电弧故障检测电路以及用于检测电弧故障的方法与流程

1.本发明涉及电弧故障检测领域。具体地，本发明涉及用于检测电力线路中的电弧故障的电弧故障检测电路以及用于检测电力线路中的电弧故障的方法。


背景技术：

2.电网可以包括不同的电气设备(即，负载)。这种电网中的电弧故障的检测对于防止由电力引起的火灾而言至关重要。电弧故障可能会在很宽的频率范围内(例如，1hz至1ghz，例如，10hz至20mhz)生成特征信号。然而，负载可能生成信号，这些信号可能屏蔽电弧故障信号，因此产生错误警报或错过的电弧故障事件。
3.电弧故障检测器的主要挑战是确定经测量信号来自电弧还是负载。如果负载或负载组合的信号特征类似于电弧故障的信号特征，则可能会触发错误警报。可能导致电弧故障的错误分类的另一场景是频率通道的破坏。例如，强干扰能够屏蔽电弧故障信号并且使得特定频道无法使用。
4.电弧故障检测设备可以使用过零检测器来确定经测量信号中某些频率的存在。
5.ep 3 386 051 a1描述了一种针对包括一个或多个导体的lv(低压)电力线路的电子保护设备，包括：一个或多个电触点对，适于与所述电力线路的对应导体电连接，所述电触点可操作地彼此耦合或解耦；控制单元，适于控制所述电子保护设备的操作，其中所述控制单元包括用于检测和确定所述电力线路中的电弧故障条件的电子装置。
6.ep 3 439 127 a1描述了一种针对lv电力线路的电子保护设备，所述保护设备被提供有控制单元，该控制单元具有控制器，该控制器包括中央处理单元和电弧故障确定模块，该电弧故障确定模块可由所述中央处理单元执行并且被配置为实现电弧检测功能，以确定所述电力线路中存在电弧故障条件。电弧故障确定模块被配置为处理指示所述电力线路的操作条件的一个或多个输入值以实现所述电弧检测功能。控制器包括数据采集装置，该数据采集装置适于管理所述输入值的采集和存储。
7.然而，如果另一负载或干扰出现在经测量的频带中，则过零次数由该负载/干扰确定，而非由电弧故障确定。模拟信号处理可能由一个对信号进行采样的低频通道(例如，10hz至50khz，例如，50hz至10khz)和使用过零检测的一个高频通道(例如，1mhz至50mhz，例如，10mhz至15mhz)组成。然而，如果高频通道被破坏/屏蔽，则必须仅使用低频通道执行电弧故障检测。但是，在很多情况下，电弧故障信号的特征不会出现在低频通道中，或者电弧故障信号的特征与负载的特征难以区分开。


技术实现要素：

8.因此，本发明的目的是提供一种电弧故障检测电路，即使电网中存在在与典型电弧故障相同或相似频率范围内生成信号的负载，也能够可靠地检测电网中电弧故障的存在。
9.本发明的另一目的是提供一种用于检测电网的电力线路中的电弧故障的方法，即
使在与典型电弧故障相同或相似频率范围内生成信号的负载存在于电网中或被连接到电网，该方法也使得能够可靠地检测电力线路中电弧故障的存在。
10.这些目的通过独立权利要求的主题实现。其他示例性实施例根据从属权利要求和以下描述变得显而易见。
11.根据一方面，提供了一种用于检测电力线路中的电弧故障的电弧故障检测电路。电弧故障检测电路包括：滤波器，该滤波器具有滤波器输入和滤波器输出，滤波器输入用于接收来自电力线路的输入信号，滤波器输出用于输出滤波信号；电路元件，该电路元件具有用于输出参考信号的电路元件输入；比较器，该比较器具有第一比较器输入、第二比较器输入、以及比较器输出，第一比较器输入被耦合到滤波器输出以接收滤波信号，第二比较器输入被耦合到电路元件输出以接收参考信号，比较器输出用于依据滤波信号与参考信号之间的差异来提供二进制输出信号；以及电弧故障确定模块，该电弧故障确定模块被耦合到比较器输出，并且被配置为依据比较器的输出信号来确定电力线路中存在电弧故障，其中滤波器被配置为使得滤波器的截止频率能够被改变。
