CN111308150B - 电力监控和分配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力监控和分配系统。一种电流互感器，所述电流互感器具有：主体，所述主体具有上半部和铰接地连接至所述上半部的下半部；成对的铁氧体磁芯，其位于所述主体的所述上半部和所述下半部之一内，所述成对的铁氧体磁芯限定形成在所述成对的铁氧体磁芯的各铁氧体磁芯之间的间隙；以及传感器，所述传感器位于形成在所述成对的铁氧体磁芯的各铁氧体磁芯之间的所述间隙内。

Description

电力监控和分配系统
本申请是申请日为2018年8月9日、优先权日为2017年8月9日、申请号为201880049980.0、发明名称为“电力监控和分配系统”的申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及电力系统，更具体地，涉及能量监控和分配系统。
背景技术
在相关技术的实施方式中，智能电表可以记录电能的消耗，并且正在迅速代替诸如间隔表或按使用时间计的传统的机电表。智能电表对各种客户类别(例如住宅、商业和工业)都具有吸引力，因为它们可以提供传统机电表无法提供的特征，例如自动抄表、实时或近实时传感器、断电通知、远程报告和电力质量监控。此外，智能电表可以通过电表与电力公司之间的双向无线通信来传达关于能耗的信息，从而便于监控和计费。但是，典型的智能电表的受限之处在于，它被设计为仅计算整个结构的功耗(瓦特数)。监控建筑物的各个分支电路中的功耗对于确定建筑物的整体能耗很有用。单个分支电路监控还可以在超过电气参数阈值时指示分支电路中即将发生的故障并触发警报。
因此，在相关技术系统中，电能计量可以用于确定消费者正在使用多少电量。在较早的相关技术系统中，通常通过使用附接到建筑物(家庭、商业或其他地方)和电力公司之间的电力线的电表来完成计量。但是，这样的系统通常只能提供有关整个建筑物的总能量使用的信息，而不能提供与建筑物内特定电路相关的能耗的信息。
可以通过连接电流传感器来测量建筑物中各分支电路中的电流，以检测从建筑物配电板流出的各分支电力电缆中的电流。开发了相关技术的智能计量系统，以通过将传感器连接到各电路(通常是在断路器箱处)来分析建筑物内的各个电路。但是，这些相关技术系统可能涉及对整个电箱的断电从而导致损失工作时间，或者将传感器连接至通电的电力线，这可能是危险的。一些相关技术的电流传感器包括感测变压器，该感测变压器产生代表导体所携带电流的输出。
此外，在相关技术的实施方式中，智能电表生成电压和功率读数，该读数被记录为待流到数据处理系统的波形。该波形还可携带关于事件的信息，这些信息可以向数据处理系统警告被监控电力系统的异常或其他问题。
相关技术的感测变压器可包括在环绕电缆的导磁芯的截面周围缠绕的线圈。通常使用具有铰接的、分开的环形芯的相关技术感测变压器，因为该变压器可以在不断开电缆的情况下，容易地固定到已安装的电缆。尽管相关技术的铰接式分裂芯感测变压器允许连接的电力电缆的环绕，但随着时间的流逝，所产生的电流传输倾向于失去其校准。
此外，相关技术的电流互感器体积大且笨重，这导致难以将电流互感器安装在断路器面板上，并导致电流互感器从其所附接的布线中松脱。另外，过多的信号引线会引起干扰和串扰，从而导致信号质量差。
此外，在相关技术系统中，电力分配已经在向固定的预定位置进行，这需要大量的预先布设和基础设施建设。但是，相关技术的配电系统无法允许灵活地选择待连接至配电系统的设备的位置。
发明内容
本申请的一个方面可以包括电流互感器。电流互感器可以包括：主体，其包括上半部和铰接地连接至所述上半部的下半部；闩锁机构，其包括配置成被抓握的抓握片；滑块机构，其机械地耦合至所述抓握片；侧向延伸齿，其机械地耦合至所述滑块机构，所述侧向延伸齿配置成接合开口以在闭合配置中将所述上半部和所述下半部保持在一起；以及偏置构件，其配置成提供偏置力以促使至少一个所述侧向延伸齿接合所述开口，其中，所述闩锁机构配置成通过所述滑块机构平移施加至抓握部的张力，以相对于形成在所述上半部和所述下半部之一中的所述开口移动所述侧向延伸齿，使得所述开口脱离。
本申请的其他方面可以包括配电系统。配电系统可以包括：电源；电耦合至所述电源的配电线；电流互感器，其包括配置为机械地耦合至所述配电线外部的感测间隙，所述电流互感器配置为从所述配电线提取电流；以及电子设备，其电耦合至所述电流互感器并配置为由从所述配电线提取的所述电流供电。
附图说明
图1示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的顶部透视图；
图2示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的底部透视图；
图3示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的第一端部透视图；
图4示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的第二端部透视图；
图5示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的第一侧部透视图；
图6示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的第二侧部透视图；
图7示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器的分解图；
图8示出了根据本公开的方面的处于打开配置的示例性电流互感器的示意图；
图9示出了根据本公开的方面的处于闭合配置的示例性电流互感器的示意图；
图10-12示出了根据本公开的方面的示例性多隙电流互感器。
图13示出了使用根据本公开的方面的示例性电流互感器的配电系统。
图14示出了根据本公开的方面的能量监控器。
图15是示出了根据本公开的方面的电流互感器电路的框图。
