CN108233331B - 电源断路器 - Google Patents

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Abstract

一种电源断路器，用以解决现有的电源电路保护组件对于负载的保护效果不佳的问题。该电源断路器包括一个电力线；一个测量装置，该测量装置电性连接于该电力线，以供感测该电力线的电压及通过该电力线的电流，据以产生一个电压值及一个电流值；一个运算装置，该运算装置耦接于该测量装置，该运算装置依据该电压值、电流值及一个频率值，判断该电力线的电力参数是否处于一个异常状态；及一个开关装置，该开关装置串接于该电力线，且该开关装置耦接于该运算装置；其中，在该运算装置的判断结果为是的状态下，该运算装置控制该开关装置开启，使该电力线形成断路。

Description

电源断路器
技术领域
本发明涉及一种电源断路器，尤其涉及一种能够判断交流电源是否异常的电源断路器。
背景技术
现有的电源电路保护组件包括保险丝、无熔丝开关或其他过压、过流保护组件。类似组件均以一电源所电性连接的电力线的单一电力参数(例如：电流)作为是否切断该电源的判断基准。借此，现有的电源电路保护组件能够在该电力参数发生异常时切断该电源，以保护由该电力线接收电源的负载。
然而，现有的电源电路保护组件仅能监控单一电力参数，举例而言，如保险丝或无熔丝开关仅以电流作为是否切断该电源的判断基准，但若该电源所输出的电压或频率等其他电力参数发生异常时，保险丝或无熔丝开关将无法反应该电源的异常状况，导致该负载可能长时间在异常的电力条件下运作，容易缩短该负载的使用寿命，甚至进一步导致用电意外发生，使得电力系统存在安全风险。
有鉴于此，有必要提供一种电源断路器，以解决现有电源电路保护组件对于负载的保护效果不佳的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种电源断路器，可在利用多个电源参数作为是否切断一电源的判断基准。
为达到前述发明目的，本发明所运用的技术手段包括有：
一种电源断路器，包括：一个电力线；一个测量装置，该测量装置电性连接于该电力线，以供感测该电力线的电压及通过该电力线的电流，据以产生一个电压值及一个电流值；一个运算装置，该运算装置耦接于该测量装置，该运算装置依据该电压值、电流值及一个频率值，检测该电力线的电压大小是否正常、通过该电力线的电流是否过高、以及该电力线的电压的频率变动量是否过高，据以判断该电力线的电力参数是否处于异常状态；及一个开关装置，该开关装置串接于该电力线，且该开关装置耦接于该运算装置；其中，在该运算装置的判断结果为是的状态下，该运算装置控制该开关装置开启，使该电力线形成断路。
其中，该测量装置包括一个电压感测单元及一个电流感测单元，该电压感测单元并联连接于该电力线，以感测该电力线的电压并产生该电压值；该电流感测单元包括串联连接于该电力线的一个感测端，以感测通过该电力线的电流并产生该电流值。借此，该测量装置能够测量并输出电压值及电流值。
其中，该电压感测单元或该电流感测单元所感测产生的电压值及电流值的信号型式为模拟信号，该测量装置设有一个模拟转数字转换单元，该电压感测单元或该电流感测单元耦接该模拟转数字转换单元。借此，利用该模拟转数字转换单元能够将该电压感测单元所输出的电压值或该电流感测单元所输出的电流值转换为数字信号。
其中，该运算装置接收该测量装置所测量的电压值及电流值，且该运算装置依据该电压值计算产生该频率值。借此，该运算装置能够计算产生该电力线的电压的频率值。
其中，该测量装置还测量该电力线的电压的频率以产生该频率值。借此，该测量装置能够直接测量产生该电力线的电压的频率值。
其中，运算装置依据下式计算一个频率变动率：
Figure BDA0001469729670000021
其中，Δf为该频率变动率，fm为该频率值，fn为一个交流电源的额定频率，该运算装置检测该频率变动率是否超过一个门坎值，以判断该电力线的电压是否处于频率异常变动状态。借此，该运算装置能够检测该电力线的电压的频率变动量是否过高，进而判定通过该电力线的电流是否处于该频率异常变动状态。
其中，该门坎值为2％。借此，该频率变动率超过2％时，该运算装置即判定该电力线的电压处于该频率异常变动状态。
其中，该运算装置储存一个电流上限值，该运算装置检测该电流值与该电流上限值的差异幅度，以判断通过该电力线的电流是否处于过电流状态。借此，该运算装置能够检测通过该电力线的电流是否过高，进而判定通过该电力线的电流是否处于该过电流状态。
其中，该运算装置依据该测量装置在一定时间内所输出的电压值运算产生一个电压参考值，该运算装置储存一个额定电压值，该运算装置检测该电压参考值与该额定电压值的差异幅度，以判断该电力线的电压大小是否处于欠电压状态或过电压状态。借此，该运算装置能够检测该电力线的电压大小是否正常，进而判定该电力线的电压是否处于该欠电压状态或该过电压状态。
