用于檢測連接到電能表的裝置的電路斷路器的狀態(tài)的電能表和方法
【專利摘要】公開了一種電能表1，其包括測量級2，該測量級具有與斷路繼電器13串聯(lián)連接的相電流傳感器9、與傳感器9和繼電器13并聯(lián)連接的兩個串聯(lián)連接測量阻抗Z和R、用于測量在測量阻抗Z和R之間的電勢的測量裝置14以及與測量阻抗Z、R串聯(lián)連接的附加電壓源Vadd。公開了一種檢測連接到這樣的表的設(shè)施的電路斷路器的狀態(tài)的方法。
【專利說明】用于檢測連接到電能表的裝置的電路斷路器的狀態(tài)的電能 表和方法
[0001] 本發(fā)明涉及電能表，所述電能表用于測量相導(dǎo)線中流動的且在一種相電壓下由被 置于電能表的下游的目的設(shè)施消耗的相電流。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 大多數(shù)現(xiàn)代電能表包括電能分銷商可以遠(yuǎn)程地控制的斷路繼電器。這樣的斷路 繼電器使得尤其對于分銷商來說切斷或重建來自配電網(wǎng)絡(luò)的電能對電氣設(shè)施的供應(yīng)而不 必現(xiàn)場派遣工作人員成為可能（例如，在電氣設(shè)施的用戶取消訂購或用戶搬到新房的情況 下）。
[0004] 出于安全性原因，分銷商有必要知道斷路繼電器的真實(shí)（開閘或合閘）狀態(tài)。尤 其，在用戶把另一電源連接到現(xiàn)場電氣設(shè)施（例如用于減輕配電網(wǎng)的故障的應(yīng)急發(fā)電機(jī)單 元）時，斷路繼電器一定必須開閘。否則，電源和配電網(wǎng)絡(luò)將被短路，由此引起損壞電氣設(shè) 施和發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 這樣的斷路繼電器通常是雙穩(wěn)態(tài)繼電器，其帶有在繼電器不再上電時保持在適當(dāng) 位置的觸點(diǎn)。這種類型的繼電器的一種主要缺陷在于，作為意外的機(jī)械力（沖擊等等）的 結(jié)果或作為意外的電磁力（把磁體移動到緊靠該表、產(chǎn)生電弧等等）的結(jié)果，它們可能不合 時宜地開閘或合閘。因而，斷路繼電器的實(shí)際狀態(tài)可以不同于由電能分銷商設(shè)置的狀態(tài)。
[0006] 為了發(fā)現(xiàn)斷路繼電器的實(shí)際狀態(tài)，一種可能的解決方案是使用由被放置到電表并 用于測量用戶的消耗的電流傳感器提供的測量值。然后，可以從所測量的電流推導(dǎo)出繼電 器的狀態(tài)。通常，這種類型的傳感器被置于斷路繼電器的上游（即在其配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)上）。然 而，在下游負(fù)載（即在電氣設(shè)施側(cè)上）的阻抗非常高時（例如因?yàn)樵撛O(shè)施的電路斷路器是 開閘的），那么，即使合上了斷路繼電器，流過傳感器的電流也幾乎為零，這使得不能使用流 過傳感器的電流來檢測繼電器的狀態(tài)。
[0007] 除了斷路繼電器的實(shí)際狀態(tài)之外，在斷路繼電器開閘時，以可靠方式知道設(shè)施的 電路斷路器的實(shí)際狀態(tài)是有利的。具體地，在諸如西班牙等的某些國家，作為檢測到過量功 率的結(jié)果，可以斷開斷路繼電器。然后，斷路繼電器保持開閘，直到用戶手動地?cái)嚅_設(shè)施的 電路斷路器。在檢測到開閘時，發(fā)出合上斷路繼電器的命令。然而，在斷路繼電器開閘時， 來自設(shè)施的電氣設(shè)備的干涉噪聲可以通過天線效應(yīng)傳播到電表中。這種干涉噪聲打擾了電 能表中出于檢測電路斷路器是開閘還是合閘的目的而進(jìn)行的測量。
[0008] 發(fā)明目標(biāo)
[0009] 本發(fā)明的目標(biāo)是通過提供即使在設(shè)施的電表的下游的負(fù)載的阻抗很高時也可靠 的信息來檢測該電表的斷路繼電器的開閘或合閘狀態(tài)，以及/或者在斷路繼電器開閘時以 可靠的方式檢測設(shè)施的電路斷路器是開閘還是合閘。
[0010] 發(fā)明概述
