DE112012001189T5

DE112012001189T5 - Verfahren, Systeme und Einrichtungen zum Erkennen paralleler elektrischer Fehlerlichtbögen

Info

Publication number: DE112012001189T5
Application number: DE112012001189.9T
Authority: DE
Inventors: Amit Nayak; Vaske Mikani
Original assignee: Siemens Industry Inc
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: DE112012001189B4; WO2012125238A2; CN103415972B; US8654487B2; US20120229939A1; CN103415972A; WO2012125238A3

Abstract

Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Erkennung von Fehlerlichtbögen mit einem dynamisch veränderbaren Steilheitsschwellenwert offenbart. Das Verfahren kann das Überwachen einer Stromwellenform beinhalten, um eine Spitzenamplitude eines Halbzyklus und eine Steilheit an einem Nulldurchgang eines Halbzyklus zu bestimmen. Ein Fehlerlichtbogenzähler kann inkrementiert werden, wenn die maximale Amplitude des Halbzyklus und die Steilheit an einem Nulldurchgang größer als eine vorgegebene Höhe eines Schwellenwertbetrages bzw. als der dynamisch veränderbare Steilheitsschwellenwert sind. Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Abfall der Amplitude einer vorbestimmten Anzahl von Halbzyklen der Stromwellenform gemessen, und ein Lichtbogenzähler wird nicht inkrementiert, sogar wenn die Bedingungen eigentlich ein Inkrementieren des Lichtbogenzählers erfordern würden, wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen über einem Abfallschwellenwert liegt. Es werden eine Einrichtung zur Fehlerlichtbogenerkennung, die dazu eingerichtet ist, die Verfahren auszuführen, und Systeme, welche die Einrichtung zur Fehlerlichtbogenerkennung enthalten, offenbart, ebenso wie verschiedene andere Aspekte.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die Fehlerlichtbogenerkennung in elektrischen Schaltungen und spezieller Verfahren, Systeme und Einrichtungen zum Erkennen und Vermindern paralleler Fehlerlichtbögen in elektrischen Systemen.
Hintergrund der Erfindung
In elektrischen Systemen können aus einer Reihe von bekannten Gründen unerwünschte elektrische Fehlerlichtbögen (Störlichtbögen) auftreten. Ein Typ eines Fehlerlichtbogens ist ein paralleler Fehlerlichtbogen, welcher als ein Kurzschluss oder ein Erdschlussfehler auftreten kann. Ein Kurzschlusslichtbogen verringert die dielektrische Festigkeit einer die Leiter trennenden Isolation und ermöglicht dabei, dass sich ein Fehlerlichtbogen mit hoher Impedanz und niedriger Stromstärke entwickelt, welcher die Isolation des Leiters verkohlen kann und dadurch die dielektrische Festigkeit der die Leiter trennenden Isolation weiter verringert. Das Ergebnis kann ein erhöhter Stromfluss und eine erhöhte Lichtbogenbildung in der Schaltung sein. Der Stromfluss in einem parallelen Kurzschluss-Fehlerlichtbogen kann durch die Systemimpedanz und die Impedanz des Fehlerlichtbogens selbst begrenzt sein.
Gegenwärtige Verfahren zum Erkennen solcher Fehler untersuchen den Betrag des Spitzenstroms eines Halbzyklus und die Stromänderungssteilheit am Nulldurchgang des Halbzyklus der Wellenform. Falls die Steilheit und die Amplitude beide oberhalb eines gewissen festen Schwellenwertbetrages liegen, wird ein paralleler Fehlerlichtbogen angezeigt, und der Leistungsschalter (z. B. eine Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (Arc Fault Circuit Interrupter, AFCI)) kann ausgelöst werden. Solche Schwellenwertniveaus müssen jedoch relativ hoch festgelegt werden, so dass gewisse Schaltungsbedingungen, welche parallele Lichtbögen imitieren, wie etwa eine Einschaltstromstoß-Bedingung beim Anlaufen eines Motors, der als eine Last an der durch die AFCI geschützten Schaltung geschaltet ist, den Leistungsschalter nicht auslösen.
Wenn zum Beispiel der Strom nicht sinusförmig ist, wie er bei nichtlinearen Lasten mit einem hohen Scheitelfaktor auftritt, wie ihn Staubsauger, Bohrmaschinen und andere Haushaltgeräte aufweisen, könnte die Stromstärke beim Anlaufen unter einer Einschaltstromstoß-Bedingung genügend hoch sein, um den Amplitudenschwellenwert zu überschreiten. In ähnlicher Weise weisen solche Lasten mit hohem Scheitelfaktor einen im Allgemeinen höheren Anstieg auf als Sinusformen bei derselben Stromstärke. Dementsprechend können solche Einschaltstromstoß-Bedingungen ebenfalls zu einer Überschreitung der festen Schwellenwerte für die Steilheit führen.
Daher besteht Bedarf an einem Leistungsschalter und einem Erkennungsverfahren, welche zwischen tatsächlichen Fehlerlichtbögen und Bedingungen, welche einen Fehlerlichtbogen imitieren, wie etwa Einschaltstromstoß-Bedingungen, unterscheiden können.
Zusammenfassende Aspekte
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Erkennung elektrischer Fehlerlichtbögen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Messen einer maximalen Stromamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform; das Detektieren einer Stromsteilheit an einem Bogen-Nulldurchgang des ersten Halbzyklus oder eines nächsten Halbzyklus; das Vergleichen der maximalen Stromamplitude mit einem Amplitudenschwellenwert; und das Vergleichen der Stromsteilheit mit einem dynamischen Steilheitsschwellenwert. Der dynamische Steilheitsschwellenwert kann als eine Funktion der maximalen Stromamplitude des ersten Halbzyklus berechnet werden.
Gemäß einem anderen Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung elektrischer Fehlerlichtbögen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Messen einer ersten Stromamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform; das Messen einer Stromamplitude der detektierten Stromwellenform für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus; das Vergleichen der Stromamplituden, um einen Abfall zu bestimmen; und das Nicht-Inkrementieren eines Lichtbogenzählers, sogar wenn ein Inkrementieren eigentlich angezeigt ist, wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen größer als ein Abfallschwellenwert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Fehlerschutzeinrichtung bereitgestellt. Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung weist auf: einen elektrischen Shunt, der mit einem Neutralleiter gekoppelt ist; einen Nebenschlusskreis, der mit dem elektrischen Shunt gekoppelt ist; und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist, wobei der Nebenschlusskreis dazu eingerichtet ist, eine Stromwellenform zu erzeugen und dem Mikrocontroller zur Verfügung zu stellen, wobei der Mikroprozessor dazu eingerichtet ist, einen dynamischen Steilheitsschwellenwert auf der Basis einer Stromamplitude eines Halbzyklus der Stromwellenform zu berechnen und eine momentane Stromsteilheit, die aus der Wellenform an dem Nulldurchgang erhalten wurde, mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch geschütztes System bereitgestellt. Das elektrisch geschützte System beinhaltet eine elektrische Fehlerschutzeinrichtung, die einen elektrischen Shunt, der mit einem Neutralleiter gekoppelt ist; einen Nebenschlusskreis, der mit dem elektrischen Shunt gekoppelt ist; und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist, aufweist, wobei der Nebenschlusskreis dazu eingerichtet ist, ein Stromamplitudensignal zu erzeugen und dem Mikrocontroller zuzuführen, wobei der Mikroprozessor dazu eingerichtet ist, einen dynamischen Steilheitsschwellenwert auf der Basis des Stromamplitudensignals zu berechnen und ein momentanes Stromsignal an einem Nulldurchgang von dem Nebenschlusskreis mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen; und eine Last, die mit der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung gekoppelt ist.
Noch weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, in der eine Anzahl beispielhafter Ausführungsformen und Implementierungen dargestellt wird, einschließlich der vorgesehenen besten Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung gestattet auch andere und unterschiedliche Ausführungsformen, und ihre verschiedenen Einzelheiten können in vielerlei Hinsicht modifiziert werden, ohne dabei von der Grundidee und vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die der Grundidee der Erfindung entsprechen und in ihrem Schutzbereich liegen.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines geschützten elektrischen Systems, das eine Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist.
2A zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Nebenschlusskreises einer Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Mikroprozessors einer Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2C zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Differentialstromkreises einer Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2D zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Auslösestromkreises einer Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2E zeigt eine Ausführungsform eines beispielhaften Stromversorgungskreises einer Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
3A zeigt ein Diagramm einer normalen Sinusstromwellenform.
3B und 3C zeigen Diagramme von Stromwellenformen, die für parallele Fehlerlichtbögen indikativ sind, welche durch das Verfahren und die Einrichtung der Erfindung überwacht werden können.