图16A-16C是示出了根据本公开的方面的电流互感器的示例性控制单元和示例性通信电路的示意图。
图17A和17B是示出了根据本公开的方面的示例性霍尔效应传感器(Hall effectsensor)和相关联电路的示意图。
图18示出了根据示例性实施方式的用于能量监控器的HDMI输入1800的示例性的电子电路图。
图19示出了根据本公开的方面的示例性实施方式可以在其上应用的示例性系统。
图20示出了根据另一示例性实施方式的能量监控器。
图21示出了具有适用于本申请的一些示例性实施方式的示例性计算机设备的示例性计算环境。
具体实施方式
以下详细描述提供了本申请的附图和示例性实施方式的进一步细节。为了清楚起见，省略了附图之间冗余元件的附图标记和描述。整个说明书中使用的术语作为示例提供，且不旨在进行限制。例如，术语“自动”的使用可以涉及全自动或半自动的实施方式，涉及用户或操作员对实施方式的某些方面的控制，这取决于实践本申请的实施方式的本领域普通技术人员的期望的实施方式。
图1和2示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器100的顶部和底部透视图。此外，图3和4示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器100的端部透视图。图5和6示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器100的侧部透视图。如图所示，电流互感器100包括具有母连接器110和公连接器115的主体105。在一些示例性实施方案中，母连接器110和公连接器115之一或两者可以通过电缆5连接到主体105。在一些示例性实施方式中，母连接器110和公连接器115可以配置为允许多个电流互感器100之间的连接。例如，一个电流互感器100的母连接器110可以连接到另一电流互感器100的公连接器115。
在一些示例性实施方式中，母连接器110可以包括母微型高清多媒体接口(mini-HDMI)端口112，并且公连接器115可以包括公微型HDMI插头117。然而，其他类型的端口和插头对于本领域普通技术人员而言可能是显而易见的。母连接器110也可包括保持构件114，该保持构件114配置成接合公连接器115中的接收部119。在一些示例性实施方式中，保持构件114可以是母连接器110上的柔性构件，保持构件114配置为接合公连接器115上的相应凹口。然而，其他配置对于本领域普通技术人员而言可能是显而易见的。
主体105可以限定感测间隙120，感测间隙120配置为围绕带电电缆205。如下所述，主体105可以包括各种传感器和电子器件，以基于穿过感测间隙120的带电电缆205来检测信息。另外，主体105内的电子器件可以允许从穿过感测间隙的带电电缆205提取电流。主体105包括由公连接器115连接的上半部125和下半部130，公连接器115可用作铰链以允许上半部125和下半部130像钳口一样打开和闭合。如图所示，电缆5将母连接器110连接至下半部130。
上半部125包括主体件12和主体侧壁13。上半部125还包括安装在主体件12的顶部上的闩锁机构14、和连接至主体件12以包围上半部125的内部的盖18。上半部125的内部在下面更详细地讨论。如下所述，闩锁机构14包括抓握片20，其通过铰链部24连接至滑块部22(在图1-6中隐藏，在图7中示出)。如图所示，在一些示例性实施方式中，抓握片20可弯曲成围绕公连接器115的轮廓。抓握片20可绕铰链部24枢转，以允许将张力施加到滑块部22以释放闩锁机构14。
下半部130包括限定下半部130的内部的主体部1、和封闭下半部130的内部的基板9。下半部130的内部在下面更详细地讨论。电缆5可以延伸穿过主体部1的侧壁26。
电流互感器100还可包括指示器元件4，例如LED或其他视觉指示器，以提供状态和/或指示器信息，例如连接状态、信号状态或对本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他信息。如图所示，指示器元件4可位于电流互感器100的一端处，并且通过抓握片20是可见的。
图7示出了根据本公开的方面的示例性电流互感器100的分解图。如上所述，上半部125包括主体件12和主体侧壁13。上半部125还包括安装在主体件12的顶部上的闩锁机构14、和连接至主体件12以包围上半部125的内部的盖18。
如图7所示，一体式上铁氧体磁芯17位于上半部125的内部。一体式上铁氧体磁芯17可以具有配置为围绕感测间隙120轮廓的U形。另外，铁氧体磁芯板簧19可以位于一体式上铁氧体磁芯17的上方，以提供向下的偏置力，以将一体式上铁氧体磁芯17推向下半部130。
另外，在上半部125的内部，闩锁机构14还包括一个或多个偏置构件16(例如，弹簧)，其将滑块部22朝着感测间隙120偏置。偏置构件16可以由闩锁销15支承，闩锁销15可插入到滑块部22中。滑块部22还可包括一对以上的侧向延伸齿28，其可配置为接合下半部130的主体1中的齿接收开口30。如上所述，闩锁机构14的抓握片20通过铰链部24连接至滑块部22。如下所述，当将拉力施加到抓握片20时，滑块部22可抵抗偏置构件16的偏置力并远离开感测间隙120，使得侧向延伸齿28脱离齿接收开口30。
此外，下半部130包括限定下半部130的内部的主体部1、和封闭下半部130的内部的基板9。在下半部130的内部，电路板2可以与电子器件一起安装，以控制电流互感器100和集成到电流互感器100中的任何传感器。例如，如图所示，霍尔效应传感器3也可以设置在下半部130的内部并连接到电路板2。另外，指示器元件4也可连接到电路板2。与霍尔效应传感器3结合的电路板2可以提取通过感测间隙120的带电电缆205的电流，该带电电缆。