12.滤波器被配置为使得滤波器的截止频率能够被改变，以使得能够切换到另一频率范围，例如，如果屏蔽电弧故障信号的负载在与滤波器相同的频率范围内生成负载信号。另外，即使没有屏蔽电弧故障信号的负载，改变滤波器的截止频率也可能有助于实现非常可靠的电弧故障检测。及时改变滤波器的特性对应于不同滤波器配置之间的切换。与通过具有各自由一个或多个滤波器和比较器(例如，施密特触发器(schmitt-trigger))组成的多个并行分支同时采集多个频带的途径相比较，这非常具有成本效益。
13.在电弧故障检测电路的操作期间，多个频带通过可重构滤波器和比较器来感测。电力线路的经测量的信号可以例如通过阻抗匹配和预先滤波进行预先调理，然后分支并馈入具有可重构截止频率的滤波器。然后，滤波器和电路元件的输出被连接到比较器的两个输入。比较器当两个输入之间的差异变得大于阈值电压时仅切换其输出。阈值电压可以由外部电阻器网络设置。因此，因为滤波器衰减除了感兴趣频带周围的频率之外的所有频率处的电压差，所以实现了频率选择性。
14.因此，如上文所概述的可重构滤波器使得能够在多个频带中测量电弧故障的信号。如果一个频带被负载屏蔽，则电弧故障检测电路可以切换到不同频带，从而避免对电弧故障信号的屏蔽。因此，即使电网中存在在与电弧故障相同或相似的频率范围内生成信号的负载，电弧故障检测电路也能够可靠地检测电网的电力线路中电弧故障的存在。如果屏蔽负载不存在于电网中或未被连接到电网，则电弧故障检测电路可以使用滤波器的不同频带作为用于电弧故障检测的附加信息。具体地，不是每个频带一个信号处理通道，而是仅提供一个通道，该通道的频率选择性可以通过在不同滤波器配置之间切换来改变。因此，电弧故障确定模块供应有至少两个独立信息源。因此，即使电网中没有在与电弧故障相同或相似的频率范围内生成信号的负载，电弧故障检测电路也能够可靠地检测电网的电力线路中电弧故障的存在。
15.电弧故障确定模块(或简称为确定模块)可以对应于上述现有技术确定模块中的一个确定模块。例如，电弧故障确定模块可以由电弧故障检测设备或电子保护设备的中央处理单元执行，并且可以被配置为实现电弧检测功能以确定电力线路中电弧故障条件的存在。电弧故障确定模块可以被配置为处理指示电力线路的操作条件的一个或多个输入值以
实现电弧检测功能。例如，电弧故障确定模块可以使用上述现有技术的过零概念来标识滤波信号中的电弧故障。在当前情况下，可以使用众所周知的电弧故障信号的特征来处理施密特触发器的输出电压以确定电弧故障。具体地，电弧故障确定模块可以使用来自低频通道的信息(例如，半波之间的峰值幅度的变化或电流过零附近肩峰的存在)以及来自一个或多个高频通道的信息(例如，电流过零处不存在噪声)，以便确定电弧故障的存在。来自通道的信息可以单独使用或组合使用，以提高鲁棒性。因此，在没有增加太多硬件复杂性的情况下，本发明将过零概念扩展到多个频带。因此，从成本和复杂性的角度来看，所提出的解决方案都很有吸引力。所公开的解决方案特别有利于添加高频通道(例如，高于10khz，例如，高于1mhz)。
16.根据一个或多个实施例，电路元件提供恒定dc值作为参考信号。这有助于参考信号的简单且成本有效的实现。例如，电路元件是提供恒定dc信号作为参考信号的电压参考。
17.根据一个或多个实施例，上述滤波器是第一滤波器，上述滤波器输入是用于接收来自电力线路的输入信号的第一滤波器输入，上述滤波器输出是第一滤波器输出，并且上述滤波信号是第一滤波信号。另外，该电路元件包括第二滤波器，该第二滤波器具有第二滤波器输入和第二滤波器输出，第二滤波器输入用于接收来自电力线路的输入信号，第二滤波器输出用于输出第二滤波信号作为参考信号。这有助于电路元件的简单且成本有效的实现。第一滤波器和/或第二滤波器可以是低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器。
18.根据一个或多个实施例，第二滤波器被配置为使得第二滤波器的截止频率能够被改变。第二滤波器的这种可重构性进一步增加了电弧故障检测电路关于区分电力线路中的负载信号和电弧故障信号的可能性。