3D zeigt ein Diagramm einer Stromwellenform, die für eine Einschaltstromstoß-Bedingung indikativ ist, welche gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung überwacht, jedoch ignoriert werden kann.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung darstellt.
5A und 5B zeigen Flussdiagramme, die beispielhafte Verfahren gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung darstellen.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Differenzfehlerstrom-Detektionsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun detailliert auf die beispielhaften Ausführungsformen dieser Offenbarung Bezug genommen; Beispiele derselben sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die oben genannten Probleme, die bislang bei Einrichtungen und Verfahren zur Fehlerlichtbogenerkennung auftreten, werden durch die vorliegende Erfindung überwunden. Insbesondere wird in einem ersten Aspekt ein dynamischer Steilheitsschwellenwert benutzt, um das Vorhandensein eines Fehlerlichtbogens zu bestimmen, anstelle des statischen Steilheitsschwellenwertes, der im Stand der Technik verwendet wird. Der dynamische Steilheitsschwellenwert kann zum Beispiel als eine Funktion der maximalen detektierten Amplitude eines aktuellen Halbzyklus oder vorhergehenden Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform festgelegt werden. Ein Auslösesignal kann auf der Basis von Folgendem geliefert werden: 1) der Spitzenstromamplitude eines ersten Halbzyklus der detektierten Stromwellenform, wenn diese einen Amplitudenschwellenwert überschreitet, und 2) einer detektierten Stromsteilheit an einem Bogen-Nulldurchgang (zero arc crossing) des ersten Halbzyklus oder nächsten Halbzyklus, wenn diese den dynamischen Steilheitsschwellenwert überschreitet.
Gemäß einem anderen Aspekt kann, um eine unerwünschte Auslösung von Leistungsschaltern bei Ausreißer-Stromwellenformen zu vermeiden, welche Fehlerlichtbogen-Ereignisse imitieren (z. B. Einschaltstromstoß-Bedingungen), ein Betrag der detektierten Stromamplitude über eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Halbzyklen (z. B. drei oder mehr aufeinander folgenden Halbzyklen) der detektierten Stromwellenform überwacht werden. Es kann ein Grad des Abfalls der maximalen (Spitzen-)Amplitude während der vorbestimmten Anzahl von Halbzyklen (z. B. drei oder mehr aufeinander folgende Halbzyklen) bestimmt werden. Dieser Abfall kann mit vorbestimmten Abfallkriterien verglichen werden (z. B. einem Schwellenwert für den Abfall pro Zyklus). Falls der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Zyklen größer als der Schwellenwert ist, wird ein Zähler nicht inkrementiert, sogar wenn ein Inkrementieren eigentlich angezeigt wäre (etwa dadurch, dass sowohl der oben genannte Schwellenwert für die maximale Amplitude als auch der Schwellenwert für die Steilheit am Nulldurchgang überschritten werden). Auf diese Weise initiiert eine Stromwellenform, welche ansonsten ein Fehlerlichtbogen-Ereignis imitiert, welche jedoch einen Amplitudenabfall der Wellenform aufweist, der gewisse Kriterien erfüllt, kein Auslöseereignis. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen (z. B. der vorbestimmten Anzahl plus eins) kann, wenn keine weiteren Hinweise auf Fehlerlichtbögen vorliegen, der Fehlerlichtbogenzähler auf null zurückgesetzt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Fehlerschutzeinrichtung. Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung weist einen elektrischen Shunt auf, der mit einem Nebenschlusskreis (einer Null-Spanne-(Zero and span)Schaltung) gekoppelt ist, und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, Signale von diesem zu empfangen, die für die Stromwellenform in dem elektrischen Shunt indikativ sind. Der Mikroprozessor ist dazu ausgebildet, einen dynamischen Steilheitsschwellenwert zu berechnen und die momentane Stromsteilheit am Nulldurchgang eines Halbzyklus mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen. Bei einigen Ausführungsformen kann, wenn die erfasste Stromsteilheit am Nulldurchgang des Halbzyklus (des aktuellen oder nächsten Halbzyklus) der Wellenform den dynamischen Steilheitsschwellenwert überschreitet und eine Spitzenamplitude für einen Halbzyklus der Stromwellenform einen Amplitudenschwellenwert für den Halbzyklus überschreitet, ein Lichtbogenzähler inkrementiert werden. Bei Überschreiten eines Schwellenwertes der Lichtbogenzahl kann ein Auslösesignal erzeugt werden. Dementsprechend kann ein Auslösesignal einem Auslösekreis zugeführt werden, welcher die Betätigung eines auf ein Auslösesignal ansprechenden Auslöseaktors zum Unterbrechen der stromführenden Leitung bewirkt.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Fehlerschutzeinrichtung. Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung weist einen elektrischen Shunt auf, der mit einem Nebenschlusskreis (z. B. einer Null-Spanne-(Zero and span)Schaltung) gekoppelt ist, und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, Signale von dem Nebenschlusskreis zu empfangen, die für die Stromwellenform des durch den elektrischen Shunt fließenden Stroms indikativ sind. Der Mikroprozessor ist dazu ausgebildet, die maximale Stromamplitude für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen der Stromwellenform zu berechnen und einen Grad des Abfalls der Stromwellenform über die Zeit zu bestimmen (z. B. aufeinander folgender Abfall von Zyklus zu Zyklus). Falls das Auslösekriterium erfüllt ist (z. B. Steilheit des Nulldurchgangs über dem Steilheitsschwellenwert, und Spitzenamplitude eines Halbzyklus über einem Schwellenwert) und der Abfall der Stromwellenform über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Halbzyklen über einem vordefinierten Schwellenwert liegt, kann ein Fehlerlichtbogenzähler auf null zurückgesetzt werden. Zum Beispiel wenn drei aufeinander folgende Halbzyklen einen Abfall anzeigen, kann der Fehlerlichtbogenzähler beim vierten Halbzyklus auf null zurückgesetzt werden, da dies ein falsches Auslöseereignis anzeigen kann (z. B. eine Einschaltstromstoß-Bedingung). Falls jedoch der Abfall-Schwellenwert nicht überschritten wird, kann der Fehlerlichtbogenzähler inkrementiert werden, sofern die festgelegten Auslösekriterien erfüllt sind. Der Fehlerlichtbogenzähler kann für jeden zusätzlichen Halbzyklus inkrementiert werden, bei dem der Abfall unter dem Abfall-Schwellenwert liegt und bei dem die Auslösekriterien erfüllt sind. Bei Überschreiten eines Schwellenwertes der Lichtbogenzahl kann ein Auslösesignal erzeugt und zu einem Auslösekreis gesendet werden, um einen Aktor zu betätigen und dadurch den Leistungsschalter zu öffnen.
Diese und andere Ausführungsformen von Einrichtungen und Verfahren werden nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 näher erläutert.
1 zeigt ein Schema einer beispielhaften elektrischen Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (Arc Fault Circuit Interrupting apparatus, AFCI apparatus) 100 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Diese Einrichtung 100 kann für eine Verwendung in einer beliebigen Stromversorgungsumgebung in Wohn- und/oder Gewerbegebieten angepasst werden und kann dafür konfiguriert werden, Fehlerlichtbögen zu detektieren, wie etwa Leitungsfehler (d. h. Überschläge vom Typ paralleler Fehlerlichtbögen zwischen Leitungen), welche in einer elektrischen Stromverteilungsschaltung vorhanden sein können. Die Einrichtung 100 kann außerdem dafür konfiguriert werden, Differenzfehlerströme ab etwa 50 mA zu detektieren, die in der elektrischen Stromverteilungsschaltung auftreten oder auf andere Weise mit ihr zusammenhängen.