下半部130的内部还可包括两件式下铁氧体磁芯7、8。如下所示，两件式下铁氧体磁芯7、8可以位于霍尔效应传感器3的相对侧上。下铁氧体磁芯7、8中的每件都可以耦合至底部铁氧体磁芯板簧11、10，该底部铁氧体磁芯板簧11、10被配置成提供将铁氧体磁芯7、8的件推向上半部125的偏置力。
另外，在下半部130的内部，还可以设置保持夹具6，以保持延伸穿过主体部1的侧壁26的电缆5。
图8示出了根据本公开的方面的处于打开配置的示例性电流互感器100的示意图。类似地，图9示出了根据本公开的方面的处于闭合配置的示例性电流互感器100的示意图。为了说明的目的，示意图已覆盖在示例性电流互感器100的照片上。
如图8所示，电流互感器的主体105的上半部125和下半部130通过绕公连接器115旋转而处于打开配置。通过以这种配置打开，带电电缆205(在图1-6中示出)可以插入到感测间隙120中。上半部125和下半部130可以通过在远离感测间隙120的方向805上拉动抓握片20来分开。通过沿方向805拉动抓握片20，闩锁机构14的滑块部22可沿方向805移动，以使闩锁销15抵抗偏置构件16的偏置力滑动。滑块部22的运动可被传递到侧向延伸齿28，使侧向延伸齿28在脱离下半部130的主体1的齿接收开口30的方向移动。一旦侧向延伸齿28脱离齿接收开口30，上半部125和下半部130就可以打开。该结构允许，即使戴着手套，也可安全地单手打开主体105的上半部125和下半部130。
当侧向延伸齿28脱离时，侧向延伸齿28相对于一体式上铁氧体磁芯17移动。当上下半部125、130打开时，一体式上铁氧体磁芯17与一个下铁氧体磁芯件7接触，但是与另一下铁氧体磁芯件8分开。霍尔效应传感器3位于两个下铁氧体磁芯件7、8之间的感测间隙120下方。尽管霍尔效应传感器3示出在下铁氧体磁芯件7、8之间，但是其他类型的传感器可以并入到感测间隙120周围的区域中，以便以非接触方式监控和检测通过感测间隙120的电流。例如，温度传感器、流量传感器或对于本领域普通技术人员可能是显而易见的任何其他传感器。另外，电流互感器100可以从通过感测间隙120的带电电缆提取电流。此外，在一些示例性实施方式中，可以将叶片状突起并入到感测间隙120中，以允许穿过感测间隙120的通电电缆被穿透并直接分接(例如，直接或以接触方式被监控)。
在图9中，抓握片20已被释放，允许偏置构件16沿方向810偏置闩锁机构14的滑块部22。当闩锁机构14的滑块部22沿方向810偏置时，侧向延伸齿28可接合齿接收开口30，以将上半部125和下半部130牢固地保持在一起。该结构允许即使戴着手套，也可以安全地单手闭合主体105的上半部125和下半部130。
如图9所示，电流互感器的主体105的上半部125和下半部130处于闭合配置。在该配置中，一体式上铁氧体磁芯17接触两个下铁氧体磁芯件7、8，以在感测间隙120周围形成基本连续的磁路，从而几乎完全包围插入到感测间隙120中的任何带电电缆205(图1-6)。然而，两个下铁氧体磁芯件7、8之间存在小的间隙，霍尔效应传感器3安装在该间隙中。通过将霍尔效应传感器3和下铁氧体磁芯件7、8定位在下半部130的主体1内，可以严格地构造并保持下铁氧体磁芯件7、8的间距以及霍尔效应传感器3的位置。通过保持对下铁氧体磁芯件7、8的间距和霍尔效应传感器3的位置的严格控制，可以获得穿过感测间隙120的电流的测量。此外，在一些示例性实施方式中，电流还可以从穿过感测间隙120的带电电缆205提取(在图1-6中示出)。
同样，尽管霍尔效应传感器3示出在下铁氧体磁芯件7、8之间，但是可以将其他类型的传感器并入到感测间隙120周围的区域中，以便以非接触方式监控和检测通过感测间隙的电流。例如，温度传感器、流量传感器或对于本领域普通技术人员可能是显而易见的任何其他传感器。另外，电流互感器100可以从穿过感测间隙120的带电电缆提取电流。此外，在一些示例性实施方式中，可以将叶片状突起并入到感测间隙120中，以允许穿过感测间隙120的通电电缆被穿透并直接分接(例如，直接或以接触方式被监控)。
在以上讨论的电流互感器100的示例性实施方式中，仅提供了一个感测间隙120。然而，示例性实现方式不限于该配置，并且可以具有如下所述的多个感测间隙。
图10-12示出了根据本公开的方面的示例性多间隙电流互感器。图10示出了电流互感器1000的示例性实施方式，该电流互感器1000具有多个感测间隙1020a、1020b、1020c，各感测间隙以并联布置设置成围绕带电电缆2005a、2005b、2005c。如图所示，各感测间隙1020a、1020b、1020c由单独主体1005a、1005b、1005c形成。各单独主体1005a、1005b、1005c可具有类似于以上图1至图9所示的电流互感器100的构造。例如，上主体1005a可以由具有与上半部125类似构造的上半部1025a和具有与下半部130类似构造的下半部1030a形成。类似地，中间主体1005b可以由具有与上半部125类似构造的上半部1025b和具有与下半部130类似构造的下半部1030b形成。此外，下主体1005c可以由具有与上半部125类似构造的上半部1025c和下半部1030c形成，上半部1025c。因此，已经省略了上半部1025a-1025c和下半部1030a-1030c的组件的冗余讨论。
如图所示，上主体1005a的下半部1030a机械地耦合至中间主体1005b的上半部1025b。机械耦合不受特别限制，并且可以包括粘合剂附接、机械附接(例如，螺钉附接、螺栓附接、榫舌和凹槽等)、焊接或者对本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他附接机构。可选地，中间主体1005b的上半部1025b可以与上主体1005a的下半部1030a一体形成。
此外，中间主体1005b的下半部1030b机械地耦合至下主体1005c的上半部1025c。机械耦合不受特别限制，并且可以包括粘合剂附接、机械附接(例如，螺钉附接、螺栓附接、榫舌和凹槽等)、焊接或者对本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他附接机构。可选地，下主体1005c的上半部1025c可以与中间主体1005c的下半部1030b一体形成。
