CN104520724A - 测量中性点对地电压的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过控制开关以确定何时将中性点对地阻抗放置在电路中来最小化不良电流同时仍然提供中性点对地电压测量的方法和程序。

Description

测量中性点对地电压的系统和方法
相关申请
本申请要求于2011年12月31日递交的美国专利申请No.13/342,014的优先权，该申请出于允许或不以其他方式禁止引用方式的并入的每个PCT成员国和地区的目的以引用方式完整地并入本文。
技术领域
一般地，本发明的实施例涉及能量和电力管理或监测，更具体地，涉及用于测量中性点对地电压并且减少测量引起的地电流的系统和方法。
背景技术
提供有关的能量和电力管理解决方案需要知识，而知识需要准确的数据。然而，在某些情况下，获取数据的行为可能破坏数据的有效性，并且还可能对被测量的系统产生不利影响。
根据20世纪90年代进行的知名电力科学研究院(EPRI)研究，已经发现不良的布线和接地实践是所有电力质量间题的主要原因。不良设计和安装的电气系统不仅可能引起设备的误操作，而且还可能导致安全或火灾隐患。
布线和接地实践对于电气系统的安全且可靠的操作至关重要。国家消防局(NFPA)提出码本(NEC或国家电气规范)，该码本概述了适当的布线实践以提供“实际保护人身和财产免受用电导致的危害”。这个规范很透彻，并且许多国际管辖区域依靠此规范来减少与电相关联的危险，从而保护设备和人员；其本质上是布线和接地系统的安全设计和安装说明书。IEEE绿皮书(IEEE标准1100-2005，电子设备的供电和接地的推荐实践)更进一步利用了NEC，并且提供设计和安装指南，以降低不良布线和接地实践的影响，不良布线和接地实践可能导致可靠性或电力质量问题(注意：IEEE标准1100-2005只是NEC的补充；其绝不能代替NEC)。
测量接地的(中性)连接与接地参考之间的电压电位提供关于安全和潜在电力质量问题的宝贵信息。考虑到这一点，目前许多仪表制造商利用测量中性点对地(N-G)电压的能力，即使是在他们的低端设备中。测量和分析N-G电压数据的一些示例性益处包括以下：检测非法N-G接合(违反NEC)；指示考虑安装新的单独导出源的需要；区分电气子系统内的设备的相对位置(相对于其他设备)；标识接地的(中性)导体的潜在阻抗问题；以及验证接地的(中性)和接地(地表)导体的连续性。
2011NEC把规范的整个章节(第250条)专门用于提供有关对接地的电气系统进行配置的详细说明。为便于参考和清晰阐述(这样可以更清楚地理解本文描述的概念和实施例)，下面阐述本文可能使用的各种术语的含义，这些含义也打算根据这些术语在2011NEC手册中的定义和使用，以下含义直接基于2011NEC手册。
接合的(接合)-连接以建立电连续性和导电性。
有效接地故障电流路径-有意构造的低阻抗导电路径，其设计并打算在接地故障条件期间从布线系统上的接地故障点向电供应源承载电流，并且促进高阻抗接地系统上的过电流保护设备或接地故障检测器的操作。
地-地球。
接地的(接地)-连接(连接)到地或连接到延伸接地连接的导电体。(中性导体是接地的导体)。
接地的导体-有意接地的系统或电路导体。
设备接地导体(EGC)-被安装为将设备的通常不承载电流的金属部件连接在一起并且将其连接到系统接地的导体或接地电极导体或两者的导电路径。(也通常被称为绿线或裸铜线)。
主接合跳线-接地的电路导体与供使用的设备接地导体之间的连接。
中性导体-连接到系统的中性点的导体，其打算在正常条件下承载电流。
单独导出系统-楼宇布线系统，其从电能源或除服务以外的设备获得电力。除了通过地球、金属壳体、金属电缆管道或设备接地导体的连接以外，这种系统不具有从一个系统的电路导体到另一系统的电路导体的直接连接。
系统接合跳线-系统接合跳线通过在单独导出系统的源或在由源供电的第一断开装置将设备接地导体连接到接地的电路导体来执行与接地的ac(即，交流电)系统中的主接合跳线相同的电功能。术语“系统接合跳线”用于与安装在服务设备中的主接合跳线区分。如果导出系统包含接地的导体，则在导出系统使用系统接合跳线。像服务设备的主接合跳线那样，系统接合跳线提供设备接地导体与系统接地的导体之间的必要连接，以便建立用于接地故障电流返回源的有效路径。
重要的是要注意，有效的接地故障电流路径(通常是EGC)打算仅在接地故障条件期间承载电流。EGC上流动的稳态电流违反NEC，并且可能导致安全隐患、火灾危险和电气设备的误操作。
另一重要注意事项是接地的低压电气系统的设计只允许每个单独导出系统单个N-G接合(其中根据国际电工技术委员会(IEC)的定义，“低压”是指大约50伏ac(根均方(rms)电压)到大约1000伏ac或大约120伏dc到大约1500伏dc的范围)。为了进一步说明这一点，图1大体例示了恰当接合的三相电气系统1的基本布局，该三相电气系统1具有主配电板10，该主配电板10通过线管17向三角形/星形降压变压器12的三角形初级线圈供应480伏额定线电压，该三角形/星形降压变压器12的次级线圈通过子配电板14向三相四线208Y/120V系统供电，该子配电板14包括用于向负载(例如，敏感设备)并且也可能向一个或更多个其他单独导出系统分配相13、中性(接地的)导体N和接地导体G的导电介质(例如，母线、导体等)。
如图所示，208Y/120V系统在降压变压器12的壳体具有接地导体G与接地的导体N之间的单个接合点，该单个接合点连接到接地系统19(例如，包括接地电极导体和接地电极)。接地导体G并非有意连接(因此，接地母线21也并非有意连接)到子配电板14的壳体，子配电板14的壳体通过补充装置(例如，单独的接地系统)或者经由子配电板14的壳体与变压器12的壳体之间的电缆管道通过接地系统19接地。除非导出新的电气系统(例如，子配电板下游的另一变压器)，否则接地的导体(例如，中性线)与接地导体(例如，绿线、黄绿线、裸铜线)之间不存在其他接合。不允许这种配置的原因是，补充的N-G接合将提供完整的路径，导致接地导体上的稳态电流流动。如前所述，地电流可能导致安全隐患和设备可靠性问题。
测量N-G电压本质上需要N-G之间的已知阻抗(Z)，以便可以使用该已知阻抗两端的小电流流动通过欧姆定律来计算电压。作为实际问题，这种阻抗(Z)本质上是接地的导体与接地导体之间的高电阻连接。假设阻抗(Z)较高，则电流流动将较小。然而，在同一源上应用多个计量设备或智能电子设备(IED)将导致额外电流流动，该额外电流流动取决于计量设备或IED的数量和位置以及它们各自在接地的导体与接地导体之间的阻抗。然而，一般来说，同一源上的N个单独的阻抗会增加并联，以产生等效阻抗；因此，在N个单独的阻抗中的每个具有相等阻抗的情况下，等效阻抗将是单独阻抗除以N。
下面的图2a到2c提供多个仪表测量N-G电压对电气系统的影响的示例。在图2a中，具有1MΩ的阻抗两端上的50伏的N-G电压的单个仪表导致中性点与地之间的0.05毫安的稳态电流。具有该N-G电压和阻抗的两个仪表将导致从中性点向地流动的两倍的稳态电流(0.10毫安)，如图2b所示。最后，图2c示出了N个仪表(在每个相应的仪表中，1MΩ的阻抗两端上具有50伏的N-G电压)导致从中性点向大地流动的N×0.05毫安电流。典型的安装将不可能在其中性点与大地之间经历50伏的电位；然而，简单地测量N-G电位将导致电流流动。因此，在中性点与大地之间具有阻抗(不管意图是不是测量N-G电压)的许多安装仪表(或在中性点与大地之间具有阻抗的其他设备)可以导致接地路径上的升高的稳态电流流动。此外，具有测量N-G电压的能力的计量设备或IED正变得越来越普遍。图2D提供了小型计量系统中的潜在N-G电流路径的一个示例。
