CN106872739A - 电表、控制电表的切断元件的断开和/或闭合的方法 - Google Patents

Abstract

一种电表，该电表包括用于估计切断元件(3)的闭合延迟和断开延迟的估计器装置，所述估计器装置包括：共振电感电路(6)，其具有面向该切断元件的可移动接触件(5)安装的线圈(10)；被布置成向所述电感电路发送电压脉冲的发送装置；检测器装置，该检测器装置被布置成检测来自该电感电路的输出处的阻尼振荡电压信号(So)，并且根据振荡的数量来检测该可移动接触件(5)的位置并从而检测该切断元件的实际断开或实际闭合；以及用于测量断开命令和检测到实际断开之间的时间以及闭合命令和检测到实际闭合之间的时间的测量装置。

Description

电表、控制电表的切断元件的断开和/或闭合的方法

技术领域

本发明涉及电表领域。

背景技术

现代电表是所谓的“智能”电表，其当然适于测量配电器经由配电网络提供给电气设施的电能的量，而且还能够执行特定数量的附加功能：通过接收命令来管理费率表；对电表进行远程读取和编程；客户远程数据等。

这些电表有时包括连接至火线并使得可能远程行动以选择性地连接和断开电气设施和配电网络的切断元件。

切断元件尤其被用来通过在电气设施经受来自配电网络的意外电涌时断开并且通过在意外电涌之后并且在配电器的操作者的命令下行动以重新闭合来保护电气设施。切断元件还被用于远程切断或重新建立到电气设施的供电，例如，在电气设施的用户终止订购的情况下或者在用户没有为已经消费的电力付费的情况下，而无需派人员到现场。

优选地，当穿过电表的交流电流(AC)跨越零时断开该切断元件，以便限制电弧的形成，电弧损害切断元件并缩短其寿命并且使电气设施的设备降级。因为AC电流是基本为正弦的信号，所以电流的振幅(以绝对值计)在跨越0之后非常快地增加，而对电流为0的时刻的不良估计导致切断元件在电流呈现大的振幅时被断开。

出于相同理由，优选地，当跨其端子的AC电压跨越零时闭合切断元件。

为了在穿过切断元件的AC电流为0时的精确时刻断开切断元件，并且为了在跨切断元件的端子的AC电压为0时的精确时刻闭合切断元件，构想了直接使用对电流的测量以及对电压的测量。切断元件的断开和闭合随后被定时以便断开发生在电流为0的时刻并且闭合发生在电压为0的时刻。

由于在切断元件正在切换时扰乱电流和电压测量的干扰信号，该解决方案实现起来是复杂的。

还构想了利用用于检测切断元件的实际断开和切断元件的实际闭合的遮光器检测器设备，并且测量断开命令和实际断开之间的断开延迟，以及闭合命令和切断元件的实际闭合之间的闭合延迟。切断元件的断开命令和闭合命令随后被提早发出以计入这些延迟。

这种设备使得设计和使用专用于此应用的切断元件成为必要，由此相当大地增加了电表的总成本。

发明内容

本发明的一个目标是在接近穿越它的电流为0时的时刻的时刻(根据情况，也可能是在接近跨它的端子的电压为0时的时刻的时刻)断开(根据情况，也可能是闭合)电表的切断元件，而不显著增加电表的成本。

为实现这一目标，本发明提供了一种电表，所述电表具有切断元件、用于控制所述切断元件的控制装置、以及用于估计断开命令和所述切断元件的实际断开之间的断开延迟和/或闭合命令和所述切断元件的实际闭合之间的闭合延迟的估计器装置，所述估计器装置包括：

·共振电感电路，所述共振电感电路包括相对于所述切断元件静止安装并且面朝所述切断元件的可移动接触件的路径的线圈；

·被布置成向所述电感电路发送电压脉冲的发送装置；

·检测器装置，所述检测器装置被布置成检测来自所述电感电路的输出处的阻尼振荡电压信号并将其与参考电压进行比较，并且根据高于所述参考电压的振荡的数量来检测所述可移动接触件的位置并从而检测所述切断元件的实际断开或实际闭合；以及

·测量装置，所述测量装置用于测量所述断开命令和检测到实际断开之间的时间以便估计所述断开延迟，和/或所述闭合命令和检测到实际闭合之间的时间以便估计所述闭合延迟。

通过使用估计器装置来估计断开延迟和闭合延迟使得断开命令和闭合命令能够按照以下方式提早发出：确保切断元件的实际断开和实际闭合的确分别发生在穿过切断元件的电流为0时以及跨切断元件的端子的电压为0时。

使用电感电路和面向切断元件的可移动接触件的路径安装的线圈还使得有可能将估计器装置与已经存在的切断元件相关联，而不必设计专用于此应用的切断元件。本发明的电表从而可以适合于传统切断元件，所以合并估计器装置不导致大的额外成本。

