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專利名稱：檢測電路故障的系統(tǒng)、設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與電路安全領(lǐng)域相關(guān)，尤其與電線系統(tǒng)及連接電器內(nèi)故障早期、手工或自動檢測的系統(tǒng)和方法相關(guān)。
背景技術(shù)：
幾乎所有電器都有一個保險絲及/或斷路器的系統(tǒng)，從而在出現(xiàn)電路故障時切斷電流供應(yīng)。這些設(shè)備通過監(jiān)測過量電流或其他與電流相關(guān)的現(xiàn)象來實現(xiàn)操作，這些現(xiàn)象典型包括短路、負(fù)荷連接或斷開、線路短暫松脫或其他電路故障。(例如，電弧故障斷流器檢測電弧故障引起的電流變化，而接地故障斷流器對輸入電流和輸出電流進行比較檢測。)盡管現(xiàn)代化的建筑及其他設(shè)施均安裝了現(xiàn)代化的電路火災(zāi)預(yù)防設(shè)備，電器負(fù)荷的不適當(dāng)電流供應(yīng)仍很常見，且是嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。比如，根據(jù)美國消防局的統(tǒng)計，近年來家庭電路問題引起的火災(zāi)每年達(dá)9萬起，造成700人死亡及7億美元的財產(chǎn)損失。這些火災(zāi)的原因是線路故障、與線路連接的電器故障、線路連接本身的故障或者電流和電器負(fù)荷之間電力系統(tǒng)其他部分的故障。這些電路故障可能是間歇性的或固定的，導(dǎo)致電器負(fù)荷運行的間歇性故障或運行的終止。
許多電路火災(zāi)的直接原因就是導(dǎo)致導(dǎo)線溫度激劇升高的電路故障。導(dǎo)線消耗的電流與通過導(dǎo)體的電流和電壓成一定比例。
公知的技術(shù)是對特定電器消耗的電壓和電流進行測量，從而得出用戶消耗的總電量，并據(jù)此收費。近年來，不少人試圖實現(xiàn)電路故障的早期檢測。現(xiàn)有電路火災(zāi)安全設(shè)備包括保險絲、斷路器和電電弧故障斷路器。保險絲為一段電線，設(shè)計在電流超過預(yù)設(shè)值時熔斷，從而斷開其連接的電路。斷路器也是檢測通過的電流是否超過預(yù)設(shè)值。電弧斷路器除檢測通過的電流是否超過預(yù)設(shè)值外，還檢測通過的電流，以發(fā)現(xiàn)標(biāo)示電弧故障的電流及/或電壓變化。然而，這些設(shè)備的設(shè)計將整個電路所有的電阻或阻抗作為相同的電阻來對待，因此不能顯示每個導(dǎo)體、電阻、電容器、線圈和電路其他組成部分所消耗的電能。另外，設(shè)備內(nèi)線路老化導(dǎo)致耗電的“寄生”電阻出現(xiàn)。現(xiàn)有安全設(shè)備不能檢測合理負(fù)荷和寄生電阻負(fù)荷之間的耗電率。在一些情況下，寄生電阻成了電流限制器，可阻止設(shè)備電路中的電流超過電路使用的保險絲熔斷或斷路器的預(yù)設(shè)值，。低電阻的負(fù)荷電器(如直流電阻非常低的機械馬達(dá))出現(xiàn)這種情況比較常見。這種情況還見于設(shè)備出現(xiàn)短路的線路故障，由于與寄生電阻的串聯(lián)限制短路中的電流超過電路使用的保險絲熔斷或斷路器的預(yù)設(shè)值，。
在其他一些情況中，寄生電阻本身的溫度升高，從而引發(fā)火災(zāi)。這種情況常見于“純電阻”負(fù)荷的電器，如烤爐。作為整個電路一部分的寄生電阻比率的升高導(dǎo)致寄生電阻消耗的電能占整個電路消耗的電能的比例增加。電器系統(tǒng)中寄生負(fù)荷的溫度的大幅升高可引發(fā)火災(zāi)。
在有些設(shè)備中，檢測由合金導(dǎo)體完成，在通過的電流超過預(yù)設(shè)值時，該導(dǎo)體彎曲并切斷電流。在其他一些設(shè)備中，檢測由一個可產(chǎn)生電磁的電磁體完成，其產(chǎn)生的電磁與通過的電流成一定比例。電磁的出現(xiàn)將影響到設(shè)備的機械連接，從而切斷負(fù)荷電器的電流。安全設(shè)備的運行在電路內(nèi)完成，其與相應(yīng)的負(fù)荷串聯(lián)。這樣，安全設(shè)備本身要消耗通過安全設(shè)備的電流，引起安全設(shè)備本身的溫度升高并出現(xiàn)其他不利的情況，如導(dǎo)體的腐蝕、碳化，安全設(shè)備各不同部件的機械變形。因此，安全設(shè)備檢測電流故障的能力將受到很大的影響。
另外，設(shè)備中采用了不同的電路故障檢測，在進行安全維護時或類似情況下，這些檢測會被疑為電路故障或位置不能確定的故障顯示。這些檢測包括線路、開關(guān)及其他設(shè)備的紅外線投影。其他檢測還有線路或電路故障的超音速檢測。然而，這些檢測需要特殊的設(shè)備，其不作為被檢設(shè)備的一部分長期運行。因此，只有當(dāng)安裝了特殊的檢測設(shè)備時，才能檢測電器出現(xiàn)的故障。
其他技術(shù)包括通過測量電流檢測電路故障的設(shè)備。這些設(shè)備包括檢測線路電弧的AFCI(電弧故障斷路器)，ELCI(設(shè)備漏電斷路器)、GFCI(接地故障斷路器，其監(jiān)測電路中的電流，如電路流入的量與回流的量有差異，則切斷電源)、LCDI(漏電檢測及斷路器，則作為電源插頭的一部分安裝)、ALCI(電器漏電斷路器，其為電器本身的一部分運行)、IDCI(浸入檢測斷路器，其檢測電器(如吹風(fēng)機)的浸水情況)。
本說明書列為參考的在先技術(shù)包括美國專利第6,445,188號，揭示了一種智能型、自我檢測的交流電插頭，裝配有電流和電壓感應(yīng)器。這種插頭包括一個微型電路板，電路板上有轉(zhuǎn)換的電流供應(yīng)，微型控制單元和外面板。根據(jù)電壓和電流感應(yīng)器顯示的組合讀數(shù)，微型控制單元上運行的嵌入程序可確定負(fù)荷設(shè)備的耗電量。這種插頭可與特殊的面板連接器連接，從而實現(xiàn)與計算機的數(shù)據(jù)交換。這種面板可容許幾個插頭設(shè)備與同一中央讀數(shù)器的聯(lián)接。
在先技術(shù)的另一例是美國專利第5,315,236號，描述了一種電流計，其插入電插座，其本身帶有一個供電器插頭插入的插座。另外一種備選的方式是這種電流計可作為墻用電開關(guān)或電插座的一部分。美國專利第5,869,960號描述了一種類似的設(shè)備。其他與電壓檢測和電源監(jiān)測相關(guān)的文獻(xiàn)包括美國專利第4,672,555，4,858,141，4,884,022及5,196,982號。這些公開的專利在此列為參考。
上述所有在先技術(shù)的基本缺陷之一就是事后操作。換句話說，它們只是在故障已經(jīng)出現(xiàn)后才能檢測到故障。在很多情況下，對于防止火災(zāi)的實際發(fā)生已經(jīng)太晚了。
本發(fā)明采用一種預(yù)見性的方法防止危害。本發(fā)明檢測導(dǎo)致電路出現(xiàn)不合理電壓降的狀況的前提條件，即發(fā)熱和閃光。在配電系統(tǒng)正常工作時，電壓的故障性下降是顯示故障存在的唯一標(biāo)志，而本發(fā)明在這一步驟即可進行監(jiān)測。另外，本發(fā)明可以檢測斷路器、AFCI或其他同類設(shè)備沒有斷路的時間。這些設(shè)備長時間沒有斷路可能就是安全設(shè)備內(nèi)部接點的碳化及微焊的標(biāo)志。