其中，该运算装置在判定该电力线的电压处于该欠电压状态、该过电压状态、该频率异常变动状态或在判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，判定该电力线的电力参数处于该异常状态。借此，该运算装置能够控制该开关装置开启，使该电力线形成断路，以切断该电源与一个负载之间的导通路径，进而达到保护该负载的效果。
其中，该运算装置在该判定该电力线处于该欠电压状态、该过电压状态或该过电流状态达一个预定时间后，才判定该电力线的电力参数处于该异常状态。借此，能够避免瞬间电压骤降与电压突升或瞬间电流突波造成该开关装置被不当开启，而影响该负载的正常运作。
其中，在该运算装置仅判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态的情形下，该预定时间可以为该电力线的电压的周期的20倍。借此，该运算装置可以在该欠电压状态或该过电压状态维持超过周期的20倍后方始判定该电力线的电力参数处于该异常状态，有效避免瞬间电压骤降与电压突升造成该开关装置被不当开启的情形。
其中，在该运算装置仅判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure BDA0001469729670000041
其中，T为该预定时间，I为该电流值，K为介于0.1s～10s之间的一个单位时间，IP为一个电流上限值，r为1～2之间的一个常数。借此，该运算装置可以在该过电流状态维持超过该预定时间后方始判定该电力线的电力参数处于该异常状态，有效避免瞬间电流突波造成该开关装置被不当开启的情形。并且，当该电流值与该电流上限值的差异幅度愈大时，该预定时间将愈短，使得该运算装置能够更快速地切断该电源与该负载之间的导通路径，以提升系统安全性。
其中，若该频率变动率超过该门坎值，该运算装置立即判定该电力线的电力参数处于该异常状态，以快速地切断该电源与该负载之间的导通路径，有效提升系统安全性。
其中，在该运算装置判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，且判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure BDA0001469729670000042
其中，T为该预定时间，I为该电流值，K为介于0.1s～10s之间的一个单位时间，IP为一个电流上限值，r为1～2之间的一个常数，Tr为该欠电压状态或该过电压状态的维持时间，Ts为该电源的额定周期。借此，该运算装置能够根据该欠电压状态或该过电压状态维持时间及该电流值与该电流上限值的差异幅度共同计算产生该预定时间，能够进一步缩短该预定时间，防止该开关装置未被实时开启。
其中，在该频率变动率大于0但小于该门坎值，且该运算装置判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态的情形下，该预定时间可以设定如下式所示：
Figure BDA0001469729670000051
其中，T为该预定时间，t为一个基础时间刻度(可以为1秒)，Tr为该欠电压状态或该过电压状态的维持时间，Ts为该电源的额定周期，Δf为该频率变动率。借此，该运算装置能够根据该欠电压状态或该过电压状态维持时间计算产生该预定时间，并且利用该输出电压与该输入电压的比值调整该预定时间，能够准确判断异常事件，防止该开关装置被不当开启。
其中，在该频率变动率大于0但小于该门坎值，且该运算装置判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure BDA0001469729670000052
其中，T为该预定时间，I为该电流值，K为介于0.1s～10s之间的一个单位时间，IP为一个电流上限值，r为1～2之间的一个常数，Δf为该频率变动率。借此，该运算装置能够根据该电流值与该电流上限值的差异幅度计算产生该预定时间，并且利用该频率变动率调整该预定时间，能够进一步缩短该预定时间，防止该开关装置未被实时开启。
其中，该电源断路器还包括一个调整装置，该调整装置串接于该电力线，且该调整装置耦接于该运算装置。借此，该调整装置能够辅助排除该电力线的电压或电流所发生的异常情形，有效避免该运算装置判定该电力线的电力参数处于该异常状态，进而使该负载能够维持正常运作，该调整装置能够有效减少该开关装置被开启的次数，以降低该电源与该负载之间的导通路径被切断对电力系统造成的负担，同时避免该负载频繁停止运作而造成使用者困扰，具有提升电源断路器的可靠性及使用便利性的功效。