19.根据一个或多个实施例，两个滤波器中截止频率能够被改变的滤波器包括提供第一截止频率的第一滤波器元件和提供第二截止频率的第二滤波器元件，并且其中由对应滤波器所提供的截止频率能够通过激活第一滤波器元件或第二滤波器元件来改变。这可能有助于非常成本有效的电弧故障检测电路。
20.根据一个或多个实施例，第一滤波器元件包括具有第一电容的第一电容器，并且第二滤波器元件包括具有不同于第一电容的第二电容的第二电容器。这可以有助于具有简单结构的非常成本有效的电弧故障检测电路。
21.根据一个或多个实施例，滤波器中的至少一个滤波器是无源滤波器和/或滤波器中的至少一个滤波器包括电感器和电容器。滤波器的电容器可以对应于对应滤波器元件。这可以有助于具有简单结构的非常成本有效的电弧故障检测电路。
22.根据一个或多个实施例，电弧故障检测电路还包括用于激活第一滤波器元件或第二滤波器元件的开关。开关可以具有两个状态。在这两个状态中的每个状态下，开关将滤波器元件中的一个滤波器元件(例如，对应电容器)连接到对应滤波器的其余部分。结果，比较器会改变其频率选择性，即，仅针对选定频带内的输入信号切换其输出。
23.根据一个或多个实施例，开关是模拟和/或机械开关。这可以有助于具有简单结构的非常成本有效的电弧故障检测电路。
24.根据一个或多个实施例，比较器是具有滞后的比较器。
25.根据一个或多个实施例，比较器是模拟比较器。换言之，比较器可以由仅处理模拟信号的分立部件组成。这可以有助于具有简单结构的非常成本有效的电弧故障检测电路。
26.根据一个或多个实施例，电弧故障检测电路还包括施密特触发器，该施密特触发器包括比较器。因此，在两个状态中的每个状态下，开关都将滤波器元件中的一个滤波器元件(例如，对应电容器)连接到对应滤波器的其余部分，因此施密特触发器会改变其频率选择性，即，仅针对选定频带内的输入信号切换其输出。
27.根据一个或多个实施例，电弧故障检测电路还包括：线圈，该线圈被耦合到电力线路并且用作传感器；输入滤波器，该输入滤波器被耦合到电力线路；保护电路，该保护电路被耦合到输入滤波器；以及滤波器级，该滤波器级被耦合到保护电路、滤波器的滤波器输入(例如，第一滤波器的第一滤波器输入)、以及电路元件的电路元件输入，用于将输入信号提供给对应滤波器输入和电路元件输入。滤波器级可以包括一个或多个滤波器，例如，带通滤波器和/或高通滤波器，例如，一个或多个萨伦基(sallen key)高通滤波器。
28.根据另一方面，提供了一种用于检测电力线路中的电弧故障的方法。该方法包括以下步骤：由滤波器接收来自电力线路的输入信号并且输出滤波信号；由电路元件接收来自电力线路的输入信号并且输出参考信号；依据滤波信号与参考信号之间的差异来提供二进制输出信号；以及依据输出信号来确定电力线路中电弧故障的存在，其中滤波器的截止频率能够被改变。
29.根据一个或多个实施例，恒定dc值被提供为参考信号。备选地，滤波信号是第一滤波信号，并且从输入信号导出的第二滤波信号被提供为参考信号。
30.必须理解的是，上文和下文所描述的电弧故障检测电路的特征、优点和/或实施例可以是上文和下文所描述的用于检测电弧故障的方法的特征。
31.参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面变得显而易见并且得以阐明。
附图说明
32.下文参考在附图所图示的示例性实施例对本发明的主题进行更详细的解释。
33.图1示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的框图；
34.图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的两个滤波器的频率响应的幅度的示例；
35.图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的两个滤波器的频率响应的相位的示例；
