PT862746E

PT862746E - Dispositivo electrónico de medição incluindo serviço de detecção automática

Info

Publication number: PT862746E
Application number: PT96924672T
Authority: PT
Inventors: Forrest W Briese; Charles Craig Hyder; Coy Stephen Lowe; John Murray Schlarb; Christophe Jean Andrea Fouquet
Original assignee: Schlumberger Ind Inc
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2006-12-29
Also published as: DE06114132T1; DE69636480D1; RU2178892C2; ATE395607T1; ES2271956T3; EP1698906B1; CA2201104A1; HK1097598A1; KR100434680B1; AR003146A1; DE69636480T2; CA2201104C; ES2270754T1; EP1698906A1; DK0862746T3; DE69637533D1; ATE337560T1

Description

DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO ELECTRÓNICO DE MEDIÇÃO INCLUINDO SERVIÇO DE DETECÇÃO AUTOMÁTICA"

Campo Técnico A presente invenção refere-se a um dispositivo integrado num contador electrónico de electricidade de estado sólido bem como a um tal contador. Técnica Anterior

Contadores de watt-hora do tipo indutivo empregam, tipicamente, um gerador de impulsos que gera impulsos proporcionalmente à velocidade de rotação de um disco do contador.

Estes impulsos gerados são transmitidos para registos electrónicos para obter a corrente, tensão, potência e/ou tempo de utilização de energia consumida. Vários tipos de contadores electrónicos polifásicos de estado sólido são hoje também de utilização comum. Estes contadores que monitorizam o consumo de energia eléctrica e que gravam ou relatam esse consumo em kilowatt-hora, factor de potência, KVA, e/ou volt-ampére reactivo, empregam, tipicamente, componentes de estado sólido, e podem utilizar conversores analógico-digitais para fornecer dados digitais em vez de dados 1 em impulsos a partir dos quais podem ser extraídos vários indicadores de procura/consumo. É também do conhecimento comum que se podem proporcionar contadores electrónicos de estado sólido que podem ser configurados para instalação em sistemas de distribuição de electricidade tanto mono como polifásicos. Um exemplo de um contador electrónico watt-hora de estado sólido é apresentado na Patente U.S. N.° 5059896, de Germer et al.

Um exemplo de gravador de consumo electrónico de estado sólido que pode ser utilizado em conjunto com um contador watt-hora convencional é apresentado na Patente U.S. N.° 4697182, de Swanson. Vários equipamentos e técnicas de diagnóstico auxiliares são utilizados pelo pessoal de serviço durante a instalação destes contadores na tentativa de confirmar que a instalação foi bem ligada. No entanto, muitos testes de instalação, tais como os de polaridade e verificação de fases cruzadas, são obtidos no local por pessoal do campo, sendo assim dependentes do conhecimento e competência desse pessoal.

Enquanto vários equipamentos de diagnóstico estão disponíveis para utilização do pessoal de campo durante a instalação e a manutenção periódica, existe a necessidade de um aparelho completo que, automaticamente e periodicamente, execute uma série de diagnósticos padrão do sistema e instalação sem interromper o funcionamento do contador. Além disso, há uma necessidade de auto-verificações periódicas do contador para determinar e gravar as ocorrências de erros fatais e não fatais prédefinidas e seleccionadas no funcionamento do contador. 2

Além disso, embora haja contadores disponíveis que podem ser adaptados para utilização em mais do que um tipo de serviço eléctrico, um senão destes contadores é que os consumidores, muitas vezes, têm de programar o tipo de serviço no contador antes da instalação. Esta programação de pré-instalação de contadores de serviços múltiplos tende a limitar a capacidade do seu serviço múltiplo.

Sumário Da Invenção

Um objectivo da presente invenção é, portanto, proporcionar um dispositivo completo de verificação de sistema e resolução de problemas para um contador electrónico de estado sólido.

