CN115136434A - 具有通知和报告能力的断路器 - Google Patents

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CN115136434A CN202180015849.4A CN202180015849A CN115136434A CN 115136434 A CN115136434 A CN 115136434A CN 202180015849 A CN202180015849 A CN 202180015849A CN 115136434 A CN115136434 A CN 115136434A
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Abstract

一种监测电气故障的方法，包括：处理由断路器的传感器输出的关于与负载耦接的电路的电气属性的信号的特征，并且基于经处理的特征在操作状态之间进行转换。状态包括正常状态、故障状态和跳闸状态，其中状态保持在正常状态，直到经处理的特征不再满足正常标准，此后状态转换到故障状态，其中当不满足跳闸条件时状态转换回正常状态，并且当满足跳闸条件时状态从故障状态转换到跳闸状态。该方法还包括：当状态从正常状态转换到故障状态并回到正常状态时检测警告事件，并且在检测到警告事件时输出警告事件通知。

Description

具有通知和报告能力的断路器
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年2月21日提交的序列号为62/979,864的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及断路器，更具体地，涉及具有通知能力的断路器。
背景技术
断路器保护电路免受由过电流或过电压(诸如过载或短路)造成的损坏。当检测到故障时，断路器可能跳闸，从而中断电流。这些跳闸可能是妨害。随着技术的进步，断路器的灵敏度可能提高，从而可能增加有害跳闸的发生。
电弧故障电路中断(Arc-Fault Circuit Interruption，AFCI)设备所使用的提高电弧检测的灵敏度的技术进步可能掩盖负载中的故障状况(诸如由于磨损或老化而引起的故障状况)。例如，新的可用硬件可以提高(特别是在1MHz到40MHz的带通区域中的)电弧检测的灵敏度。虽然家庭中的许多电器不在该区域中生成RF噪声，但是也有发生真实的电弧电流的例外情况(诸如在电机电刷、某些电源的高频开关、荧光灯点火等中)。这些电弧事件可能具有可以过滤的期望模式。然而，模式变化(例如由于老化或磨损而引起的模式变化)可能直到跳闸发生时才被检测到。
当跳闸确实发生时，用户可能不知道该跳闸是否仅仅是要被忽略的妨害，或者是对负载、插座或耦接到由被跳闸的断路器监测的分支的电缆的退化的指示。用户可能不知道重置断路器和恢复操作是否安全。在一些情况下，操作可能由于导致跳闸的条件而无法恢复。然后，操作被中断，直到可以对故障组件进行维修或更换。电路操作的意外中断可能是不方便的、昂贵的和/或危险的。
虽然传统的方法和***通常被认为满足其预期目的，但是在本领域中仍然需要一种减少有害跳闸并在操作中止之前提供指示负载、插座或电缆何时指示性能退化迹象的断路器。本公开提供了一种解决方案。
发明内容
下面描述的所示实施例的目的和优点将在以下描述中阐述并变得显而易见。所示实施例的其他优点将通过在书面描述和其权利要求以及附图中特别指出的设备、***和方法来实现和获得。为了实现这些优点和其他优点，并且根据所示实施例的目的，在一个方面，公开了一种监测电气故障的方法。该方法包括确定由断路器的至少一个传感器输出的信号的特征，该特征表示与负载耦接的电路的电气属性。该方法还包括基于经处理的特征在操作状态之间进行转换。操作状态包括正常状态、故障状态和跳闸状态，其中操作状态保持在正常状态，直到经处理的特征不再满足正常标准，此后操作状态转换到故障状态，其中当不满足跳闸条件时操作状态从故障状态转换回正常状态，并且当满足跳闸条件时操作状态转换到跳闸状态。该方法还包括当操作状态从正常状态转换到故障状态并回到正常状态时检测警告事件，并且在确定警告事件时输出警告事件通知。
在一个或多个实施例中，该方法还可以包括缓冲信号的经处理的特征以及与警告事件通知相关联地输出缓冲器的内容。
在一个或多个实施例中，电气故障可以是电弧故障、接地故障和/或接地中性故障。
在一个或多个实施例中，缓冲器的内容可以对应于断路器从其脱离正常状态的时间直到其转换回正常状态的操作。
在一个或多个实施例中，该方法还可以包括：在不满足正常标准时转换到警告通知状态以缓冲信号的经处理的特征，随后转换到故障状态，当不满足跳闸条件时从故障状态转换到警告通知状态，从而指示检测到警告事件，从警告通知状态转换到通信状态以输出警告事件通知和缓冲器的内容，以及从警告通知状态转换到正常状态。
在本公开的另一方面，公开了一种监测电气故障的方法。该方法包括从断路器接收一个或多个警告事件通知，其中每个警告事件通知是基于对断路器的操作状态之间的转换模式的检测。操作状态包括正常状态和故障状态，在正常状态下，经处理的特征满足正常标准，在故障状态下，不满足正常标准，并且模式包括一系列转换，包括从正常状态转换到故障状态并回到正常状态。该方法还包括基于一个或多个警告事件通知确定即将发生跳闸的概率以及根据所确定的概率输出即将跳闸通知。
在一个或多个实施例中，警告事件通知可以包括警告持续时间，该警告持续时间指示断路器不在正常状态下操作的持续时间，其中即将发生跳闸的概率可以基于参数和/或一个或多个参数的变化来确定，该参数包括警告事件通知的数量、警告持续时间以及警告事件通知之间的持续时间中的至少一个。
在一个或多个实施例中，该方法还可以包括接收具有警告事件通知的警告数据，该警告数据包括任何经处理的特征，该经处理的特征是在断路器从正常状态转换之后感测到的连接在断路器与一个或多个负载之间的电路分支的电气特性的函数。电气特性可以由断路器感测，并且即将发生跳闸的概率可以基于经处理的特征的变化来确定。
在一个或多个实施例中，该方法还可以包括分解警告数据，以识别当感测到相对应的电气属性时，一个或多个负载中的哪个负载被通电或正在操作，其中即将发生跳闸的概率还可以是被识别的一个或多个负载的操作的函数。
在一个或多个实施例中，该方法还可以包括应用至少一个模型以确定何时输出即将跳闸通知，以及应用机器学习、统计和/或数值技术以训练和/或应用至少一个模型。
在一个或多个实施例中，即将跳闸通知可以经由无线通信输出到用户设备和/或经由网络输出到远程设备。
在本公开的另一方面，公开了一种耦接到至少一个负载的断路器。断路器包括被配置为存储多个可编程指令的存储器和与存储器进行通信的至少一个处理设备。在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备被配置为处理由断路器的至少一个传感器输出的关于与负载耦接的电路的电气属性的信号的特征，以及基于经处理的特征在操作状态之间进行转换。操作状态包括正常状态、故障状态和跳闸状态。操作状态保持在正常状态，直到经处理的特征不再满足正常标准，此后操作状态转换到故障状态。当不满足跳闸条件时，操作状态从故障状态转换回正常状态，并且当满足跳闸条件时，操作状态转换到跳闸状态。在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还被配置为当操作状态从正常状态转换到故障状态并回到正常状态时检测警告事件，并且在检测到警告事件时输出警告事件通知。
在一个或多个实施例中，在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还可以被配置为缓冲信号的经处理的特征，并且与警告事件通知相关联地输出缓冲器的内容。