36.图4示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的框图；
37.图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的两个滤波器的频率响应的幅度的示例；
38.图6示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的框图；
39.图7示出了图6的电弧故障检测电路的两个滤波器的频率响应的幅度的示例；
40.图8示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的框图；
41.图9示出了根据本发明的一个或多个实施例的针对电弧故障检测电路的开关的两个位置的施密特触发器的输出；以及
42.图10示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于检测电力线路中的电弧故障的方法的示例性实施例的流程图。
43.附图中使用的附图标记及其含义在附图标记列表中以概要形式列出。原则上讲，相同的部件在图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
44.电网可以包括各种电气设备，即，负载。备选地或附加地，一个或多个电气设备(即，负载)可以被连接到电网。电气设备中的至少一些电气设备可以经由电网的电力线路连接。如果在电网中引起电弧故障，则可以生成对应电弧故障信号，该电弧故障信号经由电力线路传送。典型电弧故障信号可能存在于很宽的频率范围(例如，从1hz到1ghz的范围，例如，从10hz到20mhz的范围)内。
45.在同一范围内，可以在经由电力线路传送的对应信号中找到电网中负载的频谱。如果这种负载的信号能量大于电弧故障的能量，则可能发生对应电弧故障信号的屏蔽，使得可能无法识别电弧故障或确定电弧故障的存在，尽管电网中没有电弧故障。为了避免这种错误，可以在不同频带中感测电弧故障信号。可以通过如下所描述的电弧故障检测电路和/或电弧故障检测方法来进行在不同频带中感测电弧故障。
46.图1示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的框图。电弧故障检测电路20包括滤波器22(例如，第一低通滤波器)、电路元件(例如，第二滤波器24，例如，第二低通滤波器)、输入端子26、施密特触发器28、输出端子36和电弧故障确定模块38。第一滤波器22具有第一截止频率，并且在电路元件是第二低通滤波器24的情况下，第二滤波器24可以具有不同于第一截止频率的第二截止频率。施密特触发器28可以包括比较器30、第一电阻器32和第二电阻器34。比较器30可以是具有滞后的比较器。作为包括第一电阻器32的施密特触发器28的备选方案，第一滤波器22可以包括第一电阻器32。第一电阻器32和第二电阻器34确定施密特触发器28的阈值。备选地，阈值可以由比较器的内部设置决定。作为第二滤波器24的备选方案，电路元件可以是提供恒定dc信号的电压参考。
47.输入端子26被耦合到电网(未示出)的电力线路，被耦合到滤波器22的滤波器输入(例如，第一滤波器22的第一滤波器输入)，以及被耦合到电路元件的电路元件输入(例如，第二滤波器24的第二滤波器输入)。第一滤波器22的第一滤波器输出经由第一电阻器32被耦合到比较器30的第一比较器输入。第一滤波器22的第一滤波器输出也经由第一电阻器32和第二电阻器34被耦合到比较器30的比较器输出，该比较器输出与第一电阻器32串联并且与比较器30并联布置。电路元件输出(例如，第二滤波器24的第二滤波器输出)被耦合到比较器30的第二比较器输入。比较器输出和第二电阻器34被耦合到端子输出36，该端子输出36被耦合到电弧故障确定模块38。
