專利名稱：供電監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請涉及交流供電監(jiān)控系統(tǒng)，具體涉及用來監(jiān)控家庭、商業(yè)以及工業(yè)用的單相供電中的故障狀況。不過，本發(fā)明還可適用于監(jiān)控三相供電中的故障狀況。不過為了便于理解本發(fā)明，將參考單相供電系統(tǒng)來描述本發(fā)明。
背景技術：
遍及澳大利亞和世界上許多地方的單相供電系統(tǒng)包括有效導線和中性導線，該中性導線一般通過連接至遍及配電系統(tǒng)的多個點處(包括用戶的開關板)的接地系統(tǒng)來保持于地電位。極性反轉(zhuǎn)是有時會發(fā)生而且是供電局和電力用戶主要關心的電位故障情況。極性反轉(zhuǎn)可通過反接用戶房屋上的電表處或提供進戶的供電電極處的中性和有效連接出現(xiàn)。在極性反轉(zhuǎn)故障狀況下，當危險的有效電壓出現(xiàn)在中性線上、從而使危險的電壓電平出現(xiàn)在用戶的接地系統(tǒng)上時，極其危險的情況出現(xiàn)。許多接地系統(tǒng)通過水管等連接，這在極性反轉(zhuǎn)故障的情況下將引起極其危險的狀況。會對用電方產(chǎn)生危險狀況的另一故障情況是中性線失效。例如，如果將用戶房屋連接至供電系統(tǒng)的中性線意外地斷開，諸如被樹等切斷該電線，則所有的電流將被迫流向用戶的接地系統(tǒng)而不是中性連接。這將在用戶的接地上產(chǎn)生有害電壓的問題，尤其當接地連接具有比期望更高的電阻時。另一可能的有害故障情況是斷線的或高阻的用戶接地系統(tǒng)。當前，這樣的故障狀況僅可通過對用戶房屋進行具體故障測試來查明。這樣的測試耗時而且昂貴，因此根本很少進行。所指的故障不能被標準的機械電表或室內(nèi)剩余電流裝置(R⑶)檢測。因此，期望提供一種能檢測用戶房屋中存在或出現(xiàn)的預定故障狀況。還期望提供一種不需要對用戶的開關板或計量表板作出物理改變的檢測故障狀況的方法和系統(tǒng)。還期望提供一種不斷地監(jiān)控對用戶房屋的供電并檢測預定故障狀況的系統(tǒng)和方法。還期望提供一種在檢測到預定的故障狀況時適于斷開對用戶房屋的供電的方法和系統(tǒng)。還期望提供一種可相對簡單、容易以及經(jīng)濟地實現(xiàn)的用于檢測與對用戶房屋的供電相關聯(lián)的預定故障狀況的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于檢測與對用戶的交流供電相關聯(lián)的一個或一個以上的預定故障狀況的系統(tǒng)，該供電具有有效線和中性線，中性線接地，該系統(tǒng)包括與有效線相關聯(lián)的第一電流檢測器；與中性線相關聯(lián)的第二電流檢測器；電壓檢測器，其檢測有效線與中性線之間的電壓；以及有效線中的接觸器開關。利用這樣的系統(tǒng)，能簡單和容易地檢測諸如極性反轉(zhuǎn)之類的狀況。在有效線中的接觸器開關斷開的情況下，中性線上檢測到的任何電流都表明存在極性反轉(zhuǎn)。優(yōu)選地在中性線上提供第二接觸器開關，以在檢測到極性反轉(zhuǎn)時能將中性線從供電斷開。有效線與中性線中的任一個或兩個中的接觸器開關可由供電局控制。因此，如果在有效連接上的接觸器斷開的情況下在中性連接上檢測到電流，則供電局可斷開中性接觸器開關。本發(fā)明的系統(tǒng)還可檢測其它故障，諸如中性線斷線、用戶接地連接斷線、低壓供電線路中有效線與中性線之間的短路、以及有效線與用戶接地之間的短路。因此，對于斷線的中性線，有效線上的所有輸入電流將通過用戶的接地連接流出用戶的設備。因此，無電流流過用戶的中性線，因而該中性線上的電流檢測器將顯示零電流。同樣，通過測量有效線與中性線上的電流可檢測斷線的用戶接地。在正常極性期間，中性電流將始終小于有效線上的電流，這是因為小百分比的電流會通過具有5到70歐姆之間的電阻的用戶接地返回。因此，如果有效和中性電流相等，則這意味著接地中斷，需