在一个或多个实施例中，缓冲器的内容可以对应于断路器从其脱离正常状态时直到其转换回正常状态的操作。
在一个或多个实施例中，断路器可以包括感测电气属性的至少一个传感器和用于调节由至少一个传感器输出的信号并将信号的模拟信号转换成数字信号的至少一个信号调节和转换单元。在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还可以被配置为检测和输出信号的经处理的特征。
在一个或多个实施例中，在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还可以被配置为在不满足正常标准时转换到警告通知状态，以缓冲信号的经处理的特征，随后转换到故障状态，当不满足跳闸条件时从故障状态转换到警告通知状态，从而指示检测到警告事件，从警告通知状态转换到通信状态以输出警告事件通知和缓冲器的内容，以及从警告通知状态转换到正常状态。
在本公开的又一方面，公开了一种用于监测电气故障的边缘设备。边缘设备包括被配置为存储多个可编程指令的存储器和与存储器进行通信的至少一个处理设备，其中在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备被配置为从断路器接收一个或多个警告事件通知，其中每个警告事件通知是基于对断路器的操作状态之间的转换模式的检测。操作状态包括正常状态和故障状态，在正常状态下，由断路器感测到的信号的经处理的特征满足正常标准，在故障状态下，不满足正常标准，并且模式包括一系列转换，包括从正常状态转换到故障状态并回到正常状态。在执行多个可编程指令时，至少一个处理装置被配置为基于一个或多个警告通知确定即将发生跳闸的概率，并且根据所确定的概率输出即将跳闸通知。
在一个或多个实施例中，警告事件通知可以包括警告持续时间，该警告持续时间指示断路器不在正常状态下操作的持续时间，其中即将发生跳闸的概率可以基于参数和/或一个或多个参数的变化来确定，该参数包括警告事件通知的数量、警告持续时间以及警告事件通知之间的持续时间中的至少一个。
在一个或多个实施例中，在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还可以被配置为接收具有警告事件通知的警告数据，其中警告数据可以包括任何经处理的特征，该经处理的特征是在断路器从正常状态转换之后感测到的连接在断路器与一个或多个负载之间的电路分支的电气特性的函数。电气特性可以由断路器感测，并且即将发生跳闸的概率可以基于经处理的特征的变化来确定。
在一个或多个实施例中，在执行多个可编程指令时，至少一个处理设备还可以被配置为分解警告数据，以识别当感测到相对应的电气特性时，一个或多个负载中的哪个负载被通电或正在操作，其中即将发生跳闸的概率还可以是被识别的一个或多个负载的操作的函数。
在一个或多个实施例中，在执行多个可编程指令时，至少一个处理装置还可以被配置为应用至少一个模型以确定何时输出即将跳闸通知，和/或应用机器学习、统计和/或数值技术以训练和/或应用至少一个模型。
在一个或多个实施例中，即将跳闸通知可以经由无线通信输出到用户设备和/或经由网络输出到远程设备。
在本公开的附加方面，公开了一种具有嵌入其中的一个或多个计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，当由计算机***执行时，该非暂时性计算机可读存储介质使得计算机***从断路器接收一个或多个警告事件通知，其中每个警告事件通知是基于对断路器的操作状态之间的转换模式的检测。操作状态包括正常状态和故障状态，在正常状态下，经处理的特征满足正常标准，在故障状态下，不满足正常标准，并且模式包括一系列转换，包括从正常状态转换到故障状态并回到正常状态。当由计算机***执行时，非暂时性计算机可读存储介质还使得计算机***基于一个或多个警告事件通知确定即将发生跳闸的概率，并且根据所确定的概率输出即将跳闸通知。
在本公开的附加方面，公开了一种具有嵌入其中的一个或多个计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质，当由计算机***执行时，该非暂时性计算机可读存储介质使得计算机***处理由断路器的至少一个传感器输出的关于与负载耦接的电路的电气属性的信号的特征，并且基于经处理的特征在操作状态之间进行转换。操作状态包括正常状态、故障状态和跳闸状态。操作状态保持在正常状态，直到经处理的特征不再满足正常标准，此后操作状态转换到故障状态。当不满足跳闸条件时，操作状态从故障状态转换回正常状态，并且当满足跳闸条件时，操作状态转换到跳闸状态。当由计算机***执行时，非暂时性计算机可读存储介质还使得计算机***在操作状态从正常状态转换到故障状态并回到正常状态时检测警告事件，并且在检测到警告事件时输出警告事件通知。
根据下面结合附图对优选实施例的详细描述，本主题公开的***和方法的这些特征和其他特征对于本领域技术人员来说将变得更加显而易见。
附图说明
通过参考各种实施例，可以获得上面简要概述的本公开的更详细描述，其中一些实施例在附图中示出。虽然附图示出了本公开的选择实施例，但是这些附图不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他同等有效的实施例。
图1是示出根据本公开的实施例的示例电路管理***的框图；
图2是根据本公开的实施例的图1的电路管理***的断路器的示例流程图；
图3是根据本公开的实施例的图2所示的断路器的状态机的示例状态机图；
图4是根据本公开的实施例的图1的电路管理***的示例操作的过程流程图；
图5A-图5D示出了根据本公开的实施例的在图3的状态机的不同状态下执行的示例方法的流程图；以及
图6是根据本公开的实施例的实施图1所示的任何智能设备的示例性计算机***的框图。
在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元素。然而，在一个实施例中公开的元素可以有益地用在其他实施例上，而无需具体叙述。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相同的附图标记表示本主题公开的相似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，根据本公开的电路管理***的示例性实施例的示意图在图1中示出，并且通常由附图标记100表示。根据本公开的电路管理***的其他实施例或其各方面在图2-图6中提供，如将进行描述的。
电路管理***100包括负载中心102，负载中心102包括一个或多个断路器104。断路器104被配置为与边缘设备106进行通信。断路器104与边缘设备106之间的通信可以具有固定的带宽。每个断路器104耦接到称为分支108的电路，该电路包括到一个或多个负载110(例如，电器、马达等)的接口。每个断路器104感测其相对应的分支108的电气特性，并且可以被配置为检测与分支108相关联的可能导致不希望的跳闸(称为有害跳闸)的状况(其中断路器104的开关被控制以中断电流)，并且向边缘设备106提供警告。边缘设备106接收来自断路器104的数据(包括例如潜在的有害跳闸的警告)并对其进行进一步处理。边缘设备106可以与外部用户设备120(诸如移动计算设备、桌上型计算机、服务器等)和/或基于云的服务器122进行通信，诸如以提供接收的数据和处理接收的数据的结果。