在先技術(shù)的另一缺陷是它們都是以電流檢測為基礎(chǔ)的設(shè)備。以檢測電流為基礎(chǔ)的安全設(shè)備的缺陷在于電路中寄生電阻作為電流限制器，從而阻止安全設(shè)備的跳闡-即便在原負(fù)荷電器出現(xiàn)短路的情況下。出現(xiàn)這種情況的原因是安全設(shè)備檢測的是串聯(lián)的寄生電阻和原始負(fù)荷電器的共用電流。
以電流檢測為基礎(chǔ)的保護電路的假設(shè)前提是故障電路會顯示“短路”保護，而沒有考慮寄生電阻。其使用的術(shù)語-僅檢測短路-也突顯了這些設(shè)備的作用有限。
現(xiàn)有安全設(shè)備是以電流來標(biāo)稱的，而不是電壓降百分比或絕對電壓，表明了這些安全設(shè)備僅檢測電流。
電流檢測和電壓檢測的另一區(qū)別是電流檢測只有在電流超過預(yù)設(shè)值時才能檢測到故障，而電壓檢測可在電壓太低，而不是太高時檢測到故障。
尤其應(yīng)該注意的是沒有哪種現(xiàn)有技術(shù)是通過檢測設(shè)備內(nèi)與負(fù)荷并聯(lián)的電壓來實現(xiàn)電路系統(tǒng)內(nèi)故障的早期檢測。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種通過監(jiān)測本地電壓水平(與負(fù)荷電器并聯(lián))及監(jiān)測相關(guān)設(shè)施電路中一點或多點的電流不間斷性，實現(xiàn)電器電路故障的早期及自動檢測的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的是進一步確定最可能出現(xiàn)的電路故障的類型和具體位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種監(jiān)測本地電壓水平及家庭、公司、車輛、飛機或輪船等設(shè)施電路中一點或多點的電流不間斷性的系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)電器電路故障的早期及自動檢測的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。(就本發(fā)明申請及其權(quán)利要求而言，電路系統(tǒng)應(yīng)理解為包括固定線路、如設(shè)施墻體、天花板及地板內(nèi)布線、固定導(dǎo)電設(shè)備及系統(tǒng)供電的可拆卸線路及電路。)。通過對本地電壓的測量和跟蹤及對電流存在的不間斷性測量，系統(tǒng)能夠檢測到線路、導(dǎo)電設(shè)備或由電路系統(tǒng)供電的電器內(nèi)顯示出現(xiàn)故障的變化和狀況。在很多情況下，這種電壓變化或電流的中斷能提供比現(xiàn)有技術(shù)更為可靠的故障跡象及更具預(yù)見性的警告。
根據(jù)本發(fā)明的首選實施例，感應(yīng)裝置設(shè)計用來檢測該裝置持續(xù)通過后的電壓水平并通過計算交流電周期次數(shù)來測量電流存在的不間斷性。感應(yīng)裝置安裝在設(shè)施電路上不同的位置。
典型感應(yīng)裝置的設(shè)計似于插頭轉(zhuǎn)換器，插在電力設(shè)備不同部分的電源插頭及電源插座之間。另外，本地電壓水平及/或電流不間斷性測量裝置可選擇安裝在墻上開關(guān)或插座內(nèi)，或電源插頭內(nèi)，或電器的其他部分。
典型的本地感應(yīng)裝置將本地電壓及不間斷性測量的數(shù)據(jù)輸送到中央控制及監(jiān)測站。
可選擇為不同的感應(yīng)裝置配置一個或多個控制單元，或分布在設(shè)施內(nèi)。首選例中，本地感應(yīng)裝置和中央控制單元之間的通訊通過設(shè)施內(nèi)電線上的調(diào)制信號進行，從而不需要其他通訊網(wǎng)絡(luò)。也可選擇采用其他的通訊方式，如業(yè)內(nèi)公知的專用控制線、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)或無線通訊連接，如無線電頻率(RF)、紅外線(IR)或聲學(xué)連接。
上述通訊可同時包括一種以上的通訊方式，例如，紅外線和電線通訊一起使用。這樣可獲得更佳的通訊效果和范圍擴展。另外，通訊可在同樣的媒介上采用兩種不同的方法，如在電線上采用數(shù)字調(diào)制解調(diào)器和模擬調(diào)制信號。
中央控制站(或分布在各處的處理器)監(jiān)測接收到的與本地感應(yīng)裝置相連接的本地負(fù)荷的電壓數(shù)據(jù)。典型的情況下，處理器對電壓數(shù)據(jù)與未負(fù)荷的參照電壓值進行對比，后者由中央控制站或電力干線進入設(shè)施的接點附近的另一本地感應(yīng)裝置進行測量。參照電壓值也可選擇由外部來源提供，如供電公司。另外，處理單元可分析本地感應(yīng)裝置檢測到的之前數(shù)據(jù)，確定期望的電壓值，從而以其為參照值進行計算，不管是否有其他設(shè)備的參照電壓值。根據(jù)本發(fā)明的另一選擇是參照電壓在干線進入設(shè)施的接點處進行測量，如房屋、辦公室或工廠的配電箱。
在直流電(DC)的情況下，參照值為電壓值；在交流電(AC)的情況下，參照值為一矢量，即振幅和相位標(biāo)稱的組合。在交流電系統(tǒng)中，參照值可能因時而變，因為感應(yīng)裝置檢測到的電壓也是因時而變。通過對電壓及電流不間斷性的數(shù)據(jù)和參照值及/或檢測及計算出的其他數(shù)值進行比較，處理單元可檢測到故障的存在，并區(qū)分實際的電壓故障和干線電壓的波動及某些電器正常工作時出現(xiàn)的負(fù)荷變化。在首選例中，能夠識別故障在電路中發(fā)展或發(fā)生的位置。另外一種供選擇的實施例中，即便在沒有參照電壓值的情況，某些故障狀態(tài)仍可被檢測到。這種情況通常發(fā)生在檢測或計算出的值大大超過了可容許的最大或最小值。
提供的處理單元可存儲數(shù)據(jù)和檢測的數(shù)值并同時進行計算。這些計算包括積分、平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)、根的均方差(RMS)計算，瞬間及/或長期期望電壓水平的比較和計算、及/或其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算、識別電路故障所需的數(shù)據(jù)處理。瞬間及/或長期期望電壓水平可由電壓控制振蕩器(VCO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)提供。計算可包括負(fù)荷電器線路中的電壓降-以期望輸入電壓的百分比表示。例如，可通過對完整的交流電周期的期望電壓的絕對值進行積分計算、對瞬間檢測電壓和瞬間期望電壓之間的差進行積分計算，并以期望值的積分計算結(jié)果除以電壓差積分計算的結(jié)果而得出。
這些計算還可包括對總諧波失真(THD)的計算，該數(shù)據(jù)代表了檢測到的信號與電路純正弦波之間的失真狀況。THD的檢測結(jié)果可顯示干線信號什么時候出現(xiàn)噪音。
上述計算結(jié)果-相對于純正弦波的失真百分比及/或THD計算結(jié)果-可用來確定電壓控制振蕩器(VCO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)運行作為參照信號的時間點-因此其運行情況將跟蹤設(shè)施供電干線信號。
在VCO或NCO沒有正確設(shè)定的情況下，系統(tǒng)將不再用其計算參照電壓瞬間值。