根据以下对本发明的具体的非限制性实施例的描述，能够更好地理解本发明。

附图说明

参考附图，在附图中：

图1示出了本发明的电表切断元件以及用于估计切断元件的断开和闭合时间的装置，该切断元件正被闭合；

图2是类似于图1的图，其中切断元件被断开；

图3是示出本发明的电表的估计器装置的电路图；

图4示出在切断元件闭合时估计器装置产生的阻尼振荡信号；以及

图5示出在切断元件断开时估计器装置产生的阻尼振荡信号。

具体实施方式

参考图1和2，本发明的电表1用于测量位于电表1上游的配电网络所提供并由位于电表1下游的电气设施所消耗的电能。电能被通过电表1与其连接的具有火线2和中性线的电线传送到电气设施。

电表1具有连接至电表1内部的火线2的切断元件3。切断元件3用于选择性地并且在远程控制下将电气设施从配电网络连接和断开。

切断元件3的闭合状态(在图1中示出)和断开状态(在图2中示出)可由电能供应商(或由网络的管理员)来设置。

切断元件3具有静止的金属接触件4和可移动的金属接触件5。通过使可移动接触件5远离静止接触件4，切断元件3被置于断开状态，而通过使可移动接触件5置为与静止接触件4接触，切断元件被置于闭合状态。

电表1具有用于估计断开命令和切断元件3的实际断开之间的断开时间以及闭合命令和切断元件3的实际闭合之间的闭合时间的装置。

估计器装置被首先适配成检测切断元件3的实际断开和闭合。

切断元件3的实际断开和闭合由估计器装置根据可移动接触件5的位置来检测。

为了检测可移动接触件5的位置，并且从而检测切断元件3的实际断开和实际闭合，估计器装置包括连接至包括微控制器8的处理器单元7的共振电感电路6。

电感电路6包括线圈10以及与线圈10并联的电容器11，该线圈10相对于切断元件3静止地布置并且面朝可移动接触件5所遵循的路径。

当切断元件3闭合时，可移动接触件5靠近线圈10。可移动接触件5在线圈10附近区域内的存在显著地改变了跨线圈10的端子的等效电感。

参考图3，线圈10的上端经由在微控制器8控制下的晶体管12连接至电压源Vref，其中：

Vref＝Vcc/2+|ε|

以使得Vref略大于Vcc/2(其对应于比较器15的负输入处的参考电压)。线圈10的下端连接至具有开关13的第一端子A1，开关13的第二端子A2连接至地14，第三端子A3连接至高阻抗，而第四端子A4连接至比较器15的正输入，比较器15由Vcc供电。比较器15的负输入连接至参考电压Vcc/2，且输出16连接至微控制器8的输入，微控制器8包括用于对在来自比较器15的输出处的上升波前计数(同样可能对下降波前而不是上升波前计数)的机制，其中比较器输出的信号的波形是方波脉冲信号。

作为指示，所使用的组件通常是具有56微亨(μH)的电感的线圈10、具有2.2纳法(nF)的电容的电容器11，以及3.3伏(V)的电压Vcc。方波脉冲信号通常为3.3V信号。

微控制器8利用控制信号Sc控制晶体管12以在导通状态和阻塞状态之间切换。

处理器单元7被布置成周期性地行动(即，在此示例中按照具有等于100微秒(μs)的历时的规则间隔开的时间tn)来执行检测操作，所述检测操作涉及以下步骤：

·在时间tn并且对于2μs的典型历时，通过利用开关13将线圈10的下端连接到地14以及经由晶体管12将线圈10的上端连接至电压源Vref，并且随后在2μs的末尾利用开关13将线圈10的下端连接至比较器15的正输入，来将电压Vref的脉冲发送到电感电路6中；

·在来自电感电路6的输出处检测阻尼振荡电压信号So并将其与参考电压Vcc/2进行比较以在振荡具有大于Vcc/2的振幅时获得方波脉冲；

·在时间t＝tn+t0，对电感电路6所递送的上升波前的数量进行计数；

·当电感电路6递送小于或等于阈值Mthresh的上升波前的数量M时检测到可移动接触件5的存在；以及

·当电感电路递送大于阈值Mthresh的上升波前的数量M时检测到可移动接触件5的不存在。

阈值Mthresh通常被设置为5。

可以理解，电感电路6阻尼电压脉冲并递送阻尼振荡信号So。可移动接触件5存在时的阻尼振荡信号So(在图4中示出)呈现比可移动接触件5不存在时的阻尼振荡信号(在图5中示出)更大的阻尼。

从而，估计器装置实时地且按规则的间隔(在此示例中规则间隔等于100μs)检测可移动接触件5的位置，并且从而检测切断元件3的实际断开或实际闭合。

估计器装置还包括测量装置，该测量装置测量断开命令和检测到实际断开之间的时间以估计断开延迟，以及闭合命令和检测到实际闭合之间的时间以估计闭合延迟。

这些测量装置是由在微控制器8中执行的程序构成的，所述程序对于每个断开命令行动以获得断开命令发生的时刻以及在断开命令之后首次检测到实际断开的时刻，并且随后计算这两个估计值之间的差以估计断开延迟。