断路器104与边缘设备106之间的通信以及边缘设备106与用户设备之间的通信可以使用无线通信，诸如近场通信或WiFi通信(例如，使用诸如ZigBeeTM、蓝牙TM低能量(BLE)、蓝牙TM(BL)4.0、WiFi等协议，但不限于此)。还应理解，边缘设备106与用户设备106和/或服务器122之间的通信可以包括有线通信以及可选的经由网络(诸如局域网(LAN)或广域网(WAN)(诸如互联网))的无线通信。
断路器104、边缘设备106、用户设备120和服务器122包括可操作地连接到和/或集成到存储器和通信接口的处理设备，该通信接口用于与电路监测***100的其他组件进行通信，如所描述的。处理设备可以包括例如微控制器、微处理器、可编程逻辑器件(PLD)、数字信号处理器(DSP)、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或具有类似处理能力的其他分立或集成逻辑电路。在一个或多个实施例中，断路器104和/或边缘设备106可以被分别配置为嵌入式设备。
有害跳闸可能由于电弧故障、接地故障或接地中性故障而发生。例如，当负载磨损并且不再根据其规范执行，负载由于持续的内部损坏或由于不良设计而发出高频(HF)噪声，接线螺母和/或接头上的连接是间歇性的，电缆损坏或挤压，和/或插座和/或开关上的连接松动时，可能导致电弧故障。例如，当存在来自负载110的电流泄漏，在电流或电压中存在导致相关联的分支108的高频电流泄漏的快速瞬变和/或尖峰，和/或存在负载110的缓慢磨损和/或对相关联的电缆的隔离的损坏时，可能导致接地故障。接地中性故障是当中性线与地线、共享中性线等之间的接线错误时。这通常在任何负载通电之前被检测到，并且通过发出跳闸来辅助电工检查接线。然而，有一些负载会生成干扰断路器中的接地故障检测的操作的信号，并且中性线与地线之间的正确阻抗没有被正确测量，从而导致有害跳闸。
具有电弧故障电路中断(Arc-Fault Circuit Interruption，AFCI)和/或接地故障电路中断(Ground-Fault Circuit Interruption，GFCI)电路的传统断路器可能由于有害跳闸而跳闸，但是没有被配置为收集关于有害跳闸原因的信息或提供对有害跳闸的补充信息。用户和制造商缺乏关于负载如何老化和/或磨损的信息。较新的断路器可能具有用于检测电气故障的增加的灵敏度，从而潜在地增加了有害跳闸的发生。然而，没有关于有害跳闸原因的信息的有害跳闸是没有帮助的。
相反，根据本公开，每个断路器104设置有状态机和电气故障算法，该电气故障算法在状态机从正常状态转换到故障(电弧、接地故障或接地中性故障)状态并且返回正常状态时生成警告事件。此外，断路器104存储关于从断路器104所感测到的电气特性中提取的低频(LF)特征和高频特征的排队数据。每次检测到警告事件时，向边缘设备106提供警告事件通知以及包括与警告事件相关联的排队数据的HF特征数据和LF特征数据(也称为警告数据)。因为断路器104已经转换回正常状态，所以断路器104继续操作并将数据排成队列。如果另一警告事件发生，边缘设备106接收具有更新的关联警告数据的关联警告事件通知。
边缘设备106可以向服务器122提供从断路器104接收的所有数据或所选择的数据(例如，计量数据、警告数据和警告事件通知)。在一个或多个实施例中，通过在断路器104与服务器122之间传输数据，边缘设备106可以仅用作断路器104之间的管道。在一个或多个实施例中，包括边缘设备106、用户设备120和服务器122在内的任何分析设备124可以接收和处理由断路器104输出的数据和/或交换处理的结果。
任何分析设备124(也单独称为或统称为分析设备124)可以处理和/或(使用相关联的存储设备)存储从断路器104输出的数据。存储装置可以由分析设备124可访问的存储设备提供。分析设备124可以通过(例如，根据被识别为与特定断路器104相关联的负载)使用任何已知技术或尚未发现的技术分解警告数据并将分解的警告数据与所识别的负载配对，来处理断路器的输出数据。
分析设备124还可以基于警告数据以及其他参数(诸如警告事件的发生频率、警告事件的持续时间(通常以半周期为单位，例如，被测量为不导致跳闸的故障状态的持续时间(例如，开始从正常状态转换到故障状态的转换并转换回正常状态)))来建立统计模型。以这种方式，具有敏感的电弧故障和/或接地故障检测硬件的断路器104可以应用电气故障检测算法向边缘设备106提供排队数据的多个实例。分析设备124可以使用警告数据来创建历史数据，以推断或预测例如负载磨损或老化状况和/或未来跳闸。
这种预测可以利用概率学习方法。概率可以包括收集的信息空间的多个维度。信息空间是基于HF特征和LF特征的任何组合，但不限于警告的持续时间、警告的频率等。
在一个或多个实施例中，分析设备124可以生成针对负载的模型。分析设备124可以确定负载操作的时间线。时间线可以被实施以(例如基于负载在不触发任何警告事件的情况下随时间的操作)确定使用的时间和警告事件的频率。一旦断路器104触发一个或多个警告事件，分析设备124就可以基于负载操作和其他警告事件的发生来确定并随时间更新警告事件的概率。最初，概率可能很低，随着警告事件频率与负载操作相关联地增加而增加。例如，当存在警告事件的孤立发生或随时间隔开足够长的偶然发生时，即将发生跳闸的概率可能增加。然而，即将发生跳闸的概率可能由于某些状况(诸如警告事件的频率增加、警告事件之间的正常操作的实例数量减少或者警告事件连续发生阈值次数(这可能增加))而增加。所示状况仅旨在作为示例，而不是状况的详尽列表。
一旦警告事件的概率达到阈值概率(例如，50％或75％的概率，不限于特定的阈值概率)，分析设备124可以(例如，经由用户设备120)向用户和/或第三方(例如，负载的制造商、维修负载的服务公司、电器评级机构等)输出未来可能发生跳闸的即将跳闸通知。给制造商的通知可以包括警告数据，并且向制造商提供关于产品的寿命或维修要求的信息。制造商可以将该信息传递给用户以更有效地使用电器，和/或电器评级机构可以利用该信息对电器进行评级以帮助消费者选择要购买的电器。例如，制造商可以基于接收到即将跳闸通知或警告数据而与客户自动交换召回信息。
分析设备124可以对警告数据执行进一步的分析，以提供更多的洞察。例如，当特定负载总是从断路器104触发警告事件时，分析设备124可以跟踪参数(诸如警告事件的持续时间或相关联的警告数据中包括的值)，以确定参数是否随时间增加。随着警告事件的持续时间增加，该持续时间将有可能最终达到预定的跳闸时间限制，从而使得断路器104跳闸。可以实施警告事件持续时间阈值，使得一旦警告事件持续时间达到警告事件持续时间阈值，就向用户或第三方发送即将跳闸通知。
在一个或多个实施例中，分析设备124可以与对应于特定负载的一个或多个警告事件相关联地基于从断路器104接收的警告数据的值生成第二模型。例如，射频(RF)能量和/或低频电流测量值相对于与先前警告事件相关联的警告数据的变化可以指示相对于负载的先前操作的稳定性偏差。这可以是负载被磨损的指示，并且有可能最终经历可能使断路器104跳闸的异常操作。
在一个或多个实施例中，分析设备124可以使用多个针对负载的模型和/或实施机器学习技术，以便于模型构建场景。基于根据相似性度量创建的特征集和特征区域空间的K最近邻(K-nearest neighbor，KNN)预测算法可以用作识别未来即将发生的跳闸的方式。在其他实施例中也可以利用朴素贝叶斯模型，其中特征数据聚类和元数据允许对分类的估计，以向用户触发即将发生跳闸的即将跳闸通知。分析设备124因此可以基于相关联的警告事件了解耦接到负载中心102的各种负载的操作，并且例如为每个负载创建统计和/或数值模型。例如，警告事件之间的均值时间和警告事件相对于负载操作的发生频率可以被使用和/或建模，以向用户发送对即将发生的跳闸的通知。