此外，處理單元可分析感應(yīng)裝置持續(xù)通電后的時間或交流電周期。處理單元對電流不間斷性的信息與其他感應(yīng)裝置的信息或存儲在穩(wěn)定內(nèi)存內(nèi)的數(shù)據(jù)進行比較。另外，處理單元可包括一個本地電源，如電池或電容器，以便不依賴外部電源即可檢測外部電源的中斷。處理單元可將檢測或計算出的數(shù)值以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示，供相關(guān)人員在設(shè)施或部分設(shè)施內(nèi)觀察。這些數(shù)值可用數(shù)字、波形、發(fā)光二極管、發(fā)光條或類似方式顯示出來，以便相關(guān)人員對參數(shù)進行觀察。另外，處理單元可選擇將這些測量或計算出的數(shù)值傳輸?shù)狡渌娖魃稀?br> 此外，采用一種可以顯示測量及/或計算出的數(shù)值并供相關(guān)人員對其分析的裝置也是可行的。這種裝置可制造成不需要任何通訊媒介，因此成本低廉，且易于操作和安裝。這種裝置(不管是否帶有通訊媒介)在普通運行時可測量從干線電流供應(yīng)到測量位置處的干線電壓降的百分比。需要強調(diào)的是，目前市場上的此類系統(tǒng)只有在裝配有與干線相連的控制負(fù)荷時才可測量電壓降。本發(fā)明在普通運行模式中能夠測量電網(wǎng)上的電壓降。此外，本發(fā)明可替代紅外線檢測對干線線路的發(fā)熱接點進行檢測。紅外線熱檢測設(shè)備非常昂貴，且只能檢測可拍照部位的故障，最重要的是，這種設(shè)備要求故障必須在對疑點部位拍照時發(fā)生。因此，如果故障在不能拍照的部位發(fā)生，或者干線不能進行熱拍照，紅外線熱檢測就不能檢測到故障狀況。本發(fā)明使用的設(shè)備可作為線路系統(tǒng)的一部分安裝-甚至作為其不可分隔的一部分安裝，便于長期使用，并通過在電網(wǎng)上分析電壓降檢測發(fā)熱相關(guān)的故障。
本發(fā)明可顯示參照信號的波形，參照信號可在電源干線與實測信號進行比較。這種顯示的數(shù)據(jù)可以讓相關(guān)人員觀察實測信號描述的狀態(tài)是否可以接受。需要強調(diào)的是雖然這種信號檢測已在電訊業(yè)應(yīng)用，但在電力行業(yè)仍然是新穎的概念。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以為帶有干線電源的設(shè)施提供一種電路系統(tǒng)的故障檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個安裝在可能負(fù)荷鄰近的檢測電壓水平及/或電流不間斷性的感應(yīng)裝置(上述可能負(fù)荷從電路系統(tǒng)接受電源供應(yīng))、至少一個分析電壓及電流不間斷性的處理單元(或供人工控制的顯示單元)，以在已知的數(shù)值范圍和歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上檢測故障。
在一個已揭示的實施例中，本地感應(yīng)裝置被適配于各種負(fù)荷電器的電源插座。典型的情況下，至少一個本地感應(yīng)裝置包括一個插頭適配器(其包括插座，以接受各種電器的電源插頭)、插頭(與插座相連接并可插入到電源插座。)、電壓感應(yīng)裝置(連接用來測量插座和插頭之間的電壓以及每個感應(yīng)裝置連續(xù)通電后的時間(或交流電周期)。
作為本發(fā)明的一個特征，每個本地感應(yīng)裝置包括一個通訊界面，以保持與系統(tǒng)其他部分的通訊。在首選例中，通訊界面適配用來在本地感應(yīng)裝置和其他處理或感應(yīng)裝置之間傳送數(shù)據(jù)，而這種通訊由電路系統(tǒng)上的電線的調(diào)制信號完成。
本發(fā)明的一個實施例中，每個(或至少部分)本地感應(yīng)裝置可包括一個斷路器，當(dāng)處理器檢測到故障時，其可切斷各電器的電源。可選擇使用一個發(fā)生接地故障的繼電器。在有接電故障斷路器的設(shè)施內(nèi)，繼電器可發(fā)揮作用。有目的激發(fā)的這種接地故障斷路器可引發(fā)接地故障斷路器跳闡-并切斷設(shè)施的大部分甚至全部電源。這種在故障檢測中的切斷電源機制成本較低且能實現(xiàn)比斷開電器本身的電源更佳的防火作用。
在有些實施例中，系統(tǒng)包括一個參照感應(yīng)裝置，其用來測量設(shè)施的供應(yīng)電壓的參照值。典型情況下，參照感應(yīng)裝置連接在電路上，測量電路干線進入設(shè)施的接點鄰近處的參照感應(yīng)裝置。
不同的處理單元可配置至少一個本地感應(yīng)裝置，或包括在一個中央控制單元內(nèi)，其用來從安裝在設(shè)施不同位置的本地感應(yīng)裝置接收本地檢測值。
作為本發(fā)明的一個特征，處理器設(shè)計用來比較本地檢測值和計算的參照值，以辨別電路故障-故障發(fā)生在設(shè)施內(nèi)部還是外部。處理器還設(shè)計用來確定故障在系統(tǒng)內(nèi)的位置。處理單元還可附加或選擇性地設(shè)計用來依照每個本地感應(yīng)裝置識別電壓水平和不間斷性檢測值的正常運行模式，并根據(jù)本地檢測值相對于正常運行模式的偏差檢測故障。典型情況下，處理單元設(shè)計用來在系統(tǒng)識別步驟識別正常運行模式，并根據(jù)電流不間斷性監(jiān)測階段中出現(xiàn)的故障檢測電路系統(tǒng)內(nèi)的故障。經(jīng)識別的正常運行參數(shù)通過頻率、振幅和相位來控制電壓控制振蕩器(VCO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)，這樣干線電流供應(yīng)的瞬間期望值可從VCO或NCO獲得。
根據(jù)本發(fā)明的實施例還提供一種監(jiān)測設(shè)施電路系統(tǒng)的方法，該方法包括將每個本地感應(yīng)裝置在各負(fù)荷電器與供電的電路系統(tǒng)接點鄰近處與電路系統(tǒng)相連接，利用本地感應(yīng)裝置測量每個負(fù)荷電器的本地電壓和電流不間斷性；計算參照值；提供設(shè)施供電電壓的參照測量值；通過一個或多個通訊媒介將至少一個本地測量值和計算或測量的參照值傳送到處理單元，以便于檢測電路系統(tǒng)中的故障。
參照值測量的實施可包括將一個參照電壓感應(yīng)裝置安裝在電力干線進入設(shè)施的接點鄰近處，或者包括在設(shè)施外的干線上測量參照電壓。
參照測量的實施還可包括從設(shè)施內(nèi)任何其他的類似不間斷通裝置上獲得電力不間斷性信息或從設(shè)施外部的不間斷通電裝置獲得上述信息。
本發(fā)明實施例中，傳送至少一個本地測量值及參照測量值包括從電路系統(tǒng)的電線上通過調(diào)制信號傳送、通過無線媒介傳送、通過數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)傳送、通過紅外線傳送或者聲學(xué)媒介傳送。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，測量及/或計算出的數(shù)值可通過直接模擬調(diào)制或數(shù)字調(diào)制信號傳送。首選例中，調(diào)制方法簡易，便于接收過程中的解調(diào)。例如電線上正弦波的頻率調(diào)制(FM)可使得幾個檢測裝置能夠傳送包含每個感應(yīng)裝置檢測到的電壓信息。調(diào)制可根據(jù)檢測到的電壓和統(tǒng)一編碼進行-這樣其他裝置就可識別傳送的信息。需要注意的是FM是比振幅調(diào)制更佳的調(diào)制方法，因為FM的頻率不受線路衰減的影響，而基于不同振幅的振幅調(diào)制受線路衰減的影響很大。