尽管图10中示出了三个感测间隙，但是其他示例性实施方式可以具有多于或少于三个感测间隙。
上述电流互感器1000的结构可以提供许多益处。例如，该结构可以实现单手操作，包括闭合和打开。大多数相关技术结构无法做到这一点。该特征可以通过弹簧闭合机构和铰链相对小的摆动来实现。相反，相关技术结构使用摩擦进行机械闩锁，这需要通过一只手或臂施加更大的力，但摆动太大而无法用一只手来闭合。
图11示出了具有多个感测间隙1120a、1120b、1120c、1120d的电流互感器1100的示例性实施方式，各感测间隙以线性布置设置成围绕带电电缆2105a、2105b、2105c、2105d。如图所示，多个感测间隙1120a、1120b、1120c、1120d由单个主体1105形成。单个主体1105可具有类似于以上图1至图9所示的电流互感器100的构造。例如，主体1105可以由具有与上半部125类似构造的上半部1125和具有与下半部130类似构造的下半部1130形成。尽管图11中示出了四个感测间隙1120a、1120b、1120c、1120d，但是其他示例性实施方式可具有多于或少于四个感测间隙。
图12示出了具有多组感测间隙1220ai-aiv、1220bi-biv、1220ci-civ的电流互感器1200的示例性实施方式。如图所示，各组感测间隙1220ai-aiv、1220bi-biv、1220ci-civ与其他各组感测间隙1220ai-aiv、1220bi-biv、1220ci-civ并联布置。另外，感测间隙1220ai、1220aii、1220aiii、1220aiv呈线性布置以围绕带电电缆2220ai、2220aii、2220aiii、2220aiv。此外，感测间隙1220bi、1220bii、1220biii、1220biv呈线性布置以围绕带电电缆2220bi、2220bii、2220biii、2220biv。更进一步，感测间隙1220ci、1220cii、1220ciii、1220civ呈线性布置以围绕带电电缆2220ci、2220cii、2220ciii、2220civ。
如图所示，各组感测间隙1220ai-aiv、1220bi-biv、1220ci-civ由单独主体1205a、1205b、1205c形成。各单独主体1205a、1205b、1205c可具有类似于以上图1至图9所示的电流互感器100的构造。例如，上主体1205a可以由具有与上半部125类似构造的上半部1225a和具有与下半部130类似构造的下半部1230a形成。类似地，中间主体1205b可以由具有与上半部125类似构造的上半部1225b和具有与下半部130类似构造的下半部1230b形成。此外，下主体1205c可以由具有与上半部125类似构造的上半部1225c和下半部1230c形成。因此，已经省略了上半部1225a-1225c和下半部1230a-1230c的组件的冗余讨论。
如图所示，上主体1205a的下半部1230a机械地耦合至中间主体1205b的上半部1225b。机械耦合不受特别限制，并且可以包括粘合剂附接、机械附接(例如，螺钉附接、螺栓附接、榫舌和凹槽等)、焊接或者对本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他附接机构。可选地，中间主体1205b的上半部1225b可以与上主体1205a的下半部1230a一体形成。
此外，中间主体1205b的下半部1230b机械地耦合至下主体1205c的上半部1225c。机械耦合不受特别限制，并且可以包括粘合剂附接、机械附接(例如，螺钉附接、螺栓附接、榫舌和凹槽等)、焊接或者对本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他附接机构。可选地，下主体1205c的上半部1225c可以与中间主体1205c的下半部1230b一体形成。
尽管图12中示出了十二个感测间隙，但是其他示例性实施方式可具有多于或少于十二个感测间隙。
上面讨论的电流互感器100、1000、1100、1200可以用于各种目的。根据一些示例性实施方式的一种可能用途可以是作为配电系统的一部分。图13示出了使用根据本公开的方面的示例性电流互感器的配电系统1300。如图所示，配电系统1300包括交流(AC)电源1305(例如，交流发电机或对本领域普通技术人员可能显而易见的其他交流电源)，其连接到配电线1307(例如，可以传输交流电流的电力电缆)。
在配电系统1300中，一系列电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319可以沿配电线1307的长度的任意点处附接到配电线1307，以允许在沿配电线1307长度的任意位置处提取电流。各电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319可具有如上面关于图1至图12讨论的电流互感器100/1000/1100/1200的结构。如以上关于图8和图9所讨论的，各电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319可以通过拉动闩锁机构的相应的抓握片而打开，以释放侧向延伸齿，从而脱离齿接收开口并使上半部和下半部开。一旦打开，各电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319可以通过将配电线1307插入到感测间隙中并闭合上半部和下半部而附接至配电线1307。