其中，该调整装置包括一个电压调整器。借此，若该电力线的电压仅短暂处于该欠电压状态或该过电压状态，该调整装置能够补助使该电压参考值快速恢复至正常值，且若能使该电力线的电压在达到该预定时间前脱离该欠电压状态或该过电压状态，该运算装置就不会控制该开关装置开启。或者，该调整装置包括一个电流突波吸收器。借此，若通过该电力线的电流仅因噪声或瞬时响应所产生的突波影响而处于该过电流状态，该调整装置能够补助使该电流值快速降至低于该电流上限值，且若能使通过该电力线的电流在达到该预定时间前脱离该过电流状态，该运算装置就不会控制该开关装置开启。
通过上述结构，本发明的电源断路器通过设置该测量装置及该运算装置，能够产生该电力线的多个电力参数作为是否切断该电源的判断基准，该多个电力参数至少包括一个电压值、一个电流值及一个频率值，因此能够有效保护该负载不受异常电压、过电流或频率的异常变动等因素影响，确实具有提升负载保护效果的功效。
附图说明
图1为本发明一实施例的电源断路器的架构示意图。
图2为本发明另一实施例的电源断路器的架构示意图。
附图标记说明
1 电源断路器
11 电力线
111 输入端 112 输出端
12 测量装置
121 电压感测单元 122 电流感测单元
122a 感测端 123 模拟转数字转换单元
13 运算装置
14 开关装置
15 调整装置
2 电源
3 负载
4 输出装置
具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
本发明全文所述的“耦接(coupling)”，是指两个装置之间通过有线实体、无线媒介或其组合(例如：异质网络)等方式，使该两个装置的数据可以相互传递，为本发明所属技术领域中具有通常知识者可以理解。
请参照图1所示，为本发明一实施例的电源断路器1的架构示意图，包括一个电力线11、一个测量装置12、一个运算装置13及一个开关装置14。该测量装置12电性连接于该电力线11，该运算装置13耦接于该测量装置12，该开关装置14串接于该电力线11上，且该开关装置14耦接于该运算装置13。
该电力线11两端分别为一个输入端111及一个输出端112。该电力线11为供电流流通的导线，且该电力线11可以电性连接一个电源2。本发明所属领域中具有通常知识者可以理解，为了构成一个导通回路，该电源2可以包括两条(例如：适用于单相电源的一个火线及一个中性线)或以上(例如：适用于三相电源的一个A线、一个B线、一个C线及一个中性线)的导线，该电力线11可以电性连接于该电源2的其中一条导线(例如：上述火线、A线、B线或C线)，为了便于说明，仅于附图中绘示该电源2与该电力线11电性连接的单一条导线。
该测量装置12电性连接于该电力线11，以供测量该电力线11的多个电力参数，该多个电力参数至少包括一个电压值及一个电流值。据此，该测量装置12包括一个电压感测单元121及一个电流感测单元122，该电压感测单元121包括电压表(伏特计)或其他电压感测组件，故该电压感测单元121可以并联连接于该电力线11，以供感测该电力线11的电压，据以产生该电压值。其中，若该电力线11的电压较高时，该电压感测单元121还可以设置一个比压器(potential transformer,PT)，使该电压感测单元121感测电压时不会受高压影响而毁损。该电流感测单元122包括电流表(安培计)或其他电流感测组件，故该电流感测单元122可以包括串联连接于该电力线11的一个感测端122a，以供感测通过该电力线11的电流，据以产生该电流值。其中，若通过该电力线11的电流较高时，该感测端122a可以选用一个比流器(current transformer,CT)，使该电流感测单元122感测电流时不会受高电流影响而毁损。
此外，若该电压感测单元121或该电流感测单元122所感测产生的电压值及电流值等电力参数的信号型式为模拟信号，则该测量装置12较佳设有一个模拟转数字转换单元123(analog to digital converter,ADC)，且输出模拟信号的电压感测单元121或电流感测单元122耦接该模拟转数字转换单元123，以利用该模拟转数字转换单元123将该电压感测单元121所输出的电压值或该电流感测单元122所输出的电流值转换为数字信号。反之，若该电压感测单元121及该电流感测单元122所感测产生的电压值及电流值等电力参数的信号型式为数字信号，则无需额外设置该模拟转数字转换单元123。
该运算装置13可以为微控制单元(microcontroller unit,MCU)或中央处理单元(central processing unit,CPU)等具运算功能的组件，该运算装置13耦接于该测量装置12，故该运算装置13能够接收该测量装置12所测量的电力参数，包括该电压感测单元121及该电流感测单元122所输出的电压值及电流值，且该运算装置13可据以计算该电力线11的其他电力参数，例如依据该电压值计算产生该电力线11的电压的频率值。但是，在本发明部分实施例中，该频率值也可由该测量装置12直接测量产生，故本发明并不以此为限。