同樣地，不間斷性信息也可通過通訊媒介進行傳送。數(shù)字調(diào)制解調(diào)器信息的傳送或直接調(diào)制的模擬信號不一定要不間斷進行。為了使其他裝置能夠使用通訊媒介，信息的傳送可以是間歇性的，或者在累積的變化超過預(yù)設(shè)的門檻時傳送。


通過一個首選實施例下述的附圖，將更好地理解本發(fā)明的特點和優(yōu)點。
圖1描述本發(fā)明首選實施例的系統(tǒng)的執(zhí)行，圖為一個典型房屋內(nèi)的電路系統(tǒng)；圖2本發(fā)明系統(tǒng)的圖示；圖3本發(fā)明第一實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示；圖4本發(fā)明第二實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示；圖5本發(fā)明第三實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示；圖6本發(fā)明本地感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7本發(fā)明中斷路器的運行圖示；圖8本發(fā)明首選實施例中中央控制單元與電壓水平相關(guān)的運行流程圖；圖9本發(fā)明首選實施例中中央控制單元與不間斷性測量值相關(guān)的運行流程圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)提供線路系統(tǒng)及/或與系統(tǒng)相連接的負(fù)荷電器上故障的早期、人工及/或自動檢測。系統(tǒng)可以單個設(shè)備實現(xiàn)，進行本地檢測，或者可由一個系統(tǒng)實現(xiàn)，對一組線路系統(tǒng)和與系統(tǒng)相連的負(fù)荷電器進行檢測。早期的檢測不必立即將系統(tǒng)從主要供電系統(tǒng)斷開。本系統(tǒng)可實現(xiàn)對房屋、公司、車輛、飛機或輪船等設(shè)施的一點或多點持續(xù)通電后本地電壓水平及電流不間斷性的監(jiān)測。通過測量和跟蹤本地電壓和電流存在不間斷性的變化，系統(tǒng)能夠檢測到線路、導(dǎo)電設(shè)備或由線路供電的電器中顯示故障存在變化和狀況。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個首選實施例在一個典型房屋電路系統(tǒng)上的運行。雖然本圖顯示的是一個房屋，但不能限制本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明還可實施于其他類似的設(shè)施，如公司、公共建筑、汽車、飛機、輪船和卡車。主供電24，如外部電線，為房屋20供電。電源提供給緊鄰房屋的保險絲盒26。保險絲盒包括保險絲、斷路器及電壓和電流不間斷性感應(yīng)裝置。電源通過線路分配給房屋內(nèi)不同的墻上插座28。墻上插座與各種不同的電器相連接，而電器具有以下不同的負(fù)荷特征加熱和照明設(shè)備，如電爐30和燈32，具有電阻負(fù)荷特征。帶有馬達(dá)的電器，如冰箱34，具有電感負(fù)荷特征。電子設(shè)備，如電腦36，典型情況下都有內(nèi)置變壓器，因此具有不同的電感負(fù)荷。
本系統(tǒng)包括本地感應(yīng)裝置46(見圖2)，其設(shè)計用來對每個墻上插座附近的交流電電壓水平實施不間斷性的監(jiān)測，并將調(diào)制信號傳送到中央控制單元38，從而提供房屋內(nèi)不同電器的運行信息。典型的感應(yīng)裝置制造成插頭適配器，其插在不同電器的插頭和為這些插頭供電的插座之間。這些感應(yīng)裝置可裝置于線路系統(tǒng)的其他位置(如，墻上插座、開關(guān)及接線盒內(nèi))，或者直接裝置于電器內(nèi)。調(diào)制信號采用業(yè)內(nèi)公知的電線通訊方法通過電線本身傳送到中央控制單元。本地感應(yīng)裝置可選擇采用業(yè)內(nèi)公知的其他技術(shù)實現(xiàn)與中央控制單元的通訊，如專用線、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)、無線電頻率通訊(RF)、紅外線(IR)或聲學(xué)連接。中央控制單元接收本地感應(yīng)裝置交流電電壓水平的變化信息，并將其與參照值進行比較分析。上述參照值與主供電24最初提供的電壓相對應(yīng)。在直流電(DC)的情況下，參照值為電壓值；在交流電(AC)的情況下，參照值為振幅、相位和頻率數(shù)據(jù)的組合。當(dāng)中央控制單元檢測到本地感應(yīng)裝置的電壓數(shù)據(jù)相對于參照值的不正常變化，中控單元通過發(fā)警報向系統(tǒng)通報，可通過啟動保險絲盒或電器內(nèi)的斷路器切斷相應(yīng)線路供電的電壓。此外，根據(jù)本發(fā)明，中央控制單元設(shè)計用來檢測系統(tǒng)內(nèi)的故障，而不需依賴上述參照值。在沒有原始電壓樣值的情況下，這種電路故障檢測的設(shè)計是非常重要的。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。主線路45提供交流電(～)，及中性線連接(0)。交流電通過分配給保險絲盒26和不同的負(fù)荷44，每個負(fù)荷由不同的電器產(chǎn)生(如電爐、冰箱、燈、電腦等)。保險絲盒是一個包括主斷路器42的電路，同時包括一組并聯(lián)的分支。每個分支包括一個斷路器40，與主斷路器串聯(lián)。提議的系統(tǒng)基于單交流電相位。然而，也可提供多交流電相位。
每個感應(yīng)裝置安裝于不同負(fù)荷46的鄰近位置，與每個負(fù)荷并聯(lián)，通過程序控制將相關(guān)交流電電壓值的調(diào)制信號向中央控制單元38傳送。這種傳送可以是不間斷，也可是間歇性的，或者在變化累積到預(yù)設(shè)值時傳送。
線路的設(shè)計電阻很低，因此每個負(fù)荷的電阻要大大高于線路。這樣，感應(yīng)裝置可以檢測到僅比參照感應(yīng)裝置48測量到的參照值稍低的本地負(fù)荷電壓。
引發(fā)感應(yīng)裝置檢測到的電壓大幅下降的原因有多種。這些原因包括短路、降低負(fù)荷電阻有效性的其他故障、導(dǎo)致線路電阻增大的接線松開或其他線路故障或者主供電的獨立電壓降。本地負(fù)荷電壓出現(xiàn)的意外升高，不管是快速升高還是逐漸升高，也可能表明存在電路故障。
中央控制單元對每個負(fù)荷44進行識別電阻性、電感性或電容性，最好是還能區(qū)分電感馬達(dá)線圈及變壓器線圈。該單元還識別每一負(fù)荷的正常工作模式，如加熱器、電爐及其他電器典型的開關(guān)周期，電感負(fù)荷開啟時通常出現(xiàn)的尖峰信號。
如上所述，中央控制單元對每個感應(yīng)裝置測量到電壓值，包括即時和以前的數(shù)據(jù)進行跟蹤和分析，并將這些數(shù)值與參照感應(yīng)裝置測量到的基準(zhǔn)電壓進行比較。