各电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319可以从配电线提取电流并将电流提供给连接到电流互感器1309、1311、1313、1314、1316、1318、1319之一的设备1310、1315、1320、1325、1330、1335、1340。例如，电流互感器1309可以连接到诸如笔记本电脑或台式计算机的个人计算机设备1310，以向其提供能量。此外，电流互感器1311可以连接到诸如个人音乐播放器、移动电话、个人数字助理(PDA)、平板电脑或数字相机的便携式电子设备1315，以向其提供能量。另外，电流互感器1313可以连接到诸如电视、立体声系统、DVD播放器、蓝光播放器等的个人娱乐设备1320，以向其提供能量。
此外，电流互感器1314可被连接，以向诸如灯泡、发光二极管(LED)、紧凑型荧光灯(CFL)或对本领域普通技术人员可能显而易见的其他发光装置的光源1325提供能量。另外，电流互感器1316可被连接，以向服务器设备1330、大型机或其他联网计算设备提供能量。
此外，电流互感器1318、1319可被连接，以向诸如炉灶、烤箱、微波炉、冰箱等的家用电器1335、1340提供电力。额外的电流互感器也可以用于从配电线1307提取电流、并向对本领域普通技术人员可能显而易见的任何设备提供能量。
在其他实施方式中，以上讨论的电流互感器可以用于检测电压和电流波形，该电压和电流波形可以用于识别连接到电路的电气设备。电路可以是建筑物电力系统的分支电路。通过分解电路上集合信号的分量波形，可以产生连接到电路的设备的电气信号。根据本公开的方面，如上所述的电流互感器可以用于感测电路上的电流波形。
图14示出了根据本公开的方面的能量监控器。能量监控器1400可以包括CPU1401、存储器1404、传感器阵列1402和基带处理器1403。来自传感器阵列1402的数据被流到存储器1404，并由CPU 1401处理，以准备成供诸如电力监控系统的接收设备使用的格式。然后，处理过的数据通过基带处理器1403传输至接收设备，该处理过的数据可以实现为诸如LTE的无线协议上的流数据或批数据。从传感器阵列1402记录的数据可以包括以例如60赫兹(Hz)的固定采样速率报告的频率、电压和功率数据。在一些实施方式中，可选地，可以报告电流数据、并基于接收到的电压和电流数据来计算功率数据。数据可以是历史数据、流数据或两者。
在示例性实施方式中，可以将信号注入到传感器阵列中的传感器(例如电流互感器100/1000/1100/1200)中，并且传感器中的负载电阻器的阻抗在能量监控器上测量。基于测得的阻抗，可以将值存储在表格中以检测连接哪个传感器。这样的实施方式可以使确定安装的传感器的类型更加容易，从而消除了对传感器类型(例如，用于200安培、1000安培等的电流互感器)进行物理检查的必要。
图15是示出了根据本公开的方面的电流互感器电路1500的框图。此外，图16A-16C是示出了根据本公开的方面的电流互感器的示例性控制单元和示例性通信电路的示意图1600A-1600C。
参照图15和图16A-16C，电子封装可以包括：控制单元1505，其例如但不限于可编程片上系统(programmable system on chip,PSoC)或其他微处理器、微控制器或可编程设备；通信电路1605，其例如但不限于低压差分信号(low voltage differentialsignaling,LVDS)或其他串行/并行通信电路；存储器1610；放大器；霍尔效应传感器1515和数字总线1620。本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，电子封装可以包括其他电路组件。
控制单元1505可以包括：一个或多个模数转换器(ADC)，其例如但不限于16位或其他分辨率的ADC；一个或多个数模转换器(DAC)，其例如但不限于16位或其他分辨率的DAC；易失性和/或非易失性存储器；数字逻辑电路和模拟电路。控制单元1505可以控制CT的整体操作，该操作包括但不限于通信和数据采样。
参照图16B，单端信号被提供给适配器并馈送到差分驱动器中，该差分驱动器提供阻抗控制和低压差分信号(LVDS)。各输出信号涉及两根线。因此，输出的每个信号都包括两根线。CT可以进一步包括连接器，以实现CT的数字总线与主控制系统之间的连接、以及以“菊花链(daisy-chain)”方式与多个其他CT的数字总线的串行连接。
在示例性实施方式中，多个传感器(例如，CT)可以直接地或通过适配器而菊花链在一起，这可包括传感器侧面的输入和/或传感器前部的输入，使得来自一个传感器的电线可以插入到后续传感器的接线盒中，从而向能量监控器提供数据通道。通过这种连接，能量监控器可以重新路由微控制器中的模拟系统，从而可以自动检测其他能量监控器的大小。在示例性实施方式中，当用户安装传感器(例如，电流互感器(CT))时，各种传感器、例如200额定安培的CT和1000额定安培的CT，可以连接到建筑物电力系统的分支电路并菊花链在一起。基于从传感器传输的信息，用户随后可以识别出哪个传感器连接到哪个分支电路、以及该传感器的额定安培数。
图17A和17B是示出了根据本公开的方面的示例性霍尔效应传感器和相关联电路的示意图。如上所述，霍尔效应传感器可以位于上铁氧体磁芯和下铁氧体磁芯之间的间隙中，以测量磁芯中的磁通量。来自霍尔效应传感器的模拟信号可以转换为数字信号，从而使通量测量通过控制单元转换为电流测量。在图17B的实施例中，单端信号被提供给适配器并馈送到差分驱动器中，该差分驱动器提供阻抗控制和低压差分。输出的每个信号都包括两根线。
CT可以包括与多件式铁氧体磁芯中的至少一个铁氧体磁芯的物理电气连接，以感测电容耦合到磁芯的小电压，该小电压由于载流导体与至少一个铁氧体磁芯的表面区域的靠近而产生的。例如，电子封装的印刷电路板(PCB)上的焊盘可以附接到弹簧，并且弹簧接触铁氧体磁芯中的至少一个，以提供到铁氧体磁芯的电气连接。当铁氧体磁芯对准时，由于铁氧体是半导电的，因此形成与电线的电容耦合。感测到的电压可以通过跨阻放大器进行放大，然后传输到控制单元中的A/D转换器。感测到的电压可以与已知相位的单独测量的线电压相关联，以确定CT正在测量电流的电压相位。例如，在系统调试期间，铁氧体磁芯上的小电压可用于使测得的电流与测得的线电压相关联以确定功率。