Outro objectivo da presente invenção é proporcionar um método e um aparelho que seja solidário com um contador de estado sólido e que, automaticamente, execute uma série de testes pré-definidos de instalação do sistema e diagnósticos no contador. É ainda outro objectivo da presente invenção proporcionar um conjunto de meios que suporte a verificação do sistema e a resolução de problemas e seja solidário com o contador electrónico, e que inclua meios para apresentar os resultados das auto-verificações seleccionadas e testes de diagnósticos do sistema quando interrogados pelo pessoal de serviço. É ainda outro dos objectivos da presente invenção proporcionar um aparelho automático de verificação do sistema que, periodicamente, verifique a existência de certas condições 3 pré-definidas e que, dependendo da natureza do erro, tome uma acção prédefinida em resposta à detecção de tais erros. É outro objectivo da presente invenção proporcionar um método e um aparelho para determinar os ângulos de fase de cada fasor de tensão e corrente relativamente a um fasor base pré-selecionado, com o propósito de verificar que todos os elementos do contador estão a detectar e receber a tensão e corrente correctas para cada fase de um serviço eléctrico multi-fásico.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um dispositivo electrónico de electricidade integrado para auto-verificação do contador e diagnóstico do sistema eléctrico, incluindo um microprocessador, memória de armazenamento, uma lógica programada em computador para, automaticamente e periodicamente, fazer um conjunto pré-seleccionado de auto-verificações ao contador e gravar quaisquer erros que dai provenham, uma lógica programada em computador para, automaticamente, fazer uma série pré-seleccionada de testes diagnósticos ao sistema, e gravar quaisquer resultados que excedam os limiares programáveis pré-definidos, e apresentar meios para apresentar erros e/ou mensagens de diagnóstico que identificam respectivamente, um ou mais erros de auto-verificação ou dados de diagnóstico seleccionados e/ou erros descobertos nas auto-verificações do contador durante um período pré-definido. 0 dispositivo da presente invenção é, de um modo preferido, integrado num contador de estado sólido que utiliza uma conversão analógico-digital e técnicas de amostragem digitais associadas para obter dados digitais correspondentes à corrente 4 e tensão para uma ou mais fases do sistema mono ou multi-fásico ao qual o contador está ligado. A presente invenção faz, automaticamente, as auto-verificações pré-selecionadas do contador, de um modo preferido uma vez por dia, e/ou quando a energia é restaurada depois de um período de interrupção de corrente eléctrica, e/ou quando é feita uma reconfiguração total ao contador, para verificar a contínua funcionalidade dos componentes do contador seleccionados. Na forma de realização preferida, por exemplo, o dispositivo da presente invenção testa a sua própria memória, o microprocessador, e registos seleccionados no contador para determinar se os dados da facturação foram adulterados desde o último teste. Dado que a adulteração dos dados é considerada um erro fatal do contador, o dispositivo da presente invenção iria gerar e apresentar um código de erro indicando a natureza do mesmo, bloquear o visor no código de erro, e terminar todas as funções do contador (excepto as funções de comunicação) até o contador ser reconfigurado.

Além disso, o dispositivo também testa, periodicamente, outros, erros não fatais, tais como os registos de ultrapassagem, relógio, tempo de utilização, o fluxo inverso de energia e erros de bateria fraca. A frequência de verificação de erros pode variar dependendo do componente e/ou da condição testada, tal como o potencial efeito do erro na continuação do funcionamento do contador. Uma vez descobertos, os erros não fatais podem ou não bloquear o visor dependendo da natureza do erro e de como o contador em particular tenha sido configurado. A presente invenção faz também uma série de testes diagnósticos pré-seleccionados ao sistema. Estes testes são 5 feitos aquando da instalação e, de um modo preferido, todos os cinco segundos durante o funcionamento normal do contador. Na forma de realização referida, o dispositivo leva a cabo um diagnóstico da polaridade, do fluxo de energia e de fase cruzada, um diagnóstico de desvio da tensão de fase, um diagnóstico de corrente de fase inactiva, um diagnóstico do factor de potência por fase, e um diagnóstico de detecção de distorção de forma de onda da corrente utilizando parâmetros definidos pelo fabricante tal como parâmetros definidos pelo utilizador que podem ser especificados na instalação pelo pessoal do campo.

