CN104685364A - 电功率表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电功率表(1)，其包括切断部件(14)，用于对装备(4)的端子处的下游电压进行下游测量的装置，以及用于在打开状态和闭合状态之间驱动所述切断部件并且获得由所述测量装置提供的测量值的处理器装置(13)。根据本发明，所述电表(1)包括用于在所述切断部件(14)打开时将测量电压提供给所述装备的端子的供应装置(R6)，连接到所述供应装置、用于测量所述装备4的阻抗(Z)的阻抗测量装置，以及连接到所述下游测量装置的第一测量电阻器(R4)并且由所述处理器装置(13)控制以基于控制下游电压测量还是阻抗测量来选择性地连接和断开连接所述第一测量电阻器(R4)和所述供应装置(R6)的至少一个测量开关(16)。

Description

电功率表

本发明涉及电表。

背景技术

大多数现代电表包括能源供应商可远程操作的切断部件。具体而言，切断部件用于使供应商能够(例如在订购终止的情况下或者在用户搬迁到新的场所的情况下)切断或重建来自电表将用户的电气装备连接至的供电网络的电力线的电力供应，而不需要派遣人员到现场。

在某些情况下，供应商还试图使电表的切断部件在用户主动操作装备中的断路器之后能够被重设，其中操作主要包括打开以及随后闭合断路器。

因此，在导致切断部件被重设之前，电表必须能够检测断路器已被操作。这一检测可通过检测跨接在装备的端子上的阻抗的变化来检测，其中当断路器被闭合时阻抗相对较低，而当其打开时阻抗相对较高。

不幸的是，允许装备的阻抗的变化被检测到的大多数现有设备仅能与(如适用于大多数单相电表的)以相线为参考的电表(即电表的电气接地与电线的相线连接)一起工作，但对(如适用于大多数三相电表的)以中性线为参考的电表不起作用。

发明目的

本发明的目的是使得以中性线为参考的电表能够检测对电气装备的断路器的操作以便使电表的切断部件能够被重设。

发明内容

为了实现这一目的，本发明提供一种电表，其具有用于连接到供电网络和电气装备的端子的装置，用于测量所述网络的相电压的上游测量装置，用于测量在所述相电压下流动的相电流的测量装置，用于将所述网络和所述端子选择性地连接和断开连接的切断部件，用于测量跨接在所述装备的所述端子上的下游电压的下游测量装置，以及用于在打开状态和闭合状态之间操作所述切断开关并且用于获得由所述测量装置作出的测量值的处理器装置。根据本发明，所述电表包括用于在所述切断部件打开时将测量电压带给所述装备的端子的递送装置，连接到所述递送装置、用于测量所述装备的阻抗的阻抗测量装置，以及连接到所述下游测量装置的第一测量电阻器并且由所述处理器装置控制以取决于要作出下游电压测量值还是阻抗测量值来选择性地连接和断开连接所述第一测量电阻器和所述递送装置的至少一个测量开关。

所述电表可因此通过用于测量所述下游电压的下游装置来检测所述切断部件的状态(打开或闭合)，并且随后在所述切断部件打开的情况下，所述电表可通过使用所述递送装置和所述阻抗测量装置来测量所述装备的阻抗。因此，检测对所述装备的断路器的操纵并且因此使所述切断部件被重设是可能的。所述开关确保了在测量所述下游电压和测量所述阻抗时的足够的准确度，所述开关被适配成连接和断开连接所述第一测量电阻器。本发明的电表的以上提到的装置中没有一个要求电表的电气接地要连接至供电网络的线的中性导体。

在以下对本发明的具体的非限制性实施例的描述的启示下能够更好地理解本发明。

附图说明

参照附图，其中：

图1是本发明的第一实施例的电表的电路图；以及

图2显示了本发明的第一实施例的变体的电表。

具体实施方式

参照图1，本发明的第一实施例的电表1在这一示例中经由第一连接装置3连接到供电网络的三相电线2，并且经由第二连接装置5连接到电气装备4的两个端子B1和B2。

电线2用于传送能源供应商所供给的电能以便对电气装备4供电。在这一示例中，电表1是以中性线为参考的三相电表，即电表1的电气接地6连接到线2的中性导体7。线具有三个相导体8，出于附图清楚的目的，在图1中仅示出了三个相导体中的一个。