Wie in 1 dargestellt, kann die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 ein Gehäuse 101 aufweisen, das Fehlererkennungsschaltungen 102 und einen Auslösekreis 105, der dazu eingerichtet ist, die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 in Reaktion auf ein Auslösesignal von den Fehlererkennungsschaltungen 102 auszulösen, enthält. Es kann ein Leistungsstromkreis 104 vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, die verschiedenen Systemkomponenten (z. B. die Fehlererkennungsschaltungen 102 und den Auslöseaktor 105A) mit Strom zu versorgen. Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 kann außerdem eine Testschaltung 103 enthalten, die eine Taste oder einen Schalter 103A zum manuellen Auslösen eines Selbsttest-Vorgangs aufweist, und kann ein Display (nicht dargestellt) zum Ausgeben von Status, Störungsfreiheit und/oder Fehlerinformationen, die mit der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100 zusammenhängen, enthalten. Es ist denkbar, dass die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 zusätzliche, andere und/oder weniger Elemente als die oben aufgezählten aufweist. Zum Beispiel kann die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 eine Schnittstelle (nicht dargestellt) aufweisen, die dazu eingerichtet ist, ein elektronisches Gerät (z. B. einen Computer oder ein Diagnosewerkzeug zum Herunterladen von Fehlerinformationen) mit der Fehlererkennungsschaltung 102 der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100 zu koppeln. Diese Schnittstelle kann einen beliebigen Typ von elektronischer Schnittstelle beinhalten, die dazu eingerichtet ist, Informationen von einem elektronischen System zu einem anderen zu übertragen, wie zum Beispiel eine serielle Bus-, eine parallele Bus-, eine USB- oder eine Firewire-Schnittstelle, oder eine geeignete Kommunikationsschnittstelle irgendeines anderen Typs. Diese Schnittstelle kann das Hochladen und Herunterladen von Informationen (z. B. Fehlerereignisdaten, Selbsttestdaten, Software- und/oder Firmware-Upgrades, Softwareroutinen usw.) zu und von der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100 erleichtern.
Wie in 1 dargestellt, kann die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 mit einer oder mehreren Laststromkreisen gekoppelt sein, die eine oder mehrere elektrische Lasten 106 enthalten. Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 gemäß der Erfindung ist dafür konfiguriert und eingerichtet, elektrische Signale zu überwachen, die dem einen oder den mehreren Laststromkreisen zugeordnet sind. Insbesondere wird die Überwachung, wie im Weiteren noch ersichtlich wird, durch mindestens einen Nebenschlusskreis 110 bewerkstelligt, der mit einem elektrischen Shunt 111 in dem Neutralleiter 109 gekoppelt ist. Elektrische Verbinder können den Nebenschlusskreis 110 mit beiden Seiten des elektrischen Shunts 111 koppeln, welcher in dem Neutralleiter 109 in Reihe geschaltet ist.
Ein Differentialstromkreis 107, der mit einem Sensor 108 elektrisch gekoppelt ist, kann ebenfalls vorgesehen sein. Der Sensor 108 kann ein Differentialtransformator sein, der einen Magnetkern 112 in der Form eines Ringes aus leitfähigem Material (z. B. Kupfer) und eine um den Kern 112 gewickelte Spule 114 aufweist. Solche Differentialtransformatoren sind wohlbekannt und werden hier nicht näher erläutert. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen sowohl der Neutralleiter 109 als auch die stromführende Leitung 115 durch den Kern 112 des Sensors 108 hindurch.
Wie in 6 dargestellt, wird ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen eines Differenzstromfehlers bereitgestellt. Der Differentialstromkreis 107 stellt dem Mikroprozessor 120 zwei PWM-Signale zur Verfügung. Die beiden PWM-Signale entsprechen dem Eingangssignal, das größer als feste Schwellenwerte ist, bestimmt zum Beispiel für einen Strom von 50 mA bzw. 250 mA. Es können auch andere Schwellenwerte verwendet werden. Sobald das PWM-Signal durch den Mikroprozessor 120 empfangen wird, wird die Pulsbreite des Signals berechnet und gespeichert. Wenn zum Beispiel die Pulsbreite des PWM-Signals für den 50-mA-Komparator zwischen Grenzwerten liegt (z. B. größer als 3 ms und kleiner als 9 ms), kann ein Differenzstromfehler-Zähler inkrementiert werden. Wenn der Differenzstromfehler-Zähler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, sendet der Mikroprozessor 120 ein Auslösesignal zu dem Auslösekreis 105. Elektrische Verbinder von beiden Enden der Spule 114 sind mit dem Differentialstromkreis 107 der Fehlererkennungsschaltungen 102 elektrisch gekoppelt.
Die Fehlererkennungsschaltungen 102 können eine oder mehrere Schaltungen und/oder Teilsysteme zum Überwachen elektrischer Signale, welche die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 durchlaufen, Identifizieren (Detektieren) des Vorliegens von Fehlerlichtbogen-Bedingungen, die mit den elektrischen Signalen verknüpft sind, und Senden eines Auslösesignals zu dem Auslösekreis 105, um das Öffnen eines Schalters 116 in der stromführenden Leitung 115 zu bewirken und dadurch die Auswirkungen der detektierten Fehlerlichtbogen-Bedingungen zu vermindern, aufweisen. Die gestrichelte Linie 118, die den Auslöseaktor 105A und den Schalter 116 verbindet, weist auf eine mechanische Verbindung oder Montage hin, welche bei Betätigung des Auslöseaktors 105A das Öffnen des Schalters 116 bewirkt und dadurch die Stromversorgung der Last 106 unterbricht. Außerdem können die Fehlererkennungsschaltungen 102 eine oder mehrere Selbstüberwachungsfunktionen ausführen, wie etwa einen Selbsttest unter Verwendung einer oder mehrerer Testschaltungen 103, um eine ordnungsgemäße Funktionsweise der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100 sicherzustellen.
Die elektrische Fehlerschutzeinrichtung 100 kann eine oder mehrere elektrische Komponenten oder Schaltungen enthalten, die mit einem Mikroprozessor 120 elektrisch gekoppelt sind. Der Mikroprozessor 120 kann zum Beispiel ein ATtiny461 sein, der von Atmel vertrieben wird. Es können auch andere Typen von Mikroprozessoren 120 verwendet werden. Es kann ein beliebiger geeigneter Prozessor verwendet werden, der dazu ausgebildet ist, ankommende Stromsignale zu verarbeiten und dem Auslösekreis 105 Signale zu übermitteln. Es ist denkbar, dass zusätzliche, weniger und/oder andere Komponenten der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100 und den Fehlerlichtbogen-Erkennungsschaltungen 102 zugeordnet werden können.
Genauer, die Fehlerlichtbogen-Erkennungsschaltungen 102 können eine oder mehrere Komponenten zum Durchführen von Vorgängen aufweisen, die mit der elektrischen Fehlerabschaltung zusammenhängen. Zum Beispiel können die Fehlerlichtbogen-Erkennungsschaltungen 102 Komponenten oder Schaltungen zum Bereitstellen oder Aufbereiten der Signale für die Analyse durch den Mikroprozessor 120 aufweisen. Zum Beispiel können die Fehlerlichtbogen-Erkennungsschaltungen 102 einen Nebenschlusskreis 110 aufweisen, der, wie in 2A am besten zu erkennen ist, einen Verstärker 222 enthält, welcher elektrisch zwischen den Neutralleiter 109 und den Mikroprozessor 120 geschaltet sein kann. Der Nebenschlusskreis 110 ist eine Null-Spanne-Schaltung (zero and span circuit) und dient dazu, den durch den Shunt 111 fließenden Strom zu verarbeiten und an einem Ausgangsknoten 224 ein Ausgangssignal bereitzustellen, welches für den momentanen Strom repräsentativ ist, der durch den Shunt 111 fließt. Eine Differenzspannung über den Eingängen des Verstärkers 222 erzeugt ein Ausgangssignal von dem Verstärker 222, das dem Mikroprozessor 120 zugeführt wird. Es kann ein Test der Funktionsfähigkeit des Nebenschlusskreises 110 vorgesehen sein, indem von dem Mikroprozessor 120 über den Testpfad 222C eine Impulsfolge von Rechteckwellen gesendet wird. Die Rechteckwellen haben eine nahezu unendliche Steilheit am Nulldurchgang und einen ausreichend hohen Betrag, um einen parallelen Fehlerlichtbogen zu simulieren.