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本發(fā)明提出一種電能表，其用于測量相導(dǎo)線中流動的且由被 置于該表的下游的目的設(shè)施在相電壓下消耗的相電流。該表具有測量級，其包括與斷路繼 電器串聯(lián)連接的相電流傳感器、與傳感器和繼電器并聯(lián)連接的兩個串聯(lián)連接的測量阻抗以 及用于測量在各測量阻抗之間的電勢的測量裝置。以這樣的方式定位兩個測量阻抗：使得 第一阻抗連接到傳感器和繼電器上游的相導(dǎo)線，且第二阻抗連接到傳感器和繼電器下游的 相導(dǎo)線。該測量級還包括與測量阻抗串聯(lián)連接的附加電壓源。
[0012] 即使在該表下游的負(fù)載的阻抗非常高，電壓源也在測量裝置中產(chǎn)生電壓。這種電 壓取決于斷路繼電器的（開閘或合閘）狀態(tài)而不同。因而，它使得基于表征繼電器的狀態(tài) 的物理參數(shù)獲得關(guān)于繼電器的狀態(tài)的可信指示成為可能。
[0013] 該方法也提供一種方法，其通過使用以上所描述的種類的電能表檢測目的設(shè)施的 電路斷路器是處于開閘狀態(tài)還是合閘狀態(tài)。該方法包括：
[0014] ?測量步驟，在此期間，測量在測量阻抗之間的電勢，以便獲得表示這一電勢的經(jīng) 采樣數(shù)字測量信號；
[0015] ?第一處理步驟，在此期間，在對應(yīng)于測量信號的特定數(shù)量的樣本的預(yù)定持續(xù)時間 的間隔內(nèi)估計(jì)測量信號的DC分量；
[0016] ?第二處理步驟，在此期間，在這些間隔內(nèi)估計(jì)測量信號的均方根值；
[0017] ?第三處理步驟，在此期間，在這些間隔內(nèi)估計(jì)測量信號的非DC均方根值；以及
[0018] ?第四測量步驟，其中，基于測量信號的非DC均方根值判斷電路斷路器是開閘還 是合閘。
[0019] 在出現(xiàn)由天線效應(yīng)引起的干涉噪聲的情況下，當(dāng)電路斷路器開閘時，表示在各測 量阻抗之間的電勢的測量信號的非DC均方根值較小，這是由于天線效應(yīng)所產(chǎn)生的干涉噪 聲較小。因而，通過處理這種非DC均方根值檢測電路斷路器是開閘還是合閘是可能的。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的具體的、非限制性的實(shí)施例的下列描述，可以更好地理解本發(fā)明。
[0021] 附圖簡述
[0022] 參考附圖，附圖中：
[0023] 圖1是本發(fā)明的電能表的圖示；以及
[0024] 圖2示出本發(fā)明的表的測量阻抗和測量裝置。
[0025] 本發(fā)明的詳細(xì)描述
[0026] 本發(fā)明的電能表1包括測量級2和處理器級3,兩者可見于圖1。測量級2被用來 測量目的設(shè)施4的電力消耗Peons。在這一示例中，由分銷商供應(yīng)且來自電配電網(wǎng)絡(luò)的這 種電力Peons通過相導(dǎo)線5和中性導(dǎo)線6傳輸給目的設(shè)施4,電網(wǎng)在相導(dǎo)線5和中性導(dǎo)線6 之間產(chǎn)生電壓Vnet。設(shè)施4的輸入由阻抗L的負(fù)載建模，該負(fù)載取決于設(shè)施4的電氣設(shè)備、 其（開/關(guān)）狀態(tài)和用戶可訪問的設(shè)施4的電路斷路器8的（開閘/合閘）狀態(tài)。
[0027] 為了測量設(shè)施4所消耗的電流Icons，表1的測量級2包括分路電流傳感器9。分 路電流傳感器9包括已知阻抗的分路10和連接到分路10的終端以便測量跨越其終端的電 壓的第一電壓表11。第一電壓表11連接到處理器單元3,處理器單元3從由第一電壓表11 測量的電壓值推斷所消耗的電流。測量級2也具有連接在分路10上游（即在配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)） 的相導(dǎo)線5和中性導(dǎo)線6之間的兩個串聯(lián)電阻器R1、R2,以及測量在兩個電阻器R1和R2之 間的電勢的第二電壓表12。第二電壓表12連接到處理器單元3,處理器單元3從第二電壓 表12所測量的電壓且從設(shè)施4所消耗的電流Icons推斷由設(shè)施4消耗的功率Peons。