在具有用于分布式采样的标准数字总线的常规系统中，电压和电流测量未对齐。根据本公开的方面，可以同步地进行电压和电流测量。例如，通过在所公开的系统的数字总线上传输转换开始信号，控制单元可以分别通过CT和电压测量设备使得电流和电压的同步采样，以同时并确定地捕获电压和电流测量。
图18示出了根据示例性实施方式的用于能量监控器的HDMI输入1800的示例的电子电路图。
图19示出了根据本公开的方面的示例性实施方式可以在其上应用的示例性系统。如图所示，该系统可以包括沿建筑物或区域的电力线应用的能量监控器(Em)、以及电气总线(指定为B)。事件检测系统可以是根据期望的实施方式的任何系统形式的装置(例如，计算机、数据中心等)。例如，计算设备，诸如上述图21中示出的计算设备2105。
如图19所示，信号、例如来自CT的信号，可以传输到事件监控器(EM)，事件监控器可以确定CT信号是否指示故障事件(例如，连接到被监控电路的设备的异常磨损)。EM可以将监控的信号传输到事件检测系统，该事件检测系统可以存储该信号以供后续分析和/或提供故障检测指示。
事件检测系统可以配置为管理电力系统中的多个能量监控器，并且可以包括物理中央处理单元(CPU)1900、数据库1901、输出接口(I/F)1902、通信处理器1903、输入I/F1904和短期存储器1905(例如，缓存)。数据库1901可以为一种或多种存储设备的形式，该一种或多种存储设备配置为管理由能量监控器提供的数据测量。输出I/F 1902将诸如波形、事件等的外部输出提供至事件检测系统的操作器。通信处理器1903可以用作接口，以用于通过网络1910接收来自能量监控器的数据并进行初步处理。输入I/F 1904为来自包括键盘、触摸屏和鼠标等的操作器的输入提供接口。短期存储器1905可以用作缓存，以用于从能量监控器流出的数据的短期存储。
图20示出了根据另一示例性实施方式的能量监控器。该能量监控器可以具有方形形状因数(form factor)，并且可包括通信/数字层2000，该通信/数字层包含CPU 2001、信号处理器2002、基带处理器2003和存储器2004。来自能量监控器的第二级2020的数据以数字信号的形式送至信号处理器2002，该信号被流至存储器2004并由CPU 2001处理，以准备成供诸如功率监控系统的接收装置使用的格式。然后，处理过的数据通过基带处理器2003传输至接收设备，该处理过的数据可以实现为诸如LTE的无线协议上的流数据或批数据。从信号处理器2002接收的数据可以包括以例如60赫兹(Hz)的固定采样率报告的频率、电压和电力数据。在一些实施方式中，可选地，可以报告电流数据、并基于接收到的电压和电流数据来计算功率数据。数据可以是历史数据、流数据或两者。
通信/数字层2000连接到印刷电路板(PCB)2010，印刷电路板(PCB)2010还可以包括LED光环2011，LED光环2011配置为根据从通信/数字层2000接收到的不同信号和获得的状态来激活LED。
第二级2020可以包括模拟信号系统，该模拟信号系统配置为经由模拟/数字转换器2021向通信/数字层2000提供数字信号。第二级2020包括：高压隔离2022，其将高压与能量监控器的其余部分隔离；电力管理单元2023，其配置为从电力线/电网/电力系统接收电压测量和其他测量。连接器2024为用于连接至电力线/电力网/电力系统的传感器阵列的连接器端口，该连接器端口可以采用HDMI连接器端口的形式。传感器阵列可以包括一个或多个CT，例如以上参照图1至图12描述的CT。
如上所述，CT可以采用夹子的形式，该夹子包括通过诸如HDMI电缆的电缆连接的PSoC 1505(可编程片上系统)。该夹子可以配置为夹在来自电力线/电力网/电力系统的裸线上。CT可以包括被采样(例如每秒7260次)的磁传感器(例如，霍尔效应传感器1515)，该磁传感器可包括完全封闭的含铁材料以测量电流。在示例性实施方式中，在磁传感器中可以存在间隙，由于空气的介电常数防止电流的饱和，因此这减小了磁传感器的质量，并且允许传感器设置在较小形状因数的设备中，例如如上面在图1至图12中所描绘的CT 100/1000/1100/1200。CT的示例性实施方式还可以包括拉释片(pull release tab)，以允许去除和卸载。
在示例性实施方式中，PSoC 1505为微控制器，其有助于以编程方式重布路由子模块、并处理串行外围接口通信，该串行外围接口通信还从内置在板中的传感器读取数据。在示例性实施方式中，传感器位于铁氧体之间以测量包含在该铁氧体磁芯中的磁通，该磁通被采样并转储到模拟/数字转换器上。在示例性实施方式中，铁氧体磁芯具有物理抽头(physical tap)，该物理抽头进入模数转换器中。该实施方式可以在调试(例如，加载系统)时有便于测量到电压线的电容耦合。这样的实施方式允许在不必手动确定电压相位的情况下识别能量监控器的相位。
在这样的实施方式中，基于限幅时CT的电容耦合，磁性传感器(例如，霍尔效应传感器1515)具有足够的表面积和足够的电容耦合以允许应用相位放大系统。此外，CT与电线之间有足够的距离，以有便于电容耦合在短暂的时间内耦合到电压信号，该电压信号可以被放大。通过这样的信号放大器，能量监控器可以自动提供其在哪个电压相位下运行的信号。
在示例性实施方式中，能量监控器中使用的通信电路1605可以利用施密特触发器来从通过传感器阵列或CT、和能量监控器之间的电缆接收的信号中产生时钟信号。然后，通信电路1605中的软件可以生成锁相环(PLL)，该锁相环可以用作用于采样目的的时钟基础。在这样的示例性实施方式中，串行外围接口可以用于并入施密特触发器的输入电压频率。