该运算装置13依据该电压值、电流值及频率值等电力参数，检测判断该电力线11的电压大小是否正常、通过该电力线11的电流是否过高、以及该电力线11的电压的频率变动率是否过高，进而判断该电力线11的电力参数是否异常。
该开关装置14可以为继电器(relay)等回路启闭组件，该开关装置14串接于该电力线11上，且该开关装置14耦接于该运算装置13。因此，该开关装置14关闭时，使该电力线11形成通路；相对地，该运算装置13可以在判定该电力线11的电力参数异常时，控制该开关装置14开启，使该电力线11形成断路。
通过上述结构，本发明实施例的电源断路器1实际使用时，该电源断路器1可以设置于一个电源2及一个负载3之间，该电力线11的输入端111及输出端112可以分别电性连接该电源2及该负载3，该电源2可以为交流电源，故该电源2可以于该电力线11上施加电压。
详言之，由于该电源2为交流电源，该电压值将随时间变动，该运算装置13可以依据该测量装置12在一定时间(例如：半个周期(cycle))内所输出的电压值运算产生一个电压参考值Vrms。所述周期可以为该电源2的额定周期，或者，如上所述，该运算装置13或该测量装置12能够产生该电力线11的电压的频率值，故该周期也可由该运算装置13根据该频率值计算产生，恕不另行赘述。该电压参考值Vrms的计算方式如下式(1)所示：
Figure BDA0001469729670000091
其中，V(t)为该测量装置12在一个时间点t取样的电压值，N为每半周的取样点数，k为整数集合，△t为一个时间长度，故k△t为等间距的取样时间点。
该运算装置13可以储存一个额定电压值，该运算装置13检测该电压参考值Vrms与该额定电压值的差异幅度，以判断该电力线11的电压大小是否正常。举例而言，该运算装置13可以在该电压参考值Vrms低于该额定电压值的90％时，判定该电力线11的电压处于欠电压状态；反之，该运算装置13可以在该电压参考值Vrms高于该额定电压值的110％时，判定该电力线11的电压处于过电压状态。
并且，该运算装置13可以储存一个电流上限值，该电流上限值可以根据该电源2、负载3的安全电流值或该电力线11的耐流值作设定。该运算装置13检测该电流值与该电流上限值的差异幅度，以判断通过该电力线11的电流大小是否过高。举例而言，该运算装置13可以在该电流值高于该电流上限值的110％时，判定通过该电力线11的电流处于过电流状态。
另一方面，该运算装置13还可以依据下式(2)计算一个频率变动率Δf：
其中，fm为该频率值的实际数值，fn为该电源2的额定频率。该运算装置13检测该频率变动率Δf是否超过一个门坎值，举例而言，该门坎值可以为2％，若该频率变动率Δf超过2％时，该运算装置13即判定该电力线11的电压处于频率异常变动状态。
该运算装置13可以在判定该电力线11的电压处于该欠电压状态、该过电压状态、该频率异常变动状态或在判定通过该电力线11的电流处于该过电流状态的情形下，判定该电力线11的电力参数处于异常状态。故该运算装置13控制该开关装置14开启，使该电力线11形成断路，以切断该电源2与该负载3之间的导通路径，进而达到保护该负载3的效果。
由此可知，相较现有保险丝、无熔丝开关或其他过压、过流保护组件仅能利用单一电力参数作为是否切断电源的判断基准，导致对于负载的保护效果不佳，本发明实施例的电源断路器1能够利用该电力线11的多个电力参数作为是否切断该电源2的判断基准，该多个电力参数至少包括一个电压值、一个电流值及一个频率值，因此能够有效保护该负载3不受异常电压、过电流或频率的异常变动等因素影响，确实具有提升负载保护效果的功效。
基于上述技术概念，以下列举本发明各实施例的电源断路器1的各项特点并逐一说明：
为了避免瞬间电压骤降与电压突升(容易因电源2质量不佳而形成)或瞬间电流突波(容易在负载3启动或关闭的瞬间产生)造成该开关装置14被不当开启，而影响该负载3的正常运作，该运算装置13较佳在该判定该电力线11处于该欠电压状态、该过电压状态或该过电流状态达一个预定时间T后，才判定该电力线11的电力参数处于该异常状态。
更详言之，对于仅有电压发生异常的情形，该预定时间T可以为该周期的20倍，但不以此为限。换言之，若该电源2的额定频率为60Hz，则该电力线11的电压的额定周期约为16.67ms，因此若该运算装置13判定该电力线11的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，且该欠电压状态或该过电压状态维持超过333.33ms，则该运算装置13判定该电力线11的电力参数处于该异常状态。
并且，对于仅有电流发生异常的情形，由于该电流值与该电流上限值的差异幅度愈大时，对于该负载3及电力系统整体的负担愈大，相对造成的安全风险也愈高，因此该预定时间T可以设定如下式(3)所示：
Figure BDA0001469729670000121