[0028] 測量級2也包括雙穩(wěn)態(tài)斷路繼電器13,電能分銷商可以控制雙穩(wěn)態(tài)斷路繼電器 13,用于切斷到設(shè)施4的配電，或者相反用于重建它。繼電器13由分銷商經(jīng)由處理器單元 3遠(yuǎn)程地控制，處理器單元3通過經(jīng)由配電網(wǎng)絡(luò)向斷路繼電器13發(fā)送開閘或合閘命令C來 控制斷路繼電器13。
[0029] 測量級2也包括串聯(lián)連接的第一測量阻抗Z和第二測量阻抗R，它們與電流傳感器 9和斷路繼電器13并聯(lián)連接，并且還包括附加的直流（DC)電壓源Vadd和第三電壓表14， 第三電壓表14用于測量在兩個測量阻抗Z、R之間的電勢Vmes且連接到處理器單元3。第 一測量阻抗Z連接到在傳感器9和在繼電器13上游（即在配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)）的相導(dǎo)線5,同時 第二測量阻抗R連接到表1的下游側(cè)（即在目的設(shè)施4 一側(cè)）上的相導(dǎo)線5。附加電壓源 Vadd連接在第一測量阻抗Z和相導(dǎo)線5之間。
[0030] 附加電壓源Vadd輸送相比于在相導(dǎo)線和中性導(dǎo)線之間的電網(wǎng)的電壓Vnet (50赫 茲（Hz) 230V的交流（AC)電壓）較低的電壓（例如Vadd = 1. 5伏特（V))。即使在負(fù)載的 阻抗L非常高時，例如在電路斷路器8開閘時，這種附加電壓源Vadd也在第三電壓表14處 產(chǎn)生電壓Vmes。這一電壓值Vmes取決于阻抗L的值，且取決于斷路繼電器是開閘還是合閘 而不同。處理器單元從Vmes的值推斷斷路繼電器13的狀態(tài)。
[0031] 在阻抗L相對較低且斷路繼電器13開閘時，第三電壓表14測量從網(wǎng)絡(luò)電壓Vnet 導(dǎo)出、且由阻抗Z、R和L形成的分壓器分壓的AC電壓：
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種電能表（1)，其用于測量在相導(dǎo)線（5)中流動且由被置于所述表的下游的目的 設(shè)施⑷在相電壓（Vnet)下消耗的相電流（Icons)，所述表具有測量級（2)，所述測量級包 括與斷路繼電器（13)串聯(lián)連接的相電流傳感器（9)、與所述傳感器（9)和所述繼電器（13) 并聯(lián)連接的兩個串聯(lián)連接的測量阻抗（Z、R)以及用于測量在所述測量阻抗（Z、R)之間的電 勢的測量裝置（14)，以這樣的方式定位所述兩個測量阻抗（Z、R):使得第一阻抗（Z)連接到 在所述傳感器（9)和所述繼電器（13)上游的所述相導(dǎo)線（5)且所述第二阻抗（R)連接到 在所述傳感器（9)和所述繼電器（13)下游的所述相導(dǎo)線（5)，所述表的特征在于，所述測量 級⑵還包括與所述測量阻抗（Z、R)串聯(lián)連接的附加電壓源（Vadd)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電能表（1)，其特征在于，所述附加電壓源（Vadd)位于所述第 一測量阻抗（Z)和在所述傳感器（9)和所述繼電器（13)上游的所述相導(dǎo)線（5)之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的電能表（1)，其特征在于，所述第一測量阻抗（Z)是非線性的。
4. 如權(quán)利要求3所述的電能表（1)，其特征在于，所述第一測量阻抗（Z)包括第一電阻 器（Zmax)以及與所述第一電阻器（Zmax)并聯(lián)連接的第一二極管（15)。
5. 如權(quán)利要求4所述的電能表（1)，其特征在于，所述第一測量阻抗也包括與所述第 一二極管（15)反并聯(lián)連接的第二二極管（15)。
6. 如權(quán)利要求4所述的電能表（1)，其特征在于，所述第一測量阻抗（Z)也包括與所述 第一電阻器（Zmax)串聯(lián)連接的第二電阻器（Zmin)。
7. 如權(quán)利要求1所述的電能表（1)，其特征在于，所述測量級（2)也包括電容器（Cap)， 所述電容器（Cap)的一個板在所述兩個測量阻抗（Z、R)之間的一個點(diǎn)處連接到所述兩個測 量阻抗（Z、R)，且另一板連接到電氣地（16)。