2C zeigt, dass die Fehlerlichtbogen-Erkennungsschaltungen 102 einen Differentialstromkreis 107 enthalten können, der einen oder mehrere Verstärker 224A–224C aufweist, welche elektrisch mit dem Sensor 108 (z. B. Transformator) und insbesondere mit der Spule 114 des Transformators durch elektrische Leiter verbunden sein können. In dem Differentialstromkreis 107 können zusätzliche analoge oder digitale Filterungs- und/oder Aufbereitungskomponenten enthalten sein. Die Verstärker 224B, 224C erzeugen digitale Ausgangssignale an Ausgangsknoten 225A, 225B, die dem Mikroprozessor 120 zugeführt werden. Die Ausgänge an den Ausgangsknoten 225A, 225B sind für zwei verschiedene Differenzfehlerströme indikativ und werden verwendet, um die Differenzfehlerstrompegel zu bestimmen, die zum Beispiel 50-mA- bzw. 250-mA-Fehlern entsprechen. Außerdem können Mittel zum Testen der Funktionsfähigkeit des Differentialstromkreises 107 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Testschaltung die Detektion testen, indem sie im Pfad 224C ein emuliertes Fehlerlichtbogensignal bereitstellt. Die Testschaltung kann einen Schalter 228 enthalten, wie etwa einen Prüfschalter oder Schalter eines anderen Typs, welcher verwendet werden kann, um die Testschaltung zu aktivieren. Der Schalter 228 (2B) kann entweder manuell oder automatisch gesteuert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform aktiviert ein Drucktaster 103A (1) den Schalter 228. Wenn der Schalter 228 geschlossen wird, wird auf den Pfaden 222C, 224C ein Testsignal bereitgestellt, um festzustellen, ob die Detektionsschaltungen korrekt funktionieren. Falls die detektierten Ausgänge von den Verstärkern 222, 224 ausreichend sind, kann ein Lichtbogenzähler für jeden detektierten Halbzyklus um einen vorgegebenen Betrag erhöht werden. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Halbzyklen kann der Schwellenwert des Lichtbogenzählers überschritten werden, und es kann ein Auslösesignal gesendet werden, oder es kann eine Statusanzeige bereitgestellt oder angezeigt werden, dass die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert.
Im Betrieb des Leistungsschalters und der Fehlerschutzeinrichtung 100 wird ein Ausgangssignal, das für den Stromfluss in dem Shunt 111 indikativ ist, durch den Mikroprozessor 120 empfangen. Die Stromwellenform wird mit einer hohen Abtastrate gemessen, um das Vorhandensein von Nulldurchgängen in der Wellenform zu bestimmen und um die Steilheit der Wellenform an dem Nulldurchgang zu bestimmen. Die Steilheit des Nulldurchgangs kann an der ansteigenden oder der abfallenden Flanke des Halbzyklus der Wellenform bestimmt werden. Die maximale (Spitzen-)Amplitude der gleichgerichteten Stromwellenform kann ebenfalls für jeden Halbzyklus bestimmt werden. Gemäß einem ersten Aspekt wird dann ein dynamischer Steilheitsschwellenwert auf der Basis der Spitzenamplitude der gemessenen Wellenform für den betreffenden Halbzyklus (dynamisch) eingestellt.
Die Spitzenamplitude kann mit einem beliebigen geeigneten Mittel bestimmt werden, wie etwa einer Abtast- und Vergleichsroutine, wobei ein zuvor erhaltener Abtastwert mit einem zeitlich nächsten erhaltenen Abtastwert verglichen wird. Sobald sich der Abtastwert verkleinert, wird der zuvor erhaltene lokale Maximalwert für mindestens eine feste Zeitdauer (z. B. 1 ms) gehalten. Dies dient dazu sicherzustellen, dass der neue Abtastwert verglichen werden kann, um das lokale Maximum zu entdecken. Nach Ablauf dieser festen Zeitdauer wird das lokale Maximum zum Betrag der Spitzenamplitude (A) des Halbzyklus erklärt.
Der dynamische Steilheitsschwellenwert kann durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden: Steilheitsschwellenwert = A × 2π × 60 + Offset-Konstante Gleichung 1 wobei A die Spitzenamplitude des Halbzyklus ist. Der dynamische Steilheitsschwellenwert wird in einem Speicher gespeichert und zum Vergleichen mit der momentanen Steilheit an einem Nulldurchgang eines Halbzyklus verwendet. Die Steilheit an dem Nulldurchgang eines Halbzyklus kann an der ansteigenden Flanke des nächsten Halbzyklus bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Steilheit an dem Nulldurchgang durch Kurvenanpassung des Signalausgangs an 224 und Schätzen der Steilheit an dem Nulldurchgang auf der Basis der Kurvenanpassung bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Steilheit durch Berechnen einer ersten Ableitung der Kurvenanpassungsgleichung der Stromwellenform geschätzt werden. Es können auch andere Verfahren zur Approximation der Steilheit angewendet werden. Zum Beispiel kann die Steilheit an dem Nulldurchgang bestimmt werden, indem das Eingangssignal durch ein herkömmliches Filter geleitet wird. Zum Beispiel kann ein herkömmliches Filter wie das folgende verwendet werden. Steilheit = A·(X₃ – X₀) + B·(X₂ – X₁) wobei X_n der n-te Abtastwert des Eingangssignals ist und n = 3 der letzte Abtastwert des Eingangssignals ist. Die Konstanten A und B können mit verschiedenen Verfahren bestimmt werden. Zum Beispiel kann A den Wert 1 und B den Wert 2 haben.
Nachdem bestimmt worden ist, ob die Steilheit an dem Nulldurchgang über einem dynamischen Steilheitsschwellenwert liegt, kann dies für ein Abschaltereignis indikativ sein (z. B. Auftreten eines parallelen Fehlerlichtbogens). Falls die Spitzenamplitude des Halbzyklus ebenfalls über einem vorgegebenen Peak-Schwellenwert liegt, kann ein Lichtbogenzähler inkrementiert werden, so dass letztendlich ein Triggersignal zu dem Knoten 230 des in 2D dargestellten Auslösekreises gesendet werden kann. Zum Beispiel kann der Lichtbogenzähler für jeden Halbzyklus inkrementiert werden, in dem beide Detektionskriterien erfüllt sind. Sobald der Schwellenwert des Lichtbogenzählers überschritten wird, wird ein Triggersignal zu dem Auslösekreis 105 gesendet. Das Triggersignal bewirkt, dass der Magnetantrieb 105A den Schalter 116 öffnet und dadurch die Stromversorgung einer oder mehrerer Lasten 106 der elektrischen Verteilungsschaltung unterbricht.
Im Folgenden werden verschiedene optionale Möglichkeiten ausführlicher erläutert. Gemäß einem anderen Aspekt wird, falls ein oberer Amplitudenschwellenwert (z. B. 200 mA) überschritten wird, der dynamische Steilheitsschwellenwert jedoch nicht überschritten wird, kein Lichtbogenbildungs-Ereignis angezeigt, und der Lichtbogenzähler wird nicht inkrementiert. Falls der dynamische Steilheitsschwellenwert überschritten wird, jedoch ein unterer Amplitudenschwellenwert (z. B. 30 mA) nicht überschritten wird, wird der Lichtbogenzähler ebenfalls nicht inkrementiert, da kein Lichtbogenbildungs-Ereignis angezeigt wird. Falls jedoch der dynamische Steilheitsschwellenwert überschritten wird und eine Halbzyklus-Spitzenamplitude über einem unteren Amplitudenschwellenwert und unter einem oberen Amplitudenschwellenwert liegt, wird der Lichtbogenzähler inkrementiert, da dies für ein Lichtbogenbildungs-Ereignis indikativ ist. Falls der dynamische Steilheitsschwellenwert überschritten wird und eine Halbzyklus-Spitzenamplitude über einem oberen Amplitudenschwellenwert liegt, kann ein sofortiges Auslösesignal gesendet werden, da dies für ein Lichtbogenbildungs-Ereignis indikativ ist.
Gemäß einem anderen Aspekt wird in einem ersten Fall der Lichtbogenzähler inkrementiert, wenn das Amplituden- und das Steilheits-Auslösekriterium erfüllt sind, falls über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen kein Abfall in dem Betrag des Halbzyklus vorhanden ist. Falls zum Beispiel drei Halbzyklen vorhanden sind, in denen kein nennenswerter Abfall der Amplitude des Halbzyklus der gemessenen Wellenform vorliegt, kann beim vierten Halbzyklus, der beide Kriterien des Auslösens erfüllt, ein Auslösesignal zu dem Knoten 230 des Auslösekreises 105 gesendet werden (siehe 2D). Zum Beispiel kann jeder Halbzyklus, in dem das Auslösekriterium erfüllt ist, einen Lichtbogenzähler um ein Inkrement inkrementieren, wobei vier Inkremente bewirken können, dass ein Auslösesignal an den Auslösekreis 105 (2D) gesendet wird. Danach kann der Zähler zurückgesetzt werden (z. B. auf null). Es kann auch eine größere oder kleinere Anzahl von Zyklen verwendet werden, um das Senden des Auslösesignals zu bewirken.