由于如前文所讨论这种类型的电流可能对电气系统产生不期望的影响，2011NEC规范将其称为“不良电流”。接地路径上的不良电流流动可以导致的可能问题例如包括(1)安全问题(如NEC中描述)和(2)信号和性能参考问题(如IEEE Std.1100-2005中描述)。两者直接影响能源消费者安全和/或有效地满足他们的商业目标的能力。
发明内容
本发明的一些实施例涉及提供测量中性点对地电压并且减少测量引起的接地电流的方法以及用于该方法的装置。
一些实施例涉及一种用于控制多个设置在电气系统的相应位置的智能电子设备(IED)的方法，每个IED被配置为测量表示电气系统的相应位置的中性点对地(N-G)电压的信号，每个IED具有当IED正在测量表示N-G电压的信号时耦合到N-G电压的相关联的阻抗，该方法包括：使信号的通信控制IED中的每个何时选择性地耦合到N-G电压，信号能够操作用于使IED选择性地耦合到N-G电压，使得当多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，多个IED中的至少一个IED的相关联的阻抗不耦合到N-G电压。
在一些实施例中，一种系统包括：IED，其能够操作用于测量电气系统的中性点对地电压并且具有阻抗；以及开关，其具有用于将IED的阻抗与电气系统耦合的闭合位置和用于将IED的阻抗与电气系统去耦的断开位置，其中，开关能够操作用于闭合以测量中性点对地电压以及断开以将中性点对地电压与IED的阻抗去耦。根据一些实施例，一种系统包括控制器，该控制器能够操作用于发送使开关在断开位置与闭合位置之间改变状态的信号，其中开关包括用于将IED的阻抗放置到电气系统中的第一位置和用于从电气系统除去IED的阻抗的第二位置，并且其中IED能够操作用于当开关处于第一位置时测量中性点对地电压。
一些实施例涉及一种IED，包括：多个输入，其被配置为耦合到电气系统的第一导体和第二导体；以及开关，其能够操作用于在IED的阻抗耦合到第一和第二导体的第一位置与IED的阻抗与第一和第二导体去耦的第二位置之间切换，其中IED能够操作用于在开关处于第一位置时测量表示第一导体与第二导体之间的电压的信号。第一导体和第二导体可以是接地的(中性)导体和接地导体。
根据一些实施例的系统可以包括至少一个计算机和在其上存储计算机代码的至少一个非暂时性的计算机可读介质，在由该至少一个计算机执行时，计算机代码使该至少一个计算机可操作执行根据以上概述的实施例中的一个或更多个的方法。
一些实施例提供存储程序代码的至少一个非暂时性的计算机可读介质，在由至少一个计算机执行时，程序代码指示该至少一个计算机执行根据以上概述的实施例中的一个或更多个的方法。
在整个说明书和权利要求书中，以下术语至少采取本文明确关联的含义，除非上下文另有规定。以下所确定的含义并不一定限制术语，而仅仅是提供术语的示意性示例。如本文所用的短语“一个实施例”并不一定指同一实施例，虽然可能指同一实施例。另外，“一”、“一个”和“该”的含义包括复数的引用；因此，例如，“一个实施例”并不限于单个实施例，而是指一个或更多个实施例。类似地，短语“一个实施例”并不一定指同一实施例，并且不限于单个实施例。如本文所用，术语“或”是包括性的“或”操作符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文另有明确规定。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的额外因素，除非上下文另有明确规定。
本领域技术人员将了解，前面的简要描述和以下详细描述都是对本发明的例示(即，示意性)和解释，但是并不打算对本发明进行限制或者限制可以通过本发明在各种实施方式中实现的优点。另外，可以理解的是，前面的概述和随后的详细描述表示本发明的一些实施例，并且既不表示也不包括本发明的范围内的所有标的物和实施例。因此，本文参考并且构成本发明的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与详细描述一起用于解释本发明的实施例的原理。
附图说明
当根据结合附图所作的以下描述考虑本发明时，本发明的一些实施例的方面、特征和优点(关于结构和操作两者)将被理解并且将变得更加明显，附图中，相同的附图标记在各图中表示相同或相似的部件，并且其中：
图1示出了三相电气系统的示例性布线；
图2a示意性地示出了简单的单仪表系统中的N-G阻抗；
图2b示意性地示出了双仪表系统中的N-G阻抗；
图2c示意性地示出了N仪表系统中的N-G阻抗；
图2d示出了径向馈电N仪表系统中的潜在电流路径；
图3示出了根据本发明的一些实施例的网络系统；
图4示出了根据本发明的一些实施例的网络监测系统的简化图；
图5示出了根据本发明的一些实施例的IED/仪表的方框图；以及
图6示意性地示出了根据本发明的一些实施例可以在IED的输入包括在外部和/或包括在IED内部以使IED测量N-G电压的示意性电路。
具体实施方式
根据随后的公开内容将更充分地理解，本发明的一些实施例提供确保电表/IED不会不利地影响它们被安装在其中的电气系统的准确性。另外，本发明的一些实施例解决已知计量设备/IED和电力监测方法未考虑的问题，并且还提供计量设备/IED和电力监测方法在(例如)安全性、准确性及对周围电力基础设施的影响方面的改进。然而，应当理解，可以在不一定提供通过以各种形式实施本发明可以提供的这样的和其他优点中的每个或全部来实现本发明的各种实施例。
在本公开中，包括前面和随后的描述，智能电子设备(IED)可以指包括本地智能(例如，通过硬件和/或软件提供，例如程序控制的处理器和/或专用控制电路等)、监测或计量和/或控制能力以及直接和/或间接(例如，通过另一IED)与外部设备(例如，本地或远程计算机，该本地或远程计算机可以实现SCADA或能量管理(EM)系统)通信的能力的任何设备、组件、设备或类似物。这样的通信能力可以包括(例如)上层通信(例如，与SCADA和/或EM系统的直接通信)和/或低层通信(例如，与本地计算机/控制器通过I/O端口/接口的直接通信，用于IED配置和/或上传/传送存储的数据)。
对于其监测或计量功能，IED可以包括仪表设备，该仪表设备测量并记录(例如)一个或更多个能量或电力相关特性或事件，例如电力质量、电流、电压、电压波形、谐波、瞬变和/或其他电力扰动。例如，包括电力计量设备的IED可以检测、监测、报告、量化和传送有关其所监测的电力的电力质量信息。
可以理解，虽然IED可以包括电力和/或能量表，该电力和/或能量表包括本地智能和监测功能以及通信功能，但是IED不一定限于或同延于这样的“电力”表和/或“能量”表，虽然在一些实施方式中可能。例如，可能具有一台设备(例如，变频器、电脑数控机器、不间断电源(UPS)等)，该设备除其他功能外还具有这样的电力和/或能量计量功能；因此，这台设备可以被认为是IED，但是提供计量能力的设备组件也可以被看作是IED。然而，在一些实施方式中，IED可以是仪表，该仪表是单独的设备，而不是具有额外功能的一台设备的计量组件。