要進一步作調(diào)查。本發(fā)明的系統(tǒng)還可檢測其它故障狀況。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于檢測與對用戶的交流供電相關聯(lián)的一個或一個以上的預定故障狀況的方法，該供電具有有效線和中性線，中性線接地，該方法包括以下步驟提供與有效線相關聯(lián)的第一電流檢測器；提供與中性線相關聯(lián)的第二電流檢測器；提供電壓檢測器，以檢測有效線與中性線之間的電壓； 檢查中性電流對有效電流的電流比，藉此該電流比指示預定的故障狀況。在使用本發(fā)明的此方法時，沒有任何故障的正常連接將顯示出小于I的電流比，這是因為中性電流將始終小于有效線上的電流的事實，如上所述。然而，如果存在極性反轉(zhuǎn)連接，則中性線上的電流將在接地與有效線之間分開，因此有效線上的電流將小于中性線上的電流。因此該比例將大于I。如上所述，如果在系統(tǒng)上存在中性線斷線，則有效線上的所有輸入電流將通過接地流出，因此在中性線上將呈現(xiàn)零電流。因此，該電流比將為零。在極性正常和用戶接地斷線的情況下，如果有效線上的所有輸入電流通過中性線流出，則電流比將等于I。同樣，在極性反轉(zhuǎn)和用戶接地斷線的情況下，中性線上的所有輸入電流將通過用戶的有效線流出，因此該比例也等于I。
當供電進戶線上的有效線與中性線之間存在短路時，供電電流的絕大部分將通過中性線返回，小部分將通過用戶的接地返回。這將迫使中性線上的電流按照中性線上相反的方向流過用戶的計量表。無電流流過用戶計量表中的有效線，因此電流比將等于負無窮。雖然上述測試將提供關于預定故障狀況存在的可靠指示，但還可使用進一步的直接電阻測試來測量用戶的接地電阻和LV (低壓)進戶線中性電阻。可執(zhí)行另一測試以檢查供電電壓是否在預定可接受的范圍內(nèi)，藉此如果電壓降落至預設最小值以下則斷開用戶。優(yōu)選地該方法還包括在有效線中設置接觸器開關，以使供電局能遠程斷開用戶。還可在中性線中設置第二接觸器開關。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種檢查被供電的用戶房屋中的有效與中性供電線的狀況的方法，包括以下步驟在預定時間測量有效線和中性線上的供電電壓；在預定時間測量有效線和中性線的每一個中的電流； 在開關事件之后測量供電電壓以及有效線和中性線中的每一個電流，所述開關事件包括增加或減少負載；以及確定有效線的阻抗和中性線的阻抗，以指示有效線與中性線的每一個的狀況。附圖簡述為了更容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)將參考附圖描述多個實施例。

圖1是示出對用戶的正常供電的示意性電路圖；圖2是示出正常電流的簡化電路圖；圖3是示出極性反轉(zhuǎn)的連接的電路示圖；圖4圖解地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的電表的特征；圖5圖解地示出采用圖4的計量表的反轉(zhuǎn)極性電路；圖6是示出所描述實施例的電路示圖；圖1是示出卡森方程(Carson’ s Equation)的簡化版本的示圖；圖8是示出卡森方程的修改版本的示圖；圖9和10是不同中性電阻值的電流比與接地電阻的曲線圖；以及圖11至14是不同中性和有效電阻值的組合中性和有效阻抗與接地電阻的曲線圖。優(yōu)選實施例的詳細描述參考附圖，現(xiàn)有的機械電表不能檢測中性連接的完整性、用戶的接地或極性反轉(zhuǎn)。不過，隨著電子電表(EEM)的引入，這已成為可能。雖然有可能完全重新設計能檢測所述故障狀況的電表和開關板，這些改變的成本也是不現(xiàn)實的。因此，已經(jīng)設計出本發(fā)明的實施例，其利用現(xiàn)有的電表和開關板來避免或最小化任何物理改變。圖1示出了現(xiàn)有的至供電系統(tǒng)的用戶電連接。電表12連接至有效線14和從供電局配電系統(tǒng)延伸出的中性線16。進戶保險絲17 —般位于用戶房屋外的電線桿等之上，其提供主進戶保護。電表12具有用來檢測流過電表12的電流的低阻抗電流線圈18和用來檢測有效線一中性線兩端的電壓的高阻抗電壓線圈19。由于供電為交流電，因此電流雙向地流過用戶的開關板21，該開關板21 —般包括剩余電流裝置(RCD) 20，不過不是所有電路都這樣被保護。因此，如果在用戶房屋中出現(xiàn)接地故障，則能流將順著虛線23流至地連接22。如圖2可見，在一般的極性連接中，電流(在電壓循環(huán)的正半周期間)沿箭頭方向。中性線16通過用戶的開關板21以及外部地通過供電網(wǎng)(未示出)接地。因此，假定簡單的負載24、240伏的供電電壓、負載兩端的電壓降是240伏，假定中性線16的阻抗為零。名義上將沒有電流流過用戶的接地，然而實際上，在接地連接通常具有5歐姆(ohm)到70歐姆之間的電阻的情況下，小電流將流過地連接22。