用于電弧的檢測(cè)和鈍化的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電弧檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及機(jī)載電裝置中的電弧的檢測(cè)和鈍化。
【背景技術(shù)】
[0002]在最初傳導(dǎo)電流的兩個(gè)觸點(diǎn)分開的情況下可產(chǎn)生電弧。然后，可能達(dá)到7000°C至10000°C的溫度的放電在兩個(gè)觸點(diǎn)之間的空間中產(chǎn)生，并保持電傳導(dǎo)。隨著時(shí)間的推移在電存儲(chǔ)、分配和/或服務(wù)元件中產(chǎn)生的持續(xù)電弧，可導(dǎo)致電元件以及相鄰設(shè)備的劣化。
[0003]因此，為了防止電弧傳播的風(fēng)險(xiǎn)，重要的是檢測(cè)任何電弧的開始，以便中斷電路。
[0004]電弧的檢測(cè)一般基于向電元件供電的線路中的電流強(qiáng)度的測(cè)量。在實(shí)踐中，當(dāng)電弧發(fā)生時(shí)，電流強(qiáng)度顯著升高，并且可能會(huì)超過(guò)額定電流強(qiáng)度幾倍。
[0005]然而，為了防止與誤警報(bào)有關(guān)的任何假脫扣(tripping)，重要的是在任何電路中斷進(jìn)行之前確認(rèn)故障，從而需要處理或確認(rèn)時(shí)間，這在許多情況下，與每秒100米的數(shù)量級(jí)的電弧的傳播速度是不符合的。確認(rèn)時(shí)間可以是幾百毫秒，或甚至幾秒鐘，這取決于電流強(qiáng)度和溫度。這些時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在沒(méi)有對(duì)設(shè)備造成損壞和/或嚴(yán)重制約的情況下滅絕電弧所需的時(shí)間。
[0006]為了解決這類問(wèn)題，使用絕緣裝置來(lái)保護(hù)電元件和設(shè)備以防在確認(rèn)時(shí)間期間電弧傳播的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]特別是在對(duì)安全性和可靠性有特別嚴(yán)格的限制的航空領(lǐng)域中，飛行器中的核心電子系統(tǒng)和配電箱由若干絕緣和保護(hù)元件保護(hù)，以防止任何電弧在各種部件或電元件之間傳播。
[0008]在實(shí)踐中，電元件的端子設(shè)置有雙絕緣，包括陶瓷屏障和墊圈以及特定的表面處理。例如，固定螺母的雙重絕緣涉及:通過(guò)在該螺母上施加絕緣材料的螺母的表面處理以及添加具有凸起邊緣的絕緣墊圈以禁止電弧的通過(guò)。此外，添加機(jī)械防護(hù)結(jié)構(gòu)如格柵和/或蓋以防止可能造成短路的小的外部金屬部件或異物。
[0009]雖然非常有效，但是這些類型的保護(hù)具有若干缺點(diǎn)。具體地說(shuō)，其使得安裝變得復(fù)雜，并且增加了配電箱的尺寸和質(zhì)量二者。而且，格柵和其他機(jī)械防護(hù)結(jié)構(gòu)，由于限制電裝置和外部環(huán)境之間的熱交換而產(chǎn)生熱應(yīng)力。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于電弧的檢測(cè)和鈍化的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法易于部署，能夠快速、準(zhǔn)確并可靠地檢測(cè)在電裝置中任何電弧的發(fā)生，并且能夠傳送對(duì)電弧的鈍化的快速響應(yīng)，同時(shí)消除上述缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明由一種用于對(duì)在電裝置的至少一個(gè)連接元件上的電弧進(jìn)行檢測(cè)和鈍化的系統(tǒng)來(lái)限定，該系統(tǒng)包括:
[0012]聲獲取通道，其被配置用于獲取由所述連接元件發(fā)出的聲信號(hào)；
[0013]電獲取通道，其被配置用于獲取電信號(hào)，該電信號(hào)表示供給所述連接元件的電流強(qiáng)度；
[0014]耦接至所述聲獲取通道和所述電獲取通道的相關(guān)器，該相關(guān)器被配置用于評(píng)估所述聲信號(hào)與電信號(hào)之間的相關(guān)性，并且被配置用于使適當(dāng)?shù)慕刂剐盘?hào)脫扣以中斷與所述連接元件有關(guān)的電路，其中，所述相關(guān)性表示電弧的開始。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)使得能夠以可靠的方式并且以最小的計(jì)算時(shí)間接近實(shí)時(shí)地檢測(cè)在電裝置的連接元件中的任何初期電弧，并且快速隔離有缺陷的連接。更具體地，該系統(tǒng)使得能夠?qū)?duì)安裝和絕緣的限制降至最低，同時(shí)使得電裝置能夠具有很高水平的可用性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]通過(guò)參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，在附圖中，