以示例的方式，因此，IED可以指(例如)以下设备：传感器、致动器、智能电力设备(例如，智能断路器、开关装置和电力变压器、变频器、不间断电源、电脑数控机器)、保护单元、保护继电器、电子仪表、电表、故障检测器/记录器、变电站控制单元、远程终端单元(RTU)、可编程逻辑控制器(“PLC”)、PLC系统的传统I/O模块、已加装合适的硬件和/或软件从而允许与EM或SCADA系统集成的传统机械或机电设备以及与配电网络耦合以管理和/或控制电力的分配和消耗的任何其他设备。
此外，与前文一致，可以理解的是，术语“计量设备”、“监测设备”、“仪表”、“监测器”和“IED”因此可以在本文中可互换地使用，除非上下文另有明确规定。然而，仅仅为了便于参考和清晰阐述的目的，术语“计量模块”和“监测模块”在本文中可用于更具体地指用于测量和/或监测负载或导体或类似物的一个或更多个电特性所必需的IED的组件；因此，例如，这些术语可能不是指IED的通信组件，并且因此在一些实施例中，IED可以包含测量或监测模块，但并不与其同延。根据示意性实施例的随后描述，将进一步理解“IED”的含义。
另外，应当注意，如本文所用，在一些实施例的某些特征或元件方面，术语“组件”和“系统”可以指计算机相关实体-硬件、硬件与软件的组合、软件或执行中的软件。例如，在这种情况下，组件可以是，但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。通过举例说明的方式，在服务器上运行的应用程序和服务器两者都可以是组件。一个或更多个组件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多计算机之间。
此外，出于说明目的，详细描述对本发明的各种实施例进行了描述，并且本发明的实施例包括所描述的方法并且可以使用一个或更多个设备(例如，耦合到电子介质的处理设备)来实现。本发明的一些实施例可以存储在电子介质(电子存储器、RAM、ROM、EEPROM)上或编程为计算机代码(例如，源代码、目标代码或者任何适当的编程语言)，以由一个或更多个处理器执行，这些处理器彼此一起工作和/或与一个或更多个电子存储介质一起工作。
还应当注意，本文所公开的示意性计算机系统还可以包括额外的组件和/或系统，例如网络连接、额外的存储器、额外的处理器、网络接口、输入/输出端口或总线。此外，将理解的是，术语“存储器”在此旨在包括各种类型的合适的数据存储介质，不论是永久的还是暂时的，例如暂时电子存储器、非暂时性计算机可读介质和/或计算机可写介质。
根据随后的描述还将理解，本发明的实施例可以使用一个或更多个处理设备或处理模块来实现。处理设备或模块可以被耦合，使得处理和/或数据操纵的部分可以在一个或更多个处理设备处执行并且在多个处理设备或模块之间共享或传输。事实上，将理解的是，本发明的一些实施例可以在分布式计算环境中实现，在分布式计算环境中，通过网络(可以包括(例如)公共(例如，因特网)和/或专用网络)向计算机和其他设备提供共享资源、软件和信息。
现在转到图3，其示出了支持本发明的一些实施例的示意性网络环境100。例如，将从随后的描述进一步理解，虽然本发明的一些实施例涉及计量设备或IED，但是本发明的各种实施例涉及用于控制这样的计量设备或IED的系统和方法，并且可以包括通过一个或更多个系统(例如，能量管理系统(EMS)、SCADA等)进行控制和/或通过网络与一个或更多个系统(例如，能量管理系统(EMS)、SCADA等)进行通信。
如图3所示，系统包括通信网络102、数据库服务器104、控制服务器110以及多个计量设备或IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)(其中“n”是任何合适的整数)。控制服务器110、数据库服务器104和计量设备或IED112(1)、112(2)、112(n)被示为通过相关联的双向通信介质106、108、113(1)、113(2)、113(n)耦合到网络102，该相关联的双向通信介质可以是(例如)串行总线(例如，IEEE1394)或其他有线或无线传输介质。
网络102可以包括任何公共和/或专用网络，并且可以包括(例如)适合于传送和处理数据的互联计算机的任何组合或处理设备。例如，网络102可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网或任何其他专用或公共因特网协议(IP)网络或它们的任意组合，从而提供通过有线和/或无线通信链路在终端(例如，工作站、IED等)之间进行数据通信。
控制服务器模块或设备或单元110通常是具有相关联存储器的一个或更多个处理器(例如，计算机)或其他处理设备(例如，桌上型计算机等)。控制服务器110也可以用作外部服务器，数据从计量设备或IED被收集(例如，推动或拉动)到该外部服务器。控制服务器110包括CPU145，该CPU145通过互连介质147可操作地耦合到存储器144。CPU145是通常包括ALU并且被配置为执行处理操作和操纵的处理单元。存储器144通常是以电子格式存储数据的电子存储介质。控制服务器模块110可以包括计算机或其他处理设备，例如桌上型计算机、膝上型计算机等。存储器144可以包括算法146(例如，可操作用于控制如本文进一步描述的IED N-G测量)、输出装置148(例如，监视器)、输入装置150(例如，键盘或鼠标)和浏览器软件152。
数据库服务器模块或设备或单元104通常包括通过有线或无线介质158与相关联存储器160双向耦合的一个或更多个处理器156。数据库服务器模块104通常是计算机、服务器或其他处理设备，例如桌上型计算机、膝上型计算机等。存储器160包括用于数据分析的算法168和用于存储数据的多个数据库-数据库(1)162、数据库(2)164...数据库(n)166(其中“n”是任何合适的整数)。数据库服务器104用作用于数据分析的服务器。
应当注意，控制服务器110和数据库服务器104可以是单个服务器，并且也可以实现为一个或更多个单独服务器(例如，服务器集群)，该一个或更多个单独服务器可以在云计算或分布式计算环境中使用。此外，如上面所指出，控制服务器110可以操作以执行能量管理系统(EMS)和/或SCADA应用。同样，数据库服务器104也可以操作以执行各种EMS和/或SCADA应用或其组件。例如，这样的EMS和/或SCADA应用可以包括获取、存储以及分析通过计量设备或IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)(例如)关于检测和评估被监测的一个或更多个电力系统中的不正确的接地/接地的接合而获取的数据。
例如，在一些实施方式中，控制服务器110可以根据美国专利No.7,684,940中公开的算法实现用于检测和评估不正确的接地/接地的接合的算法(例如，存储在存储器144中)，该专利特此以引用的方式完整地并入本文。备选地或附加地，在一些实施方式中，控制服务器110可以根据美国专利No.7,272,518中公开的算法实现自动化分层结构分类算法(例如，也存储在存储器144中)来学习IED的分层布局，该专利特此以引用的方式完整地并入本文。