此外，在一个或多个实施例中，分析设备124可以参与众包，其中多个边缘设备106报告警告事件并且向服务器122提供相关联的警告数据，以随时间更新和/或训练每个负载的(多个)模型。(多个)模型可以设置标准来触发对即将发生的跳闸的通知。
当边缘设备不是确定即将发生的跳闸的分析设备124时，边缘设备106可以用断路器在诊断模式下操作时输出的诊断模式信息来响应外部诊断请求。用户设备120或服务器122可以作为分析设备124进行操作，以确定即将发生的跳闸并输出即将跳闸通知。当边缘设备是确定即将发生的跳闸的分析设备124时，边缘设备106可以用包括即将跳闸通知和相关联的时间戳的跳闸历史信息来响应外部诊断请求。
因此，用户设备120或服务器122可以接收对即将发生的跳闸的通知或确定存在即将发生的跳闸的可能性。这可以向用户或第三方提供有可能与特定负载相关联地发生潜在跳闸的早期警告，或者澄清有害跳闸是即将发生的真实(希望)的跳闸的指示符。对即将发生的跳闸的通知可以向用户和/或第三方提供用于采取动作(例如，修理或更换负载)的信息。早期动作可以避免负载110在不方便的时间故障，诸如洗衣机在装满水时故障或者烤箱在节日晚餐那天故障。
鉴于配备有增强的电弧故障检测组件的传统断路器主要对1MHz至40MHz的带通区域中的RF(射频)信号敏感，可以证明电路监测***100的示例潜在优点。家庭中的许多负载不会在该带通区域中生成RF噪声，但一些负载除外，在这些负载中存在电机电刷中的实际电弧电流或者一些电源的高频开关(例如荧光灯点火等)。当这些负载进行操作时，感测到的RF信号可能表现出某些预期的重复模式，增强的电弧故障检测组件可以滤除这些模式。然而，当这些RF信号开始改变并且它们的重复模式改变时，配备有增强的电弧故障检测的传统断路器可能经历潜在的非危险电弧故障，其中断路器的检测状态机的状态将从正常状态转换到故障状态并回到正常状态，而用户并不知道。
相反，当由电路监测***100中的断路器104使用增强的电弧检测时，非危险电弧故障触发警告事件。分析设备124跟踪警告事件，并且可以检测模式的变化。分析设备124可以应用一个或多个模型来确定模式的变化是否是对即将发生的跳闸的指示，并且相应地通知用户。可以通过服务器122使用诸如机器学习、统计和/或数字技术的各种技术从多个边缘设备106收集数据来增强模型。
参考图2，并继续参考图1，示出了断路器104的示例配置的框图。断路器104包括(一个或多个)电弧故障传感器和模拟前端(analog front-end，AFE)202A、(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B、处理器204、跳闸单元212以及可选的自检设备220。处理器204被示为包括信号采集单元206、特征处理单元208、状态机210、计量和通信单元214以及警告通知单元216。
处理器204可以包括一个或多个处理设备，并且可以在硬件、软件和/或固件(诸如微控制器、微处理器、ASIC、PLD、FPGA中的任何一个)中实施。在一个或多个实施例中，信号采集单元206、特征处理单元208、状态机210、计量和通信单元214以及警告通知单元216中的任何一个可以在处理器204的外部，并且可以被处理器204访问。断路器104的一个或多个其他组件或这些组件的一部分可以与处理器204集成。
(一个或多个)电弧故障传感器和AFE传感器202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B的传感器感测物理特性并输出模拟电压或电流信号。物理特性的示例包括断路器104所耦接到的分支108的实时信号和相关电气特性。传感器可以感测例如线路电流、线路电压、RF信号、感测信号的接收信号强度指示(RSSI)以及差分电流，而不限于这些特定的电气特性。传感器可以被配置为监测电弧故障、接地故障、接地中性线、功耗等中的一个或多个。
(一个或多个)电弧故障传感器和AFE 202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B的AFE电路包括一组模拟信号调节电路，用于调节感测到的信号以与断路器104的其他组件(诸如天线、模数(A/D)转换器、微控制器等)对接。
信号采集单元206包括A/D转换器，该A/D转换器被配置为(诸如针对沿着相对应的支路108的每个半周期信号(例如，具有50Hz或60Hz网络频率的信号))将来自(一个或多个)电弧故障传感器和AFE 202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B的模拟传感器信号连续转换成数字传感器信号，该数字传感器信号具有与(一个或多个)电弧故障传感器和AFE 202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B所感测到的模拟电压或电流信号相对应的电平。
特征处理单元208被配置为(例如，使用信号处理技术)接收和处理数字传感器信号，并且计算和输出根据数字传感器信号确定的特征的特征数据。这些特征表示将断路器104与(一个或多个)负载110耦接的电路的电气属性。特征数据包括例如峰值电流(Ipeak)、均方根(RMS)电流(Irms)、峰值电压(Vpeak)、RSSI转换、RSSI信噪比(SNR)、电流相位(Iphase)、RSSI能量等的值。特征处理单元208独立于状态机210向通信单元214输出计量数据(意指功率和能量测量值)。
状态机210(state machine，SM)应用故障检测算法，该故障检测算法检测相关联的分支108中可以用于触发跳闸(例如，控制中断电流的开关)的故障(电弧(与负载串联或并联)、接地故障和接地中性故障)。危险的电弧故障和接地故障可以基于某些电弧故障半周期或接地故障半周期的轮廓来检测，如在诸如保险人实验室(UL)和国际电工委员会(IEC)之类的标准中所描述的。然而，也存在并不危险的非危险电弧或接地故障半周期。例如，一些电弧放电半周期是由负载开关的快速瞬变或负载的正常操作导致的，或者在非常短的时间量内发生且不会导致潜在的着火。
跳闸单元212包括用于断开断路器104的电路的组件，诸如螺线管、气动元件或等同物。
计量和通信单元214获得由警告通知单元216收集的、存储在一个或多个队列中的信息，并且创建用于经由天线222[或有线连接]传输到边缘设备106的分组。当触发跳闸或对即将发生的跳闸的通知时，计量和通信单元214输出具有关于触发的跳闸或对即将发生的跳闸的通知的消息的分组，并且进一步输出具有包括由警告通知单元216收集的信息的警告数据的分组。计量和通信单元214进一步输出计量数据。计量数据可以包括基本数据，诸如1秒内的功率的积分、RMS电压、RMS电流等。计量数据以相对较低的速率(诸如0.5Hz或1Hz)发送。传输计量数据的速率可以被配置为当在正常模式下操作时使所有断路器104能够将计量数据传输到边缘设备106。
警告通知单元216收集由特征处理单元208输出的特征数据。例如，当状态机210从故障状态转换到正常状态时，HF特征数据和LF特征数据可以在HF队列和LF队列中排队并准备被输出。HF队列和LF队列存储针对高频信号和低频信号的特征数据。当警告事件被触发并且来自HF队列和LF队列的HF特征数据和LF特征数据被输出到边缘计算设备106时，警告通知单元216进一步向计量和通信单元214发送内部警告事件通知。如果被包括在内，则***诊断单元220被配置为对断路器204的内部电路执行诊断，例如自检。例如，***诊断单元220可以对(一个或多个)电弧故障传感器和AFE 202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B、处理器204的微控制器(MCU)、内部通信通道、断路器的开关位置、固件和存储器的完整性等执行诊断。