电表包括与相导体8串联以用于将线电流变换成适合装备的电流并且用于将相导体8与电表1(其以中性为参考)的其余部分隔离开的变压器9。

电表1被安排成测量由电气装备4所消耗的电能的量以便允许供应商针对这一电能对装备4的用户开账单。为此，电表1包括针对线的三个相导体8的每一个的、用于测量在相电压Vph下在相导体8中流过的相电流Iph的装置以及用于测量相电压Vph的上游测量装置(在图1中仅示出了一个相导体8的测量装置)。

相电流测量装置包括连接到第二变压器9的电流传感器Amp，第二变压器9用于缩小相电流Iph的幅值以便将其与电流传感器Amp相匹配。电流传感器Amp因而测量第二变压器中流过的经缩小的并且与相电流Iph的幅值成比例的幅值的电流。

用于测量相电压Vph的上游测量装置位于变压器9的上游并且位于电流测量装置Amp的上游(即在网络侧)，并且上游测量装置被适配成测量线2的相导体8和中性导体7之间的电压。上游测量装置包括第一上游电阻器R1、第二上游电阻器R2、以及第一电压传感器Volt1。第一上游电阻器R1具有连接到相导体8的第一端子B1R1以及连接到第二上游电阻器R2的第一端子B1R2的第二端子B2R1。第二上游电阻器R2的第二端子B2R2连接到中性导体7。第一电压传感器Volt1被安排成测量端子B2R1(或端子B1R2)的电势，从而使其可能被分压以获得与相电压Vph成比例的电压V1，并且通过电压V1能够容易地推导出相电压Vph。

术语“电流传感器”和“电压传感器”在本文中被用于表示相应的测量组件集，具体来说，测量组件包括模数转换器，并且用于测量模拟电流或电压并将模拟测量值转换成数字数据。

电表1的处理器装置13获取相电流Iph和相电压Vph测量值，处理器装置13被有利地适配成存储这些测量值并经由此处未示出的通信装置(通信线、承载电流等)将其传送给供应商。测量值被以处理器装置所定义的频率定期地获取，或者作为经由通信装置传送给处理器装置13的外部命令的结果而获取。

因此，电表1使得供应商能够知道装备正消耗的电功率的量，并因而从电量推导出电能消耗。

电表1还被安排成使得供应商能够远程地采取行动来切断或重建对于装备4的电功率供应。为此目的，电表1包括位于电表1中的、在变压器9和电流测量装置Amp下游(即位于电气装备侧)的切断部件14。供应商将命令发送给处理器装置13，处理器装置13控制切断部件14以便根据命令打开或重新闭合切断部件14。

电表1还被安排成测量装备的端子B1、B2处的下游电压Va，并且测量装备4的阻抗Z。

具体而言，测量下游电压Va用来知晓切断部件14的真实状态(打开或闭合)，并且检测用户所做的可能的欺诈行为，用户可能将切断部件14短路以便将装备连接到网络。

具体而言，测量装备的阻抗Z用来使得供应商能够知道断路器15在装备4的入口处的状态，并且因此检测断路器15的打开和随后闭合的操作以便远程地采取动作来命令切断部件14重设。自然地，仅在切断部件14打开时命令切断部件14的重设，并且因而仅在切断部件14打开时测量阻抗Z是必要的。

下游电压Va和装备4的阻抗Z的测量值由处理器装置13获取，作为相电流和相电压测量值。

为了测量跨接在装备4的端子B1、B2上的下游电压Va，电表1包括下游测量装置，下游测量装置包括第一下游电阻器R3、第一测量电阻器R4、以及第二电压传感器Volt2。电阻器R3和R4串联连接在相导体8和中性导体7之间。