48.经由电网的电力线路传送的信号可以具有振荡高频电压u_hf，该振荡高频电压u_hf存在于端子输入26处，或可以在端子输入26处感应出振荡高频电压u_hf。高频电压u_hf可以称为输入电压u_hf或输入信号。该输入信号传送到滤波器22的滤波器输入(例如，第一滤波器22的第一滤波器输入)以及传送到电路元件的电路元件输入(例如，第二滤波器24的
第二滤波器输入)。滤波器22在滤波器输出处提供滤波信号，例如，在第一滤波器输出处提供第一滤波信号。电路元件在电路元件输出处提供参考信号。参考信号可以是提供恒定dc值的信号。备选地，如果电路元件是第二滤波器24，则电路元件可以提供第二滤波信号作为参考信号。如果电路元件是具有与第一滤波器不同的截止频率的第二滤波器，则由于第一滤波器22的第一截止频率与第二滤波器24的第二截止频率之间的差异，所以在第一滤波器22的第一滤波器输出处提供第一滤波信号端，而在第二滤波器24的第二滤波器输出处提供位于与第一经滤波器信号不同的频率范围内的第二滤波信号。
49.差分电压u_diff可以存在于第一比较器输入处的第一滤波信号与第二比较器输入处的参考信号(例如，第二滤波信号)之间。如果差分电压u_diff达到施密特触发器28的阈值中的一个阈值，则由输出电压u_trig表示的比较器30的二进制输出信号可以改变其状态，即，“1”到“0”或从“0”到“1”。具体地，比较器30可以被配置为使得如果第一滤波信号与参考信号(例如，第二滤波信号)之间的差异大于给定第一阈值，则在比较器输出处提供第一二进制数字；如果第一滤波信号与第二滤波信号之间的差异低于小于第一阈值的第二阈值，则在比较器输出处提供与第一二进制数字不同的第二二进制数字；并且如果差异既不大于第一阈值也不小于第二阈值，则保持先前存在的二进制数相同。输出电压u_trig施加到电弧故障确定模块38。
50.电弧故障确定模块38(或简称为确定模块)可以与根据上文所描述的现有技术的电弧故障确定模块中的一个电弧故障确定模块相对应。具体地，电弧故障确定模块38可以进行与由上述现有技术的确定模块进行的确定过程相对应的确定过程，以便确定电力线路中是否存在一个或多个电弧故障条件。具体地，电弧故障确定模块可以被配置为处理指示电力线路的操作条件的一个或多个输入值以进行电弧故障检测功能。电弧检测功能可以包括实时检测算法以基于电力线路的一些电量(例如，线电流和电压)的行为来确定电力线路中可能存在电弧故障条件。然而，一般而言，电弧故障检测功能可能是已知类型，并且为了简洁起见，本文中不再进行更详细的描述。
51.在施密特触发器28之前，可能存在电弧故障检测电路的前端，例如，传感器、换能器和/或放大器，该前端引入电弧故障信号的功率谱密度(psd)的全局最大值，例如，介于100khz与20mhz之间，例如，介于5mhz和15mhz之间，并且在较低频率下衰减信号(注意，psd在较低频率下相对较大，因为电弧故障的签名与1/f成比例)。结果，施密特触发器28的输出以该范围内的平均频率触发。不过，在介于1mhz与10mhz之间的频率处可能存在不可忽略的psd值。为了在远离这些最大值的频率处捕获信号，在施密特触发器28的每个输入(即，分别在第一电阻器32和第二比较器输入)处提供滤波器22、24。
52.图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的两个滤波器22、24的频率响应的幅度的示例。图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的两个滤波器22、24的频率响应的相位的示例。因此，换言之，图2和图3示出了滤波器22、24的频率响应的示例，即，滤波器22、24的幅度和相位，例如，包括第一频率f1和第二频率f2，在该第一频率f1和第二频率f2处幅度开始减小。第一滤波器22和第二滤波器24的一个作用是增加(例如，最大化)期望频带的差分电压u_diff。为了实现幅度和相位响应的期望值，有利的是增加幅度差40和相位差42，其中该相位差异42可以最大地增加直到相位角pi。