Na condução do diagnóstico da polaridade, da fase cruzada e do fluxo de energia, o dispositivo da presente invenção utiliza a informação acumulada de corrente e da tensão para determinar o ângulo de fase de cada fasor de tensão e corrente (por exemplo VB, Vc, Ia, Ib/ e Ic) relativamente a um fasor de referência (por exemplo VA) num sistema multi-fásico. A posição adequada de cada fasor para esta instalação é pré-definida e utilizada como padrão para a comparação com o ângulo de fase calculado, para determinar se cada ângulo é abrangido pelos limites pré- definidos. Se qualquer um dos ângulos de fase calculados não for abrangido pelos seus limites prédefinidos correspondentes, pode ser apresentada uma mensagem de diagnóstico de erro. Este diagnóstico é particularmente útil nas instalações, já que este erro pode indicar o cruzamento de fases de um circuito de tensão ou corrente, polaridade incorrecta de um circuito de tensão ou corrente, fluxo de energia inverso de uma ou mais fases (co-geração), ou uma avaria interna de medição do contador. O dispositivo da presente invenção inclui também, de um modo preferido um mostrador da "Caixa de Ferramentas" que quando 6 activadas manualmente pelo pessoal do campo, faz com que passe pelo mostrador uma lista de valores pré-seleccionados, tais como a tensão e corrente de cada fase, os ângulos associados a cada fasor de tensão e corrente e os números das ocorrências de falha de diagnóstico, para serem revistos pelo pessoal de campo.

Numa forma de realização da presente invenção, o dispositivo da presente invenção detecta automaticamente o tipo de serviço eléctrico (i.e. mono-fásica, três fios em Delta, quatro fios em Y, quatro fios em Delta) quando o contador é instalado, depois de uma falha de energia e também, de um modo preferido, periodicamente durante o funcionamento normal do contador. 0 diagnóstico do sistema, o mostrador da Caixa de Ferramentas e as funções automáticas do serviço de detecção são feitas pelo dispositivo da presente invenção sem interromper as funções do contador excepto quando tal funcionamento é suspenso de propósito devido a um erro fatal.

Os objectivos acima referidos e outros aspectos e vantagens da presente invenção são facilmente visíveis a partir da descrição detalhada seguinte do melhor modo de realização desta invenção feita em conjunto com os desenhos em anexo.

Breve Descrição Dos Desenhos A FIGURA 1 é um diagrama de blocos do dispositivo; A FIGURA 2 é uma visão em perspectiva de um contador onde o dispositivo da presente invenção pode ser integrado; 7 A FIGURA 3 é um diagrama de blocos do contador da Figura 2; A FIGURA 4 é um fluxograma dos testes diagnósticos do sistema eléctrico da presente invenção; A FIGURA 5 é um fluxograma de uma primeira parte dos diagnósticos da polaridade, de fase cruzada e de fluxo de energia implementados pela presente invenção; A FIGURA 6 é um fluxograma de uma segunda parte dos diagnósticos da polaridade de fase cruzada e de fluxo de energia implementados pela presente invenção; A FIGURA 7 é um fluxograma de uma primeira parte da rotina de diagnóstico de desvio da tensão de fase implementado pela presente invenção; A FIGURA 8 é um fluxograma de uma segunda parte do diagnóstico de desvio da tensão de fase implementado pela presente invenção; A FIGURA 9 é um fluxograma de uma primeira parte do diagnóstico de corrente de fase inactiva implementado pela presente invenção; A FIGURA 10 é um fluxograma de uma segunda parte do diagnóstico de corrente de fase inactiva implementado pela presente invenção; A FIGURA 11 é um fluxograma de uma primeira parte do diagnóstico do factor de potência por fase implementado pela presente invenção; A FIGURA 12 é um fluxograma de uma segunda parte do diagnóstico do factor de potência por fase implementado pela presente invenção; A FIGURA 13 é um fluxograma de uma terceira parte do diagnóstico do factor de potência por fase implementado pela presente invenção; A FIGURA 14 é a lista dos itens apresentados no mostrador da Caixa de Ferramentas; A FIGURA 15 é um diagrama de fasores para uma típica instalação de um contador tri-fásico; A FIGURA 16 é um gráfico que ilustra a relação das formas de onda representando dois valores de fases seguidas pelo dispositivo; A FIGURA 17A é a primeira parte de um bloco esquemático do módulo frontal 42 da Figura 3; A FIGURA 17B é a segunda parte de um bloco esquemático do módulo frontal 42 da Figura 3; A FIGURA 18A é a primeira parte de um bloco esquemático do módulo de registo 48 da Figura 3; 9 A FIGURA 18B é a segunda parte de um bloco esquemático do módulo de registo 48 da Figura 3; A FIGURA 19 é um primeiro fluxograma do diagnóstico de detecção de distorção da forma de onda de corrente implementado pela presente invenção; A FIGURA 20 é um segundo fluxograma do diagnóstico de detecção de distorção da forma de onda de corrente implementado pela presente invenção; A FIGURA 21 é um quadro que ilustra os valores de forma do contador e os tipos de serviços eléctricos associados que podem suportar; A FIGURA 22 é um fluxograma de uma primeira parte da função de serviço de detecção automático implementado pela presente invenção; A FIGURA 23 é um fluxograma de uma segunda parte da função de serviço de detecção automático implementado pela presente invenção;