另外，中央控制單元設(shè)計用來在沒有測量電壓的的情況下，對每個感應(yīng)裝置的電流不間斷性的測量值進行分析，上述不間斷性的測量值(以時間或交流電周期表示)確定電源不間斷提供給每個感應(yīng)裝置和相應(yīng)負(fù)荷電器的時間，以檢測系統(tǒng)內(nèi)電力中斷的位置。一個特定感應(yīng)裝置的持續(xù)增大的測量值顯示該裝置獲得不間斷的供電。相反地，反復(fù)的重新開始的測量值顯示上述裝置的供電頻繁中斷。基于這些測量值，中央控制單元檢測到系統(tǒng)內(nèi)非故意的線路松脫，及負(fù)荷和感應(yīng)裝置無供電現(xiàn)象。例如，中央控制單元可檢測到由某個特定感應(yīng)裝置監(jiān)測的電器在一段時間內(nèi)未能持續(xù)運行。這一信息使中央控制單元能檢測到不能立即由不正常電壓變化反映出的危險狀況，如無人看管的電爐持續(xù)開著幾小時。為實現(xiàn)這一目的，中央控制單元38可包括一個通訊界面，與個人電腦或其他計算裝置相連接。這一界面使中央控制單元及感應(yīng)裝置46記錄下的數(shù)據(jù)能上載到電腦，完成進一步的處理、分析和顯示。因此，中央控制單元不僅能夠檢測到顯示負(fù)荷或線路上出現(xiàn)的故障，而且確定最有可能發(fā)生的故障的類型和具體位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，中央控制單元可使用一個由電源或電容器供電的計算器，以便在整個設(shè)施都沒供電的情況下計時。通過這種裝置，控制單元能夠區(qū)分設(shè)施內(nèi)線路松脫導(dǎo)致的斷電及主供電故障造成的斷電。
圖3為本發(fā)明第一實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示。插在交流電插頭52和墻上插座54之間的適配器50由第一組插座56組成，其插頭58插入電源插頭。這些插座通過適配器與第二組插座62連接，其插頭60插入墻上插座。感應(yīng)裝置46安裝在適配器的外殼內(nèi)，與第一組插座56及適配器的插頭60并聯(lián)。
本發(fā)明第一實施例的適配器的設(shè)計使得通過將該適配器插入設(shè)施內(nèi)適合的插座或與其連接即可簡單地在設(shè)施內(nèi)安裝提議的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，感應(yīng)裝置可檢測并聯(lián)的兩個點的電壓-一個是與插座56鄰近的點，另一個是與插頭60鄰近的點。尤其需要指出的是，插座56與插頭60之間的導(dǎo)線的電阻值較小。因此，當(dāng)負(fù)荷電器消耗電能時，通過該導(dǎo)線到負(fù)荷電器的電流出現(xiàn)小的電壓降。通過同時檢測兩個電壓-感應(yīng)裝置可檢測到通過的電流，感應(yīng)裝置可確定電流的方向。只有在沒有電流通過適配器時，插座56和插頭60測量到的電壓才會出現(xiàn)相似的數(shù)值。當(dāng)沒有電流通過適配器時，在適配器測量到的電壓應(yīng)該與進入設(shè)施的電壓，或至少與進入感應(yīng)裝置連接的干線分支的電壓更加接近。需要指出的是，插座56與插頭60之間的導(dǎo)線的電阻值不一定要求非常精確。感應(yīng)裝置通過區(qū)分通過導(dǎo)線的兩個不同的電壓降，能夠區(qū)分適配器已負(fù)荷或未負(fù)荷的狀態(tài)。
圖4為本發(fā)明第二實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示。根據(jù)第二實施例的感應(yīng)裝置安裝在交流電電源插頭70內(nèi)。
圖5為本發(fā)明第三實施例中本地感應(yīng)裝置運行的圖示。根據(jù)第三實施例的感應(yīng)裝置安裝在墻上插座74內(nèi)。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。交流電接線80和82與主線45連接。供電單元84從這些電線接受交流電，并產(chǎn)生直流電電壓，為電路其他部分供電。供電單元還包括一個本地電源94，其可以是電容器或其他任何種類的電池(可選擇用充電電池)，用來在電線供電中斷的情況下，獨立為特定的感應(yīng)裝置提供電源。
包括感應(yīng)裝置的電路還包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器86，以在電線80和82之間測量電壓，并將這些數(shù)據(jù)以數(shù)字信號向處理單元88傳送。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，感應(yīng)裝置以兩個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的形式出現(xiàn)，其可同時測量相位線(火線)和中性線(與地線相對)的電壓。不需要實施任一時刻的測量和確定電壓和相位的操作，這些測量值即可被接收，如頻率域的過濾或相位縮放。處理單元還可存儲信息和檢測到的數(shù)值，并隨時進行計算。這些計算包括積分、平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)、根的均方差(RMS)計算，及/或其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算及識別電路故障所需的數(shù)據(jù)處理。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，處理單元可包括數(shù)字控制振蕩器(NCO)或模擬振蕩器，用來不間斷地跟蹤主線進入設(shè)施處的期望電壓值。振蕩器的瞬間數(shù)值和負(fù)荷上測量到的瞬間電壓之間的差即為從干線進入點到感應(yīng)裝置的瞬間電壓降。對這些差絕對值的積分計算即得出一段時間內(nèi)線路從干線進入點到感應(yīng)裝置的電壓降。
不間斷性計時裝置92設(shè)計用來計算感應(yīng)裝置通電后的時間或交流電周期，當(dāng)電線45的供電出現(xiàn)中斷后，計時裝置重新開始計時。處理器對這些計時數(shù)據(jù)與從本系統(tǒng)的其他不間斷性計時裝置的數(shù)據(jù)進行比較，并通過通訊界面90傳送(附有獨特的識別碼)到控制單元38(見圖1)。上述程序可檢測特定的感應(yīng)裝置的不正常供電。一系列的重啟顯示線路的斷開，而持續(xù)的計數(shù)顯示線路無中斷。因此，采用這樣的計時器可以檢測與特定感應(yīng)裝置相關(guān)的電路故障。
另外，這種不間斷性裝置可包括幾個不同電源配置和重新設(shè)置方法的二級計時器。例如，一個計時器可用來在電線80和82出現(xiàn)供電中斷時重新開始計時，而另一個可用來計算感應(yīng)裝置的通電時間，不管電線是否有供電。此外，不間斷性計時裝置可使用一個由電池或電容器供電的計時器，來計算運行時間，而不需依賴主供電的電源。因此，處理器可以區(qū)分由電線暫時性的故障斷激活的計時器重新計時和感應(yīng)裝置斷開后有效的重新計時，或設(shè)施外部的供電故障。
本發(fā)明還可包括一個業(yè)內(nèi)公知的模擬調(diào)制電路，如電壓控制振蕩器(VCO)。通過VCO這種電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，控制單元38感應(yīng)主線45上的模擬調(diào)制信號(見圖1)，以確定感應(yīng)裝置是否有供電。
本地感應(yīng)裝置46的設(shè)計可包括一組功能模塊。然而，這種裝置也可以是單一半導(dǎo)體芯片或一組如下的兩個或三個芯片根據(jù)一個方案，處理器包括一個有限硬件指令的微型控制器，其激活微型控制器在固定時間間隙內(nèi)傳送電壓和計時數(shù)據(jù)給控制單元分析。
根據(jù)另一個方案，處理器包括一個微型處理器，對從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器86和不間斷性計時器92接收到的電壓和計時數(shù)據(jù)進行分析。微型處理器設(shè)計用來檢測電壓水平的不正常波動、及/或計時數(shù)據(jù)、及/或計算出的電壓降，同時將顯示可能存在電路故障的信號傳送給控制單元。
采用雙向通訊界面90，使特定的感應(yīng)裝置與其他感應(yīng)裝置實現(xiàn)通訊，每個處理器可實現(xiàn)本地操作并對所有所需的測量值進行分析。
