положительным, тогда микроконтроллер 116 автоматически выключает или иначе прерывает ток на этапе 308.

[0038] Если определение на этапе 306 является положительным, микроконтроллер 116 выполняет определение на этапе 310 относительно того, истек ли таймер задержки обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль. Таймер задержки обнаружения короткого замыкания на заземленную нейтраль гарантирует, что достаточное время было выделено микроконтроллеру 116, чтобы выполнять обнаружение дугового короткого замыкания и обнаружение короткого замыкания на землю способом, известным обычным специалистам в области техники. Если определение на этапе 310 является отрицательным, тогда микроконтроллер 116 продолжает процесс обнаружения дугового короткого замыкания и короткого замыкания на землю.

[0039] Если определение на этапе 310 является положительным, тогда микроконтроллер 116 начинает процесс обнаружения дугового короткого замыкания и короткого замыкания на заземленную нейтраль на этапе 312. В частности, микроконтроллер 116 периодически дискретизирует входные сигналы датчика дугового короткого замыкания, необходимые для обнаружения дугового короткого замыкания, в течение этого фрагмента интервала обнаружения, в то же время также дискретизируя входные сигналы датчика короткого замыкания на заземленную нейтраль в течение фрагмента интервала обнаружения.

[0040] В качестве части выборочного контроля заземленной нейтрали микроконтроллер 116 выполняет определение на этапе 314 того, необходимо ли ему определять интервал времени, необходимый для возникновения предварительно определенного события. В некоторых вариантах осуществления предварительно определенное событие является затухающим синусоидальным сигналом в схеме 105 обнаружения короткого замыкания на землю, выполняющим предварительно определенное число пересечений нулевого уровня. Время, необходимое для того, чтобы это предварительно определенное событие произошло, неизвестно, когда микроконтроллер 116 первый раз запускается, поскольку резонансная частота схемы 105 обнаружения короткого замыкания на землю, и, следовательно, время, которое затрачивается для того, чтобы затухающий синусоидальный сигнал выполнил предварительно определенное число пересечений нулевого уровня, еще не были определены.

[0041] Если определение на этапе 314 является положительным, тогда на этапе 316 микроконтроллер 116 начинает фазу инициализации, выключая FET управления нагрузкой, затем прикладывая ступенчатый сигнал к схеме 105 обнаружения короткого замыкания на землю, чтобы формировать первоначальный затухающий синусоидальный сигнал в схеме 105 обнаружения. Микроконтроллер 116 затем обнаруживает пересечения нулевого уровня, выполненные затухающим синусоидальным сигналом, на этапе 316 и отслеживает или наблюдает конечное пересечение нулевого уровня в предварительно определенном числе пересечений нулевого уровня. На этапе 320 микроконтроллер определяет (и сохраняет) время, которое он затратил для того, чтобы затухающий синусоидальный сигнал достиг этого назначенного пересечения нулевого уровня. Используемое предварительно определенное число пересечений нулевого уровня может быть любым числом, которое подходит для конкретной прикладной задачи, например, от 1 до 50 пересечений нулевого уровня.

[0042] В предпоч