同样地，对于每个闭合命令，该程序获得闭合命令发生的时刻以及在闭合命令之后首次检测到实际闭合的时刻，并且其计算这两个时刻之间的差以估计闭合延迟。

因为在此示例中切断元件3的实际断开和实际闭合每100μs检测一次，所以断开延迟和闭合延迟是以100μs量级的最大不确定度估计的(假定断开命令和闭合命令发生的时刻几乎以0不准确度被估计)。

切断元件3随后在利用估计器装置所估计的切断元件3的断开延迟和闭合延迟的情况下被命令断开或闭合，其方式使得切断元件3在穿过它的AC电流为0(或接近0)时断开并使得切断元件3在跨其端子的AC电压为0(或接近0)时闭合。

为此目的，每当发出断开切断元件3的命令时，估计器装置估计切断元件3的断开延迟。

接下来的断开命令随后被提前等于该断开延迟的时间。接下来的断开命令从而在时刻Ti0–to被发出，其中Ti0是靠近适于断开切断元件3的时候并且其中流过切断元件3的电流被认为是0的时刻，而to是刚被估计的断开延迟。

断开从而按照切断元件3的实际断开精确地(在此示例中在最多100μs内)在电流为0时的时候发生的方式被命令。断开延迟在每个断开命令之际被估计和更新，以便此估计在切断元件3经受环境变化(温度、湿度……)和结构变化(特别由于老化)的情况下保持精确。

同样地，在闭合切断元件3的每个命令之际，估计器装置估计切断元件3的闭合延迟。

接下来的闭合命令随后被提前等于该闭合延迟的时间。接下来的闭合命令从而在时刻Tv0–tc被发出，其中Tv0是靠近适于闭合切断元件3的时候并且其中跨切断元件3的端子的电压被认为是0的时刻，且其中tc是刚被估计的闭合延迟。

闭合从而按照切断元件3的实际闭合精确地(在此示例中在最多100μs内)在电压为0时的时候发生的方式被命令。闭合延迟在每个闭合命令之际被估计和更新。

应当观察到，电流和电压是通过电表1中存在的电流和电压传感器测量的，并且穿过切断元件3的电流被认为是0的时候和跨切断元件3的端子的电压被认为是0的时候是分别由电流传感器和由电压传感器估计的。

还应观察到，断开延迟和闭合延迟在校准步骤期间被初始化并存储，该初始化在电表的制造期间进行。在电表1被制造的时候(例如，在其组装期间)，断开延迟和闭合延迟按照上述方式被估计，且这些延迟被存储在电表1的存储器中。一旦电表服役，在此校准步骤期间所估计的断开延迟和闭合延迟在针对电表1的切断元件3发出第一个断开命令和第一个闭合命令时被使用。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。

该电表从而可以是具有被独立控制的多个切断元件的多相电表(例如，三相电表)。本发明的原理从而适用于每个切断元件。

Claims (5)

1.一种电表，所述电表具有切断元件(3)、用于控制所述切断元件(3)的控制装置、以及用于估计断开命令和所述切断元件(3)的实际断开之间的断开延迟和/或闭合命令和所述切断元件(3)的实际闭合之间的闭合延迟的估计器装置，所述估计器装置包括：

·共振电感电路(6)，所述共振电感电路包括相对于所述切断元件静止安装并且面朝所述切断元件的可移动接触件(5)的路径的线圈(10)；

·被布置成向所述电感电路发送电压脉冲的发送装置；

·检测器装置，所述检测器装置被布置成检测来自所述电感电路的输出处的阻尼振荡电压信号(So)并将其与参考电压进行比较，并且根据高于所述参考电压的振荡的数量来检测所述可移动接触件(5)的位置并从而检测所述切断元件的实际断开或实际闭合；以及

·测量装置，所述测量装置用于测量所述断开命令和检测到实际断开之间的时间以便估计所述断开延迟，和/或所述闭合命令和检测到实际闭合之间的时间以便估计所述闭合延迟。

2.如权利要求1所述的电表，其特征在于，所述切断元件的实际断开在高于所述参考电压的振荡的数量大于预定阈值时被检测到，并且其中所述切断元件(3)的实际闭合在高于所述参考电压的振荡的数量小于或等于所述预定阈值时被检测到。

3.一种控制根据任一前述权利要求所述的电表(1)的切断元件的断开和/或闭合的方法，所述方法包括当发出断开命令时估计所述切断元件(3)的断开延迟以及根据所述断开延迟提早发出用于所述切断元件的接下来的断开命令的步骤，和/或当发出闭合命令时估计所述切断元件(3)的闭合延迟以及根据所述闭合延迟提早发出用于所述切断元件的接下来的闭合命令的步骤。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述断开延迟在每个断开命令之际被估计和更新以提早发出接下来的断开命令，和/或所述闭合延迟在每个闭合命令之际被估计和更新以提早发出接下来的闭合命令。

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，进一步包括在所述电表被制造时执行的校准步骤，并且在所述校准步骤期间，所述断开延迟和/或所述闭合延迟被估计并初始化。