CN110383083A - 用于验证仪表的布线的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于验证电能仪表的布线的方法，该仪表(1)包括上游相端子(7)、下游相端子(8)和安装在上游相端子和上游相端子之间的切断部件(10)，该验证方法包括以下步骤：打开切断部件；测量切断部件上游的上游相电压(Vam)和切断部件下游的下游相电压(Vav)；尤其根据对上游相电压的测量和对下游相电压的测量来检测可能的布线错误；如果检测到布线错误，则生成警报；如果没有检测到布线错误，则闭合切断部件并将仪表置于标称操作模式中。

Description

用于验证仪表的布线的方法

本发明涉及验证用于测量电力消耗的仪表的布线的方法的领域。

发明背景

安装电力仪表尤其包括将仪表连接到配电网和电气设施，仪表针对该电气设施测量电能的消耗。

可能发生的是，负责安装仪表的安装人员在安装仪表时犯了布线错误。

作为示例，布线错误可能包括将电网的相线连接到仪表的下游相端子(即客户端侧端子)，而不是连接到仪表的上游相端子(即电网侧端子)，或者实际上将电网中性线连接到仪表的上游相端子或下游相端子。

这样的布线错误可导致电网、电气设施或仪表的严重故障，甚至可能导致火灾。

为了保护电气设施免受由这样的布线错误引起的大的短路电流，已知使用保护断路器。

特别地，已知一种保护断路器，其包括固定触头、可移动触头和坐落于固定触头和可移动触头附近的开关电极，以及分流电路。当短路发生时，开关电极拾取通过将可移动触头与固定触头分开而触发的电弧。将电弧转移到开关电极上使分流电路闭合。短路电流的大部分因而被转移到分流电路中，从而保护电气设施。

该类型的解决方案需要使用以上所描述的种类的一个或多个断路器。因此，该类型的解决方案会呈现出一定量的成本并使电气设施更加复杂。

发明目的

本发明的目的是提供一种用于保护电网、电气设施或仪表免受在对仪表进行布线时的错误的影响的简单且廉价的解决方案。

发明内容

为了实现该目的，提供了一种用于验证仪表的布线的验证方法，该仪表用于测量由电网供应到电气设施的电力的消耗，该仪表具有上游相端子、下游相端子和连接在上游相端子和下游相端子之间的切断部件，该验证方法包括以下步骤：

-打开切断部件；

-测量切断部件上游的上游相电压并测量切断部件下游的下游相电压；

-尤其因变于对上游相电压的测量和对下游相电压的测量来检测潜在的布线错误；

-如果检测到布线错误，则生成警报；

-如果没有检测到布线错误，则闭合切断部件并将仪表置于标称操作模式中。

仪表因而在检测到布线错误并且其保持切断部件打开时生成警报，由此允许布线错误被校正并且避免损坏电网、电气设施或仪表的任何风险。

上游相电压和下游相电压可以通过使用现有电压传感器来测量，并且因而本发明的用于验证仪表的布线的方法实现起来是简单且便宜的。

还提供了一种安装仪表的方法，该仪表用于测量由电网供应到电气设施的电力的消耗，该仪表被定位在隔离器的下游并且具有上游相端子、下游相端子和连接在上游相端子和下游相端子之间的切断部件，该安装方法包括以下步骤：

-打开隔离器和切断部件；

-对仪表进行布线；

-重新闭合隔离器；

-致使仪表执行如以上所描述的验证方法。

还提供了一种用于测量由电网供应给电气设施的电力的仪表，该仪表包括上游相端子、下游相端子和连接在上游相端子和下游相端子之间的切断部件，该仪表包括被布置成测量切断部件上游的上游相电压的上游电压传感器、被布置成测量切断部件下游的下游相电压的下游电压传感器，以及被布置成尤其因变于对上游相电压的测量和对下游相电压的测量来检测布线错误的处理器装置，该处理器装置还被布置成在检测到布线错误的情况下生成警报，以及在没有检测到布线错误的情况下闭合切断部件并将电力仪表置于标称操作模式中。