其中，I为前述电流值，K为一个单位时间，可依照设备需求的灵敏度高低设为0.1s～10s，IP为该电力线11或该负载3的一个电流上限值，r为一个常数，可视系统安全需求选择为1～2之间的数值。
借此，若该运算装置13判定通过该电力线11的电流处于该过电流状态，且该过电流状态维持超过该预定时间T，则该运算装置13方始判定该电力线11的电力参数处于该异常状态。其中，当该电流值I与该电流上限值IP的差异幅度愈大时，该预定时间T间将愈短，使得该运算装置13能够更快速地切断该电源2与该负载3之间的导通路径，以提升系统安全性。
在本发明部分实施例中，该运算装置13还可以在该电流值I与该电流上限值IP的差异幅度超过一个安全上限时，进一步缩短该预定时间T，举例而言，当该电流值I与该电流上限值IP的比值超过10时，该运算装置13可以将上式(3)所产生的预定时间T缩短或归零，以加速或立即切断该电源2与该负载3之间的导通路径，可更进一步提升系统安全性。
相对地，频率的异常变动会衍生过电压、欠电压等电压波形凹陷(VoltageNotching)现象，容易对电力系统的发电、输电及配电等相关设备产生损害，进而影响负载设备性能，也会触发不正常的电力保护设备动作。因此，若该频率变动率Δf超过该门坎值，该运算装置13较佳立即判定该电力线11的电力参数处于该异常状态，以快速地切断该电源2与该负载3之间的导通路径，能够有效提升系统安全性。
然而，该实施例的电源断路器1实际使用时，该电力线11可能发生电压与电流同时发生异常，也即，若该运算装置13判定该电力线11的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，且若该运算装置13判定通过该电力线11的电流处于该过电流状态，该预定时间T可以设定如下式(4)所示：
Figure BDA0001469729670000131
其中，Tr为该欠电压状态或该过电压状态的维持时间，Ts为该电源2的额定周期(即该电源2的额定频率fn的倒数)。借此，该运算装置13能够根据该欠电压状态或该过电压状态维持时间及该电流值I与该电流上限值IP的差异幅度共同计算产生该预定时间T，能够进一步缩短该预定时间T，防止该开关装置14未被实时开启。举例而言，若该额定周期Ts为(例如：16.67ms)，且该欠电压状态或该过电压状态维持时间Tr已达5倍的额定周期Ts(例如：83.33ms)，相较上式(3)仅根据电流异常状态计算预定时间T，上式(4)能够一并根据电压及电流异常状态计算预定时间T，以将该预定时间T的计算结果进一步缩减为0.2倍，进而防止该开关装置14未被实时开启。
并且，若该频率变动率Δf大于0但小于该门坎值，虽然该运算装置13并未判定该电力线11的电压处于该频率异常变动状态，但若该电压或该电流发生异常时，该频率值的变动可能代表该电源2存在较严重的问题。因此，若该运算装置13判定该电力线11的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，且该频率变动率Δf大于0但小于该门坎值，则该预定时间T可以设定如下式(5)所示：
Figure BDA0001469729670000132
其中，t为一个基础时间刻度(例如：1秒)。借此，该运算装置13能够根据该欠电压状态或该过电压状态维持时间计算产生该预定时间T，并且利用该频率变动率Δf调整该预定时间T，能够准确判断异常事件，防止该开关装置14被不当开启。
相对地，若该运算装置13判定通过该电力线11的电流处于该过电流状态，且该频率变动率Δf大于0但小于该门坎值，则该预定时间T可以设定如下式(6)所示：
Figure BDA0001469729670000141
借此，该运算装置13能够根据该电流值I与该电流上限值IP的差异幅度计算产生该预定时间T，并且利用该频率变动率Δf调整该预定时间T，能够进一步缩短该预定时间T，防止该开关装置14未被实时开启。
由此可知，本发明实施例的电源断路器1能够在该频率变动率Δf大于0但小于该门坎值的状态下，进一步调整该预定时间T，以达到防止该开关装置14被不当开启或未被实时开启的功效。
请一并参照图1及图2所示，在本实施例中，该电源断路器还包括一个调整装置15，该调整装置15也串接于该电力线11上，且该调整装置15也耦接于该运算装置13。其中，该开关装置14及该调整装置15分别串接于该电力线11上，但本发明并不加以限制该开关装置14及该调整装置15的串接顺序。该调整装置15可以包括一个电压调整器。因此，若该运算装置13判定该电力线11的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，但该欠电压状态或该过电压状态的维持时间尚未达到该预定时间T时，该运算装置13启动该调整装置15，以利用电压补偿或回授控制等方式对该电力线11的电压进行调整。借此，若该电力线11的电压仅短暂处于该欠电压状态或该过电压状态，该调整装置15能够补助使该电压参考值Vrms快速恢复至正常值，且若能使该电力线11的电压在达到该预定时间T前脱离该欠电压状态或该过电压状态，该运算装置13就不会控制该开关装置14开启；换言之，该开关装置14可保持于关闭状态，使采用该负载3能够维持正常运作。