第二电压传感器Volt2被安排成测量电阻器R4边上的第一下游电阻器R3的第一端子B1R3的电势，从而使其可能被分压以获得与下游电压Va成比例的电压V2，并且通过电压V2能够容易地推导出下游电压Va。这一示例中的第一下游电阻器R3和第一测量电阻器R4分别具有600千欧姆(kΩ)和4kΩ的电阻。

电表1还具有用于以下所描述的目的的测量开关16，测量开关16由处理器装置13控制并且与第一测量电阻器R4串联连接，使得该开关位于电阻器R4和第一端子B1R3之间。

为了测量装备4的阻抗Z，电表1具有包括第二下游电阻器R5的阻抗测量装置。

第二下游电阻器R5与开关16和第一测量电阻器R4并联连接，使得第二下游电阻器R5的第一端子B1R5连接到端子B1R3，而第二下游电阻器R5的第二端子B2R5连接到中性导体7。在这一示例中，第二下游电阻器R5具有200kΩ的电阻。

类似地，可根据第二电压传感器Volt2测得的电压V2来推导出阻抗Z。

电表1还具有用于将在切断部件14打开时带来装备的端子的测量电压Vmes的递送装置。因此，当切断部件14闭合时，跨接在装备的端子上的电压Va等于相电压Vph，而当切断部件14打开时，电压Va等于测量电压Vmes。

在这一示例中，这些递送装置由与切断部件14并联连接的递送电阻器R6来形成。在这一示例中，递送电阻器R6具有6兆欧姆(MΩ)的电阻。因此，电压Vmes可通过对电压Vph进行分压来直接获得，并且考虑到递送电阻器R6的高电阻，电压Vmes相对较小。

以下针对供应商试图检测装备4的断路器15是否已被操纵过(其中这一操纵具有使断路器15从打开状态(该状态下装备的阻抗相对较大)变为闭合状态(该状态下装备的阻抗相对较小)的效果)以使其被打开并随后重新闭合的情况来描述本发明的电表1的操作。

处理器装置13通过使下游电压Va被检测并且获得这一检测值以便知晓切断部件14的真实状态来开始。

为此目的，处理器装置控制测量开关16来采取闭合状态，以便将第一测量电阻器R4经由第一下游电阻器R3连接到递送电阻器R6。第一测量电阻器R4和第二下游电阻器R5因而被并联连接。

第二电压传感器Volt2递送的电压值V2因而等于：

$V2=\mathrm{Va}\frac{R4//R5}{R3+R4//R5}.$

其中“R4//R5”表示与电阻器R5并联连接的电阻器R4的等效电阻。

由于测量电阻器R4的电阻比第二下游电阻器R5的电阻小得多，因此这些并联连接的电阻器呈现接近于测量电阻器R4的电阻的等效电阻。电压V2因而大约等于：

$V2=\mathrm{Va}\frac{R4}{R3+R4}.$

因此，如果切断部件14是打开的，且因此如果Va＝Vmes，则第二电压传感器Volt2测得的电压V2相对较低，而如果切断部件14是闭合的，且Va＝Vph，则测得的电压V2相对较高。

由此可见，为什么在此处选择低阻抗的第一测量电阻器R4是有利的。当切断部件被闭合时，跨接在装备的端子上的电压是高的，并且因此下游电压Va(等于相电压Vph)需要被充分分压，首先是为了与被适配用于测量相对低的入口电压的第二电压传感器Volt2相匹配，其次为了使电压传感器Volt2能够针对装备的阻抗的宽范围的可能值来检测相对精确的阻抗变化。

因此，处理器装置可检测切断部件是打开还是闭合的。应当注意到，如果切断部件被检测为正闭合(即使来自供应商的命令之前已打开过它)，则切断部件可能已被用户短路了。这构成了检测到欺诈行为。自然地，递送电阻器R6具有足够高的电阻以使Vmes足够小，首先使其不能够为装备供电，其次能够区分欺诈行为(其中切断部件应当被打开但其中下游电压Va相对较大)和非欺诈行为下(在这种情况下，下游电压Va等于Vmes)的打开切断部件。