Dagegen kann in einem zweiten Fall, falls festgestellt wird, dass das Amplitudensignal über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen (z. B. drei Halbzyklen) um einen Betrag abfällt, der größer als ein vorgegebener Abfallschwellenwert ist, der Lichtbogenzähler nicht inkrementiert werden, und er kann auf null zurückgesetzt werden. Zum Beispiel kann nach einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Halbzyklen (z. B. drei aufeinander folgenden Halbzyklen), in denen ein Abfall gegenüber dem vorhergehenden Zyklus angezeigt wird, der über einem Abfallschwellenwert liegt, das Inkrementieren des Lichtbogenzählers gestoppt werden. Falls ein vierter abfallender Halbzyklus in Folge detektiert wird, kann der Lichtbogenzähler gelöscht (auf null zurückgesetzt) werden. Es kann auch, nachdem ein vierter abfallender Halbzyklus detektiert wird, für eine vorgegebene Zeitdauer verhindert werden, dass der Lichtbogenzähler inkrementiert wird. Dementsprechend kann das Erzeugen eines Auslösesignals unter Bedingungen (wie etwa einer Einschaltstromstoß-Bedingung), welche Signalattribute aufweisen können, die andernfalls, wenn nicht der Abfall vorhanden wäre, den Leistungsschalter auslösen würden, vermieden werden. Der Abfallschwellenwert kann auf der Basis einer oder mehrerer experimenteller Bestimmungen festgelegt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform kann ein digitaler Fehlerlichtbogenzähler im Speicher 120A um eine Einheit oder mehrere Einheiten inkrementiert werden, in Abhängigkeit vom Betrag der Spitzenamplitude und von der Steilheit des Nulldurchgangs, die für jeden Halbzyklus gemessen werden. Wenn ein vorgegebener Schwellenwert der Lichtbogenzahl erreicht wird, kann ein Auslösesignal (z. B. ein digitales Signal) einem Treiber am Knoten 230 zugeführt werden, um zu bewirken, dass eine Spule eines Auslöseaktors 105A (z. B. eine Magnetspule) den Schalter 116 betätigt, so dass dieser über eine mechanische Verbindung 118 geöffnet wird. Dies verursacht eine Unterbrechung des Stromflusses zu der Last 106, indem die stromführende Leitung 115 unterbrochen wird. In einigen Fällen kann die Stromstärke über einem oberen Peak-Schwellenwert (200 mA) liegen, und die Stromsteilheit am Nulldurchgang kann den dynamischen Steilheitsschwellenwert überschreiten. In diesen Fällen ist es möglich, dass der Zähler überhaupt nicht inkrementiert und ein Auslösesignal gesendet wird, oder es kann ein größeres ganzzahliges Inkrement (z. B. 2, 3 oder 4) vorgesehen werden; in jedem Falle kann jedoch ein Auslösesignal direkt und unmittelbar an den Auslösekreis 105 gesendet werden, so dass der Leistungsschalter nach einer minimalen Anzahl von Halbzyklen (z. B. weniger als 2 Halbzyklen) ausgelöst wird.
Bei anderen Ausführungsformen kann ein Fehlerlichtbogenzähler realisiert werden, indem einer analogen Schaltung, die einen Kondensator enthält, eine geeignete Ladung zugeführt wird. Wenn eine vorbestimmte Ladungsgröße erreicht ist (analog zu dem Zählerschwellenwert), kann ein Auslösesignal einem Auslöseaktor 105A zugeführt werden, um den Schalter 116 zu öffnen.
Im Anschluss an das Senden des Auslösesignals kann der Fehlerlichtbogenzähler auf null zurückgesetzt werden, etwa durch Zurücksetzen der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung 100. Für den normalen Betrieb, d. h. wenn kein paralleler Fehlerlichtbogen vorhanden ist, ist ein repräsentativer Ausgangssignalverlauf von dem Nebenschlusskreis 110 in 3A dargestellt. 3B und 3C zeigen repräsentative Ausgangssignalverläufe von dem Nebenschlusskreis 110, welche für ein paralleles Fehlerlichtbogen-Ereignis indikativ sind, d. h. ein Ausschaltereignis. 3D zeigt eine typische Einschaltstromstoß-Bedingung, die ein Fehlerlichtbogen-Ereignis imitiert.
Gemäß Ausführungsformen überwacht im Betrieb die Softwareroutine, die in dem Mikroprozessor 120 ausgeführt wird, kontinuierlich die digitalen Signalausgänge in 224 von dem Nebenschlusskreis 110 und in 225A, 225B des Differentialstromkreises 107, um das Vorhandensein eines parallelen Fehlerlichtbogens bzw. eines Leitungserdschlusses zu bestimmen. Zum Beispiel können die Signalverläufe mit einer relativ hohen mittleren Abtastrate abgetastet werden. Es können Abtastraten zwischen etwa 7.500 und 11.000 Samples/s verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Abtastrate von etwa 9600 Samples/s verwendet werden. Für jeden gleichgerichteten Halbzyklus wird eine Spitzenamplitude der Stromwellenform von dem Shunt 110 überwacht und in dem Speicher 220A gespeichert. Ebenso wird für jeden gleichgerichteten Halbzyklus ein Betrag der Steilheit am Nulldurchgang bestimmt und in dem Speicher gespeichert (entweder an der ansteigenden oder an der abfallenden Flanke). Diese gespeicherten Werte werden dann entsprechend einer Routine verarbeitet, um zu bestimmen, ob ein paralleler Fehlerlichtbogen aufgetreten ist. Zum Beispiel kann die Verarbeitungslogik in dem Mikroprozessor 120 anschließend bestimmen, wann der Betrag der gespeicherten Spitzenamplitude des gleichgerichteten Halbzyklus unter einem unteren Peak-Schwellenwertpegel, über einem oberen Peak-Schwellenwertpegel oder zwischen dem oberen Peak-Schwellenwertpegel und dem unteren Peak-Schwellenwertpegel liegt. Zusätzlich kann die Verarbeitungslogik in dem Mikroprozessor 120 anschließend einen dynamischen Steilheitsschwellenwert auf der Basis des Betrages der Spitzenamplitude des Halbzyklus, wie oben erläutert, bestimmen und bestimmen, ob die momentane Steilheit am Nulldurchgang des aktuellen Halbzyklus oder des nächsten Halbzyklus über dem dynamischen Steilheitsschwellenwert liegt. Bei einigen Ausführungsformen werden die Größe des existierenden Halbzyklus-Peaks und die ansteigende Flanke des Nulldurchgangs des nächsten Halbzyklus gemessen und mit den Schwellenwerten verglichen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungslogik des Mikroprozessors 120 dafür konfiguriert sein, die erste Ableitung des Ausgangssignals 224 zu berechnen, das von dem Nebenschlusskreis 110 für jeden Halbzyklus an dem entsprechenden Nulldurchgang abgeleitet wird. Die Verarbeitungslogik kann dann bestimmen, ob für einen bestimmten analysierten Halbzyklus die Steilheit, die der Ableitung des Signals zugeordnet ist, das Niveau des dynamischen Steilheitsschwellenwertes überschreitet, welcher für eine parallele Fehlerlichtbogen-Bedingung indikativ ist. Ebenso kann die Verarbeitungslogik bestimmen, ob für einen bestimmten analysierten Halbzyklus der Betrag des Peaks des Signals das Niveau des Spitzenamplituden-Schwellenwertes überschreitet, welcher für eine parallele Fehlerlichtbogen-Bedingung indikativ ist.
In der Praxis kann das Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 der Erfindung dafür konfiguriert sein, mit dem Neutralleiter zusammenhängende Lichtbögen zu detektieren, welche typischerweise von ausreichend kurzer Dauer sein können, so dass sie einen herkömmlichen Leistungsschalter nicht auslösen. Das Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 kann dazu eingerichtet sein, solche parallelen Fehlerlichtbögen zu detektieren und innerhalb von wenigen Halbzyklen nach dem Detektieren der Bedingung auszulösen.
In dem Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 kann eine Wechselstromkonditionierung und Vollwellengleichrichtung durch den Nebenschlusskreis 110 vorgesehen sein, der einen Verstärker 222 aufweist, der dafür konfiguriert ist, den Wechselstrom von dem elektrischen Shunt 111 (siehe 2A) für eine Halbwellenanalyse durch den Mikroprozessor 120 vorzubereiten. Der Mikroprozessor 120 (siehe 2B) verarbeitet die Eingänge von dem Nebenschlusskreis 110 an dem Knoten 224 und von dem Differentialstromkreis (2C) an den Knoten 225A, 225B.
Das Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 kann auch einen Differentialstromkreis enthalten, der dazu eingerichtet ist, Differenzstromfehler zu bestimmen, die größer als 50 mA sind. Der Differentialstromkreis 107 stellt dem Mikroprozessor 120 zwei PWM-Signale zur Verfügung. Die beiden PWM-Signale entsprechen dem Eingangssignal, das größer als feste Schwellenwerte ist, bestimmt zum Beispiel für einen Strom von 50 mA bzw. 250 mA. Sobald das PWM-Signal durch den Mikroprozessor 120 empfangen wird, wird die Pulsbreite des Signals berechnet und gespeichert. Wenn zum Beispiel die Breite des PWM-Signals für den 50-mA-Komparator größer als 3 ms und kleiner als 9 ms ist, wird ein Differenzstromfehlerereignis-Zähler inkrementiert. Wenn der Fehlerereignis-Zähler größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, sendet der Prozessor 120 ein Auslösesignal zu dem Auslösekreis 105.