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的用于對(duì)在電裝置中的電弧進(jìn)行檢測(cè)和鈍化的方法和系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖；以及
[0019]圖3示出了根據(jù)圖2所示的檢測(cè)系統(tǒng)的用于檢測(cè)在電裝置上的電弧的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的基本構(gòu)思基于對(duì)兩個(gè)不同物理變量(電流強(qiáng)度和聲波)之間的相關(guān)性的評(píng)估，這使得能夠快速并可靠地檢測(cè)在電裝置中的初期電弧。
[0021]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的用于對(duì)在電裝置3中的電弧進(jìn)行檢測(cè)和鈍化的方法和系統(tǒng)I的示意圖。
[0022]電裝置3例如是配電箱，該配電箱包括電力部件和至少一個(gè)電連接元件5的組件。
[0023]檢測(cè)和鈍化系統(tǒng)1(在下文中指定為“檢測(cè)系統(tǒng)”)由傳感器和包括聲獲取通道7、電獲取通道9和相關(guān)器11的電子數(shù)據(jù)獲取、處理和控制卡實(shí)現(xiàn)。
[0024]聲獲取通道7被配置用于獲取由每個(gè)連接元件5發(fā)出的聲信號(hào)。具體地，聲獲取通道7包括聲傳感器71，聲傳感器71被設(shè)計(jì)成捕獲在連接元件5的級(jí)(level)發(fā)出的聲波。每個(gè)聲傳感器71安裝在分配給對(duì)應(yīng)的連接元件5的區(qū)域中，并且可以包括帶寬范圍從幾十kHz至幾百kHz的一個(gè)或更多個(gè)超聲換能器(或麥克風(fēng))。
[0025]電獲取通道9被配置用于獲取以下電信號(hào)，該電信號(hào)表示向每個(gè)連接元件5供給的電流的強(qiáng)度。具體地，在向?qū)?yīng)的連接元件5供電的電力供給線13上連接有至少一個(gè)傳感器91或電流強(qiáng)度測(cè)量裝置。將注意到，每個(gè)供給線13可以為多相類型，在該情況下，在每個(gè)相線中測(cè)量電流強(qiáng)度。
[0026]相關(guān)器11耦接至聲獲取通道7和電獲取通道9，并且被配置用于評(píng)估聲信號(hào)與電信號(hào)之間的相關(guān)性。相關(guān)器11還被配置用于使適當(dāng)?shù)慕刂剐盘?hào)(箭頭15)脫扣以中斷與連接元件5有關(guān)的電路17，其中，相關(guān)性表示在所述元件5中電弧的開始。更具體地，在連接元件5中建立了表示初期電弧的電過(guò)電流與也表示初期電弧的聲波之間的相關(guān)性的情況下，相關(guān)器11在沒(méi)有確認(rèn)時(shí)段的情況下立即觸發(fā)向所述連接元件5供電的供給線13的中斷。在實(shí)踐中，在確認(rèn)了完全不同的并且表示電弧的開始的兩個(gè)物理變量之間的相關(guān)性的情況下，則很可能電弧的開始以很高的概率是真的而不是誤警報(bào)。因此，有缺陷的連接元件5與電裝置3中的剩余元件以接近實(shí)時(shí)的方式隔離，結(jié)果，使電弧在所述電弧向有缺陷的連接元件5附近的任何傳播之前被鈍化。
[0027]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
[0028]根據(jù)該示例，電裝置3是機(jī)載配電柜或箱，所述機(jī)載配電柜或箱包括布置在對(duì)應(yīng)隔室51至59中的一系列連接元件5。所述配電箱3例如包括在飛行器的核心電力系統(tǒng)中。每個(gè)隔室51至59包括與特定功能區(qū)對(duì)應(yīng)的單元。物理地，單元優(yōu)選被配置為封閉體腔，使得僅連接元件或有限數(shù)量的連接器的供電軌穿透所述單元的壁。每個(gè)連接元件5由包括相線13a、13b、13c的組合的供給線13供電。向單個(gè)連接元件5供電的單個(gè)供給線13被示出。更具體地，為了簡(jiǎn)化起見，在圖2所示的圖上僅示出了與隔室57中的單個(gè)連接元件5對(duì)應(yīng)的裝置(S卩，供給線13、聲獲取通道7和電獲取通道9、以及相關(guān)器11)。
[0029]聲獲取通道7包括:聲傳感器71、放大器73、第一調(diào)節(jié)器75和第一濾波器77。