53.图4示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的框图。电弧故障检测电路20可以广泛对应于图1所示的上述电弧故障检测电路20。
54.第一滤波器22包括第三电阻器50和第一电容器52。如果电路元件是第二滤波器，则第二滤波器24可以包括第四电阻器54和第二电容器56。第三电阻器50与第一电阻器32串联。第一电容器52被连接到第三电阻器50与第一电阻器32之间的节点，并且被连接到接地。第四电阻器54被串联连接在输入端子26与比较器30的第二比较器输入之间。第二电容器56被连接到第四电阻器54与第二比较器输入之间的节点，并且被连接到接地。第三电阻器50的电阻与第四电阻器54的电阻不同和/或第一电容器52的电容与第二电容器56的电容不同。因此，第一滤波器22的频率选择性与第二滤波器24的频率选择性不同。第一滤波器22和/或第二滤波器24的频率选择性可以通过分别改变第三电阻器50和/或第四电阻器54的电阻和/或通过分别改变第一电容器52和/或第二电容器56的电容来改变。
55.因此，在图4中，给出了滤波器22、24的实现方式的示例。该实现仅由无源部件组成，并且包含的部件最少。这种无源实现方式导致滤波器22、24的非常简单的配置。这种简单的配置已经产生了频率选择行为。
56.图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路的两个滤波器的频率响应的幅度的示例。
57.具体地，图5示出了极端情况，其中第一电容器52和第二电容器56的电容以及第三电阻器50和第四电阻器54的电阻被选取为使得滤波器的频率响应的幅度h(jf)＝u_diff(jf)/u_hf(jf))产生与低频(例如，介于50khz与500khz之间，例如，100khz与250khz之间)相比较，高频(例如，介于100khz与20mhz之间，例如，介于5mhz与15mhz之间)的介于10db与50db之间(例如，介于25db与35db之间)的抑制。滤波器22、24的更复杂的实现可以在所选取的频带之外产生更陡峭的过渡，甚至更强的衰减。
58.图6示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的框图。电弧故障检测电路20可以包括图1或图4的电弧故障检测电路20。
59.另外，电弧故障检测设备20可以包括滤波器级58，该滤波器级58被耦合到输入端子26；线圈60，该线圈60被耦合到电力线路；输入滤波器61，该输入滤波器61被耦合到线圈60并且包括第五电阻器62、第三电容器64和第四电容器66；以及保护电路67，该保护电路67可以包括限流设备68(例如，电阻器或瞬态阻断单元)、第一二极管70和第二二极管72。滤波器级可以是带通滤波器、高通滤波器、或萨伦基高通滤波器。
60.线圈60用作磁致动器，具体地，用于感测电力线路中的信号的传感器。线圈60用作感测电力线路中的信号的传感器。虽然本文中以线圈60为例，但诸如一个或多个分流电阻器、霍尔传感器、分压器和/或变压器之类的另一电传感器可以用于代替线圈60。线圈60可以被电磁耦合到电力线路。例如，线圈60可以被布置为使得电力线路中的信号在线圈60的绕组中感应出电流。该电流代表电力线路中的信号。线圈60可以是用作感测电力线路中的信号的传感器的电流互感器的一部分。
61.输入滤波器61的第五电阻器62和第三电容器64串联布置，并且与输入滤波器61的线圈60并联。输入滤波器61的第四电容器66与第五电阻器62和第三电容器64并联设置。
62.保护电路67的电流阻断设备68(例如，电阻器或瞬态阻断单元)被布置并且被连接在线圈60与滤波器级58之间。保护电路67的第一二极管70与保护电路67的第二二极管72并
联设置，其中二极管72、70被布置为使得它们的正向电流彼此相反。二极管70、72与输入滤波器61的第四电容器66并联布置。保护电路67被连接到滤波器级58。