Melhor Método De Funcionamento

Em referência à Figura 1, o dispositivo da presente invenção, geralmente designado como 20, inclui uma unidade 22 de processamento central, memória 24 de armazenamento adequado para armazenar dados digitais correspondentes às amostras periódicas dos dados de tensão e corrente do conversor 26 de tensão A/D e do conversor 28 de corrente A/D, respectivamente, lógica 30 para 10 funcionamento das auto-verificações do contador e do sistema e diagnósticos de instalação suportados pelo sistema, e apresenta meios 32 de visualização para apresentar a informação dos diagnósticos e dos erros.

Em referência à Figura 2, o dispositivo 20 é de um modo preferido, incorporado em um contador de mono função kilowatt/kilowatt-hora (kw/kwh) polifásico de estado sólido 34 (como ilustrado nas Figuras 3, 17Ά-Β e 18A-B e a seguir aqui descrito em grande detalhe) incluindo uma base circular geral 36, caixa de plástico moldado convencional (não mostrado) ao qual é fixada uma placa 38 plana, e uma tampa 40 do contador. O contador 34 inclui, também, um elementos de detecção de corrente convencionais adaptados para ligação com sistemas eléctricos já existentes.

Em referência agora à Figura 3 forma de realização preferida, a lógica 30 de diagnóstico para o dispositivo 20 da presente invenção é incorporado num módulo 42 frontal do contador incluindo um microprocessador 44, um conversor de 8 bit A/D que serve como conversor 26 de tensão A/D, memória 45 de acesso aleatório, que serve em parte como parte da memória 24 de armazenamento do sistema, e memória só de leitura e EEPROM, onde a lógica de diagnóstico de sistema está localizada, em 46. O módulo frontal suporta também, de um modo preferido, em adição ao sistema, outras funções do contador, incluindo os componentes de auto-verificação do contador, amostragem A/D, cálculos de energia, o consumo presente, valores instantâneos, quaisquer saídas opcionais, e comunicações do contador e diagnósticos de instalação e da Caixa de Ferramentas executadas pelo dispositivo 20 da presente invenção. O mostrador nesta forma de realização é um mostrador 33 de cristais líquidos incluindo de um modo 11 preferido nove dígitos de sete segmentos, três pontos decimais e uma pluralidade de ícones úteis na apresentação da informação do sistema eléctrico normalmente apresentada pelos contadores convencionais tal como os dados de diagnóstico gerados pelo dispositivo da presente invenção, como mostrado solidamente na Figura 3. 0 contador 34 inclui também um módulo 48 de registos tendo um microprocessador 50 incluindo: memória só de leitura; memória 51 de acesso aleatório, que serve em parte também como memória de armazenamento do sistema; o actuador do visor de LCD de 96 segmentos; e linhas 24 I/O. Nesta forma de realização, a memória só de leitura e do CPU de registos 50 inclui a lógica de visualização para gerar a Caixa de Ferramentas, tal como os códigos dos diagnósticos de erro gerados pelo dispositivo 20 da presente invenção. O módulo 48 de registo suporta também outras funções do contador tais como a manutenção dos valores de facturação e as funções relacionadas com o registo de facturação, tal como funções relacionadas com o tempo incluindo leitura própria, tempo de utilização, tempo de funcionamento, e memória em massa.