當然，在負電壓循環(huán)部分，電流按相反方向流動。參考圖3，圖解地示出了反轉(zhuǎn)的極性連接，藉此有效線14連接至用戶的中性線16a。因為供電局的中性線16在點B處接地，所以在用戶的中性線16a上將呈現(xiàn)全供電電壓(240伏)。因此，負載24兩端呈現(xiàn)的電壓將是240伏且電流按照箭頭的方向流動，而且地連接22兩端的電壓也將是240伏，從而導致電流如圖所示地流向接地。因此這樣的反轉(zhuǎn)極性連接可能將240伏引入用戶的地連接22，從而引起極其有害和可能致命的狀況。另一可能的有害故障狀況是斷線的中性連接16或16a，這迫使所有負載電流流過用戶的接地而不是中性連接。在這樣的故障的情況下，用戶可能不會注意到任何用電差異，而且現(xiàn)有的電表將不會檢測到此故障狀況。新的電子電表在中性線16a上設置有第二電流線圈26 (圖4)。此電流線圈的目的是檢測竊電，而且用來確保有效線14上的電流大于中性線16上的電流。新計量表還包括有效線14上的接觸器開關27。此接觸器開關27能由供電公司遠程操作，以在檢測到故障狀況時、檢測到欺詐行為時、或要求配電公司斷開用戶時遠程斷開對房屋的供電。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，電表12在中性線16a中設置有第二接觸器開關28。第二接觸器開關28優(yōu)選地可遠程操作，不過它也可以是在檢測到極性反轉(zhuǎn)狀況時啟動的開關，在檢測到極性反轉(zhuǎn)狀況時必須將有效供電從用戶的中性線16a斷開。利用圖4中所示的變體，當用戶第一次連接至供電時，在初始“啟動”期間可檢測到極性反轉(zhuǎn)連接。如圖5所示，該測試涉及打開有效接觸器開關27，并利用第二電流線圈26檢查中性線16a中電流的存在。如果檢測到電流，則表明存在極性反轉(zhuǎn)連接，且第二接觸器開關28立即打開以將用戶房屋從供電系統(tǒng)完全斷開。當然，如果無電流流過第二電流線圈26，則不存在極性反轉(zhuǎn)。應當理解的是，當存在極性反轉(zhuǎn)狀況時，來自有效供電的電力直接流向用戶的中性線16a并流過用戶的地線22。雖然檢測極性反轉(zhuǎn)狀況的此方法簡單且容易實現(xiàn)，但它不具有檢測中性線16和16a或用戶地線22的完整性的能力。因此，設計了用來在活動電力連接的情況下實時檢測此類故障狀況的第二種方法。該方法將能檢測極性反轉(zhuǎn)；中性線斷線；用戶地線斷線；LV供電(連接的供電局側(cè))中有效線與中性線之間的短路；有效線與地線之間的短路。該方法涉及比較有效線14上的電流與中性線16a上的電流之比。如圖6所示，而且注意在以下描述中建模的電路特性演示了處于正循環(huán)的交流輸入電壓，不過其結(jié)果對全循環(huán)交流輸入也有效，供電電壓源31向用戶房屋提供標準的240伏。在接觸器開關27和28閉合的情況下，測量并比較流過電流線圈18和26的電流。在正常極性期間，中性電流將始終小于有效線上的電流。這是因為小百分比的電流將始終通過用戶的地線返回。因此，電流比1 /\小于I。如果存在極性反轉(zhuǎn)故障狀況，則中性線16a上的輸入電流將在地線與有效線14之間分流。因此，中性線16a上的電流將始終大于有效線14上的電流。因此，比例^/^大于I。當系統(tǒng)上存在中性線斷線狀況時，有效導線14上的全部輸入電流將通過用戶的地線22流出用戶的敷設裝置。因此，無電流通過用戶的中性線流出，且電流比In/Ia將等于零。在用戶地線斷線的故障狀況下，在正常連接極性的情況下，有效線14上的所有輸入電流將通過中性線16a流出，因此電流比In/Ia將等于I。在極性反轉(zhuǎn)故障狀況期間用戶地線斷線的故障狀況下，中性線16a上的所有輸入電流將通過用戶的有效線14流出，因此電流比1 /\也將等于I。由電流比I指示的兩種用戶地線斷線故障狀況都需要立即調(diào)查，而且可通過接觸器開關27和28中的任一個或兩個的遠程激活來斷開用戶供電，直到調(diào)查確定并校正故障狀況。(還可在計量表上示出可視指示器)。在包括有效線14與中性線16之間的短路的故障狀況時，在用戶計量表12的上游，供電電流的絕大部分將通過中性線16a返回，而小部分將通過用戶地線返回。這將迫使中性線上的電流按照相反的方向流過中性線上的用戶計量表。將沒有電流流過計量表的有效線14，因此電流比將是負無窮。在包括供電局的LV進戶線上有效線與地線之間的短路的故障情況下，在用戶計量表12的上游，供電電流 的絕大部分將通過中性線返回，而小部分將通過用戶地線22返回。