另外，如上面所指出并且如将进一步理解，通过控制服务器110实现的这样的EMS和/或SCADA应用可以包括与计量设备或IED112(1)、112(2)...112(n)进行通信，以进行对这些测量设备或IED的控制，以(例如)防止和/或减少由于计量设备或IED进行N-G测量导致的接地电流。例如，在一些实施例中，EMS和/或SCADA应用可以在每个相应的计量设备测量(例如，采样)N-G电压(和/或进行其他测量)的时间(或时间间隔)期间进行实时(或接近实时)控制。在一些这样的实施例中，EMS和/或SCADA可以发送信号，使仪表或IED响应于该信号而调用N-G测量。备选地或附加地，EMS和/或SCADA应用可以将数据传送到计量设备或IED，其中数据指示计量设备应当何时调用N-G测量并且由计量设备或IED控制模块用来调用测量(例如，数据可以指示特定的时间，或初始测量时间和随后测量的周期或频率，或用于初始测量时间的仪表或IED的随机确定的种子等)。
然而，备选地或附加地，在一些实施方式中，一个或更多个计量设备或IED可以被配置为在独立于从远程设备(例如，EMS和/或SCADA服务器等)接收的数据确定的时间调用N-G测量，并且将获取的测量数据(以及任何相关联数据，例如测量时间)传送到EMS和/或SCADA。基于接收的数据(例如，时间信息和/或测量的电压和/或其他电参数)，EMS和/或SCADA可以确定两个或更多个计量设备或IED是否正在同一电力系统上同时或并行测量N-G电压，并且然后可以发送一个或更多个信号(例如，复位)，使至少一定数量(可能全部)的这些识别的仪表或IED在不同时间进行测量。
IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)(其中“n”是任意合适的数字)使用各种总线和/或通信协议中的任一者通过任何有线或无线连接通信耦合(例如，直接或间接)到通信网络102。IED112(即，IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)中的每个)可以与从电力分配系统汲取电力的特定负载或一组负载相关联，并且特别地，在该示例性实施例中分别可操作用于测量一个或更多个单独导出电气系统中的N-G电压。IED112(即，IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)中的一个或更多个)也可以能够从其相关联负载接收数据或控制其相关联负载。对于产生数据或其他结果的功能，在各种实施方式中，每个IED112可以自动或事件驱动地将数据推送到另一IED112、数据输出设备或服务器，例如后端服务器/数据库(例如，服务器104)，或者IED105可以等待请求者(例如，另一IED或实现EM应用的控制服务器10)从其拉动这样的数据，例如通过请求将数据发送给请求者的轮询通信的方式。
更具体地，在该示例性实施例中，IED112(1)、112(2)和112(n)被示为通过相关联的通信介质113(1)、113(2)、113(n)直接连接到通信网络102。然而，可以理解IED不需要直接连接到网络，而是也可以间接地通信连接，例如通过一个或更多个中间设备(例如，通过另一仪表或IED、中间服务器或其他本地处理设备等)。
例如，如示意性地描绘，IED112(3)不直接通信耦合到网络102，而是直接通信耦合到IED112(1)，该IED112(1)通过网络102在IED112(3)与控制服务器110之间中转通信。在(例如)其中IED112(3)可以不操作执行上层通信的一些实施方式中，IED112(1)可以通过无线或有线串行和/或并行接口经由低层通信从IED112(3)获取数据(例如，通过UART，根据RS-232或RS-485，可能使用直接存储器存取(DMA)等，或任何其他类似数据通信接口、技术、协议等)。
不通信耦合到网络102的额外IED可以直接通信耦合到IED112(1)和/或以与IED112(3)类似的方式或以任何连接布置(例如，菊花链、树等)通信耦合到IED112(1)。这样的IED和IED112(1)可以被看作是IED的子网络，并且可以根据各种拓扑结构、总线架构等中的任一者来配置，并且可以采用各种通信协议和/或总线仲裁方案等中的任一者，用于IED112(1)与IED子网络中的另一IED之间的通信，或者在一些实施方式中，用于IED子网络中的任何IED之间的通信。仅仅以示例的方式，IED子网络可以被配置，使得IED112(1)与任何其他子网络IED之间的通信可以是直接的，或者备选地可能需要通过中间IED等，这取决于实施方式。在一些实施方式中，这样的IED子网络可以具有主/从配置，直接连接到网络102的IED(例如，IED112(1))充当主设备。
另外，在一些实施例中，对子网络IED的控制(例如，为了测量N-G电压)可以完全或至少部分地由子网络中的IED中的一个IED控制，该IED因此可以存储根据本文公开的一些实施例的N-G控制算法。例如，这样的控制可以由直接耦合到网络用于与远程控制服务器通信的子网络IED执行；在图3的示意性实施例中，IED112(1)可以实现对IED112(3)的这样的N-G测量控制。
虽然图3中未示出，但是将进一步理解的是，在一些实施例中，IED的子网络可以不包括直接可通信地耦合到网络102的IED，而是可以包括一个或更多个本地计算设备(例如，PC、工作站、服务器)，该一个或更多个本地计算设备本身不包括计量功能(例如，不是IED)并且能够操作用于在子网络中的IED与控制服务器110之间中转通信(例如，本地计算设备可通信地耦合到子网络中的IED和网络102)。这样的本地计算设备可以附加地或备选地控制IED的各种功能，例如根据本文所公开的实施例对N-G测量进行定时控制(例如，以减少和/或消除可能与N-G测量相关联的有害地电流)。
如上文所讨论，IED112(即，IED112(1)、112(2)、112(3)...112(n)中的任一者)本身可以是合适的计量单元或设备，或者可以是包括计量功能的较大设备(例如，UPS)。除了用于测量一个或更多个电参数(例如，电压)的仪表电路外，每个计量设备还可以包括一个或更多个处理器(例如，微控制器)、存储器(例如，RAM、ROM、FLASH等)和其他存储介质、I/O通信端口、存储数据(例如，能量消耗、参数数据日志、序列号、测量时间信息等)以及能够操作用于控制测量数据获取、通过网络的通信等的存储程序。每个计量设备或IED还可以包括前面板，该前面板提供用户接口，该用户接口可以用于(例如)数据或参数的输入(例如，用于调用测量或确定测量定时)、测得的参数的显示等。
每个计量设备或IED112从电力系统测量(采样、收集等)数据，并且可以将该数据量化成可以由计算机或分析系统(例如，EMS)分析的特性。根据本发明的一些实施例，IED112各自包括用于测量N-G电特性(例如，电压)的计量电路和功能，并且特别地，可以包括用于使N-G计量电路在接地的(中性)导体与接地导体之间选择性地传导(即导电)耦合和去耦的电路和功能。