Deveria ser notado, que na forma de realização do contador 34 mostrado na Figura 3, o dispositivo 20 da presente invenção utiliza um conversor 26 de 8 byte A/D para detecção de sinais de tensão, e um conversor 28 externo de 12 bytes A/D para detecção de amostras de corrente. Como deverá ser apreciado pelos peritos do ramo, o conversor de corrente 28 requer alta resolução uma vez que a corrente varia numa gama maior que a tensão. Deverá também ser apreciado pelos peritos do ramo que é preferível ter conversores separados para detecção simultânea de corrente e tensão de maneira que o erro fase causado pelo transformador de 12 corrente possa ser compensado directamente ajustando o atraso entre a amostra de corrente e a amostra de tensão. Deste modo, neste caso o transformador de corrente é ideal e não confere atraso de fase, então a tensão e a corrente podem ser amostradas simultaneamente com os conversores independentes 26 e 28. A lógica de apresentação para gerar a Caixa de Ferramentas e as mensagens de diagnóstico de erro do dispositivo 20 é parte da lógica 52 de visualização que é implementada pelo CPU 50 de registos de na forma de realização particular da Figura 3. Será apreciado pelos peritos do ramo, contudo, que a lógica e as capacidades do CPU do dispositivo da presente invenção podem ser implementadas uma arquitectura com um único processador (como mostrado na Figura 1), tal como a arquitectura mostrada na Figura 3, ou outras implementações de hardware. O dispositivo 20 da presente invenção fornece uma gama total de capacidades de diagnóstico de sistema e funções de visualização de diagnóstico pela Caixa de Ferramentas. Os diagnósticos de instalação e sistema são em parte definidos pelo utilizador pelo software de programação. A ferramenta é uma designação dum conjunto fixo de informação de diagnósticos contidos num modo de operação especial que pode ser acedido pelo utilizador, tipicamente pessoal de campo, de um modo preferido activando um interruptor magnético no contador. Cada uma das capacidades de diagnóstico serão debatidas em detalhe mais abaixo.

Numa forma de realização, o dispositivo 20 também fornece uma capacidade automática de detecção de serviço. Tal como descrito detalhadamente mais à frente, esta capacidade inclui lógica para automaticamente determinar o serviço eléctrico 13 suportado pelo contador na instalação, em subsequentes inicializações, e periodicamente durante a operação do contador, baseados nos números de série do contador pré-programados e deslocação angular de vectores de tensão VA e Vc, que são determinados automática e periodicamente pelo dispositivo como descrito abaixo.

Diagnóstico De Instalação e De Sistema 0 dispositivo 20 da presente invenção executa uma pluralidade de diagnósticos de instalação e sistema que podem indicar potenciais problemas com o serviço eléctrico, à incorrecta instalação do contador, ou avarias internas no contador. Embora estes diagnósticos possam variar dependendo do tipo de serviço eléctrico suportado pelo contador, os diagnósticos abaixo descritos são tipicamente executados pelo dispositivo.

Em referência à Figura 4, os diagnósticos de instalação e sistema são também de um modo preferido implementados como uma máquina de estado. Nesta forma de realização, o diagnóstico consiste em quatro diagnósticos que o utilizador pode escolher para o contador executar - (1) polaridade, de fase cruzada e teste de fluxo de energia; (2) teste de desvio de fase de tensão; (3) teste de transformador de corrente; (4) teste de factor de tolerância por fase e (5) teste de distorção de forma de onda de corrente. Todos os diagnósticos seleccionados são executados pelo contador pelo menos todos os 5 intervalos de amostragem. 14

Quando qualquer condição de erro ocorre de acordo com os parâmetros definidos pelo utilizador correspondentes ao diagnóstico de falha, o contador apresenta informação a indicar a condição de erro, e opcionalmente fecha um contacto de saida, tal como um relé de mercúrio ou um contacto de estado sólido programado como um "Alerta de Condição de Erro". Quando um saida opcional é programado como um Alerta de Condição de Erro, este contacto de saida fechará sempre que qualquer diagnóstico de erro que tenha sido seleccionado pelo utilizador seja disparado.

Novamente em referência à Figura 4, o dispositivo 20 da presente invenção, de um modo preferido, repete uma série de cálculos e testes de diagnóstico, mostrados em 54-62. Nesta forma de realização, o tempo de processamento é dividido em intervalos de amostragem equivalentes a 60 períodos do relógio de rede. Por exemplo, numa instalação de 50 Hz, isto é 1,2 segundos. Numa instalação de 60 Hz, o intervalo de amostra seria 1 segundo.

Utilizando um simples contador, o dispositivo 20 executa as amostragens e cálculos necessários para determinar o ângulo de IA (de um modo preferido relativamente à fase base VA) , tal como executar testes de diagnóstico#l durante o primeiro intervalo, como mostrado em 54.