Das Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 kann einen Transmitter/Sensor für Neutralleiter-Erdschluss (grounded neutral transmitter sensor) 108 enthalten. Dieser Sensor 108 kann eine Stromsensoreinrichtung mit Ringkern sein, welche sowohl Außenleiter (stromführende Leiter) als auch Neutralleiter überwacht. Eine Neutralleiter-Erdschluss-Fehlerbedingung bildet einen Magnetpfad, welcher durch den Ringkern des geerdeten Neutralleiters verläuft. Dies ermöglicht dem Ringkern des geerdeten Neutralleiters, eine oszillierende Welle auf sowohl dem Außenleiter als auch dem Neutralleiter zu induzieren. Ein induzierter Strom kann jedoch nur in dem Neutralleiter fließen, aufgrund des Pfades des Neutralleiter-Erdschlussfehlers. Die Stromunsymmetrie zwischen Außenleitern und Neutralleiter wird durch den Differential-Erdschlussfehler-Ringkern erfasst. In Reaktion auf diese Stromunsymmetrie, die an den Ausgangsknoten 225A, 225B des Differentialstromkreises 107 (siehe 2C) bereitgestellt wird, kann ein Erdschlussfehler-Auslösesignal durch den Mikroprozessor 120 erzeugt und dem Auslösekreis 105 am Knoten 230 zugeführt werden (z. B. SCR-Treiber). Eine beispielhafte Ausführungsform des Differentialstromkreises 107 des Fehlerdetektionssystems 100 ist in 2D dargestellt.
Detektionsschaltungen können dazu eingerichtet sein, den Summenstrom zwischen einem Primärleiter und einem Neutralleiter zu überwachen und den Summenstrom mit dem AC-Laststromsignal zu vergleichen. Falls der Vergleich ergibt, dass die Differenz zwischen dem Summenstrom Außenleiter-Neutralleiter und einem Laststrom einen vorbestimmten zulässigen Betrag übersteigt (welcher für Leckströme in dem Verteilungssystem indikativ sein kann), kann ein Differenzfehler detektiert werden, und es kann ein Auslösesignal erzeugt werden. Für den Fachmann ist klar, dass ein Erdschlussfehler-Detektionssystem und ein Differenzfehler-Detektionssystem in einer einzigen Einheit kombiniert sein können. Alternativ dazu kann in gewissen Situationen, in denen ein Erdschlussfehlerschutz nicht erforderlich ist oder von einem Benutzer nicht gewünscht wird, das Erdschlussschutzsystem abgeschaltet oder deaktiviert werden (z. B. über einen Wahlschalter (nicht dargestellt)).
Der Mikroprozessor 120 kann eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Informationen enthalten, die mit der Einrichtung 100 zusammenhängen. Bei den Speichervorrichtungen kann es sich um Speichervorrichtungen von beliebigem Typ handeln, die zum Speichern von Daten geeignet sind, die mit dem Betrieb der Einrichtung 100 zusammenhängen. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor 120 ein oder mehrere Datenregister zum Speichern von Daten aufweisen, die für den Zustand der Einrichtung 100 indikativ sind. Gemäß einer Ausführungsform kann der Mikroprozessor 120 dazu eingerichtet sein, im Falle eines detektierten Fehlers fehlerbezogene Informationen sofort zu speichern. Da der Mikroprozessor 120 Zustandsinformationen innerhalb von Mikrosekunden während der Zeit speichern kann, die ein der Einrichtung 100 zugeordneter Aktor benötigt, um den Stromkreis zu unterbrechen (typischerweise Millisekunden), ist für den Fachmann klar, dass der Mikroprozessor 120 die Zustandsinformationen zum Zeitpunkt der Auslösung speichern kann, ohne eine Auslösebedingung durch das Speichern der Informationen unnötig zu verzögern.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 400 zur elektrischen Fehlerlichtbogenerkennung veranschaulicht, das dem Fehlerlichtbogen-Schutzsystem 100 gemäß einem Aspekt der Erfindung zugeordnet ist. Wie in 4 dargestellt, kann der Nebenschlusskreis 110 des Systems 100 den Stromfluss durch den Shunt 111 messen (1) und ein gleichgerichtetes Stromsignal in 410 zur Verfügung stellen. In dem Entscheidungsblock 412 kann bestimmt werden, ob sich die Stromwellenform zu einem Zeitpunkt in dem Signalverlauf befindet, welcher außerhalb des Nulldurchgangsbereiches liegt. Der Nulldurchgangsbereich kann bestimmt werden, indem das vollwellengleichgerichtete Eingangssignal mit einem gewissen prozentualen Anteil des Spitzenamplitudenwertes des vorhergehenden Halbzyklus verglichen wird. Typischerweise kann ein Signal, das unter 5 der Spitzenamplitude liegt, als im Nulldurchgangsbereich befindlich betrachtet werden.
Falls in 412 der Strom nicht außerhalb des Nulldurchgangsbereiches liegt, d. h. wenn er am Nulldurchgang liegt, wird der linke Pfad 413 des Flussdiagramms abgearbeitet. In diesem Pfad 413 wird in 415 die maximale Spitzenamplitude des Halbzyklus (aus dem rechten Pfad 413 erhalten) mit einem vorgegebenen Spitzenamplituden-Schwellenwert verglichen. Falls in 415 der Spitzenamplituden-Schwellenwert nicht überschritten wird (N), verzweigt die Routine zurück zum Anfang. Falls in 415 der Spitzenamplituden-Schwellenwert überschritten wird (J), wird in 416 der dynamische Steilheitsschwellenwert berechnet. Der dynamische Steilheitsschwellenwert kann auf der Basis der Spitzenamplitude (z. B. des Halbzyklus) bestimmt werden, wie in der obigen Gleichung angegeben. Die Stromsteilheit an einem Nulldurchgang des ersten oder nächsten Halbzyklus wird in dem rechten Pfad 414 durch Blöcke 419 und 421 bestimmt, indem die maximale Steilheit gleich der Stromsteilheit gesetzt wird.
Falls in 418 die maximale Steilheit am Nulldurchgang größer (J) als der dynamische Steilheitsschwellenwert ist, kann in 420 ein Zähler inkrementiert werden, sofern der Amplitudenschwellenwert ebenfalls überschritten wird. Falls jedoch in 418 die maximale Stromsteilheit am Nulldurchgang kleiner (N) als der dynamische Steilheitsschwellenwert ist, verzweigt die Routine zurück zum Anfang und fährt fort, den Momentanstrom der Wellenform zu überwachen. Wenn in 422 der Lichtbogen-Zählwert größer (J) als der vorgegebene Schwellenwert der Lichtbogenzahl wird, kann in 424 ein Auslösesignal gesendet werden. Das Auslösesignal kann durch den Mikroprozessor 120 zu dem Auslösekreis 105 am Knoten 230 (2D) gesendet werden. Der Lichtbogenzähler kann um eine beliebige vorbestimmte Anzahl von Inkrementen für jeden Halbzyklus inkrementiert werden, in dem sowohl der Spitzenamplitudenschwellenwert als auch der dynamische Steilheitsschwellenwert überschritten werden. Zum Beispiel kann der Lichtbogenzähler um eine Einheit für jeden Halbzyklus inkrementiert werden, wenn sowohl der dynamische Steilheitsschwellenwert als auch der Amplitudenschwellenwert überschritten werden. Wenn beide für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen (z. B. 4 Zyklen) überschritten werden, kann in 424 ein Auslösesignal gesendet werden. Dies stellt sicher, dass in 424 ein Auslösesignal innerhalb von etwa vier Halbzyklen nach dem Auftreten und Detektieren des Fehlerlichtbogen-Ereignisses gesendet wird.
Nach dem Senden des Auslösesignals kann der Lichtbogenzähler in 426 auf einen vorbestimmten Wert (z. B. null) zurückgesetzt werden. Nachdem der Lichtbogenzähler in 426 zurückgesetzt wurde, kann die Routine zum Anfang zurück verzweigen, wobei die Routine fortfährt, die Stromwellenform in dem Shunt 111 kontinuierlich zu überwachen.