参考图3，并继续参考图1和图2，示出了状态机210的示例图。状态机210可以使用软件、硬件和/或固件来实施。状态机210被配置为在多个状态之间进行转换，这些状态包括正常状态302、警告通知状态304、故障状态306、跳闸状态308和通信状态310。故障状态指示检测到任何潜在的危险故障(例如，电弧故障、接地故障或接地中性故障)，以便保护电路、用户或客户。
操作在正常状态302下开始，在正常状态302期间，由特征处理单元208输出的特征数据被处理，并且故障累加器变量(Fault Accumulator，故障累加器)被设置为0值。特征数据可以包括与提取的HF特征相对应的HF特征数据和与提取的LF特征相对应的LF特征数据。在所提供的示例中，高频在1MHz以上，并且低频在10Hz-10KHz之间。当HF特征数据和LF特征数据满足正常标准(诸如没有检测到故障半周期)时，操作在正常状态302下继续。例如，当HF特征数据和LF特征数据都指示如UL1699标准中定义的电弧故障半周期时，确定电弧故障。当差分电流(泄漏电流)达到由UL493标准定义的电平时，确定接地故障。当负载侧地线与中性线之间的阻抗被短路或接近0欧姆时，确定接地中性故障。
在正常操作期间，断路器104继续如图2所示进行操作，包括采集、处理和打包感测到的数据，以及输出打包的数据作为计量数据。经由通信单元输出计量数据，该计量数据可以包括例如用于监测功耗和能耗的数据。操作保持在正常状态302，直到它转换到警告状态304。
此外，当在正常状态302下操作时，HF队列和LF队列被清空。在正常状态下，状态机210不向计量和通信单元214输出数据(尽管计量数据可以由特征处理单元208输出到通信单元214)。
一旦(诸如由于检测到故障半周期而)不再满足正常标准，操作就脱离正常状态，并且最终转换到故障状态306。在故障状态306下，对跳闸条件执行监测。当满足跳闸条件时，操作转换到跳闸状态308。当(诸如在时间约束内)不满足跳闸条件时，操作转换回正常状态302。
在图3所示的示例中，一旦不再满足正常标准，操作状态就从正常状态302转换到警告通知状态304，如箭头311所示。在警告通知状态304下，开始在HF队列和LF队列中存储HF特征数据和LF特征数据。此外，故障累加器被设置为1值。一旦故障累加器大于零，操作就转移到故障状态306，如箭头313所示。该状态可以在警告通知状态304与故障状态306之间循环，直到警告事件由于故障状态306下警告事件的更新而等于1。当警告事件等于1时，操作状态转换到通信状态310。在故障状态306下，对跳闸条件执行监测。
跳闸时间变量(Trip Time Limit，跳闸时间限制)基于电弧故障和/或接地故障标准中定义的跳闸时间标准来确定。跳闸时间限制确定了状态机210在转换到跳闸状态308以使得断路器104的开关断开一个或多个触点以便中断电流流动之前可以处于故障状态306的持续时间。跳闸时间限制通常基于UL1699或UL493标准中描述的相对应的故障的定义以及负载额定电流或泄漏电流，以半周期或毫秒(ms)为单位来确定。故障累加器针对LF特征数据和HF特征数据指示故障的每一个半周期而递增。启动故障计时器变量(Fault Timer，故障计时器)，其在处于故障状态306时对半周期进行计数。以这种方式，如果跳闸限制的值没有达到故障累加器的值，则可以退出故障状态306。状态机210相对于跳闸时间限制来跟踪故障计时器，并且进一步相对于跳闸时间限制来跟踪故障累加器。由于故障累加器可能不会按照每一个半周期来递增，因此故障累加器的值可能保持低于跳闸限制的值，从而导致操作状态从故障状态306转换到警告状态304，并且可能最终转换到正常状态302。
每当检测到故障半周期，故障累加器就递增。当故障累加器达到跳闸时间限制并且故障时间等于跳闸时间限制时，跳闸条件被满足，并且状态机210的状态转换到跳闸状态308，如箭头315所示。
由于故障累加器可能不会按照每一个半周期来递增，因此故障累加器的值可能保持低于跳闸限制的值。如果故障累加器没有达到跳闸时间限制，则跳闸条件不被满足，并且状态机210的状态转换回警告通知状态304(如箭头317所示)，然后转换到正常状态302。当状态机210的状态转换回警告通知状态304时，警告事件变量(Warning Event，警告事件)被设置为1，并且HF队列和LF队列中的所有HF特征数据和LF特征数据被输出到通信状态310。注意，当状态机210的状态从故障状态306转换到跳闸状态308时，警告事件没有被设置为1。
然而，如果跳闸时间已经达到预定的跳闸时间限制，并且故障累计器小于跳闸时间，则警告事件被设置为1，从而指示故障没有在相对应的标准所定义的所需跳闸时间内发生，或者故障没有十分严重到足以对电路或用户造成任何危险。由于不满足跳闸标准，因此操作返回警告通知状态304，如箭头319所示。一旦警告事件被设置为1，状态机210的状态就转换回警告通知状态304、通信状态310、然后是正常状态302。
在跳闸状态308下，识别检测到的故障类型的跳闸代码被输出到下一状态(通信状态310)，并且开关***作以断开触点并中断电流流动。此外，操作进行到通信状态310。
在通信状态310下，确定跳闸代码是否指示故障，诸如电弧故障、接地故障或接地中性故障。如果指示了这些故障中的任何一个，则操作不会返回正常状态，并且断路器102的操作结束。
如果操作经由箭头319从故障状态306返回警告通知状态304，则警告事件被设置为1。在警告通知状态304，如果警告事件等于1，则操作转换到通信状态310(如箭头321所示)，并且输出排队的LF特征数据和HF特征数据。
在通信状态310下，如果警告事件等于1(如果确定不存在任何故障但是存在警告事件，则为真)，则输出具有HF队列和LF队列的内容的警告事件通知。此外，当警告事件等于1时，这指示没有发生故障。相应地，当确定警告事件等于1从而指示没有发生故障时，操作返回正常状态302，如箭头323所示。
以这种方式，每当状态机210从正常状态302(经由警告通知状态304)转换到故障状态306并(经由通信状态310)返回正常状态302时，警告事件已经发生，从而导致向边缘设备106输出警告事件通知。HF队列和LF队列的内容也与每个警告事件通知相关联地输出到边缘设备106。HF队列和LF队列中包括的HF特征和LF特征可以提供指示警告事件的原因的来源的信息，该信息被按照负载进行分解，和/或被监测以确定即将发生的跳闸或需要维修或移除负载、插座或电缆。
注意，HF数据和LF数据仅在检测到警告事件时被提供给通信状态310，因为HF数据和LF数据比计量数据需要更高的带宽。当状态机210转换到故障状态并因此转换到跳闸状态时，跳闸代码变量(Trip Code，跳闸代码)被发送到通信状态(如箭头317所示)，并且电路被中断。
边缘设备106能够分解计量数据以确定在任何时间运行的负载，并且将接收到的警告事件通知或要输出的即将跳闸通知关联到特定断路器104和/或特定负载。当边缘设备106接收到警告事件通知时，它可以提供识别与警告事件通知或即将跳闸通知相关联的特定断路器104和/或负载110的元数据。元数据识别与每个警告事件通知和即将跳闸通知相关联的断路器104和/或负载110。在一个或多个实施例中，元数据可以包括附加的信息，诸如所识别的负载110的名称和/或型号(诸如KenmoreTM真空吸尘器或General ElectricTM洗衣机，型号#GTW465ASNWW)。此外，分析与警告事件通知和/或即将跳闸通知相关联的HF特征数据和LF特征数据。分析可以包括使用元数据以及相关联的HF特征数据和LF特征数据，基于与警告事件通知相关联的HF特征数据和LF特征数据来构建统计模型和/或与统计模型进行比较。比较的结果可以用于采取动作，诸如发送即将跳闸通知或者建议更换或维修的消息。