还提供了一种计算机程序，其包括用于使电力仪表能够执行如以上所描述的验证方法的指令。

还提供了储存计算机程序的存储装置，该计算机程序包括用于使电力仪表能够执行如以上所描述的验证方法的指令。

在阅读了下面的对本发明的特定、非限制性实现的描述之后，本发明的其他特性以及优点将显现。

附图说明

参考附图，在附图中：

-图1示出了单相仪表，其中实现了本发明的用于验证仪表的布线的第一实现的方法；

-图2示出了本发明第一实现中用于验证仪表的布线的方法的步骤；

-图3示出了三相仪表，其中实现了本发明的用于验证仪表的布线的第二实现；

-图4示出了本发明第二实现中用于验证仪表的布线的方法的步骤。

具体实施方式

参考图1，在单相仪表1上实现了本发明的第一实现中用于验证仪表的布线的方法。

仪表1用于测量由配电网2供应到电气设施3的电能的消耗。该电网具有相导体4a和中性导体4b。电网2的电压是频率为50赫兹(Hz)的交流(AC)电压，其均方根(rms)值为230伏(V)。设施3经由相导体5a和中性导体5b接收电力。

隔离器6位于与电网2相同的一侧，以便能够在必要时将电网2与设施3隔离。

仪表1具有上游相端子7a、下游相端子8a、上游中性端子7b和下游中性端子8b。

上游相端子7a用于连接到电网2的相导体4a。下游相端子8a用于连接到设施3的相导体5a。上游中性端子7b用于连接到电网2的中性导体4b。下游中性端子8b用于连接到设施3的中性导体5b。

仪表1还具有连接在上游相端子7a和下游相端子8a之间的切断部件10。切断部件10使得可以远程地选择性地操作以将设施3连接到电网2和将其从电网2断开连接。

仪表1还具有上游相电压传感器11和下游相电压传感器12。

上游相电压Vam是仪表1中在切断部件10上游的电压。该示例中的上游相电压Vam等于切断部件10上游的点与中性点Pn之间的电势差。

下游相电压Vav是仪表1中在切断部件10下游的电压。在该示例中，下游相电压Vav等于切断部件10下游的点与处于与中性点Pn相同电势的中性点P'n之间的电势差。

在单相仪表1中，应观察到中性线是浮动的。因此，中性点Pn和P'n的电势不同于接近接地电势的电势。

上游电压传感器11和下游电压传感器12均由两个电阻器来表示，但实际上它们可能要复杂得多。

仪表1还具有处理器装置(未示出)，其包括智能处理器组件(例如，处理器、微控制器或现场可编程门阵列(FPGA))，其适合于执行用于执行本发明的第一实现中用于验证仪表的布线的方法的程序的指令。智能处理器组件执行其他功能，并且特别地，其被适配成管理仪表的操作、控制切断部件、获取和处理由电压传感器做出的测量，等等。

仪表1自然地具有本文中未描述的其他元件，并且特别是用于测量设施3的电力消耗的装置。

参考图2，下面描述了安装仪表1和本发明的第一实现中用于验证仪表的布线的方法的步骤。

仪表1由安装人员安装。

当开始安装时，隔离器6和切断部件10都打开。

切断部件10在一旦仪表1已被制造时便在工厂中被打开，或者其在启动仪表1时由仪表1的处理器装置打开。

安装人员将仪表1安装在预期位置处，并接着将仪表1连接到电网2和设施3。当安装人员已完成对仪表1的布线时，安装人员闭合隔离器6(步骤E1)。

仪表1于是启动。

电压传感器11和12测量上游相电压Vam和下游相电压Vav。

处理器装置获取对上游相电压Vam和下游相电压Vav的测量，并且它们测量上游相电压Vam和下游相电压Vav之间的第一相差相差使用“过零”型方法来测量(步骤E2)。本文中的所有相差均以度为单位表示，并且它们位于[0°,360°]的范围内。