另外，感應(yīng)裝置本身可包括一個簡單的用戶界面和一組警報器。因此，這種感應(yīng)裝置可完成檢測電路故障所需的電壓測量和不間斷性計時，這樣就完全不需要另外安裝一個控制單元。這一方案與將控制單元的功能分配到設(shè)施內(nèi)不同位置的方案相同，尤其是在參照值是在同時為多個設(shè)施供電的供電單元外的點獲得的情況下，這種方案很有用。
處理單元可設(shè)計為一個專用的處理芯片，一個帶附加裝置的專用處理芯片，作為業(yè)內(nèi)公知的ASIC或FPGA的一部分。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的斷路器的圖示。提議的適配器100包括第一組插座56和插頭60，一個感應(yīng)裝置102和內(nèi)部斷路器104。電路故障可由上述感應(yīng)裝置內(nèi)的微型處理器檢測，或由處理單元38檢測，并通過通訊界面指令感應(yīng)裝置斷開斷路器。
斷路器為安全裝置，包括一次性保險絲及/或開關(guān)。斷路器斷開后，可自動或人工重新設(shè)置。上述安全裝置設(shè)計用來斷開至少插座內(nèi)至少一根導(dǎo)線，以斷開與第二組插座60電線相連接的電路系統(tǒng)。另外，該裝置可用來在交流電線路(～)和設(shè)施的地線之間產(chǎn)生一個有意圖的連接。這一連接使接地故障斷路器(GFCI)跳闡，并將多個電器從電源斷開。
圖8和圖9為中央控制單元38的運行流程圖。如上所述，控制單元的部分或全部功能可選擇由本地感應(yīng)裝置46或102內(nèi)的處理器88來完成。因此，盡管圖8和圖9所示的功能由控制單元38完成，應(yīng)該可以理解到這些功能可以適當(dāng)?shù)姆绞皆诳刂茊卧捅镜馗袘?yīng)裝置的處理器之間進行分配。
圖8詳細(xì)描述了一個典型的檢測電壓及/或電壓降故障狀態(tài)的流程圖。在初始識別步驟110，控制單元從每個本地感應(yīng)裝置接收并監(jiān)測電壓或電壓降，以就每個本地感應(yīng)裝置建立起正常運行模式的信息。這一步驟可由用戶激活，例如通過控制單元的用戶界面，或者在電力系統(tǒng)中接入一個感應(yīng)裝置時自動激活，或在控制單元本身接入到電力系統(tǒng)時激活。這一步驟記錄的工作模式為線路45和負(fù)荷44在不存在故障的情況下的工作模式，盡管在這一初始步驟也可能檢測到包括非正常電壓在內(nèi)的故障。在110步驟，控制單元38記錄每個感應(yīng)裝置46的正常電壓降狀態(tài)，該正常狀態(tài)與本地測量到的電壓或在電力進入設(shè)施的接點附近的主參照感應(yīng)器48測量到的電壓相關(guān)。
在完成110步驟后，進入接收步驟112，控制單元38從感應(yīng)裝置46接收電壓或電壓降數(shù)據(jù)，而這些電壓或電壓降數(shù)據(jù)確定設(shè)施內(nèi)本地或遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置46讀出的相關(guān)數(shù)值。
在114步驟，這些電壓/電壓降數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以便于之后進行檢查或可能對在110步驟識別的模式進行修改。
在116步驟，控制單元比較實測的電壓或電壓降數(shù)據(jù)及參照電壓測量數(shù)據(jù)，以預(yù)先設(shè)定參照電壓的最大和最小限值。電壓限值確定特定設(shè)施供電線路的正常電壓范圍。如果任一實測電壓超出正常或容許的范圍，控制單元進行118步驟的操作。
118步驟檢查本地感應(yīng)裝置46的電壓值。這一步驟只在安裝了參照感應(yīng)裝置48(見圖2)的情況下才會進行。如果這些數(shù)值的升降與參照電壓的升降120相似，則控制單元可得出設(shè)施干線供電的輸入電壓有問題的結(jié)論。在這種情況下，控制單元可發(fā)出有聲或可視的警報。控制單元還可指令設(shè)施內(nèi)保險絲盒26或感應(yīng)裝置46斷開電路，以保護電器免受損害。在另一種情況122下，如在118步驟發(fā)現(xiàn)本地感應(yīng)裝置46的數(shù)據(jù)正常，沒有隨參照電壓值的變化而變化，控制單元可得出參照感應(yīng)裝置48本身出現(xiàn)故障。例如，參照感應(yīng)器的接線松脫或出現(xiàn)其他故障。在這種情況下，控制單元可發(fā)出懷疑存在故障的警報。
需要指出的是，只有在安裝了主參照感應(yīng)器的情況下，118步驟到122步驟才適用。然而，如果沒有安裝主參照感應(yīng)器(即參照電壓值通過每個感應(yīng)裝置的測量值得出)，則可跳過120到124步驟均可跳過。
在116步驟中，控制單元38檢查參照電壓(112步驟得出)是否在正常范圍。如果電壓正常，則控制單元進入124步驟。在124步驟，控制單元對每個感應(yīng)裝置測量到的電壓值與預(yù)先設(shè)定的電壓最大和最小限值進行比較，并可檢查計算出的電壓降百分比是否在容許范圍內(nèi)[130步驟]。需要指出的是，在這一步驟中，每個感應(yīng)裝置46的檢測可按順序進行或按平行模式進行。如果每一感應(yīng)裝置的實測與計算值均在可接受范圍內(nèi)，控制單元回到112步驟，并按上述步驟循環(huán)反復(fù)進行。
否則(即任一感應(yīng)器的實測值超出正常限值范圍，或者130步驟計算出的數(shù)值超出預(yù)先設(shè)定的容許范圍)，控制單元得出其中一個負(fù)荷44或線路45出現(xiàn)故障。根據(jù)報告不正常電壓或電壓降數(shù)值感應(yīng)器的身份，控制單元識別故障位置(126步驟)。控制單元還對感應(yīng)裝置報告的數(shù)值形式進行分析，以便評估出現(xiàn)故障的類型，例如，確定故障出現(xiàn)在線路45或其中一個負(fù)荷44。在128步驟中，控制單元發(fā)出警報，顯示故障位置。控制單元還可指令適當(dāng)?shù)臄嗦菲?0(在保險絲盒26內(nèi))或104(在感應(yīng)裝置100內(nèi))斷開故障電路的供電。
圖9詳細(xì)描述了檢測不間斷性故障的流程圖。在初始識別步驟140，控制單元從每個本地感應(yīng)裝置接收并監(jiān)測電壓或電壓降，以就每個本地感應(yīng)裝置建立起正常運行模式的信息。這一步驟，控制單元38記錄每個本地感應(yīng)裝置46的正常不間斷性工作模式(以時間或交流電周期表示)。在數(shù)據(jù)采集步驟142，控制單元38接收本地及遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置46的不間斷性時間數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)確定感應(yīng)裝置和設(shè)施內(nèi)相應(yīng)負(fù)荷電器的持續(xù)通電時間。
在144步驟，不間斷性時間數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以便于之后進行檢查或可能對在140步驟識別的模式進行修改。
146步驟對不間斷性時間數(shù)據(jù)進行即時分析。