[0030]聲傳感器71安裝在分配給連接元件5的單元(區(qū)域)中。蜂窩式容器使得聲傳感器71對(duì)源自單元的外部的噪聲不敏感，從而使得聲傳感器71能夠以較高的精度并且不受來(lái)自外部噪聲的干擾的情況下捕獲由連接元件5發(fā)出的聲信號(hào)。有利地，傳感器71包括例如基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的一個(gè)或更多個(gè)超聲換能器。
[0031]聲信號(hào)放大器73連接至聲傳感器71，并且被配置用于放大從所述聲傳感器71接收的聲信號(hào)。
[0032]第一調(diào)節(jié)器75連接至放大器73，并且被配置用于對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行格式化。在實(shí)踐中，聲信號(hào)被格式化用于第一濾波器77進(jìn)行的處理。第一濾波器77連接至調(diào)節(jié)器75，并且被配置用于對(duì)所述調(diào)節(jié)器75的輸出處的聲信號(hào)進(jìn)行濾波。第一濾波器77例如使得能夠消除聲信號(hào)中存在的任何分離的或異常的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)可能有助于例如隨機(jī)錯(cuò)誤。
[0033]電獲取通道9包括:電流強(qiáng)度傳感器91a至91c、第二調(diào)節(jié)器95和第二濾波器97。
[0034]電流強(qiáng)度傳感器91a至91c安裝在連接元件5的供給線13中。具體地，電流強(qiáng)度傳感器連接在每個(gè)相線13a、13b、13c中，以捕獲表示向連接元件5供給的電流的強(qiáng)度的電信號(hào)。
[0035]第二調(diào)節(jié)器95連接至電流強(qiáng)度傳感器91a至91c，并且被配置用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行格式化。
[0036]此外，第二濾波器97連接至第二調(diào)節(jié)器95，并且被配置用于對(duì)所述調(diào)節(jié)器95的輸出處的電信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0037]相關(guān)器11還包括:存儲(chǔ)器111、聲比較器113、電比較器115和截止脫扣裝置117。
[0038]存儲(chǔ)器111被設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)至少一個(gè)聲基準(zhǔn)簽名21a和至少一個(gè)電基準(zhǔn)簽名22，聲基準(zhǔn)簽名21是電弧的特征，電基準(zhǔn)簽名22也是電弧的特征。
[0039]有利地，存儲(chǔ)器111包括一系列聲基準(zhǔn)簽名21a至21c，所述一系列聲基準(zhǔn)簽名21a至21c中的每個(gè)根據(jù)連接元件5的環(huán)境上下文來(lái)限定。具體地，根據(jù)連接元件5的區(qū)域中的壓力來(lái)限定每個(gè)聲基準(zhǔn)簽名21a至21c，其中，已知的是，在飛行器的情況下，壓力取決于高度。在存儲(chǔ)器111中可以預(yù)先記錄與飛行器的不同高度關(guān)聯(lián)的表示電弧的一連串或預(yù)定序列的聲基準(zhǔn)簽名21a至21c。
[0040]使用帕邢曲線和/或臺(tái)架試驗(yàn)使用用于根據(jù)壓力或高度來(lái)檢測(cè)電弧的模型來(lái)預(yù)先構(gòu)造一系列聲基準(zhǔn)簽名21a至21c。因此，將壓力和因而高度對(duì)電弧的聲音以及電弧發(fā)生的影響考慮在內(nèi)。有利地，首先通過(guò)計(jì)算得出所述聲簽名，然后，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行改善。
[0041]聲比較器113連接至聲獲取通道7，并且被配置用于將聲信號(hào)與聲基準(zhǔn)簽名21a至21c進(jìn)行比較，以確認(rèn)聲信號(hào)是否指示電弧的發(fā)生。
[0042]更具體地，聲比較器113被設(shè)計(jì)成通過(guò)計(jì)算所述聲信號(hào)與聲基準(zhǔn)簽名之間的標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)并且通過(guò)將相關(guān)系數(shù)與預(yù)定聲閾值進(jìn)行比較來(lái)確認(rèn)聲信號(hào)是否指示電弧的發(fā)生，所述聲閾值與和誤警報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的敏感閾值對(duì)應(yīng)。因