如果布线已被正确地完成，则上游相电压Vam(或更确切地说是上游相电压Vam的rms值)应接近230V，并且下游相电压Vav(或更确切地说是下游相电压Vav的rms值)应接近0V(通常小于10V)。

下面，各电压和各电压阈值之间的比较涉及各电压的rms值。

在如图1所示的布线错误的情况下，其中电网2的中性导体4b已被连接到仪表1的下游相端子8a并且设施3的相导体5a已被连接到仪表1的上游中性端子7b，该条件不被满足。

在此类境况下(并且当电网2没有遭受电力故障时)，由于中性线是浮动的，因此均衡变为被建立在上游相电压Vam和下游相电压Vav之间。上游相电压Vam和下游相电压Vav是反相的。上游相电压Vam和下游相电压Vav都呈现接近230V的一半(即接近115V)的rms值。

处理器装置因而验证以下三个条件(步骤E3)，并且当以下所有三个条件都被满足时它们检测到布线错误：

-第一相差使得：

其中x1是位于1°至10°范围内的第一预定相阈值(在该示例中x1等于5°)；

-上游相电压Vam大于预定义电压阈值；

-下游相电压Vav大于该预定义电压阈值。

在该示例中，预定义电压阈值被选择为等于75V。

因而，只要所有这三个条件不被满足，就没有检测到布线错误，并且仪表1的处理器装置闭合切断部件10(步骤E4)，从而将仪表1置于标称操作模式中。仪表1接着开始测量设施3的电力消耗。

然而，如果这三个条件为真，则处理器装置检测到布线错误并产生警报，以便向安装人员警告该错误(步骤E5)。警报通过闪烁仪表1的发光二极管(LED)或通过在仪表1的屏幕上显示警报消息来生成。作为示例，仪表1的屏幕可以是液晶屏幕。

一旦警报已被产生，切断部件10便由处理器装置保持打开。安装人员打开隔离器6(步骤E6)、使仪表1断开连接，并且对仪表1重新布线，以便校正布线错误。

仪表的安装接着以步骤E1重新开始。

应该观察到，还可以检测另一类型的布线错误。

当处理器装置检测到上游相电压Vam接近0V并且下游相电压Vav接近电网2的电压(230V)时，处理器装置验证设施3是否正在产生电力。

处理器装置通过验证下游相电压Vav大于第一预定义高电压阈值并且上游相电压Vam小于第一预定义低电压阈值来验证该条件。

如果设施3没有正在产生电力，则检测到布线错误。该布线错误对应于电网2的相导体4a被布线到仪表1的下游相端子8a，并且设施3的相导体5a被布线到仪表1的上游相端子7a。

处理器装置接着产生警报以就该错误对安装人员进行警告。

一旦警报被产生，切断部件10便由处理器装置保持打开。安装人员打开隔离器6、使仪表1断开连接，并且对仪表1重新布线，以便校正布线错误。

然而，其中上游相电压Vam接近电网2的电压并且下游相电压Vav接近电网2的电压的情况也可以对应于正在产生电力的设施3。在此类境况下，设施3具有发电装置(例如太阳能面板)。客户正在将由设施3产生的一些或全部电力供应给电网2。

因而，当处理器装置检测到上游相电压Vam接近电网2的电压并且下游相电压Vav接近电网2的电压时，处理器装置无法确定这是布线错误还是设施3正在产生电力。

应该观察到，在此类境况下，如通过“过零”型方法测量的对在上游相电压Vam和下游相电压Vav之间的相差的测量使得其中x2是位于1°至4°范围内(通常x2＝3°)的第二预定相阈值，并且没有使得确定是否存在布线错误成为可能。具体地，当设施3产生电力时，设施3的耦合器使下游相电压Vav与上游相电压Vam同步。