在示例性实施方式中，能量监控器需要同时接收数据样本。因此，基于施密特触发器和PLL，能量监控器可以同步指示所有传感器(例如CT)进行采样。然后，对于样本，通信电路1605可以将样本移动到移位寄存器中，并且一旦所有系统在移位寄存器中都具有数据，通信电路1605就将数据移出、等待、然后在下一个周期中触发下一次样本。
在示例性实施方式中，存在可将特定命令发布给能量监控器的命令模式。能量监控器具有LED作为接口，以指示能量监控器连接到哪个电路，以便安装人员可以直观地确认系统。
在数据采集模式期间，示例性实施方式包括非常高速的数字总线，这需要同时对所有数据进行采样，尤其是由于输入电压可能在物理上距离较远。为了使数据对齐，所有数据，尽管存在物理差异，但都必须在同一微秒内精确地瞬时循环。那就是对齐的地方以及这就是加载启动序列的要求。
在示例性实施方式中，能量监控器知道其自身的序列号以及其在能量监控器链中的位置。这样的数据在一些软件可配置寄存器上实现，启动时，这些寄存器会将所有详细信息通知给能量监控器。由于机械运动中存在铁氧体传感器，因此铁氧体的定位以及随后的磁通强度会随着机械运动而变化。测试电流的工厂中各能量监控器的校准通过该系统进行模拟，并且该校准被合并到传感器中。因此，当能量监控器连接到系统时，能量监控器利用整个电流频带的比例因子。(例如，0.1安培、0.5安培、1安培、3安培、10安培、20安培)。这些预定比例因子可以与铁氧体和传感器的每种组合相关联，并且可以存储在软件可配置寄存器中。
图21示出了具有适用于一些示例性实施方式的示例性计算机设备2105的示例性计算环境2100。计算环境2100中的计算设备2105可以包括一个或多个处理单元、核、或处理器2110，存储器2115(例如，RAM和/或ROM等)，内部存储器2120(例如，磁性、光学、固态存储器和/或有机存储器)和/或I/O接口2125，它们中的任何一个都可以耦合在用于传递信息的通信机构或总线2130上，或嵌入到计算设备2105中。
计算设备2105可以通信地耦合至输入/接口2135和输出设备/接口2140。输入/接口2135和输出设备/接口2140中的一个或两者可以是有线或无线接口，并且可以是可拆卸的。输入/接口2135可以包括物理的或虚拟的、任何设备、组件、传感器或接口，其可以用于提供输入(例如按钮、触摸屏界面、键盘、点动控制/光标控制、麦克风、相机、盲文(braille)、运动传感器、光学阅读器等)。
输出设备/接口2140可以包括显示器、电视机、监控器、打印机、扬声器、盲文等。在一些示例性实施方式中，输入/接口2135(例如用户接口)和输出设备/接口2140可以嵌有计算设备2105或物理耦合至计算设备2105。在其他示例性实施方式中，其他计算设备可以用作计算设备2105的输入/接口2135和输出设备/接口2140，或提供计算设备2105的输入/接口2135和输出设备/接口2140的功能。这些元件可包括但不限于已知的AR硬件输入，以便允许用户与AR环境进行交互。
计算设备2105的实施例可包括但不限于高速移动设备(例如智能手机、车辆和其他机器中的设备、以及人和动物携带的设备等)、移动设备(例如平板电脑、笔记本电脑、手提电脑、个人计算机、便携式电视机和收音机等)、以及不是为移动性设计的设备(例如台式计算机、服务器设备、其他计算机、信息站、具有嵌入其中和/或耦合至其的一个或多个处理器的电视机、和收音机等)。
计算设备2105可以通信耦合(例如通过I/O接口2125)至外部存储2145和网络2150，以用于与任何数量的网络组件、设备和系统通信，该网络组件、设备和系统包括一个或多个相同或不同配置的计算设备。计算设备2105或任何连接的计算设备可以用作、或为其提供服务、或被称为，服务器、客户端、瘦服务器(thin server)、通用机器、专用机器或另一标签。
I/O接口2125包括但不限于，使用任何通信或I/O协议或标准(例如以太网、808.11xs、通用系统总线、无线城域网(WiMAX)、蜂窝网络协议等)的有线和/或无线接口，以用于向和/或从计算环境2100中的至少所有连接的组件、设备和网络传送信息。网络2150可以为任何网络或网络结合(例如因特网、局域网、广域网、电话网络、蜂窝网、和卫星网络等)。
计算设备2105可以使用计算机可用或计算机可读介质、包括暂时性介质和非暂时性介质来使用和/或通信。暂时性介质包括传送介质(例如金属电缆、光线)、信号、载波等。非暂时性介质包括磁介质(例如磁盘和磁带)、光介质(例如CDROM、数字影碟、蓝光光盘)、固态介质(例如RAM、ROM、闪速存储器、固态存储)和其他非易失性存储器或内存。
计算设备2105可以用于在一些示例性计算环境中实现技术、方法、应用、过程或计算机可执行指令。计算机可执行指令可以从暂时性介质中检索，并存储在非暂时性介质中并从中检索。可执行指令可以源自任何一种编程、脚本和机器语言(例如C语言、C++、C#、JAVA、Visual Basic、、Python、Perl、JAVAScript及其他)中的一种或多种。
处理器2110可以在本地或虚拟环境中的任何操作系统(operating system,OS)(未示出)下执行。可以将一个或多个应用与OS和其他应用(未示出)一起部署，所述一个或多个应用包括逻辑单元2155、应用程序接口(API)单元2160、输入单元2165、输出单元2170、传感器处理单元2175、电压测量单元2180和电容耦合单元2185、以及用于不同单元彼此通信的单元间通信机构(inter-unit communication mechanism)2195。
例如，传感器处理单元2175、电压测量单元2180和电容耦合单元2185可以实现上面讨论的一个或多个示例性实施方式的方面。所描述的单元和元件可以在设计、功能、配置、或实施上改变，且不限于所提供的描述。
在一些示例性实施方式中，当信息或执行指令被API单元2160接收时，该API单元2160可以与一个或多个其他单元(例如模型传感器处理单元2175、电压测量单元2180和电容耦合单元2185)通信。