在148步驟，控制單元38對每個遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置測量到的不間斷性時間數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的不間斷性時間數(shù)據(jù)最大和最小限值進行比較。不間斷性時間數(shù)據(jù)的限值確定每個感應(yīng)裝置通電后期望的時間正常范圍。如果遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置的不間斷性時間數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，則控制單元進入154步驟。
在154步驟中，控制單元38對本地感應(yīng)裝置的實測不間斷性時間數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的不間斷性時間數(shù)據(jù)最大和最小限值進行比較。如果遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置的不間斷性時間數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，則控制單元回到142步驟，并按上述步驟循環(huán)反復(fù)進行。否則，控制單元發(fā)出警報，顯示電路故障的位置(156步驟)。控制單元還可指令適當(dāng)?shù)臄嗦菲?0(在保險絲盒26內(nèi))或104(在感應(yīng)裝置100內(nèi))斷開故障電路的供電。
如果遠(yuǎn)程感應(yīng)裝置的不間斷性時間數(shù)據(jù)超出正常范圍，控制單元進入150步驟。
在150步驟中，控制單元得出其中一個負(fù)荷44或線路45出現(xiàn)故障。根據(jù)報告不正常不間斷性時間數(shù)據(jù)感應(yīng)器的身份，控制單元識別故障位置(150步驟)。
在152步驟中，控制單元傳送電信號，通知設(shè)施內(nèi)的其他感應(yīng)裝置相關(guān)電路故障的存在盡管上述實施例描述的是交流電電壓的監(jiān)測，且具體描述的是在典型房屋內(nèi)完成的監(jiān)測功能，本說明書描述的方法和裝置，經(jīng)適當(dāng)修改同樣適用于其他設(shè)施內(nèi)電路系統(tǒng)的故障檢測。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的首選實施例及權(quán)利要求中提及的“設(shè)施”應(yīng)可寬泛理解為不僅包括建筑，還應(yīng)包括戶外設(shè)施和車輛，如寫字樓、工廠、飛機、輪船和卡車。本發(fā)明的原則可相似地適用于這些設(shè)施中的直流電的電壓監(jiān)測。
另外，感應(yīng)裝置還可安裝于電器內(nèi)，或與其他開關(guān)及接線盒相連接，且與電路系統(tǒng)的連接既可是固定連接，也可通過可分離式電源插頭應(yīng)用。
應(yīng)該指出的是，采用一個顯示實測及計算出的數(shù)值的系統(tǒng)，并由人工對其進行分析也是可行的方案。這種系統(tǒng)可制造成不需要任何通訊媒介，因此成本低廉，且易于操作和安裝。由于電壓降百分比的數(shù)值的得出需要在很短的時間內(nèi)完成多個測量和計算，因此這種系統(tǒng)非常有用。這種系統(tǒng)可在設(shè)施在正常運行模式下，完成電壓降的測量和計算。它與現(xiàn)有的電壓降測量設(shè)備不同，后者要進行了電壓降測量需要特殊條件。
雖然本說明書包含了一些具體的說明，但不應(yīng)理解為構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制，而是對首選實施例的佐證。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可預(yù)想本發(fā)明范圍內(nèi)的其他可能的變化。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不能以描述的實施例來確定，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求及其他等同的法律文件確認(rèn)。
權(quán)利要求
1.一種檢測電路系統(tǒng)故障的系統(tǒng)，包括一個主供電單元，該系統(tǒng)包括至少一個測量電壓的感應(yīng)裝置，該裝置安裝于由電路系統(tǒng)供電的可能負(fù)荷鄰近。至少一個處理單元，該單元基于已知的數(shù)值范圍和歷史數(shù)值對電壓數(shù)值進行分析，以檢測不正常的測量數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，本地電壓感應(yīng)裝置適配于各負(fù)荷電器與電源相連接的插座。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，至少一個本地電壓感應(yīng)裝置包括一個插頭適配器，這種適配器包括設(shè)計供負(fù)荷電器插頭插入的插座；與插座連接的插頭，設(shè)計可插入電源插座；連接在插頭和插座之間，用來測量電壓的電壓感應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中每個本地電壓感應(yīng)裝置均包括一個通訊界面，實現(xiàn)與處理器之間的通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，通訊界面通過有線通訊方法或無線通訊方法在本地電壓感應(yīng)裝置和處理器之間傳送信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，至少一部分本地電壓感應(yīng)裝置包括一個由處理器控制的斷路器，處理器在檢測到故障時，將指令斷路器斷開相關(guān)負(fù)荷電器的電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其還包括一個參照感應(yīng)裝置，設(shè)計用來測量電壓的參照值和設(shè)施通電的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其測量參照數(shù)值的參照感應(yīng)裝置安裝在干線進入設(shè)施的接點附近。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理器配置了至少一個本地電壓感應(yīng)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理器包括一個中央控制單元，該單元設(shè)計用來從安裝在設(shè)施不同位置的本地電壓感應(yīng)裝置接收本地測量數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理器設(shè)計用來對本地測量數(shù)值和參照測量數(shù)值進行比較，以區(qū)分設(shè)施內(nèi)部及外部的電路故障。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理器設(shè)計用來識別每個本地電壓感應(yīng)裝置的正常運行模式，及根據(jù)本地測量數(shù)值與正常運行模式之間的偏差檢測故障。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其處理器設(shè)計用來在系統(tǒng)的識別步驟識別正常運行模式，從而在識別步驟即可檢測由電路系統(tǒng)非正常電壓引起的故障。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其還包括至少一個不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)器，以對電流存在的不間斷性進行測量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置對持續(xù)通過的時間或交流電周期進行計數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其處理器對不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值和參照不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值或其他不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值進行比較。