No segundo intervalo, em 56, o dispositivo 20 acumula as amostras necessárias para calcular o ângulo para IB e executa o teste de diagnóstico#2.

No terceiro intervalo, em 58, o dispositivo acumula as amostras necessárias para calcular o ângulo de fase para Ic e executa o teste de diagnóstico#3. 15

No quarto intervalo, em 60, o dispositivo acumula as amostras necessárias para calcular o ângulo de fase para VB e executa o teste de diagnóstico#4.

No quinto intervalo de amostra, em 62, o dispositivo acumula as amostras necessárias para calcular o ângulo de fase para Vc, executa o teste de diagnóstico#5, e põe o contador a zero. O contador é incrementado (em 64) no final de cada um destes intervalos, e a sequência é repetida continuamente. Deste modo, num sistema 60 Hz, é calculado o ângulo de fase para cada fase de corrente e tensão, e cada um dos quatro testes de diagnóstico são executados, todos os 5 segundos. Como irá ser apreciado pelos especialistas na técnica, podem ser implementados diferentes intervalos de tempo e/ou as sub-rotinas de 54-62 podem ser modificadas para acomodar testes mais frequentes ou infrequentes de um ou mais dos diagnósticos seleccionados se for desejado.

Diagnóstico#! - Polaridade, De Fase Cruzada e Teste De Fluxo De Energia

Em referência às Figuras 5 e 6, a polaridade, fase cruzada e teste de fluxo de corrente é designado para testar a inversão de polaridade de qualquer fase de tensão ou corrente, e para teste de tensão de uma fase que esteja incorrectamente ligada à corrente de uma fase diferente. Esta condição pode resultar também da presença cogeração. Este teste é realizado por medição periódica do ângulo de cada fase de tensão e corrente com respeito ao fasor de referência (de um modo preferido VA) . Cada 16 ângulo é comparado ao seu ângulo ideal, definido como o ângulo que resultaria de uma carga equilibrada puramente resistiva. Se algum ângulo de tensão está atrasada ou adiantada do seu ângulo ideal por mais que uma quantia pré-definida, (de um modo preferido 10°), ou se algum ângulo de corrente está atrasado ou adiantado do seu ângulo ideal por mais que um segundo da quantia pré-determinada (de um modo preferido 90°), o contador indica erro de diagnóstico#l.

Como mostrado na Figura 5, a polaridade, fase cruzada e teste de fluxo de energia o diagnóstico de rotina 66 do dispositivo 20 testa primeiro cada ângulo (quando aplicado ao sistema eléctrico particular ao qual o contador está ligado) de cada fase de corrente e tensão (em 68-7 6) para determinar se cada está dentro da tolerância ideal pré-determinada para uma rotação ABC. Se algum dos ângulos não estiver dentro da tolerância ideal, o dispositivo põe a sinalização abc falsa (em 78) e procede (como mostrado na Figura 6) ao teste de cada um dos ângulos, assumindo a rotação CBA.

Se todos os ângulos estão determinados em 68-76 como dentro da tolerância pré-determinada do seu ideal, o dispositivo 20 põe a sinalização abc verdadeira, em 80, e procede ao teste dos ângulos assumindo uma rotação CBA.

Agora em referência à Figura 6, uma vez que é executado o teste de rotação ABC, o dispositivo procede em 82-90 ao teste dos ângulos de cada fasor de corrente e de tensão para determinar se, para a rotação CBA, os ângulos de fase estão dentro da tolerância dos ângulos ideais pré-determinados. Se algum destes ângulos de fase está fora da gama de tolerância para o ângulo ideal pré-determinado para esse fasor, o 17 dispositivo põe a sinalização cba falsa, em 92. Se todos os ângulos de fase calculados estão dentro da tolerância dos ângulos ideais pré-determinados, o dispositivo põe a sinalização cba verdadeira, em 94. 0 dispositivo 20 determina se a sinalização abc ou cba é verdadeira. Se ambas forem verdadeiras o teste de diagnóstico passa. Se nem a sinalização abc nem a sinalização cba forem verdadeiras, o teste de diagnóstico falha para ambas as rotações ABC e CBA, indicando um erro de diagnóstico.