在一些示例中，逻辑单元2155可以配置为控制单元之间的信息流，并指导上述一些示例性实施方式中的API单元2160、输入单元2165、传感器处理单元2175、电压测量单元2180和电容耦合单元2185提供的服务。例如，一个或多个过程或实施方案的流程可以通过逻辑单元2155单独或结合API单元2160来控制。
前面详述的说明书已经通过使用框图、示意图和实施例阐述了设备和/或过程的各种实施方案。在这些框图、示意图和实施例包含一个或多个功能和/或操作的范围内，可通过多种硬件、软件、固件或实际上其任何组合，来单独地和/或共同地实施这些框图、流程图或实施例内的各功能和/或操作。在一个实施方案中，本主题可以经由专用集成电路(ASIC)来实施。然而，本文公开的实施方案全部或部分可以、作为由一个或多个处理器执行的一个或多个程序、作为由一个或多个控制器(例如，微控制器)执行的一个或多个程序、作为固件、或作为实际上其任何组合、等效地在标准集成电路中实施。
尽管已经描述了某些实施方案，但是这些实施方案仅是通过示例的方式给出，并不旨在限制保护范围。实际上，本文描述的新颖的方法和设备可以以多种其他形式来体现。此外，在不背离保护精神的情况下，可以对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替代和改变。随附的实施方式及其等同物旨在覆盖落入保护范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (14)

1.一种配电系统，其包括：
电源；
电耦合至所述电源的配电线；
电流互感器，其包括配置为机械地耦合至所述配电线的外部的感测间隙，所述电流互感器配置为从所述配电线提取电流；以及
电子设备，其电耦合至所述电流互感器并配置为由从所述配电线提取的所述电流供电，
其中，所述电流互感器包括：
主体，其具有上半部、和铰接地连接至所述上半部的下半部；
成对的铁氧体磁芯，其位于所述主体的所述上半部和所述下半部之一内，所述成对的铁氧体磁芯限定形成在所述成对的铁氧体磁芯的各铁氧体磁芯之间的间隙；
电子封装，所述电子封装包括印刷电路板，所述印刷电路板上的焊盘附接到弹簧，其中所述弹簧与所述铁氧体磁芯中的至少一个铁氧体磁芯接触以提供与该铁氧体磁芯的电气连接；
电流互感器CT传感器，其位于在所述成对的铁氧体磁芯的各铁氧体磁芯之间形成的所述间隙内，所述CT传感器配置为提取所述电流，
集成电路，所述集成电路嵌入所述电流互感器内，以及
存储器，所述存储器存储软件可配置寄存器，其中，所述寄存器包括与所述成对的铁氧体磁芯和所述CT传感器相关联的预定比例因子，所述预定比例因子通过使用模拟测试电流来预先校准所述电流互感器而确定，其中，所述CT传感器配置为存储电流的校准值。
2.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述CT传感器是霍尔效应传感器。
3.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述主体的所述上半部和所述主体的所述下半部限定感测间隙，所述感测间隙配置为包围带电电缆。
4.根据权利要求3所述的配电系统，其中，所述主体的所述上半部和所述下半部中的另一个还包括一个或多个铁氧体磁芯。
5.根据权利要求4所述的配电系统，其中，位于所述上半部和所述下半部之一内的所述成对的铁氧体磁芯、以及所述上半部和所述下半部的一个或多个铁氧体磁芯被定位成至少部分地围绕所述感测间隙。
6.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述电流互感器还包括闩锁机构，所述闩锁机构包括：
形成在所述主体的所述上半部和所述下半部之一中的开口；
至少一个齿，其设置在所述主体的所述上半部和所述下半部中的另一个上，并配置成接合所述开口以在闭合配置中将所述上半部和所述下半部保持在一起；以及
抓握片，其配置为被抓握，耦合至所述齿、并配置为将施加到所述抓握片的张力转换成所述齿相对于所述开口的运动，从而使所述开口脱离。
7.根据权利要求6所述的配电系统，其中，所述闩锁机构还包括滑块机构，所述滑块机构机械地耦合至所述抓握片，并且
其中，所述至少一个齿机械地耦合至所述滑块机构。
8.根据权利要求7所述的配电系统，其中，所述闩锁机构还包括偏置构件，所述偏置构件邻近所述滑块机构设置并配置为提供偏置力以促使所述至少一个齿接合所述开口。
9.根据权利要求6所述的配电系统，其中，所述至少一个齿侧向延伸以接合所述开口。
10.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述电流互感器还包括多个传感器，并且
其中，所述主体限定多个感测间隙，各所述感测间隙与所述多个传感器之一相关联。
11.根据权利要求10所述的配电系统，其中，所述主体包括多个上半部和多个下半部；并且
其中，所述多个感测间隙中的各感测间隙由所述多个上半部之一和所述多个下半部之一限定。
12.根据权利要求11所述的配电系统，其中，选自所述多个感测间隙的第一感测间隙由第一上半部和第一下半部限定，所述第一上半部选自所述多个上半部，所述第一下半部选自所述多个下半部；
其中，选自所述多个感测间隙的第二感测间隙由第二上半部和第二下半部限定，所述第二上半部选自所述多个上半部，所述第二下半部选自所述多个下半部；并且
其中，所述第一下半部耦合至所述第二上半部。
13.根据权利要求12所述的配电系统，其中，所述第一上半部和所述第一下半部限定所述第一感测间隙和邻近所述第一感测间隙侧向设置的第三感测间隙。
14.根据权利要求13所述的配电系统，其中，所述多个感测间隙包括第一感测间隙和第二感测间隙，所述第一感测间隙和所述第二感测间隙均限定在所述第一上半部和所述第二上半部之间，并且
其中，所述第二感测间隙侧向邻近所述第一感测间隙。
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