如果切断部件14被检测为被闭合，则不需要将它重设，并且因此不需要测量装备4的阻抗Z。

如果切断部件14被检测为正打开，则处理器装置13使阻抗Z被测量并且处理器装置13获取该测量值。处理器装置13使得测量开关16被打开。第二电压传感器Volt2测得的电压值V2因而通过以下给出：

$V2=\mathrm{Vmes}\frac{R5}{R3+R5}.$

然而，电压Vph通过电阻器R3、R5、R6以及阻抗Z的分压得到：

$\mathrm{Vmes}=\mathrm{Vph}\frac{Z//(R3+R5)}{R6+(Z//(R3+R5))}.$

因此V2通过下式得出：

$V2=\mathrm{Vph}\frac{Z//(R3+R5)}{R6+(Z//(R3+R5))}\frac{R5}{R3+R5}.$

因此，测得的电压V2直接取决于装备的阻抗Z。因此可能检测到Z的大变化，该变化对应于断路器的以上提到的操作。有利地，作出规定以重新使用第一电压传感器Volt1提供的Vph值，从而使得可能考虑到Vph的正确值并且避免检测到作为相电压Vph变化的结果的阻抗Z的任何变化。

由此可见，为什么在此处选择具有高电阻的第二下游电阻器R5是有利的。由于下游电压(等于Vmes)相对较低，有必要采用高电阻的第二下游电阻器R5使得V2具有足够使得电压传感器Volt2能够针对装备4的阻抗Z的宽范围的可能值来检测相对精确的阻抗变化。

在这一示例中，处理器装置13由适当的软件装置来适配以在装备4的测得阻抗Z大于第一阈值(第一阈值等于100kΩ)时检测到断路器15打开，或者在测得阻抗小于第二阈值(第一阈值等于10kΩ)时检测到断路器15闭合。电阻器R1、R2、R3、R4、R5以及R6以及电压传感器Volt1和Volt2具有使得它们能够可靠地区分小于10kΩ的阻抗Ζ和大于100kΩ的阻抗Ζ的电气特性(准确度、容限，等等)。

第一阈值可看上去相当小，然而该值对应于装备具有将电表1连接到断路器15、或者将断路器15连接到装备4的剩余部分的长度较长的电线。第二阈值对应于装备4中的非常小的负载，并且因此对应于低电能消耗。

图2中显示了本发明的电表的变体20。图2中显示的已经在图1中呈现的所有元件被赋予相同的标记。

除了以上提到的元件，下游测量装置包括经由第二测量电阻器R8连接到第二电压传感器Volt2的直流(DC)电压源Vcc。

这一DC电压源Vcc用于在电压传感器Volt2要求输入具有DC分量的情况下(例如，在Volt2中的模数转换器由正电源电压单独供电而不是由正电源电压和负电源电压相结合地供电的情况下)将DC电压分量添加到第二电压传感器Volt2测得的电压V2。

阻抗测量装置包括第三下游电阻器R7。

电表20还配备有附加测量开关21。

第二测量电阻器R8和附加测量开关21串联连接在DC电压源Vcc和第一测量开关16之间。第三下游电阻器R7与开关21和第二测量电阻器R8并联连接。

就像测量开关16一样，附加开关21被处理器装置13闭合以便测量下游电压Va，被打开以测量装备4的阻抗Z。在这一示例中，第三下游电阻器R7的电阻等于第二下游电阻器R5的电阻，而第二测量电阻器R8的电阻等于第一测量电阻器R4的电阻。