17.一種監(jiān)測設(shè)施內(nèi)電路系統(tǒng)的方法，該電路系統(tǒng)包括至少一個感應(yīng)裝置，上述方法包括以下步驟；用本地電壓感應(yīng)裝置測量各負(fù)荷電器的本地電壓數(shù)值；測量設(shè)施供電電壓的參照數(shù)值；通過一種通訊媒介將至少一個本地實測數(shù)值及/或參照數(shù)值傳送給處理器；利用處理器，基于已知的限值范圍和歷史數(shù)值對本地實測數(shù)值進行分析，以檢測電路系統(tǒng)內(nèi)的故障。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其本地電壓感應(yīng)裝置通過與至少一個本地感應(yīng)裝置藕合，連接到各負(fù)荷電器的電源插座。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，至少一個本地電壓感應(yīng)裝置包括一個插頭適配器，這種適配器包括設(shè)計供負(fù)荷電器插頭插入的插座；與插座連接的插頭，設(shè)計可播放電源插座；連接在插頭和插座之間，用來測量電壓的電壓感應(yīng)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其至少一個本地測量數(shù)值和參照數(shù)值的傳送包括通過有線通訊方法或無線通訊方法傳送數(shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其至少一個本地測量數(shù)值和參照數(shù)值的傳送包括通過無線通訊媒介傳送。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其包括作為檢測到故障的反應(yīng)，使用其中一個本地電壓感應(yīng)裝置斷開相應(yīng)負(fù)荷的電源。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其參照數(shù)值的測量包括將參照電壓感應(yīng)裝置安裝于鄰近供電干線進入設(shè)施的接點處。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其參照數(shù)值的測量包括測量設(shè)施外部干線的參照電壓值。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其對本地數(shù)值及參照數(shù)值的比較包括基于數(shù)值的比較來區(qū)分設(shè)施內(nèi)部及外部的電路故障。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其包括識別每個本地電壓感應(yīng)裝置的正常運行模式，通過對本地測量數(shù)值和參照數(shù)值進行比較，并根據(jù)本地測量數(shù)值與正常運行模式之間的偏差檢測故障。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其識別正常運行模式包括在識別步驟識別正常運行模式，還包括根據(jù)識別步驟出現(xiàn)的問題檢測電路系統(tǒng)的故障。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其還包括通過至少一個不間斷性感應(yīng)器測量電流存在間斷的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置對持續(xù)通電的時間或交流電周期進行計數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其處理器對不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值和參照不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值或其他不間斷性數(shù)據(jù)感應(yīng)裝置的數(shù)值進行比較。
31.一種檢測有主供電的設(shè)施內(nèi)電路系統(tǒng)故障的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個測量電壓的感應(yīng)裝置，該裝置安裝于由電路系統(tǒng)供電的可能負(fù)荷鄰近。至少一個處理單元，該單元基于已知的數(shù)值范圍和歷史數(shù)值對電壓數(shù)值進行分析，以檢測不正常的測量數(shù)值。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的設(shè)備，其還包括測量電流中斷的不間斷性感應(yīng)器。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其還包括一個電壓控制振蕩器(VCO)或數(shù)字控制振蕩器(NCO)，通過在至少一個感應(yīng)裝置內(nèi)采用VCO或NCO，處理單元對電路系統(tǒng)的瞬間參照電壓進行計算。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其處理單元對可能負(fù)荷的至少一點的總諧波失真(THD)進行計算。在運行上述VCO/NCO的過程中可能會用到THD。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理單元對至少一個上述感應(yīng)裝置的信號與參照電壓數(shù)值的偏差進行計算。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其感應(yīng)裝置同時測量可能負(fù)荷每一點的相位線和中性線的電壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其處理單元還包括至少一個電壓控制振蕩器或數(shù)字控制振蕩器，該振蕩器在任何特定時間對以下參數(shù)的至少一個進行評估電路系統(tǒng)無負(fù)荷進入點信號的振幅、相位或頻率。
全文摘要
一種監(jiān)測設(shè)施內(nèi)電路系統(tǒng)的系統(tǒng)，其包括一個或多個本地感應(yīng)裝置，每個感應(yīng)裝置在各負(fù)荷電器的電源入口鄰近處與設(shè)施的電路系統(tǒng)相連接，并在上述設(shè)施電路系統(tǒng)的一點或多點對本地電壓和電流存在的不間斷性數(shù)值進行測量。一個處理單元設(shè)計用來接收并比較本地實測數(shù)值與設(shè)施供電電壓的參照數(shù)值，從而達(dá)到檢測電路系統(tǒng)故障的目的。
文檔編號G01R31/08GK1969191SQ200480025561
公開日2007年5月23日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者伊薩克·塞拉, 埃里亞胡－約瑟夫·本德 申請人:伊斯拉－裘克電子有限公司