如所指出，给定IED的计量电路的这种选择性耦合可以基于专门产生的控制信号(例如，独立于从外部设备(例如，另一IED、本地处理器/服务器或远程服务器)接收的控制信号)或部分地由给定IED或完全基于由给定IED接收(例如，从另一IED和/或本地处理器/服务器和/或远程服务器等)的控制信号来进行。以示例的方式，计量设备或IED112可以基于可以从施耐德电气公司购得的POWERLOGIC(R)系列3XXX/4XXX电路监测器或POWERLOGIC(R)ION7XXX电源和电能表，或可以被配置为根据本发明的实施例测量/监测一个或更多个N-G电气特性的任何其他合适的计量设备或IED。还将理解的是，为了本发明的实施例的目的，与IED分离或可与IED分离但是在接地的(中性)和/或接地导体与用于IED计量电路的一个或更多个IED输入之间连接以测量/监测N-G电特性(例如，电压)的设备或模块可以被认为是IED的一部分。
为了更加清晰，现在参考图4和图5，它们分别示出了根据本发明的一些实施例的电力监测系统和示意性仪表或IED的简化视图。在图4中，电力监测系统120包括通过第一馈电线连接到第一负载124并且通过第二馈电线连接到第二负载126的主线122。根据该示意性实施例，除了一个或更多个供应(相)导体外，第一和第二馈电线还各自包括接地导体以及接地的(中性)导体。IED或监测设备128、130分别测量与第一和第二馈电线相关联的电特性或参数，并且特别地，IED128、130各自被配置为测量N-G电压。每个IED128、130通信耦合到计算机132，计算机132可以是本地的或远程的。
IED128可以是(例如)根据一个示例性实施例以图5中的方框图形式描绘的电力表(或电表)。如图所示，监测设备128包括控制器134、固件136、存储器138、通信接口140和三相电压导体连接器142a、b、c，该三相电压导体连接器142a、b、c分别连接到VA、VB和VC相电压导体，并且耦合到控制器134。示意性IED128还包括三相电流导体连接器143a、b、c，该三相电流导体连接器143a、b、c分别连接到IA、IB和IC相电流导体，并且耦合到控制器134。另外，根据本发明的一些实施例，IED128还包括接地的(中性)导体连接器141和接地导体连接器131，用于连接到第一馈电线的接地的(中性)导体N和接地导体G。固件136包括用于引导控制器进行监测设备所需要的操作的机器指令。存储器138由控制器134用来存储由监测设备128测量的电参数数据。
由监测设备128通过通信接口140接收来自计算机132的指令。根据本发明的一些实施例，这些指令可以包括与测量N-G电压特性相关的指令，这些N-G电压特性与到连接器141和131的输入相对应。例如，指令可以引导控制器134何时和/或以什么周期性测量N-G电压。指令还可以引导控制器134开始存储电参数数据，或将存储在存储器138中的电参数数据发送到监测系统软件132。电参数数据可以包括通过监测设备获取的任何数据，包括频率、幅值和相位数据的任何组合。
本发明的一些实施例提供一种算法，该算法控制IED进行的N-G电压测量，使得该电压被暂时或间歇地测量(例如，采样)，使得在N-G测量期间在接地的导体与接地导体之间导电耦合的测量电路阻抗可以选择性地在接地的导体与接地导体之间去耦(例如，断开)(例如，当未正进行N-G测量时)。根据一些实施例的这种选择性耦合/去耦是通过监测设备128中的组件和相关联的功能和/或在计算机132上运行的监测系统软件推动的。适当的控制和测量算法可以存储在IED128的存储器138和/或固件中。
类似地，在各种实施例中，可操作用于实现这种选择性耦合/去耦的这样的算法和/或其他控制和测量组件(例如，电路)可以以软件、固件和/或硬件(例如，开关、专用电路(例如应用特定的电路)、程序控制的处理器和/或阻抗网络等)的形式在控制器134中体现。在这方面，如上面所指出，并且如将在随后的描述中进一步理解，用于实现这种选择性耦合/去耦和N-G测量的组件可以在IED128的壳体内和/或外体现。例如，这些组件的全部或一部分可以在控制器134内、在输入连接(例如，输入131、141)与控制器134之间和/或在IED壳体外部实现并且连接在各自的导体(例如，接地导体、接地的(中性)导体)与其各自的IED输入端口(例如，输入131、141)之间。还应当注意，除了测量数据收集，IED128还可以对收集的数据执行分析。
如上文所讨论，IED(和/或其他电气设备)可能在测量中性线对地(NG)电压的过程中在接地路径上产生不良电流。然而，测量N-G电压的能力是智能计量解决方案中的重要组成部分。可以(以示例的方式)结合上文参考图1描述的示意性系统实现的本发明一些实施例提供跨越多个电力监测设备的N-G电压测量，而不产生不良电流。
根据一些实施例，与认为N-G电压测量的要求与线电压或相电压测量的要求相同的常规观点相反，不一定以高速、零盲方式提供N-G电压的测量。在一些实施例中，可以以规则或基本上规则的时间间隔(例如，一次/分钟、一次/小时、一次/天)周期性地或者以不规则或基本上不规则的时间间隔(例如，具有预定最大间隔的随机时间间隔，或在由EMS系统确定的不规则时间)周期性地进行N-G电压测量。采用这种周期性(以规则或不规则的时间间隔)N-G电压测量提供防止或以其他方式降低两个或更多个IED之间的同时N-G测量可能导致或增加不良电流的电平的可能性。这样的周期性N-G测量的一些实施例可以使用开关实现，关于何时在电路中放置N-G阻抗(因此，同样地，何时在接地的(中性)导体与接地导体之间耦合计量阻抗)对该开关进行控制。
图6是根据本发明的一些实施例的电路600的示意性示意图，该电路600包括这样的开关620并且可以在IED的输入包括在外部和/或包括在IED内部(例如，如上文参考图5的IED128所讨论)以使IED测量N-G电压。如图所示，除了开关620，电路600还包括阻抗网络(即，示为电阻器)，如本领域技术人员已知，可以实现该阻抗网络(i)以向耦合到输入L1、L2、L3的相导体以及向耦合到输入N的接地的(中性)导体呈现适当(例如，非常大)的输入阻抗，并且(ii)提供分压，从而在节点Var、Vbr、Vcr、Vnr提供具有IED进行的测量所需的幅度水平/范围的电压。
开关620构造可以是电子(例如，FET)、机械(例如，继电器)和/或任何其他构造(包括在IED的手动切换方法)，以(根据一些实施例)连接和断开来自电路600的输入G的接地路径(到大地(earthground))。开关620可以位于IED内部，或者备选地位于IED外部。在一些实施例中，开关620可以放置在IED的前端。同样，阻抗网络可以整体或部分地在IED内部或外部，而不管开关620在内部还是外部。根据上文的公开，即使电路600的一个或更多个组件位于IED外部(例如，在外部耦合到IED的输入)，这样的外部组件仍可以被视为出于测量N-G电压的目的其所相关联的IED的一部分。
开关620的状态(即断开或闭合)示意性地示出为响应于控制信号625，控制信号625可以基于一个或更多个IED和/或其他本地或远程处理器(例如，计算机/服务器，其实现EM或SCADA应用)中的控制组件(例如，硬件和/或软件)而产生。更具体地，例如，可以(例如)通过存储在开关相关联用于测量N-G电压的IED(例如，IED112或IED128)内的算法和/或由另一IED(例如，主IED)和/或由不是IED的本地计算机/主机来本地控制开关620。在开关在IED外部的一些实施例中，控制信号625可以由控制器组件提供，该控制器组件也在与开关相关联用于测量N-G电压的IED外部并且可以包括在与开关相同的壳体中，但是在一些实施例中，用于外部开关的控制信号可以由在相关联IED内部(或者，在一些实施例中，在另一IED内部或由另一远程或本地处理器提供)的控制器产生。