或者，该调整装置15可以包括一个电流突波吸收器。因此，若该运算装置13判定通过该电力线11的电流处于该过电流状态，但该过电流状态的维持时间尚未达到该预定时间T时，该运算装置13启动该调整装置15，以利用电流吸收或回授控制等方式对通过该电力线11的电流进行调整。借此，若通过该电力线11的电流仅因噪声或瞬时响应所产生的突波影响而处于该过电流状态，该调整装置15能够补助使该电流值快速降至低于该电流上限值，且若能使通过该电力线11的电流在达到该预定时间T前脱离该过电流状态，该运算装置13就不会控制该开关装置14开启；换言之，该开关装置14可保持于关闭状态，使采用该负载3能够维持正常运作。
据此，本发明实施例的电源断路器1通过设置该调整装置15，若该电力线11仅短暂处于该欠电压状态、该过电压状态或该过电流状态，该调整装置15能够辅助排除该电力线11的电压或电流所发生的异常情形，以避免该运算装置13判定该电力线11的电力参数处于该异常状态，进而使该负载3能够维持正常运作。据此，该实施例的电源断路器1能够有效减少该开关装置14被开启的次数，以降低该电源2与该负载3之间的导通路径被切断对电力系统造成的负担，同时避免该负载3频繁停止运作而造成使用者困扰，具有提升电源断路器1的可靠性及使用便利性的功效。
值得注意的是，在本实施例中，该运算装置13还可以耦接一个输出装置4，该输出装置4可以为计算机、平板计算机、手机或各种具有数据纪录及显示功能的装置。借此，该运算装置13可以将该电力线11的电力参数、该运算装置13对该电力参数是否异常的判断结果、该运算装置13控制该开关装置14或该调整装置15动作的纪录等信息传输至该输出装置4，让用户能够通过该输出装置4了解电力系统的整体运作情形。
综上所述，本发明各实施例的电源断路器1通过设置该测量装置12及该运算装置13，能够产生该电力线11的多个电力参数作为是否切断该电源2的判断基准，该多个电力参数至少包括一个电压值、一个电流值及一个频率值，因此能够有效保护该负载3不受异常电压、过电流或频率的异常变动等因素影响，确实具有提升负载保护效果的功效。
并且，本发明部分实施例的电源断路器1还可以设置一个调整装置15以辅助排除该电力线11的电压或电流所发生的异常情形，有效避免该运算装置13判定该电力线11的电力参数处于该异常状态，进而使该负载3能够维持正常运作，该调整装置15能够有效减少该开关装置14被开启的次数，以降低该电源2与该负载3之间的导通路径被切断对电力系统造成的负担，同时避免该负载3频繁停止运作而造成使用者困扰，具有提升电源断路器1的可靠性及使用便利性的功效。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属于本发明所保护的范围，因此，本发明的保护范围应以权利要求书所界定的为准。

Claims (25)

1.一种电源断路器，其特征在于，包括：
一个电力线；
一个测量装置，该测量装置电性连接于该电力线，以供感测该电力线的电压及通过该电力线的电流，据以产生一个电压值及一个电流值；
一个运算装置，该运算装置耦接于该测量装置，该运算装置依据该电压值、电流值及一个频率值，判断该电力线的电力参数是否处于异常状态；及
一个开关装置，该开关装置串接于该电力线，且该开关装置耦接于该运算装置；
该运算装置依据该频率值及下式计算一个频率变动率：
Figure FDA0002212542480000011
其中，Δf为该频率变动率，fm为该频率值，fn为一个交流电源的额定频率，该运算装置检测该频率变动率是否超过一个门坎值，以判断该电力线的电压是否处于频率异常变动状态；
该运算装置储存一个电流上限值，该运算装置检测该电流值与该电流上限值的差异幅度，以判断通过该电力线的电流是否处于过电流状态，该过电流状态达一个预定时间后，才判定该电力线的电力参数处于该异常状态；
在该频率变动率大于0但小于该门坎值，且该运算装置判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure FDA0002212542480000012
其中，T为该预定时间，I为该电流值，K为介于0.1s～10s之间的一个单位时间，IP为一个电流上限值，r为1～2之间的一个常数，Δf为该频率变动率；
其中，在该运算装置的判断结果为是的状态下，该运算装置控制该开关装置开启，使该电力线形成断路。
2.如权利要求1所述的电源断路器，其特征在于，该测量装置包括一个电压感测单元及一个电流感测单元，该电压感测单元并联连接于该电力线，以感测该电力线的电压并产生该电压值；该电流感测单元包括串联连接于该电力线的一个感测端，以感测通过该电力线的电流并产生该电流值。