Falls der Strom außerhalb des Nulldurchgangs liegt, wird der rechte Pfad 414 abgearbeitet. Der Pfad bestimmt, ob der momentane gemessene Strom der maximale Strom (Spitzenstrom) für den betreffenden Halbzyklus ist. Nachdem in 412 bestimmt worden ist, dass der Strom nicht außerhalb des Nulldurchgangs liegt, wird die in 428 bestimmte maximale Stromamplitude des Halbzyklus der detektierten Stromwellenform in 415 verwendet und mit dem vorgegebenen Amplitudenschwellenwert verglichen. Es kann ein beliebiges geeignetes „Peak-Hold”- oder Peak-Bestimmungsverfahren angewendet werden, um die Spitzenamplitude und die maximale Steilheit am Nulldurchgang zu bestimmen.
In der tatsächlichen Praxis kann der Nulldurchgang ein kleiner Bereich sein, der den Nulldurchgang des vorhandenen Halbzyklus (oder des nächsten Halbzyklus) der Stromwellenform umgibt. Die Steilheit kann an einer Stelle am oder in der Nähe des Anfangs (abfallende Flanke des vorliegenden Halbzyklus) oder Endes (ansteigende Flanke des nächsten Halbzyklus) des Nulldurchgangsbereiches bestimmt werden. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen der Bereich einen Zeitraum umfassen, der sich über weniger als etwa 3 ms um den Nulldurchgang herum erstreckt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird, wie in 5A und 5B dargestellt, ein Verfahren zur Erkennung elektrischer Fehlerlichtbögen bereitgestellt. Das Verfahren 500 beinhaltet das Messen einer ersten Stromspitzenamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform in 502; das Messen einer Stromspitzenamplitude der detektierten Stromwellenform für eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus in 504; das Bestimmen eines Amplitudenabfalls auf der Basis der ersten und der vorbestimmten Anzahl von nachfolgenden aufeinander folgenden Stromspitzenamplituden; und das Nicht-Inkrementieren eines Lichtbogenzählers, sogar wenn ein Inkrementieren eigentlich angezeigt ist, wenn der Abfall der Amplitude gewissen Abfallkriterien genügt. Zum Beispiel wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen größer als ein vorbestimmter Abfallschwellenwert ist, wird ein Lichtbogenzähler nicht weiter inkrementiert. Zum Beispiel kann der Lichtbogenzähler für drei Zyklen inkrementiert werden, wobei ein Flag gesetzt wird, um die Anzahl aufeinander folgender Zyklen zu zählen, die dem Abfallschwellenwert genügen. Falls ein vierter Zyklus ebenfalls dem Auslösekriterium und Abfallkriterium genügt, kann der Lichtbogenzähler auf null zurückgesetzt werden. Dieser Aspekt kann zusammen mit dem ebenfalls hierin beschriebenen Aspekt der Erfindung verwendet werden, gemäß dem die Steilheit am Nulldurchgang mit einem dynamischen Steilheitsschwellenwert verglichen wird.
Zum Beispiel wird, wie in 5B dargestellt, nachdem die Spitzenstromamplitude gemessen wurde, der gemessene Spitzenwert des Halbzyklus in 515 mit einem Amplitudenschwellenwert verglichen. Falls die maximale Stromamplitude größer als der vorbestimmte Peak-Schwellenwert ist (J), wird in 518 die gemessene maximale Steilheit am Nulldurchgang mit einem Steilheitsschwellenwert verglichen. Falls die Steilheit am Nulldurchgang größer als der Steilheitsschwellenwert ist (J), zeigt die Stromwellenform eine mögliche Auslösebedingung an, und in 520 wird ein Lichtbogenzähler inkrementiert. Falls beide Kriterien erfüllt sind, überprüft die Routine in 519, ob der Lichtbogenabfall über mehr als die vorbestimmte Anzahl von Zyklen über dem Lichtbogenabfall-Schwellenwert liegt. Falls der Abfall über mehr als die vorbestimmte Anzahl von Zyklen größer als ein Abfall-Schwellenwert ist (J), setzt die Routine in 526 den Zähler zurück. Falls (N), bestimmt die Routine in 522, ob der Lichtbogen-Zählwert größer als ein Schwellenwert der Lichtbogenzahl ist, und falls (J), wird in 524 in einem Auslösesignal gesendet. Danach kann der Lichtbogenzähler in 526 zurückgesetzt werden (z. B. auf null). Falls (N), verzweigt die Routine zurück und fährt fort, die Stromwellenform zu überwachen. Der nicht dargestellte restliche Teil der Routine ist derselbe, der unter Bezugnahme auf 4 dargestellt und beschrieben wurde. Somit fährt die Routine dann fort, die Stromwellenform des in dem Shunt 111 fließenden Stroms zu überwachen, und inkrementiert den Lichtbogenzähler, wenn das Auslösekriterium erfüllt ist und der Abfall über eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen entweder über oder unter dem Abfall-Schwellenwert liegt. Falls beim nächsten aufeinander folgenden Halbzyklus ein aufeinander folgender Abfall detektiert wird und das Auslösekriterium erfüllt ist, kann der Zähler auf null zurückgesetzt werden. Dementsprechend kann ein Auslösen bei abfallenden Halbzyklen, welche ansonsten die Auslösekriterien erfüllen, vermieden werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Lichtbogenzähler aufgrund dessen dekrementiert oder zurückgesetzt werden, dass die Amplitude und die Steilheit über eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen unter den festgelegten Schwellenwerten liegen. Zum Beispiel wenn für drei Halbzyklen eigentlich ein Fehlerlichtbogen angezeigt wird und danach eine vordefinierte Anzahl von Zyklen ohne weitere Fehlerhinweise verstreicht, kann der Fehlerlichtbogenzähler dekrementiert oder zurückgesetzt werden (z. B. auf null). Zum Beispiel kann der Wert des Fehlerzählers beim 10. Halbzyklus (oder einem anderen Halbzyklus) auf null zurückgesetzt werden, wenn sowohl der Schwellenwert für den Betrag als auch der Steilheitsschwellenwert nicht überschritten werden. Falls der Betrag des Stromsignals die Amplituden-Peak-Schwellenwertpegel nur zweimal überquert, können wesentlich weniger als die zehn Nulldurchgänge, die zum Zurücksetzen des Fehlerzählwertes erforderlich sind, verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist der Mikrocontroller 120 dafür ausgebildet, den dynamischen Steilheitsschwellenwert zu erhöhen, wenn eine gemessene maximale Amplitude eines ersten Halbzyklus-Peaks beim Vergleich mit einer gemessenen maximalen Amplitude mindestens eines späteren Halbzyklus-Peaks keinen Amplitudenabfall anzeigt. Der dynamische Steilheitsschwellenwert kann zum Beispiel um ungefähr 20% erhöht werden. Es können auch andere Erhöhungsbeträge verwendet werden.
In einigen Fällen kann der Fehlerlichtbogenzähler inkrementiert werden, wenn die Werte des Peak-Schwellenwertes und Steilheitsschwellenwertes im ersten Halbzyklus überschritten werden. Falls jedoch im zweiten Halbzyklus sowohl die Spitzenamplitude als auch die maximale Steilheit am Nulldurchgang kleiner als die Schwellenwerte sind, kann die Routine den Fehlerlichtbogenzähler zurücksetzen (z. B. auf null). Bei anderen Ausführungsformen kann der Fehlerlichtbogenzähler dekrementiert werden, wenn der zweite Halbzyklus keine Fehlerbedingung anzeigt, bei der sowohl die Spitzenamplitude als auch die Steilheit am Nulldurchgang kleiner als die Schwellenwerte sind. Bei einer optionalen Ausführungsform können zwei oder mehr zusätzliche normale Halbzyklen erforderlich sein, um den Fehlerlichtbogenzähler zurückzusetzen oder zu dekrementieren.
Der Mikroprozessor 120 kann einen Selbsttest durch Abfragen (Polling) einer oder mehrerer der Schaltungen durchführen, die mit dem Prozessor 120 gekoppelt sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann dieser Selbsttest automatisch durch den Prozessor 120 ausgelöst werden, um periodisch die einwandfreie Funktion der Detektionsschaltungen 102 zu überprüfen. Alternativ dazu kann diese Prüfung durch eine Testanforderung ausgelöst werden, die durch den Benutzer erfolgt (z. B. durch Drücken einer Prüftaste, die dem System 100 zugeordnet ist). Während des Tests kann der Mikroprozessor 120 beliebige der Systemkomponenten testen, die Softwareroutine testen, RAM-Prüfungen durchführen, um die einwandfreie Funktion eines RAM-Moduls sicherzustellen, zyklische Redundanzprüfungen (CRC) oder Prüfsummenroutinen ausführen, um Fehler in der Übertragung und Speicherung von Daten zu erkennen, die dem Prozessor 120 zugeordnet sind, und/oder Watchdog-Timer ausführen, um Sequenzierfehler zu erkennen, die dem Prozessor 120 zugeordnet sind. Der Prozessor 120 kann für jede Einrichtung oder Schaltung Testdaten mit vorbestimmten Betriebsspezifikationen vergleichen und bestimmen, ob die Einrichtung oder Schaltung innerhalb zulässiger Toleranzen funktioniert.