本发明不限于以上描述的特定实施例及其变体，而是相反地，覆盖如权利要求书所定义的发明范围内的任何变体。

虽然所描述的电表配备有包括测量开关和第一测量电阻器的单个测量单元，并且在变体中的描述具有附加测量开关和第二测量电阻器的单个附加测量单元，也可能使用彼此并联连接的多个测量单元(各自具有开关和测量电阻器)。这用于定义多个“测量范围”，其中以上描述的电表的测量范围对应于第二电压传感器测得的用于确定下游电压Va的电压V2测得的电压所采取的一组值，或者对应于使得可能检测装备的阻抗Z的变化的一组值。当使用多个测量单元时，还可能避免同时操作所有的开关以便定义大量的测量范围。因此，采用并联连接的两个测量单元，可能定义三个测量范围(对应于一个开关打开一个开关闭合，两个开关都闭合，以及两个开关都打开)。测量范围数目的增加使得可能为供应商提供更准确地、或者在更多不同值的范围中测量下游电压或阻抗值的选项。

虽然针对某些组件的电气特性(电阻等)给出了某几个数字值，但是显然可能为这些特性选择不同值。

Claims (7)

1.一种电表(1，20)，其具有用于连接到供电网络和电气装备(4)的端子的装置(3，5)，用于测量所述网络的相电压(Vph)的上游测量装置(R1，R2，Volt1)，用于测量在所述相电压(Vph)下流动的相电流(Iph)的测量装置(9，Amp)，用于将所述网络和所述端子选择性地连接和断开连接的切断部件(14)，用于测量跨接在所述装备(4)的所述端子上的下游电压(Va)的下游测量装置(R3，R4，Volt2)，以及用于在打开状态和闭合状态之间操作所述切断开关(14)并且用于获得由所述测量装置作出的测量值的处理器装置(13)，

其特征在于，所述电表(1，20)包括用于在所述切断部件(14)打开时将测量电压带给所述装备的端子的递送装置(R6)，连接到所述递送装置、用于测量所述装备(4)的阻抗(Z)的阻抗测量装置(R5)，以及连接到所述下游测量装置的第一测量电阻器(R4)并且由所述处理器装置(13)控制以基于要作出下游电压测量值还是阻抗测量值来选择性地连接和断开连接所述第一测量电阻器(R4)和所述递送装置(R6)的至少一个测量开关(16)。

2.根据权利要求1所述的电表(1，20)，其特征在于，包括彼此并联连接的多个测量开关，每个开关连接到所述下游测量装置的第一测量电阻器并且由所述处理器装置控制。

3.根据以上权利要求1中的任意一项所述的电表(1，20)，其特征在于，带来测量电压的所述递送装置包括与所述切断部件(14)并联连接的递送电阻器(R6)。

4.根据以上权利要求中的任意一项所述的电表(1，20)，其特征在于，所述下游测量装置包括与所述测量开关(16)和所述第一测量电阻器(R4)串联连接的第一下游电阻器(R3)，并且所述阻抗测量装置包括与所述测量开关(16)和所述第一测量电阻器(R4)并联连接的第二下游电阻器(R5)，所述下游电压和所述阻抗通过对跨接在所述装备的端子上的电压进行分压来测得。

5.根据权利要求4所述的电表(1，20)，其特征在于，所述下游测量装置包括连接到至少一个测量电阻器(R8)的DC电压源(Vcc)，并且其中所述阻抗测量装置包括连接到所述DC电压源和所述第二下游电阻器(R5)的第三下游电阻器(R7)，所述电表还包括与所述第二测量电阻器(R8)串联连接的附加测量开关(21)，所述附加测量开关和所述第二测量电阻器(R8)与所述第三下游电阻器(R7)并联连接。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的电表(1，20)，其特征在于，所述第二下游电阻器(R5)的电阻处于每个测量电阻器(R4，R8)的电阻的十倍到一百倍的范围中。

7.根据以上权利要求中的任意一项所述的电表(1，20)，其特征在于，所述电表被适配成按以下方式测量所述下游电压：确定所述切断部件(14)的真实状态，并且随后如果所述切断部件(14)是打开的，则测量所述装备的阻抗。