3.如权利要求2所述的电源断路器，其特征在于，该电压感测单元或该电流感测单元所感测产生的电压值及电流值的信号型式为模拟信号，该测量装置设有一个模拟转数字转换单元，该电压感测单元或该电流感测单元耦接该模拟转数字转换单元。
4.如权利要求1所述的电源断路器，其特征在于，该运算装置接收该测量装置所测量的电压值及电流值，且该运算装置依据该电压值计算产生该频率值。
5.如权利要求1所述的电源断路器，其特征在于，该测量装置还测量该电力线的电压的频率以产生该频率值。
6.如权利要求1所述的电源断路器，其特征在于，该门坎值为2％。
7.如权利要求1所述的电源断路器，其特征在于，若该频率变动率超过该门坎值，该运算装置立即判定该电力线的电力参数处于该异常状态。
8.如权利要求1或7所述的电源断路器，其特征在于，该电源断路器还包括一个调整装置，该调整装置串接于该电力线，且该调整装置耦接于该运算装置。
9.如权利要求8所述的电源断路器，其特征在于，该调整装置包括一个电压调整器或一个电流突波吸收器。
10.一种电源断路器，其特征在于，包括：
一个电力线；
一个测量装置，该测量装置电性连接于该电力线，以供感测该电力线的电压及通过该电力线的电流，据以产生一个电压值及一个电流值；
一个运算装置，该运算装置耦接于该测量装置，该运算装置依据该电压值及电流值，判断该电力线的电力参数是否处于异常状态；及
一个开关装置，该开关装置串接于该电力线，且该开关装置耦接于该运算装置；
该运算装置依据该测量装置在一定时间内所输出的电压值运算产生一个电压参考值，该运算装置储存一个额定电压值，该运算装置检测该电压参考值与该额定电压值的差异幅度，以判断该电力线的电压大小是否处于欠电压状态或过电压状态；
该运算装置储存一个电流上限值，该运算装置检测该电流值与该电流上限值的差异幅度，以判断通过该电力线的电流是否处于过电流状态；
该过电流状态达到一个预定时间后，或，该欠电压状态或该过电压状态达到一个预定时间后，才判定该电力线的电力参数处于该异常状态；
在该运算装置判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态，且判定通过该电力线的电流处于该过电流状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure FDA0002212542480000031
其中，T为该预定时间，I为该电流值，K为介于0.1s～10s之间的一个单位时间，IP为一个电流上限值，r为1～2之间的一个常数，Tr为该欠电压状态或该过电压状态的维持时间，Ts为电源的额定周期；
其中，在该运算装置的判断结果为是的状态下，该运算装置控制该开关装置开启，使该电力线形成断路。
11.如权利要求10所述的电源断路器，其特征在于，该测量装置包括一个电压感测单元及一个电流感测单元，该电压感测单元并联连接于该电力线，以感测该电力线的电压并产生该电压值；该电流感测单元包括串联连接于该电力线的一个感测端，以感测通过该电力线的电流并产生该电流值。
12.如权利要求11所述的电源断路器，其特征在于，该电压感测单元或该电流感测单元所感测产生的电压值及电流值的信号型式为模拟信号，该测量装置设有一个模拟转数字转换单元，该电压感测单元或该电流感测单元耦接该模拟转数字转换单元。
13.如权利要求10所述的电源断路器，其特征在于，在该运算装置仅判定该电力线的电压处于欠电压状态或该过电压状态的情形下，该预定时间能够为该电力线的电压的周期的20倍。
14.如权利要求10或13所述电源断路器，其特征在于，该电源断路器还包括一个调整装置，该调整装置串接于该电力线，且该调整装置耦接于该运算装置。
15.如权利要求14所述的电源断路器，其特征在于，该调整装置包括一个电压调整器或一个电流突波吸收器。
16.一种电源断路器，其特征在于，包括：
一个电力线；
一个测量装置，该测量装置电性连接于该电力线，以供感测该电力线的电压及通过该电力线的电流，据以产生一个电压值、一个电流值及该电压值的一个频率值；
一个运算装置，该运算装置耦接于该测量装置，该运算装置依据该电压值及电流值，判断该电力线的电力参数是否处于异常状态；及
一个开关装置，该开关装置串接于该电力线，且该开关装置耦接于该运算装置；
该运算装置依据该频率值及下式计算一个频率变动率：
Figure FDA0002212542480000051
其中，Δf为该频率变动率，fm为该频率值，fn为一个交流电源的额定频率，该运算装置检测该频率变动率是否超过一个门坎值，以判断该电力线的电压是否处于频率异常变动状态；
该运算装置依据该测量装置在一定时间内所输出的电压值运算产生一个电压参考值，该运算装置储存一个额定电压值，该运算装置检测该电压参考值与该额定电压值的差异幅度，以判断该电力线的电压大小是否处于欠电压状态或过电压状态；