在一个或多个实施例中，用户设备108可以向边缘设备106提交监测请求。在一个或多个实施例中，监测请求识别为其请求计量数据的特定的一个或多个断路器104。在一个或多个实施例中，监测请求可以识别用户设备108从中选择来接收计量数据和/或元数据的一个或多个断路器104或者所有断路器104。在一个或多个实施例中，监测请求可以识别用户设备108选择来接收计量数据和/或元数据的一个或多个或所有负载110。在一个或多个实施例中，边缘设备106可以仅聚集由监测请求识别的(一个或多个)断路器104或(一个或多个)负载110的计量数据和/或元数据。此外，在一个或多个实施例中，边缘设备106可以仅发送为用户所识别的(一个或多个)断路器104或(一个或多个)负载110所请求的计量数据或元数据。
可以(例如，通过品牌名称、负载名称、类型和/或型号)在监测请求中识别负载，例如，KenmoreTM真空吸尘器或General ElectricTM加湿器等。边缘设备106可以通过向用户设备108提供例如在接收到监测请求时正在操作的每个负载的列表来响应监测请求。在一个或多个实施例中，该列表可以识别每个识别的负载所连接的断路器104。用户设备108的用户可以从列表中选择一个或多个负载，并且发送识别所选择的一个或多个负载的更新的监测请求。作为响应，边缘设备106可以发送针对所识别的负载的计量数据和/或元数据。
图4和图5A-图5D示出了示例性且非限制性的流程图，该流程图示出了根据某些所示实施例的用于生成软件应用的方法。在转到对图4和图5A-图5D的描述之前，注意，图4和图5A-图5D中的流程图示出了其中操作框以特定次序执行的示例，如由示出操作框之间的流程的线所指示的，但是该过程流程图中示出的各个框可以以不同的次序或者以不同的组合或子组合来执行。应当理解，在一些实施例中，下面描述的一些框可以组合成单个框。在一些实施例中，可以包括一个或多个附加的框。在一些实施例中，可以省略一个或多个框。
参考图4，并继续参考图1-图3，根据负载中心102中的多个断路器中的断路器104、边缘设备106和/或服务器122与用户设备120之间的示例流程的一个或多个实施例示出了过程流程图400。应当理解，所示出和描述的处理、存储、转换和关联任务中的任何一个可以由具有适当的认证、授权和通信的分析设备124的另一设备(诸如用户设备120或服务器122)来执行。
由断路器104执行的操作在列402中示出，由边缘设备106执行的操作在列404中示出，并且由用户应用120执行的操作在列408中示出。
在操作404，断路器104(诸如通过安装在负载中心102中)被启用，这可以使得断路器104的(一个或多个)电弧故障传感器和AFE 202A以及(一个或多个)接地故障传感器和AFE 202B的AFE电路开始采集数据。在流程401，(例如，通过适当的握手)在边缘设备106之间建立通信。在流程403，(诸如通过适当的握手和用户凭证的认证)在边缘设备106和/或服务器122与用户设备108之间建立通信。用户设备108执行监测应用，该监测应用使得用户设备108能够与边缘设备106和/或服务器122进行通信并执行相关联的操作。在流程405，从用户设备405向边缘设备106发送监测请求，诸如以请求可以包括计量数据和/或元数据的监测数据。可以基于经由用户界面(例如，图形用户界面(GUI)、文本界面、开关面板等)的用户输入或者基于用户设备108的处理设备的决定来生成监测请求。在一个或多个实施例中，由用户设备120执行的监测应用在用户设备120上呈现GUI。
响应于接收到监测请求，边缘设备106在流程407处向断路器104发送数据请求。响应于来自边缘设备的数据请求，断路器104在操作408处访问所采集的样本以供处理，在操作410处处理计量数据，并且在412处打包所处理的计量数据。(一个或多个)分组在流程409处被发送到边缘设备106。在正常操作期间，可以周期性地重复操作408、410、412和流程409的输出。这将对应于状态机210保持在正常状态302，如图3中箭头309所示。
在边缘设备106接收到打包的计量数据之后，在操作424，边缘设备106和/或服务器122处理打包的计量数据，并将打包的计量数据和/或处理结果存储在相关联的存储装置中。在操作426，边缘设备106和/或服务器122将打包的计量数据和/或处理结果转换成元数据。在流程411，元数据被输出到用户设备。由用户设备122执行的监测应用使用接收到的元数据更新和刷新所存储并显示的数据。如果断路器104在监测请求中被识别和/或与监测请求中识别的负载相关联，则在流程411发送的元数据可以仅与该断路器104相关联。在流程409处接收到元数据之后，重复操作424、426和流程411。
在处理警告数据的操作414处示出了偏离正常操作的发生。这是由于断路器104检测到故障而发生的，这使得断路器104从正常状态302转换到故障状态306并回到正常状态302。在图2所示的示例状态机210中，这些转换将经由警告通知状态304发生。这些转换还会导致去往和来自通信状态之间的传输，其中经由该通信状态发出警告事件通知与警告数据。在处理警告数据(与警告事件通知)之后，在操作412，将警告数据和警告事件通知打包。在操作412，也可以将计量数据打包。在流程409处发送的分组包括打包的警告数据和警告事件通知。
在边缘设备106接收到打包的计量数据与警告数据和警告事件通知之后，边缘设备106和/或服务器122执行操作424和426，随后执行操作430。在操作430，(诸如通过按负载分解警告数据、将分解的警告数据与负载关联起来、与历史数据进行比较、更新历史数据、确定特定负载是否即将跳闸等)处理警告数据。在框430，可以(例如，基于一个或多个统计模型的应用)确定接收到的警告事件通知是否已经达到阈值，从而确定即将发生的跳闸。如果确定即将跳闸，则在流程411，将即将跳闸通知与发送到用户设备的元数据一起包括在内。在一个或多个实施例中，元数据还可以包括表现出失常的负载的标识和即将跳闸的可能原因、预测的即将跳闸的概率、最近的特征数据、由一个或多个模型输出的信息记录等。
在由用户设备120接收到具有对即将发生的跳闸的通知的元数据时，由用户设备执行的应用导致显示警告以通知用户即将发生的跳闸。
参考图5A-图5D，示出了在状态机210的不同状态下执行的示例方法的流程图。图5A示出了当状态机210处于正常状态时的示例方法的流程图500。该方法开始于框502。在框504，处理LF特征。在框506，处理HF特征。在框508，确定LF特征和HF特征是否指示故障半周期。如果框508处的确定为“否”，意味着LF特征和HF特征不指示故障半周期，则该方法在框510处继续，在框510处故障累加器被设置为0。如果框508处的确定为“是”，意味着LF特征和HF特征确实指示故障半周期，则该方法在框512处继续。在框512，状态机210的状态转换到警告通知状态。
图5B示出了当状态机210处于警告通知状态时的示例方法的流程图520。该方法开始于框522，在框522，故障累加器被设置为1。在框524，收集LF特征值。在框526，收集HF特征值。在框530，确定警告事件是否等于1。如果框528处的确定为“是”，意味着警告事件等于1，则该方法在框532处继续。在框532，状态机210的状态转换到通信状态。如果框530处的确定为“否”，意味着警告事件不等于1，则该方法在框534处继续。在框534，状态机210的状态转换到故障状态。