63.图6的电弧故障检测电路20可以是电弧故障检测设备的模拟前端，该模拟前端还包括上述确定模块。电弧故障检测设备可以被称为用于检测电弧故障的电子保护设备。模拟前端是具有传感器、滤波器和施密特触发器28的整个模拟信号处理链的示例。
64.图7示出了比较器30的输入处的差分电压u_diff与图6的电弧故障检测电路20的线圈60处的输入电压u_hf之间的频率响应的幅度。
65.滤波器级58可以被配置为使得它放大所有感兴趣频率，而施密特触发器28的输入处的第一滤波器22和第二滤波器24确定哪些频率被衰减。
66.图8示意性地示出了根据本发明的一个或多个实施例的电弧故障检测电路20的框图。电弧故障检测电路20可以是图6的模拟前端的一部分和/或可以广泛对应于上述电弧故障检测电路20中的一个电弧故障电路。具体地，图8示出了具有可编程频率特点的第一滤波器22的一个潜在实现方式。为此，滤波器22、24中的至少一个滤波器可以包括提供第一频率选择性的第一滤波器元件、包括第二频率选择性的第二滤波器元件、以及用于在第一滤波器元件与第二滤波器元件之间切换的可切换部件。
67.例如，第一滤波器22包括作为可切换部件的开关80、作为第一滤波器元件的第六电容器82、以及作为第二滤波器元件的第七电容器84。第六电容器82的电容不同于第七电容器84的电容。开关80可以是模拟和/或机械开关。备选地，开关80可以是晶体管。开关可以被耦合到例如确定模块的电弧故障检测设备的控制单元(未示出)并且由其致动。在开关80的一个状态下，第六电容器82被连接到施密特触发器28，而在另一状态下，第七电容器84被连接到施密特触发器28。开关80的两个状态之间的切换改变频率第一滤波器22的选择性。
68.图8示出了集成到第一滤波器22中的开关80。备选地，开关80可以集成到第二滤波器24中。备选地，第二滤波器24中可能存在附加开关(未示出)。作为其他备选方案，一个或两个对应开关(未示出)可以分别被连接到第一滤波器22和第二滤波器24的滤波器输入。
69.图9示出了根据本发明的一个或多个实施例的针对电弧故障检测电路的开关的两个位置的施密特触发器的输出。第一图在图9的中间示出，第二图在图9的左侧上的第一图上方示出，并且第三图在图9的右侧上的第一图上方示出。
70.具体地，图9示出了针对频率选择性电弧故障检测电路20的开关80的两个状态的施密特触发器28的输出电压u_trig。电弧故障检测电路20可以在电弧故障检测设备中实现，例如，如上文所提及的现有技术中所描述的。
71.为了测试电弧故障检测电路20，合成电弧故障信号(例如，对应电流)馈送到感测元件(例如，线圈60)中，并且测量施密特触发器28的输出电压u_trig。合成电弧故障信号的功率谱密度决定了哪个频率在施密特触发器28的切换中占主导地位。图9所示的结果是定性的，并且仅用于演示两个频段之间的切换。
72.图9所示的曲线图是在同一时长的两个不同间隔期间执行的两个不同测试的结果。第一测试在较低频率下执行(参见左上图)，并且得出60个计数(参见下图)。第二测试在较高频率下执行，并且得出500个计数(参见左上图和下图中的左峰)。图9的下图示出了对应时长(例如，50μs)内上图中上升沿的数目(被称为“计数”)。对于两个频段的测试，控制单元(例如，电弧故障检测设备的微控制器)被配置为每2秒改变开关80的状态，即，每2秒改变
施密特触发器28的频率选择性。已经在几分钟内对信号进行了采集，并且已经构建了计数的直方图(即，下图)。在结果中，已经观察到两个重要计数组：60个左右和500个左右。由于在同一时长内获得这些计数，所以可以认为第一计数组来自较低频段，而第二组来自较高频段。
73.图10示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于检测电力线路中的电弧故障的方法的示例性实施例的流程图。该方法可以由电子检测设备和/或电弧故障检测设备执行，每个设备包括上述电弧故障检测电路20中的一个电弧故障检测电路。