這將迫使中性線上的電流按照正方向流過中性線上的計量表，而將無電流流過計量表的有效線14。因此電流比將等于無窮。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，根據(jù)電路的特性，當它顯示出其中性線完整性可被估定為其電阻接近I歐姆(最大允許電阻)時，可使用高級電流比測試。參考圖6，將可以看出的是，當中性線16a的電阻從O增大至無窮，電流比將從I減小至O。因此，在此范圍中的某些點處，當中性線電阻值等于I歐姆時，可確定特定的比例。然而，用戶的接地連接22不是固定值，而且可能在約5歐姆與70歐姆之間變化。需要注意的是，為滿足用電標準的要求，用戶地線電阻應當小于70歐姆而且中性線電阻應當小于I歐姆?；谕寥罓顩r，假定用戶地線電阻始終大于5歐姆。為了從數(shù)學上解決此問題，必須使用卡森方程。卡森方程對具有通過地面的返回路徑的長的平行架空導線建模。由于電流通過地面行進的高阻抗，電流的絕大部分被迫通過中性線返回。 卡森方程在數(shù)學上對此情況建模。簡化的卡森方程圖7示出簡化的卡森方程示圖。利用圖7，假定導線q是地線，可使用卡森方程來求解上述平行線。
權利要求
1.一種檢查被供電的用戶房屋中的供電和返回線導通狀況的方法，包括以下步驟 在預定時間測量有效線中的電流； 在預定時間測量有效線和中性線或接地導體之間的供電電壓； 在開關事件之后測量所述有效線中的電流； 并且在預定時間及所述開關事件之后測得的電流之差超過已知基準的情況下，測量所述開關事件之后有效線和中性線或接地導體之間的供電電壓； 接著，利用在所述預定時間及所述開關事件之后測得的有效線和中性線或接地導體之間的電壓確定用戶房屋中的回線阻抗；以及 利用所確定的回線阻抗的值來指示供電及返回線導體的狀況。
2.如權利要求1所述的方法，其中確定回線阻抗的步驟涉及利用在預定時間及所述開關事件之后所測得的電壓的比率，以及利用包含在所述開關事件中的阻抗的已知值。
3.如權利要求1所述的方法，其中確定回線阻抗的步驟包括利用在預定時間測得的電壓及所述開關事件之后測得的電壓之差與在預定時間及所述開關事件之后測得的電流之差的比率。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述開關事件是增加或去除負載。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述開關事件是開關開啟或關閉所述用戶房屋中的設備。
6.如權利要求1所述的方法，其中利用所確定的回線阻抗的值來指示有效線和中性線中每一個的狀況的步驟包括 利用大于閾值的所確定的回線阻抗的值來指示“中性線退化故障”； 利用大于閾值的所確定的回線阻抗的值來指示“有效線退化故障”；以及 利用將小于閾值的所確定的回線阻抗的值來指示“系統(tǒng)正常”。
7.如權利要求1所述的方法，還包括在預定時間和開關事件之后測量中性線的電流。
8.如權利要求1所述的方法，還包括存儲供電/電表電壓和有效線及中性線電流的歷史數(shù)據(jù)。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述用戶的電表沒有斷線。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述方法是實時執(zhí)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及供電監(jiān)控系統(tǒng)，記載了一種用于檢測與對用戶的交流供電相關聯(lián)的預定故障狀況的方法，該供電具有有效線與中性線，其中中性線接地。該方法包括提供與有效線相關聯(lián)的第一電流檢測器；提供與中性線相關聯(lián)的第二電流檢測器；提供電壓檢測器以檢測有效線與中性線之間的電壓；以及檢查中性電流與有效電流的電流比，藉此該電流比指示預定故障狀況。還公開了一種檢查被供電的用戶房屋中的有效和中性供電線的狀況的方法，包括確定有效線的阻抗與中性線的阻抗以指示有效線與中性線中的每一個的狀況。
文檔編號G01R31/02GK103048578SQ20121021914
公開日2013年4月17日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權日2006年11月24日
發(fā)明者K·N·愛德華茲 申請人:杰米那資產(chǎn)管理(6)有限公司