该布线错误不呈现任何火灾风险。

在此类境况下，处理器装置为电网2的电力供应商或管理者生成消息。该消息由电力线载波或者由任何其他有线或无线类型的通信手段传送。当电力线载波被使用时，设备语言消息规范(DLMS)或能量计量伴随规范(COSEM)应用层被有利地使用。

该消息概述了该情况并指示设施3似乎正在产生电力。电网2的电力供应商或管理者接着验证设施3是否确实是发电设施，并因而验证这种情况是否正常。如果情况异常，则电网2的电力供应商或管理者向仪表1派遣新的安装人员以校正布线错误。

参考图3，在三相仪表101上执行本发明的第二实现中用于验证仪表的布线的方法。

电网102具有三个相导体104a、104b和104c以及中性导体104d。电网102的电压是频率等于50Hz且rms值为230V的AC电压。设施103在三相导体105a、105b和105c以及中性导体105d上接收电力。

隔离器106被定位在电网102旁边，以便在必要时使设施103与电网102隔离。

仪表101具有三个上游相端子107a、107b和107c，三个下游相端子108a、108b和108c，上游中性端子107d以及下游中性端子108d。

仪表101还具有连接在每个上游相端子107和对应的下游相端子108之间的切断部件110a、110b和110c。

仪表101还具有上游相电压传感器和下游相电压传感器。上游相电压传感器测量上游电压Vam_a、Vam_b和Vam_c。下游电压传感器测量下游电压Vav_a、Vav_b和Vav_C。

参考图4，下面描述了安装仪表101和本发明的第二实现中用于验证仪表的布线的方法的步骤。

仪表101由安装人员安装。

当安装开始时，隔离器106和切断部件110打开。当安装人员已完成对仪表101的布线时，隔离器106被重新闭合。仪表于是启动(步骤E101)。切断部件110在一旦仪表101已被制造时便在工厂中被打开，或者仪表101一被启动它们就由仪表101的处理器装置打开。

电压传感器测量上游相电压Vam_a、Vam_b和Vam_c以及下游相电压Vav_a、Vav_b和Vav_c(步骤E102)。

如果布线已被正确完成，则每个上游相电压Vam应接近电网的电压(即230V)，并且每个下游相电压Vav应接近0V。

在如图3所示的布线错误的情况下，其中电网102的相导体104c已被连接到仪表101的下游相端子108b并且设施103的相导体105b已被连接到仪表101的上游相端子107c，上游相电压Vam_c反而接近0V，而下游相电压Vav_b反而接近230V。

当上游相电压Vam之一小于第二预定义低电压阈值时以及当下游相电压Vav之一大于第二预定义高电压阈值时，处理器装置检测到布线错误。

处理器装置因而验证该条件(步骤E103)。

在该示例中，第二预定义低电压阈值等于10V，并且第二预定义高电压阈值等于176V。

如果该条件未被满足，则没有检测到布线错误，并且仪表101的处理器装置闭合切断部件110并将仪表101置于标称操作模式中(步骤E104)。仪表101开始测量设施103的电力消耗。

相反，如果该条件被满足，则处理器装置检测到布线错误并产生警报，以便向安装人员警告该错误(步骤E5)。

警报一被产生，切断部件110就由处理器装置保持打开。安装人员打开隔离器106、使仪表101断开连接，并且对仪表101重新布线，以便校正布线错误(步骤E106)。

如果认为设施103可能产生电力，则可能发生下游相电压Vav大于第二预定义高电压阈值(例如下游相电压Vav_b)，即使没有做出布线错误。

在此类境况下，处理器装置还测量下游相电压Vav_b和对应的上游相电压Vam_b之间的第二相差以及下游相电压Vav_b和另一上游相电压(例如，上游相电压Vav_a)之间的第三相差