如上文所讨论，在一些实施例中，远程控制(例如，通过EMS和/或SCADA或其他监测系统软件)开关620的位置；然而，实施例可以被实现，使得对开关的遥控由本地控制器基于与远程系统(例如，EMS)的通信来进行。因此，可以理解，这样的实施方式并不互相排斥；可以响应于本地和/或遥控而控制开关，并且本地控制可以包括由开关相关联用于进行N-G电压测量的IED、由另一IED(例如，主IED)和/或由不是IED的一部分的本地计算机/主机进行的控制。此外，在一些实施方式中，开关可以包括或以其他方式耦合到控制电路(例如，包括(例如)微控制器)，该控制电路独立于其他IED控制电路并且可以直接响应于从(i)远程系统(例如，EMS)和/或(ii)其他IED控制电路接收的信号(例如，控制信号)。换句话说，鉴于本公开，本领域技术人员将理解，存在用于实现根据本发明相应实施例的开关和其相关联开关控制的多种配置。
远程(例如，通过EMS)或通过外部设备(例如，另一IED(相对于多个从IED充当主设备)，或本地处理器/服务器)本地控制开关620的位置允许控制器(例如，监测系统软件)同时管理IED的开关位置，从而只允许来自同一单独导出电气系统的多个IED的一个开关(或不超过一定数目的开关)在同一时间处于闭合位置。使与给定N-G电气系统相关联的仅一个IED在给定时间进行测量会将任何不良电流减少到最小的可能幅度，同时仍然能够测量电气系统周围的N-G电压；然而，取决于不同的实施方式，允许一个以上IED同时测量N-G电压可能是可行的。
此外，在一些实施例中，开关仅在测量期间保持在闭合位置；因此，当没有测量发生时，所有开关将处于断开位置，以完全消除从IED产生的不良电流。开关控制可以被配置为使得“接通”时间可以改变(例如，根据可以(例如)响应于IED前面板的手动输入和/或响应于从EMS或SCADA接收的通信而重写的存储的参数)。应当注意，在一些实施方式中，读取(并且因此，闭合开关位置)可高达约一秒钟的持续时间，但是可以实现更长或更短的持续时间、重新测量、多个采样等。
在一些实施例中，一种控制开关位置的方法可以包括：采用IED的固件内的算法，该算法将开关从断开位置随机初始化为闭合位置，测量并存储N-G电压数据，并且然后重新断开开关。在初始N-G电压读取后，然后可以由IED以固定间隔执行闭合-读取-断开过程。假设是，通过随机初始化第一读取、此后以某个一致的周期性间隔进行后续读取并且具有适当的测量周期(例如，一次/小时)，两个分立IED具有同时闭合的开关的概率将最小化。各IED算法中的随机数产生器可以从IED的唯一序列号得出其种子。备选地或附加地，可以手动在IED对该过程进行初始化。在一些实施例中，远程管理系统可以向每个设备提供不同的种子数据。
在任何情况下，根据一些实施例，可以使用独立的模拟接地(图6中的Agnd)作为内部计量参考并且将大地切换进出电路来测量N-G电压。虽然当开关位置闭合时将存在穿过N-G阻抗的泄漏电流，但是该泄漏电流将是暂时的(并非稳态)，具有极小量级，并且不断在电气系统内重新定位。此外，仍然将有可能在NEC的原理范围内获得N-G电压读数，从而为最终用户提供重要数据，而不会危及电力系统的安全性和可靠性。
从上面将了解，本发明的实施例可以实现为计算机软件，计算机软件可以在存储介质上或通过传输介质(例如，局域网或广域网，例如因特网)提供。应当进一步理解的是，因为附图中描绘的构成系统组件和方法步骤中的一些可以用软件实现，因此系统组件(或过程步骤)之间的实际连接可以取决于以何种方式编程本发明而有所不同。给出本文提供的本发明一些实施例中的教导，相关领域的普通技术人员将能够设想本发明的这些和类似的实施方式或配置。
应当理解，本发明的实施例可以以各种形式的硬件、软件、固件、专用程序或它们的组合来实现。在一个实施例中，本发明可以以软件中实现为在计算机可读程序存储设备上有形地体现的应用程序。应用程序可以上传到包括任意合适的架构的机器并且由该机器执行。
已经相对于特定实施例对本发明进行了说明和描述，这些实施例仅仅是对一些发明原理的说明并且不旨在作为排他性的或以其他方式限制实施例。因此，虽然对本发明的示意性实施例以及其各种示意性修改和特征的以上描述提供了许多特殊性，但是这些有利细节不应被解释为限制本发明的范围，并且本领域技术人员将容易地理解本发明易于进行许多修改、适配、变化、省略、添加和等效实现，而不脱离本范围并且不减少其伴随的优点。例如，除非到过程本身中必要或固有的程度，否则意味着本公开中描述的方法或过程(包括图)的步骤或阶段没有特定的顺序。在许多情况下，可以改变过程步骤的顺序并且可以组合、更改或省略各种示意性步骤，而不改变所描述的方法的目的、效果或意义。类似地，组件的结构和/或功能可以组合成单个组件或在两个或更多个组件之间划分。还应当注意，术语和表达用作描述术语，而不是限制术语。我们无意用术语或表达排除示出和描述的特征或其部分的任何等效物。另外，可以在不一定提供本文描述或鉴于本公开以其他方式理解和/或可以在本发明一些实施例中实现的优点中的一个或更多个的情况下实施本发明。因此，意图是，本发明并不限于所公开的实施例，而是应当根据所附权利要求来限定。

Claims (27)

1.一种用于控制设置在电气系统的相应位置处的多个智能电子设备IED的方法，每个IED被配置为测量表示该电气系统的相应位置处的中性点对地N-G电压的信号，每个IED具有当所述IED正在测量表示N-G电压的信号时耦合到N-G电压的相关联的阻抗，所述方法包括：
传送信号以控制所述IED中的每个IED何时选择性地耦合到N-G电压，所述信号能够操作用于使所述IED选择性地耦合到N-G电压，使得当所述多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，所述多个IED中的至少一个IED的相关联的阻抗不耦合到N-G电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号能够操作用于当所述多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，使不多于预定多个的所述多个IED的相关联的阻抗耦合到N-G电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号能够操作用于当所述多个IED中的每一个IED正在测量N-G电压时，防止所述多个IED中的所有其他IED的所有相关联的阻抗耦合到N-G电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法由通过LAN、WAN以及因特网中的至少一个通信地耦合到所述多个IED的计算机执行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法由执行能量管理程序代码或SCADA程序代码的计算机执行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法由另一IED执行。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个IED相对于另一IED被配置为从设备，所述另一IED相对于所述多个IED被配置为主设备。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号能够操作用于控制与所述多个IED相关联的多个开关中的每个开关闭合的时间，所述IED的相关联的阻抗中的每一个在开关闭合时耦合到N-G电压，并且在开关断开时不耦合到N-G电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述开关中的每个开关能够操作用于：通过将对应IED的参考电位选择性地连接到对应IED外部的大地，选择性地将对应IED的相关联的阻抗耦合到N-G电压。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述信号包括指示所述开关保持闭合的持续时间的信息。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信号包括由所述IED中的至少一个用来产生随机值的信息，所述随机值由所述IED用来确定将何时耦合所述IED以测量N-G电压。