该欠电压状态或该过电压状态达到一个预定时间后，才判定该电力线的电力参数处于该异常状态；
在该频率变动率大于0但小于该门坎值，且该运算装置判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态的情形下，该预定时间设定如下式所示：
Figure FDA0002212542480000052
其中，t为一个基础时间刻度，T为该预定时间，Tr为该欠电压状态或该过电压状态的维持时间，Ts为该电源的额定周期，Δf为该频率变动率；
其中，在该运算装置的判断结果为是的状态下，该运算装置控制该开关装置开启，使该电力线形成断路。
17.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，该测量装置包括一个电压感测单元及一个电流感测单元，该电压感测单元并联连接于该电力线，以感测该电力线的电压并产生该电压值；该电流感测单元包括串联连接于该电力线的一个感测端，以感测通过该电力线的电流并产生该电流值。
18.如权利要求17所述的电源断路器，其特征在于，该电压感测单元或该电流感测单元所感测产生的电压值及电流值的信号型式为模拟信号，该测量装置设有一个模拟转数字转换单元，该电压感测单元或该电流感测单元耦接该模拟转数字转换单元。
19.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，该运算装置接收该测量装置所测量的电压值及电流值，且该运算装置依据该电压值计算产生该频率值。
20.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，该测量装置还测量该电力线的电压的频率以产生该频率值。
21.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，该门坎值为2％。
22.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，在该运算装置仅判定该电力线的电压处于该欠电压状态或该过电压状态的情形下，该预定时间能够为该电力线的电压的周期的20倍。
23.如权利要求16所述的电源断路器，其特征在于，若该频率变动率超过该门坎值，该运算装置立即判定该电力线的电力参数处于该异常状态。
24.如权利要求16、22或23所述的电源断路器，其特征在于，该电源断路器还包括一个调整装置，该调整装置串接于该电力线，且该调整装置耦接于该运算装置。
25.如权利要求24所述的电源断路器，其特征在于，该调整装置包括一个电压调整器或一个电流突波吸收器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1458723B (zh) * 2002-05-13 2011-06-22 旺玖科技股份有限公司 电源保护装置
KR100760331B1 (ko) * 2006-03-30 2007-09-20 신성산전주식회사 고속 고장구간 자동 차단장치
TW201001837A (en) * 2008-06-24 2010-01-01 Acbel Polytech Inc Safety power socket with digital automatic-monitoring and power- interruption
US8334618B2 (en) * 2009-11-13 2012-12-18 Eaton Corporation Method and area electric power system detecting islanding by employing controlled reactive power injection by a number of inverters
CN102064531A (zh) * 2010-12-31 2011-05-18 浙江魁星电气有限公司 微机监控电机保护器
CN102738764B (zh) * 2012-07-06 2014-12-17 浙江正泰电器股份有限公司 一种断路器电子式控制器
CN103063960A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 人民电器集团有限公司 一种家用电能质量监控装置
CN104113047A (zh) * 2013-04-22 2014-10-22 上海市电力公司 一种公用变压器全面集成化的用电保护方法及保护装置
CN105308813B (zh) * 2013-06-21 2019-02-15 施耐德电气美国股份有限公司 使用在插座处的开关元件检测电弧故障的方法

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