处理器装置验证相差和确实使得：

或

以及

或

其中x3是位于1°至10°范围内的第三预定相阈值(在该示例中，x3等于2°)。

相差和使用“过零”型方法来测量。

处理器装置在设施103正在产生电力时验证相差和关于相差的量级是一致的(下游相电压Vav_b和对应的上游相电压Vam_b同相)。

对于给定相，当上游相端子107的布线和下游相端子108的布线已被互换，并且当设施103不产生电力时，处理器装置确定上游相电压Vam接近0V(即小于第二预定低电压阈值)，并且下游相电压Vav接近230V(即，大于第二预定高电压阈值)。

处理器装置产生警报以向安装人员警告该错误。在此类境况下不存在火灾的风险。

仪表的安装接着以步骤E1再次开始。

然而，如果设施103确实产生电力，则上游相电压Vam和下游相电压Vav将被同步，并且这样的布线错误没有被直接检测到。在此类境况下不存在火灾的风险。在被同步的上游相电压Vam和下游相电压Vav的相上，布线错误也将是不可见的。在此类境况下，大于第二预定义高电压阈值的上游相电压被测得，并且大于第二预定义高电压阈值的对应下游相电压被测得，这两个电压之间的第四相差使用“过零”型方法被测量，其使得其中x4是位于1°至4°范围内的第四预定相阈值(通常x4＝3°)。

在此类境况下，处理器装置为电网102的电力供应商或管理者生成消息。该消息由电力线载波或者由任何其他(有线或无线)类型的通信手段传送。当电力线载波被选择时，DLMS或COSEM应用层被有利地使用。

该消息概述了该情况并指示设施103看起来像是发电设施。电网102的电力供应商或管理者验证设施103是否确实是发电设施，并因而验证该情况是否正常。如果情况异常，则电网102的电力供应商或管理者再次将安装人员派遣到仪表101，以便校正布线错误。

自然地，本发明不限于所描述的各实现，而是涵盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。

在上面的描述中，本发明在单相仪表和三相仪表上被实现，然而本发明适用于任何多相仪表，而不管相的数目。

本发明是通过解释如何检测某些布线错误来解说的，但是本发明也可被用来检测其他布线错误。

上面给出的数值，特别是预定义电压阈值和预定义相阈值自然可以是不同的。同样，对于在60Hz和110V处工作的供电电网，本发明同样可以使用不同的数值被应用。

Claims (19)

1.一种用于验证仪表的布线的验证方法，所述仪表用于测量由电网(2；102)供应到电气设施(3；103)的电力的消耗，所述仪表(1；101)具有上游相端子(7a；107)、下游相端子(8a；108)和连接在所述上游相端子和所述下游相端子之间的切断部件(10；110)，所述验证方法包括以下步骤：

-打开所述切断部件；

-测量所述切断部件上游的上游相电压(Vam)并测量所述切断部件下游的下游相电压(Vav)；

-尤其因变于对所述上游相电压的测量和对所述下游相电压的测量来检测潜在的布线错误；

-如果检测到布线错误，则生成警报；

-如果没有检测到布线错误，则闭合所述切断部件并将所述仪表置于标称操作模式中。

2.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述仪表是单相仪表(1)，并且所述布线错误还因变于对在所述上游相电压(Vam)与所述下游相电压(Vav)之间的第一相差的测量来被检测。

3.根据权利要求2所述的验证方法，其特征在于，所述布线错误在以下三个条件被同时满足时被检测到：

-所述第一相差使得：

其中x1是位于1°到10°范围内的第一预定相阈值；

-所述上游相电压(Vam)大于预定义电压阈值；

-所述下游相电压(Vav)大于所述预定义电压阈值。

4.根据权利要求2所述的验证方法，其特征在于，所述第一相差通过使用“过零”型方法来测量。

5.根据权利要求2所述的验证方法，其特征在于，进一步包括：在所述下游相电压(Vav)大于第一预定义高电压阈值并且所述上游相电压(Vam)小于第一预定义低电压阈值的情况下，包括生成用于验证所述电气设施(3)是否是发电设施的消息的步骤。