Für Fachleute ist daher klar, dass sich die vorliegende Erfindung für eine breite Nutzung und Anwendung eignet. Viele Ausführungsformen und Adaptionen der vorliegenden Erfindung, die anders als die hierin beschriebenen sind, ebenso wie viele Variationen, Modifikationen und äquivalente Anordnungen sind durch die vorliegende Erfindung und die vorstehende Beschreibung derselben ersichtlich oder ausreichend nahegelegt, ohne vom Wesen oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend versteht es sich, wenngleich die vorliegende Erfindung hierin detailliert in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, dass diese Offenbarung lediglich illustrativ und beispielhaft für die vorliegende Erfindung ist und lediglich zwecks Bereitstellung einer vollständigen und ausführbaren Offenbarung der Erfindung angegeben ist. Diese Offenbarung soll nicht dazu dienen, die Erfindung auf die offenbarten speziellen Vorrichtungen oder Verfahren einzuschränken, sondern es ist vielmehr beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen zu erfassen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zur Erkennung elektrischer Fehlerlichtbögen, welches umfasst: Messen einer maximalen Stromamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform; Detektieren einer Stromsteilheit an einem Bogen-Nulldurchgang des ersten Halbzyklus oder eines nächsten Halbzyklus; Vergleichen der maximalen Stromamplitude mit einem Amplitudenschwellenwert; und Vergleichen der Stromsteilheit mit einem dynamischen Steilheitsschwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, welches das Berechnen des dynamischen Steilheitsschwellenwertes auf der Basis der maximalen Stromamplitude des ersten Halbzyklus der detektierten Stromwellenform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dynamische Steilheitsschwellenwert als eine Funktion der gemessenen Stromamplitude des ersten Halbzyklus variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximale Stromamplitude des ersten Halbzyklus durch Vergleich mit einer maximalen Stromamplitude einer vorbestimmten Anzahl von Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus auf Abfall geprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches das Inkrementieren eines Lichtbogenzählwertes eines Lichtbogenzählers, wenn der Amplitudenschwellenwert und der dynamische Steilheitsschwellenwert beide überschritten werden, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, welches das Erzeugen eines Triggersignals, wenn der Lichtbogenzählwert einen Schwellenwert der Lichtbogenzahl überschreitet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches das Berechnen des dynamischen Steilheitsschwellenwertes durch Bestimmen einer maximalen Amplitude einer gemessenen Stromamplitude des Halbzyklus der detektierten Stromwellenform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches umfasst: Messen einer maximalen Stromamplitude eines zweiten Halbzyklus der detektierten Stromwellenform nach dem ersten Halbzyklus; und Vergleichen der maximalen Stromamplituden des ersten und des zweiten Halbzyklus, um einen Abfall zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 8, welches umfasst: Messen einer Stromamplitude der detektierten Stromwellenform für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus; Vergleichen der Stromamplituden, um einen Abfall zu bestimmen; und Nicht-Inkrementieren eines Lichtbogenzählers, sogar wenn ein Inkrementieren eigentlich angezeigt ist, wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen größer als ein Abfallschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, welches umfasst: Erzeugen eines Auslösesignals, wenn ein Lichtbogenzählwert eines Lichtbogenzählers einen Schwellenwert der Lichtbogenzahl überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, welches das Erhöhen des dynamischen Steilheitsschwellenwertes umfasst, wenn eine gemessene maximale Amplitude eines ersten Halbzyklus-Peaks, wenn sie mit der gemessenen maximalen Amplitude mindestens eines späteren Halbzyklus-Peaks verglichen wird, keinen Abfall zeigt.
Verfahren zur Erkennung elektrischer Fehlerlichtbögen, welches umfasst: Messen einer ersten Stromamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform; Messen einer Stromamplitude der detektierten Stromwellenform für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus; Vergleichen der Stromamplituden, um einen Abfall zu bestimmen; und Nicht-Inkrementieren eines Lichtbogenzählers, sogar wenn ein Inkrementieren eigentlich angezeigt ist, wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen größer als ein Abfallschwellenwert ist.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung, welche umfasst: einen elektrischen Shunt, der mit einem Neutralleiter gekoppelt ist; einen Nebenschlusskreis, der mit dem elektrischen Shunt gekoppelt ist; und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist, wobei der Nebenschlusskreis dazu eingerichtet ist, eine Stromwellenform zu erzeugen und dem Mikrocontroller zur Verfügung zu stellen, wobei der Mikroprozessor dazu eingerichtet ist, einen dynamischen Steilheitsschwellenwert auf der Basis einer Stromamplitude eines Halbzyklus der Stromwellenform zu berechnen und eine momentane Stromsteilheit, die aus der Wellenform an einem Nulldurchgang erhalten wurde, mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller dazu eingerichtet ist, einen Lichtbogenzähler zu inkrementieren, wenn ein erfasster Strombetrag einen Schwellenwertbetrag überschreitet und eine erfasste Stromsteilheit den dynamischen Steilheitsschwellenwert überschreitet, wobei der Lichtbogenzähler ein Auslösesignal erzeugt, wenn ein Schwellenwert des Lichtbogenzählers überschritten wird, wobei das Auslösesignal dazu eingerichtet ist zu bewirken, dass ein Auslöseaktor eine stromführende Leitung unterbricht.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, eine gemessene Steilheit an einem Nulldurchgang eines Halbzyklus einer Stromwellenform, die durch den Nebenschlusskreis gemessen wurde, mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist zu vergleichen: eine gemessene maximale Amplitude eines Halbzyklus einer Stromwellenform eines durch den Shunt fließenden Stroms mit einem Amplitudenschwellenwert; und eine Stromsteilheit an einem Nulldurchgang des Halbzyklus der Stromwellenform, die durch den Nebenschlusskreis gemessen wurde, mit einem dynamischen Steilheitsschwellenwert.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, eine gemessene maximale Amplitude eines Peaks eines ersten Halbzyklus mit einer gemessenen maximalen Amplitude eines Peaks mindestens eines späteren Halbzyklus-Peaks zu vergleichen, um einen Grad des Amplitudenabfalls zu bestimmen.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den dynamischen Steilheitsschwellenwert zu erhöhen, wenn eine gemessene maximale Amplitude eines ersten Halbzyklus-Peaks beim Vergleich mit einer gemessenen maximalen Amplitude mindestens eines späteren Halbzyklus-Peaks keinen Amplitudenabfall anzeigt.
Elektrisch geschütztes System, welches umfasst: eine elektrische Fehlerschutzeinrichtung, welche aufweist einen elektrischen Shunt, der mit einem Neutralleiter gekoppelt ist; einen Nebenschlusskreis, der mit dem elektrischen Shunt gekoppelt ist; und einen Mikroprozessor, der mit dem Nebenschlusskreis gekoppelt ist, wobei der Nebenschlusskreis dazu eingerichtet ist, ein Stromamplitudensignal zu erzeugen und dem Mikrocontroller zuzuführen, wobei der Mikroprozessor dazu eingerichtet ist, einen dynamischen Steilheitsschwellenwert auf der Basis des Stromamplitudensignals zu berechnen und ein momentanes Stromsignal an einem Nulldurchgang von dem Nebenschlusskreis mit dem dynamischen Steilheitsschwellenwert zu vergleichen; und eine Last, die mit der elektrischen Fehlerschutzeinrichtung gekoppelt ist.
Elektrische Fehlerschutzeinrichtung nach Anspruch 19, wobei der Mikroprozessor dazu eingerichtet ist, eine erste Stromamplitude eines ersten Halbzyklus einer detektierten Stromwellenform zu messen, eine Stromamplitude der detektierten Stromwellenform für eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen nach dem ersten Halbzyklus zu messen, die Stromamplituden zu vergleichen, um einen Abfall zu bestimmen, und einen Lichtbogenzähler nicht zu inkrementieren, sogar wenn ein Inkrementieren des Zählers eigentlich angezeigt ist, wenn der Abfall über mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Halbzyklen größer als ein Abfallschwellenwert ist.