8. 如權(quán)利要求1所述的電能表（1)，其特征在于，所述測量級（2)也包括處理器裝置 (3)，所述處理器裝置（3)被安排為根據(jù)所述測量裝置（14)提供的測量在所述斷路繼電器 (13)開閘時檢測所述目的設(shè)施（4)的電路斷路器（8)的開閘或合閘。
9. 一種使用根據(jù)任何前述權(quán)利要求的電能表來檢測所述目的設(shè)施（4)的所述電路斷 路器（8)是開閘狀態(tài)還是合閘狀態(tài)的方法，所述方法包括： ?測量步驟，在此步驟期間，測量在所述測量阻抗（Z、R)之間的電勢，以便獲得表示這 一電勢的經(jīng)采樣數(shù)字測量信號； ?第一處理步驟，在此步驟期間，在對應(yīng)于所述測量信號的特定數(shù)量的樣本的預(yù)定持續(xù) 時間的間隔內(nèi)估計(jì)所述測量信號的DC分量（U。）； ?第二處理步驟，在此步驟期間，在所述間隔內(nèi)估計(jì)所述測量信號的均方根值（UMS); ?第三處理步驟，在此步驟期間，在所述間隔內(nèi)估計(jì)所述測量信號的非DC均方根值 ⑶；以及 ?第四測量步驟，其中，基于所述測量信號的所述非DC均方根值（U)判斷所述電路斷路 器是開閘還是合閘。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在對應(yīng)于特定間隔的特定時刻，通過把在 所述特定間隔內(nèi)的所述測量信號的所述非DC rms值與所述特定間隔后面的多個連續(xù)間隔 中所估計(jì)的所述非DC rms值進(jìn)行比較，判斷所述電路斷路器是開閘還是合閘。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，如果對于K= 1到Μ下式成立，則認(rèn)為在 間隔Ν的時刻所述電路斷路器（8)是開閘的：
其中K和Μ是正整數(shù)，X是小于或等于100的正數(shù)，且其中UN+K+1和UN是在所述間隔 N+K+1和N內(nèi)的所述測量信號的所述非DC rms值。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，如果對于K = 1到Μ下式成立，則認(rèn)為在 間隔Ν的時刻所述電路斷路器（8)是開閘的： uN-u剛〉Υ 其中K和Μ是正整數(shù)，Y是預(yù)定電壓值，且其中UN+K+1和UN是在間隔N+K+1和N內(nèi)的所 述測量信號的所述非DC rms值。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，如果特定數(shù)量的間隔內(nèi)估計(jì)的所述非DC rms值小于第一預(yù)定閾值（S1)，那么，由第五處理步驟代替所述第四處理步驟，在所述第五 處理期間，如果對于給定間隔所述測量信號的所述DC分量Uc小于第二預(yù)定閾值（S2)，則認(rèn) 為所述電路斷路器是開閘的。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，如果特定數(shù)量的間隔內(nèi)估計(jì)的所述非DC rms值小于第一預(yù)定閾值（S1)，那么，由第五處理步驟代替所述第四處理步驟，在所述第五 處理期間，如果對于給定間隔下式成立，則認(rèn)為所述電路斷路器是開閘的 ：
其中k是正整數(shù)，其中所述值Vk是所述特定間隔中的所述測量信號的樣本的值，且其 中S3是第三預(yù)定閾值。
15. 如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，如果所述測量信號的所述 rms值大于第四預(yù)定閾值（S4)，則不激活所述第五處理步驟。
16. 如權(quán)利要求9到權(quán)利要求15中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在作為檢測到 過量功率的結(jié)果斷開所述斷路繼電器（13)的情況下，在期間未再檢測到所述過量功率的 特定可編程時間延時之后重新合上所述斷路繼電器，即使沒有檢測到所述設(shè)施所述電路斷 路器已被開閘。
【文檔編號】G01R31/327GK104145187SQ201380011540
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】P·韋伯, H·泰布爾勒, S·努瓦雷 申請人:薩基姆通訊能源及電信聯(lián)合股份公司