Quando um diagnóstico de erro é determinado, o dispositivo grava a ocorrência do erro e apresenta o erro como descrito mais à frente. Contudo, na presente forma de realização, a apresentação inicial do diagnóstico de erro não ocorrerá até que a condição de erro tenha sido submetida a três testes consecutivos.

Como irá ser apreciado pelos especialistas na técnica, este diagnóstico pode indicar um de vários problemas, incluindo fase cruzada de um circuito de corrente ou de tensão, polaridade incorrecta de circuito de tensão ou corrente, o fluxo de energia inverso de uma ou mais fases, ou avarias internas de medição do contador. DIAGNÓSTICO#2 - Teste De Desvio Da Tensão De Fase

Agora em referência às Figuras 7 e 8, o teste de desvio de fase de tensão é designado para testar, em 98, se a tensão de cada fase está fora dos limites definidos pelo utilizador. De facto, isto é um teste ao desvio da tensão transformador de distribuição. Este teste é executado pela medição periódica da 18 tensão de cada fase e testando-a em relação aos limites de tensão pré-definidos como é recomendado pelo software do programa A formula utilizada para este teste é: e V„, νΊ. 1 + xx 100 νΆ ( xx 1 + v 10°y

Se alguma fase de tensão estiver acima de Vuppper ou abaixo de Viower r ° contador irá indicar Erro de Diagnóstico do Envolvente de Tensão de Fase.

Deveria ser notado que na forma de realização preferida, o dispositivo 20 efectua um teste, em 100, para determinar se o serviço eléctrico suportado pelo contador que incorpora o dispositivo 20 é um serviço de três elementos, 4 fios em Delta. Sendo assim, o dispositivo calcula os limites superior e inferior do caso especial para a tensão de fase C, como mostrado em 102.

Novamente, se cada uma das tensões de fase B ou C excederem os limites pré-determinados, o dispositivo indica a falha deste teste de diagnóstico, (em 104 ou 106), indicando um erro e o erro é gravado e a mensagem de erro apropriada é apresentada como descrito aqui mais à frente. De outro modo, este teste de diagnóstico é aprovado (em 108) e este teste é concluído. 19

Deveria ser notado, no entanto, que na forma de realização preferida, a apresentação inicial deste erro de diagnóstico não irá ocorrer até a condição de erro ter estado presente em três testes consecutivos.

Este diagnóstico pode indicar uma perda de tensão de fase, relação de transformação de tensão incorrecta, possível curto-circuito nos enrolamentos do transformador, incorrecta tensão de fase, e avaria interna de medição do contador, tal como outros problemas potenciais. DIAGNÓSTICO#3 - Teste de Corrente de Fase Inactiva

Agora em referência às Figuras 9 e 10, executando o diagnóstico de Fase de Corrente Inactiva, o dispositivo 20 irá periodicamente comparar a corrente RMS instantânea para cada fase com um nível de corrente mínimo pré-definido, que é, de um modo seleccionável preferido, de 5 ma a 200A em incrementos de 1 ma. Se todas as três fases de corrente estão acima do nível aceite, ou as todas as três fases de corrente estão abaixo do nível aceite, este diagnóstico será aprovado. Qualquer outra combinação irá resultar numa falha de diagnóstico#3, e será indicado erro de diagnóstico#3.

Novamente, no entanto, a gravação e apresentação deste diagnóstico de erro de um modo preferido não ocorrerá antes que a condição de erro tenha estado presente em três testes consecutivos A ocorrência de erro de diagnóstico#3 significa a existência de um erro de magnitude de uma ou mais fases de 20 corrente do contador. De maneira a determinar o problema especifico, o utilizador terá de obter a informação de fase de corrente a partir do Modo de Ferramenta, como descrito aqui mais à frente.

Será apreciado pelos especialistas na técnica que este teste de diagnóstico pode ser utilizado para indicar quaisquer uns dos vários problemas potenciais, tal como um curto-circuito ou um circuito aberto de corrente. DIAGNÓSTICO#4 - Teste de Factor de Potência Por Fase

Em referência às Figuras 11-13, o teste de diagnóstico de factor de potência por fase é designado para verificar que, para cada fase do contador, o ângulo entre o fasor de corrente e o fasor de tensão idealizado está dentro de um limite especificado pelo utilizador (+/- 1-90°). Já que esta tolerância é mais restrita que para o diagnóstico#l, o dispositivo 20 não executa este teste de diagnóstico até que o diagnóstico#l tenha passado. Este diagnóstico pode indicar qualquer um de uma série de potenciais problemas, incluindo condições de baixo factor de potência na carga, condições de sistema débeis, ou avaria equipamento do sistema. O dispositivo 20 testa primeiro as sinalizações de rotação abc e cba em 114 e 116. Se ambas estas sinalizações são falsas, isto indica que o diagnóstico#l tenha falhado.