12.至少一个存储程序代码的非暂时性计算机可读介质，当由至少一个计算机执行时，所述程序代码指示至少一个计算机执行用于控制设置在电气系统的相应位置处的多个智能电子设备IED的方法，每个IED被配置为测量表示该电气系统的相应位置的中性点对地N-G电压的信号，每个IED具有当所述IED正在测量表示N-G电压的信号时耦合到N-G电压的相关联的阻抗，所述方法包括：
传送信号以控制所述IED中的每个IED何时选择性地耦合到N-G电压，所述信号能够操作用于使所述IED选择性地耦合到N-G电压，使得当所述多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，所述多个IED中的至少一个IED的相关联的阻抗不耦合到N-G电压。
13.根据权利要求12所述的至少一个非暂时性计算机可读介质，其中，所述信号能够操作用于当所述多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，使不多于预定多个的所述多个IED的相关联的阻抗耦合到N-G电压。
14.根据权利要求12所述的至少一个非暂时性计算机可读介质，其中，所述信号能够操作用于当所述多个IED中的至少一个IED正在测量N-G电压时，防止所述多个IED中的所有其他IED的所有相关联的阻抗耦合到N-G电压。
15.根据权利要求12所述的至少一个非暂时性计算机可读介质，其中，所述信号包括指示所述IED选择性地耦合到N-G电压的持续时间的信息。
16.一种用于控制设置在电气系统的相应位置处的多个智能电子设备IED的系统，每个IED被配置为测量表示该电气系统的相应位置的中性点对地N-G电压的信号，每个IED具有当所述IED正在测量表示N-G电压的信号时耦合到N-G电压的相关联的阻抗，所述系统包括至少一个计算机和其上存储计算机代码的至少一个非暂时性计算机可读介质，当由所述至少一个计算机执行时，所述计算机代码使所述至少一个计算机至少：
传送信号以控制所述IED中的每个IED何时选择性地耦合到N-G电压，所述信号能够操作用于使所述IED选择性地耦合到N-G电压，使得当所述多个IED中的另一个IED正在测量N-G电压时，所述多个IED中的至少一个IED的相关联的阻抗不耦合到N-G电压。
17.一种系统，包括：
IED，所述IED能够操作用于测量电气系统的中性点对地电压并且具有阻抗；以及
开关，所述开关具有用于将所述IED的阻抗与所述电气系统耦合的闭合位置和用于将所述IED的阻抗与所述电气系统去耦的断开位置，其中所述开关能够操作用于闭合以测量所述中性点对地电压以及断开以将所述中性点对地电压与所述IED的阻抗去耦。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括能够操作用于控制所述开关的闭合和断开的控制器。
19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关在所述IED内部。
20.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关在所述IED外部。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，远程控制所述开关。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，本地控制所述开关。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，开关位置以间歇方式闭合和断开，所述间断方式包括周期性地、随机地和伪随机地中的至少一个。
24.一种系统，包括：
控制器，所述控制器能够操作用于发送使开关在断开位置与闭合位置之间改变状态的信号，
其中，所述开关包括用于将IED的阻抗放置到电气系统中的第一位置和用于从所述电气系统中除去所述IED的阻抗的第二位置，
其中，所述IED能够操作用于当所述开关处于所述第一位置时测量中性点对地电压。
25.根据权利要求24所述的控制器，其中，所述开关在所述第一位置闭合并且在所述第二位置断开。
26.一种IED，包括：
多个输入，所述多个输入被配置为耦合到电气系统的第一导体和第二导体；以及
开关，所述开关能够操作用于在所述IED的阻抗耦合到所述第一导体和所述第二导体的第一位置与所述IED的阻抗与所述第一导体和所述第二导体去耦的第二位置之间切换，
其中，所述IED能够操作用于在所述开关处于所述第一位置时测量表示所述第一导体和所述第二导体之间的电压的信号。
27.根据权利要求26所述的IED，其中，所述第一导体是接地的(中性)导体并且所述第二导体是接地导体。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105683765B (zh) * 2013-11-06 2019-06-07 施耐德电气太阳能逆变器美国股份有限公司 用于绝缘阻抗监测的系统和方法
US9778732B2 (en) * 2015-02-18 2017-10-03 Abb Schweiz Ag Intelligent electronic device with powering options for the display when not in use
BR112022015538A2 (pt) * 2020-02-06 2022-10-04 Aclara Tech Llc Detector de falha de impedância alta
US11353485B2 (en) * 2020-02-11 2022-06-07 Schneider Electric USA, Inc. Embedded high frequency ground monitor
EP4311075A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-24 Abb Schweiz Ag Uninterruptable power supply information communication system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070055889A1 (en) * 2002-08-29 2007-03-08 Henneberry Scott M Multi-function intelligent electronic device with secure access