6.根据权利要求2所述的验证方法，其特征在于，进一步包括：在所述下游相电压(Vav)大于第一预定义高电压阈值且所述上游相电压(Vam)大于第一预定义高电压阈值并且所述第一相差使得的情况下，

其中x2是位于1°到10°范围内的第二预定相阈值，包括生成用于验证所述电气设施(3)是否是发电设施的消息的步骤。

7.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述仪表是具有三个上游相端子(107a、107b、107c)、三个下游相端子(108a、108b、108c)和连接在每个上游相端子和对应的下游相端子之间的切断部件(110a、110b、110c)的三相仪表(101)，并且当所述上游相电压之一小于第二预定义低电压阈值时以及当所述下游相电压之一大于第二预定义高电压阈值时，检测到所述布线错误。

8.根据权利要求7所述的验证方法，其特征在于，进一步包括：在所述下游相电压之一大于所述第二预定义高电压阈值的情况下，包括测量在大于所述第二预定义高电压阈值的所述下游相电压和对应的上游相电压之间的第二相差，以及测量在大于所述第二预定义高电压阈值和另一上游相电压之间的第三相差的步骤。

9.根据权利要求8所述的验证方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：验证所述第二相差和所述第三相差使得：

或

以及或其中x3是位于1°到10°范围内的第三预定相阈值。

10.根据权利要求8所述的验证方法，其特征在于，所述第二相差和所述第三相差通过使用“过零”型方法来测量。

11.根据权利要求7所述的验证方法，其特征在于，进一步包括：在上游相电压小于所述第二预定义低电压阈值并且对应的下游相电压大于所述第二预定义高电压阈值的情况下，包括生成用于验证所述电气设施(103)是否是发电设施的消息的步骤。

12.根据权利要求7所述的验证方法，其特征在于，进一步包括：在上游相电压大于所述第二预定义高电压阈值且对应的下游相电压大于所述第二预定义高电压阈值并且这两个电压之间的第四相差使得的情况下，其中x4是位于1°到10°范围内的第四预定相阈值，包括生成用于验证所述电气设施(103)是否是发电设施的消息的步骤。

13.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，所述警报向所述仪表(1；101)的安装人员通知已检测到所述布线错误。

14.根据权利要求13所述的验证方法，其特征在于，所述警报由所述仪表(1；101)的发光二极管生成。

15.根据权利要求13所述的验证方法，其特征在于，所述警报通过在所述仪表(1；101)的屏幕上显示警报消息来被生成。

16.一种安装仪表的方法，所述仪表用于测量由电网(2；102)供应到电气设施(3；103)的电力的消耗，所述仪表(1；101)被定位在隔离器(6；106)的下游并且具有上游相端子(7a；107)、下游相端子(8a；108)和连接在所述上游相端子和所述下游相端子之间的切断部件(10；110)，所述安装方法包括以下步骤：

-打开所述隔离器；

-对所述仪表(1；101)进行布线；

-重新闭合所述隔离器；

-致使所述仪表执行根据任一前述权利要求所述的验证方法。

17.一种用于测量由电网供应给电气设施的电力的仪表，所述仪表包括上游相端子、下游相端子和连接在所述上游相端子和所述下游相端子之间的切断部件，所述仪表包括被布置成测量所述切断部件上游的上游相电压的上游电压传感器、被布置成测量所述切断部件下游的下游相电压的下游电压传感器，以及被布置成尤其因变于对所述上游相电压的测量和对所述下游相电压的测量来检测布线错误的处理器装置，所述处理器装置还被布置成在检测到布线错误的情况下生成警报，以及在没有检测到布线错误的情况下闭合所述切断部件并将所述电力仪表置于标称操作模式中。

18.一种计算机程序，包括用于使电力仪表能够执行根据权利要求1至15中任一项所述的验证方法的指令。

19.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置储存计算机程序，所述计算机程序包括用于使电力仪表能够执行根据权利要求1至15中任一项所述的验证方法的指令。