图5C示出了当状态机210处于故障状态时的示例简化方法的流程图540。虽然流程图540不旨在用于确定何时转换到下一状态之一的特定方法，但是流程图540示出了可以确定转换到跳闸状态或警告状态。
该方法开始于框542，在框542，确定跳闸时间限制的值。在框544，启动故障计时器。在框546，确定LF特征和HF特征是否指示故障半周期？如果框544处的确定为“是”，意味着LF特征和HF特征确实指示故障半周期，则该方法在框550处继续，在框550，故障累加器递增，此后该方法在框552处继续。如果框548处的确定为“否”，意味着LF特征和HF特征不指示故障半周期，则该方法绕过框550在框552处继续。在框552，确定故障计时器是否等于跳闸时间限制。如果框552处的确定为“否”，意味着故障计时器不等于跳闸时间限制，则该方法在框548处继续，形成循环。如果框552处的确定为“是”，意味着故障计时器等于跳闸时间限制，则该方法在框554处继续。
在框554，确定故障累加器是否小于跳闸时间限制。如果框554处的确定为“是”，意味着故障累加器小于跳闸时间限制，则该方法在框556处继续，在框556，警告事件被设置为等于1。该方法在框558处继续，在框558，状态机210的状态转换到警告通知状态。如果框554处的确定为“否”，意味着故障累加器不小于跳闸时间限制，则该方法在框560处继续，在框560，跳闸代码被设置为故障类型。该方法在框562处继续，在框562，状态机210的状态转换到跳闸状态。
图5D示出了当状态机210处于通信状态时的示例方法的流程图570。该方法开始于框572。在框574，确定跳闸代码是否被设置为AF(指示电弧故障)、GF(指示接地故障)和GN(指示接地中性故障)中的任何一个。如果框574处的确定为“否”，意味着跳闸代码没有被设置为AF、GF或GN中的任何一个，则该方法在框576处继续。在框576，使LF特征离开队列(从它们的队列中移除)。在框578，使HF特征离开队列(从它们的队列中移除)。在框580，准备警告事件通知，其中警告事件通知包括LF特征值和HF特征值以及故障累加器。在框582，输出警告事件通知。在框584，状态机210的状态转换到正常状态。
如果框574处的确定为“是”，意味着跳闸代码被设置为AF、GF或GN中的任何一个，则该方法在框576处继续。在框586，准备跳闸消息。在框588，输出跳闸消息。
参考图6，示出了示例计算***600的框图，其提供了使用示例处理***实施的设备A1的示例配置。设备A1可以是电路管理***100中包括的任何智能元件，诸如断路器104、边缘设备106、用户设备120和/或服务器122。此外，设备A的部分可以被配置为软件，并且计算***600可以表示这样的部分。计算***600仅仅是合适***的一个示例，并不旨在对本文描述的本公开的实施例的使用范围或功能提出任何限制。计算***600可以使用硬件、软件和/或固件来实施。无论如何，计算***600能够实施和/或执行本公开中阐述的功能。
计算***600以通用计算设备的形式示出。计算***600包括处理设备602、存储器604、可以与内部组件(诸如用户接口610)进行通信的输入/输出(I/O)接口(I/F)606、以及可选的外部组件608。处理设备602可以包括例如可编程逻辑器件(PLD)、微处理器、DSP、微控制器、FPGA、ASIC和/或具有类似处理能力的其他分立或集成逻辑电路。
处理设备602和存储器604可以被包括在例如FPGA、ASIC、微控制器或微处理器中提供的组件中。存储器604可以包括例如用于临时或长期存储数据以及用于存储可由处理设备602执行的可编程指令的易失性和非易失性的存储器。存储器604可以是用于存储程序指令的可移动(例如，便携式)存储器。I/O I/F 606可以包括接口和/或导体，以耦接到一个或多个内部组件610和/或外部组件608。
这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定的方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得一系列操作在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
设备A1的实施例可以由一个或多个计算机***(诸如微处理器)实施或执行。每个计算机***600可以被包括在设备A1或其多个实例内。在所示的示例中，计算机***被嵌入在设备A1内。在各种实施例中，计算机***600可以包括微处理器、FPGA、专用集成电路(ASIC)、微控制器中的一个或多个。计算机***600可以作为嵌入式设备来提供。计算机***600的部分可以(诸如通过集中式计算机)在外部提供。
计算机***600仅是合适***的一个示例，并不旨在对本文描述的本公开的实施例的使用范围或功能提出任何限制。无论如何，计算机***600能够实施和/或执行上文阐述的任何功能。
计算机***600可以在计算机***可执行指令(诸如由计算机***执行的程序模块)的一般上下文中描述。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等等。
在上文中，参考了各种实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，所描述的特征和元素的任何组合，无论是否与不同的实施例相关，都被认为是实施和实践了所设想的实施例。此外，尽管实施例可以实现优于其他可能的解决方案或现有技术的优点，但是给定实施例是否实现特定优点并不限制本公开的范围。因此，前述方面、特征、实施例和优点仅仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的元素或限制，除非在(多个)权利要求中明确陈述。
本文公开的各种实施例可以被实施为***、方法或计算机程序产品。相应地，这些方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合软件方面和硬件方面的实施例(在本文中通常都被称为“电路”、“模块”或“***”)的形式。此外，这些方面可以采取体现在一个或多个其上含有计算机可读程序代码的计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体的***、装置或设备，或者前述各项的任何合适组合。非暂时性计算机可读介质的更具体的示例(非穷举列表)可以包括以下各项：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或前述各项的任何合适组合。体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等，或者前述各项的任何合适组合。
用于执行本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写。此外，这种计算机程序代码可以使用单个计算机***或者通过(例如，使用局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网等)相互通信的多个计算机***来执行。虽然前面参考流程图图示和/或框图描述了各种特征，但是本领域普通技术人员将理解，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机逻辑(例如，计算机程序指令、硬件逻辑、两者的组合等)来实施。通常，计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的(多个)处理器。此外，使用(多个)处理器执行这种计算机程序指令产生了能够执行流程图和/或框图的一个多个框中指定的(多个)功能或动作的机器。