DE102007003145A1 (de) * 2007-01-22 2008-07-24 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erfassen elektrischer Größen
US20080215264A1 (en) * 2005-01-27 2008-09-04 Electro Industries/Gauge Tech. High speed digital transient waveform detection system and method for use in an intelligent device
US20090079418A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Stegen James A Systems and Methods for Monitoring Voltage
CN202094698U (zh) * 2011-01-12 2011-12-28 天津工业大学 一种智能变压器监控设备

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5495384A (en) * 1990-04-02 1996-02-27 Square D Company Apparatus and method for detecting a fault in a distributed line network
US5793593A (en) * 1994-02-07 1998-08-11 New York State Electric & Gas Corporation Method and apparatus using a five-wire network for distribution of electrical power
US5446682A (en) 1994-03-21 1995-08-29 Square D Company System for calibrating a line isolation monitor
US5929554A (en) * 1994-12-30 1999-07-27 Mitsui Chemicals, Inc. Piezoelectric transformer
US5886597A (en) * 1997-03-28 1999-03-23 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Circuit structure including RF/wideband resonant vias
US6049469A (en) * 1997-08-20 2000-04-11 Dell Usa, L.P. Combination electromagnetic shield and heat spreader
US6108180A (en) * 1999-03-03 2000-08-22 Wilson, Hamilton & Severino Engineers, Llc Multi-grounded neutral electrical isolation between utility secondary low-voltage power service and high-voltage transmission structures
US7616656B2 (en) * 2004-10-20 2009-11-10 Electron Industries / Gauge Tech System and method for providing communication between intelligent electronic devices via an open channel
US8190381B2 (en) * 2005-01-27 2012-05-29 Electro Industries/Gauge Tech Intelligent electronic device with enhanced power quality monitoring and communications capabilities
US7916060B2 (en) * 2005-01-27 2011-03-29 Electro Industries/Gauge Tech. Intelligent electronic device having circuitry for noise reduction for analog-to-digital converters
US7272518B2 (en) 2005-07-01 2007-09-18 Square D Company Automated hierarchy classification in utility monitoring systems
US7684940B2 (en) 2007-03-28 2010-03-23 Bickel Jon A Method and system to identify grounding concerns in an electric power system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070055889A1 (en) * 2002-08-29 2007-03-08 Henneberry Scott M Multi-function intelligent electronic device with secure access
US20080215264A1 (en) * 2005-01-27 2008-09-04 Electro Industries/Gauge Tech. High speed digital transient waveform detection system and method for use in an intelligent device
DE102007003145A1 (de) * 2007-01-22 2008-07-24 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Schaltungsanordnung und Verfahren zum Erfassen elektrischer Größen
US20090079418A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Stegen James A Systems and Methods for Monitoring Voltage
CN202094698U (zh) * 2011-01-12 2011-12-28 天津工业大学 一种智能变压器监控设备

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