74.在步骤s2中，例如通过线圈60和/或在输入端子26处接收来自电网的电力线路的输入信号。输入信号供应给第一滤波器22，并且在电路元件是第二滤波器24的情况下，供应给第二滤波器24。
75.在步骤s4中，例如通过第一滤波器22输出滤波信号(例如，第一滤波信号)。滤波信号可选地经由第一电阻器32供应给比较器30的第一比较器输入。
76.在步骤s6中，参考信号(例如，第二滤波信号)由电路元件(例如，第二滤波器24)输出。参考信号供应给比较器30的第二比较器输入。
77.在步骤s8中，确定滤波信号与参考信号之间的差异(例如，差分电压u_diff)大于给定第一阈值。如果差异不大于给定第一阈值，则该方法进行到步骤s10。如果差异大于给定第一阈值，则该方法进行到步骤s12。
78.在步骤s10中，确定该差异是否小于给定第二阈值，该第二阈值小于第一阈值。如果该差异小于给定第二阈值，则该方法进行到步骤s14。如果该差异既不大于第一阈值也不小于第二阈值，则该方法进行到步骤s13。
79.在步骤s12中，在端子输出36处提供第一二进制数字(例如，“1”)，例如，作为施密特触发器28的输出电压u_trig的一部分。
80.在步骤s13中，保留已经在端子输出36处提供的同一二进制数字。
81.在步骤s14中，在端子输出36处提供第二二进制数字(例如，“0”)，例如，作为施密特触发器28的输出电压u_trig的一部分。
82.在步骤s16中，根据施密特触发器28的输出电压u_trig(例如，通过上述确定模块)确定电弧故障的存在。
83.只要电网中存在有源负载，就可以不断地和/或重复地进行该方法。进一步地，每次进行该方法时，可以几次改变第一低通滤波器22和/或第二低通滤波器24的频率选择性。
84.该方法可以提供为包括指令的机器可读代码，该指令可以由控制单元(例如，上文所提及的控制单元)进行。可以在计算机可读介质上提供机器可读代码。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、usb(通用串行总线)存储设备、ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)或闪存。计算机可读介质还可以是允许下载程序代码的数据通信网络，例如，互联网。一般而言，计算机可读介质可以是非暂态介质或暂态介质。
85.虽然已经在附图和前述描述中对本发明进行了详细说明和描述，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以理解和实现并且实践所要求保护的发明对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或控制器或其他单元可以实现权利要
求中记载的几个项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
86.附图标记列表
87.20 电弧故障检测电路
88.22 第一滤波器
89.24 第二滤波器
90.26 输入端子
91.28 施密特触发器
92.30 比较器
93.32 第一电阻器
94.34 第二电阻器
95.36 输出端子
96.38 电弧故障确定模块
97.40 第一差异
98.42 第二差异
99.50 第三电阻器
100.52 第一电容器
101.54 第四电阻器
102.56 第二电容器
103.58 滤波器级
104.60 线圈
105.61 输入滤波器
106.62 第五电阻器
107.64 第三电容器
108.66 第四电容器
109.67 保护电路
110.68 电流阻断设备
111.70 第一二极管
112.72 第二二极管
113.80 开关
114.82 第六电容器
115.84 第七电容器
116.s2至s16 步骤2至16
117.u_hf 高频电压
118.h_diff 差分电压
119.u_trig 输出电压
120.f1 第一频率
121.f2 第二频率