附图中的流程图和框图示出了本公开的各种实施例的可能实施方式的架构、功能和/或操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示包括用于实施(多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、代码段或代码部分。还应注意，在一些替代实施方式中，框中标注的功能可以不按照图中标注的次序出现。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的次序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图图示中的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的***或者专用硬件和计算机指令的组合来实施。
应当理解，以上描述旨在说明而非限制。在阅读和理解以上描述后，许多其他实施示例是显而易见的。尽管本公开描述了具体的示例，但是应当认识到，本公开的***和方法不限于本文描述的示例，而是可以在所附权利要求的范围内通过修改来实践。相应地，说明书和附图应被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。

Claims (17)

1.一种监测电气故障的方法，所述方法包括：
处理由断路器的至少一个传感器输出的关于与负载耦接的电路的电气属性的信号的特征；
基于经处理的特征在操作状态之间进行转换，其中所述操作状态包括正常状态、故障状态和跳闸状态，其中所述操作状态保持在所述正常状态，直到经处理的特征不再满足正常标准，此后所述操作状态转换到所述故障状态，其中当不满足跳闸条件时所述操作状态从所述故障状态转换回所述正常状态，并且当满足所述跳闸条件时所述操作状态转换到所述跳闸状态；
当所述操作状态从所述正常状态转换到所述故障状态并回到所述正常状态时检测警告事件；以及
在确定所述警告事件时输出警告事件通知。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
缓冲所述信号的经处理的特征；以及
与所述警告事件通知相关联地输出缓冲器的内容。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电气故障是电弧故障、接地故障和/或接地中性故障。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述缓冲器的内容对应于所述断路器从其脱离正常状态的时间直到其转换回正常状态的操作。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在不满足正常标准时转换到警告通知状态，以缓冲所述信号的经处理的特征，随后转换到所述故障状态；
当不满足所述跳闸条件时从所述故障状态转换到所述警告通知状态，从而指示检测到所述警告事件；
从所述警告通知状态转换到通信状态，以输出所述警告事件通知和所述缓冲器的内容；
从所述警告通知状态转换到所述正常状态。
6.一种监测电气故障的方法，所述方法包括：
从断路器接收一个或多个警告事件通知，其中每个警告事件通知是基于对所述断路器的操作状态之间的转换模式的检测，其中所述操作状态包括正常状态和故障状态，在所述正常状态下，经处理的特征满足正常标准，在所述故障状态下，不满足正常标准，并且所述模式包括一系列转换，包括从所述正常状态转换到所述故障状态并回到所述正常状态；
基于所述一个或多个警告事件通知确定即将发生跳闸的概率；以及
根据所确定的概率输出即将跳闸通知。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述警告事件通知包括警告持续时间，所述警告持续时间指示所述断路器不在所述正常状态下操作的持续时间，其中所述即将发生跳闸的概率基于参数和/或一个或多个所述参数的变化来确定，所述参数包括警告事件通知的数量、所述警告持续时间以及所述警告事件通知之间的持续时间中的至少一个。
8.根据权利要求5所述的方法，还包括接收具有所述警告事件通知的警告数据，所述警告数据包括任何经处理的特征，所述经处理的特征是在所述断路器从所述正常状态转换之后感测到的连接在所述断路器与一个或多个负载之间的电路分支的电气特性的函数。
其中所述电气特性由所述断路器感测，并且
其中所述即将发生跳闸的概率基于所述经处理的特征的变化来确定。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括分解所述警告数据，以识别当感测到相对应的电气特性时所述一个或多个负载中的哪个负载被通电或正在操作；
其中所述即将发生跳闸的概率还是被识别的所述一个或多个负载的操作的函数。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
应用至少一个模型，以确定何时输出所述即将跳闸通知；以及
应用机器学习、统计和/或数值技术，以训练和/或应用所述至少一个模型。
11.根据权利要求5所述的方法，其中所述即将跳闸通知经由无线通信输出到用户设备和/或经由网络输出到远程设备。
12.一种用于监测电气故障的边缘设备，所述边缘设备包括：
存储器，被配置为存储多个可编程指令；以及
至少一个处理设备，与所述存储器进行通信，其中在执行所述多个可编程指令时，所述至少一个处理设备被配置为：
从断路器接收一个或多个警告事件通知，其中每个警告事件通知基于对所述断路器的操作状态之间的转换模式的检测，其中所述操作状态包括正常状态和故障状态，在所述正常状态下，由所述断路器感测到的信号的经处理的特征满足正常标准，在所述故障状态下，不满足正常标准，并且所述模式包括一系列转换，包括从所述正常状态转换到所述故障状态并回到所述正常状态；
基于所述一个或多个警告通知确定即将发生跳闸的概率；以及
根据所确定的概率输出即将跳闸通知。
13.根据权利要求12所述的边缘设备，其中所述警告事件通知包括警告持续时间，所述警告持续时间指示所述断路器不在所述正常状态下操作的持续时间，其中所述即将发生跳闸的概率基于参数和/或一个或多个所述参数的变化来确定，所述参数包括警告事件通知的数量、所述警告持续时间以及所述警告事件通知之间的持续时间中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的边缘设备，其中在执行所述多个可编程指令时，所述至少一个处理设备还被配置为接收具有所述警告事件通知的警告数据，所述警告数据包括任何经处理的特征，所述经处理的特征是在所述断路器从所述正常状态转换之后感测到的连接在所述断路器与一个或多个负载之间的电路分支的电气特性的函数；
其中所述电气特性由所述断路器感测，并且
其中所述即将发生跳闸的概率基于所述经处理的特征的变化来确定。
15.根据权利要求14所述的边缘设备，其中在执行所述多个可编程指令时，所述至少一个处理设备还被配置为分解所述警告数据，以识别当感测到相对应的电气特性时，所述一个或多个负载中的哪个负载被通电或正在操作。
其中所述即将发生跳闸的概率还是被识别的所述一个或多个负载的操作的函数。
16.根据权利要求15所述的边缘设备，其中在执行所述多个可编程指令时，所述至少一个处理设备还被配置为应用至少一个模型以确定何时输出所述即将跳闸通知，和/或应用机器学习、统计和/或数值技术以训练和/或应用所述至少一个模型。
17.根据权利要求12所述的边缘设备，其中所述即将跳闸通知经由无线通信输出到用户设备和/或经由网络输出到远程设备。
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