Uma vez que as tolerâncias deste diagnóstico são mais restritas que do diagnóstico#l, o teste de diagnóstico é abortado. 21

Se alguma das sinalizações abc ou cba são verdadeiras (indicando que o diagnóstico#l tenha passado), o dispositivo 20 executa os apropriados testes de rotação ABC e CBA em 114 e 116, respectivamente. Para uma rotação ABC, o dispositivo testa o ângulo entre o fasor apropriado de corrente e o fasor de tensão idealizado, em 118-122, para determinar se o ângulo está dentro de um limites especificado pelo utilizador. Se o ângulo está dentro de um pré-determinado limites, o diagnóstico é aceite em 124. Se não, o diagnóstico falha (em 126), indicando erro de diagnóstico#4. Na ocorrência de uma rotação CBA, o dispositivo 20 executa testes similares de limites em 128-132 para o fasor de corrente aplicável. DIAGNÓSTICO#5 - Teste de Distorção de Forma de Onda de Corrente

Em referência à Figura 19, o Teste de Distorção de Forma de Onda de Corrente é designado para detectar a presença de corrente DC em qualquer uma das fases. Este diagnóstico é particularmente útil em contadores que estão designados para unicamente deixar passar corrente alternada, e onde o desempenho do transformador de corrente se degrada com uma corrente contínua, já que a corrente contínua distorce o transformador de maneira que ele opere numa região não-linear. O principal modo de gerar corrente directa no contador é por colocando uma carga rectificada em meia de onda em paralelo com uma carga normal. A presença do sinal de corrente rectificado de meia de onda tem o efeito de elevar tanto os meios ciclos positivos e negativos da forma de onda enquanto deixa o outro não afectado. Para aqueles contadores que não 22 estão designados a passar corrente contínua, quando este sinal aparece na entrada do transformador de corrente é deslocado de nível de maneira que o saída tenha um valor médio zero. Contudo, o pico dos meios ciclos positivos e negativos da onda já não têm a mesma amplitude. 0 diagnóstico de detecção de corrente directa explora este fenómeno tirando as diferenças de valores máximos positivos e negativos durante um intervalo de amostragem do contador. 0 resultado da acumulação das amostras de corrente sobre um intervalo deveriam dar um valor aproximado de 0 se não estiver presente corrente contínua. Se estiver presente corrente contínua , então o valor acumulado será significativamente mais alto. Este método, referido aqui mais à frente como Método do Filtro com resposta em frequência em Pente, produz valores exactos independentemente da fase e amplitude da forma de onda de corrente alterna associada. Já que os contadores utilizados na presente invenção são típicos contadores polifásicos, significando que há duas ou três fases de corrente medidas pelo contador, é possível que alguém altere o contador para introduzir corrente contínua na instalação. Este circuito poderia ser adicionado num monofásico. Por esta razão, o diagnóstico de detecção de DC deverá ser habilitado para detectar corrente contínua numa base por fase. 0 Método do Filtro com resposta em frequência em Pente para calcular o valor de detecção de corrente contínua por fase é ilustrado no fluxograma da Figura 19. 0 método envolve os seguintes passos durante cada intervalo de amostra: (1) 0 sinal da primeira amostra de tensão em cada intervalo é gravada; (2) Utilizando o sinal da primeira amostra de tensão, é detectado a primeira paragem por zero da tensão; 23 (3) Acumula a segunda amostra de corrente depois do cruzamento de tensão por zero no acumulador de pico de corrente (isto é aproximadamente 90°); (4) Acumula todas as quartas amostras de corrente depois da amostra inicial de corrente no acumulador máximo de corrente (afastados aproximadamente 180°); (5) Repetir o passo 4; e (6) No final do intervalo de amostragem, divide os valores máximos de corrente acumulada pela corrente apropriada que está a ser utilizada durante o intervalo. Isto tem o efeito de normalizar o resultado por três diferentes gamas de ganho que existem para a corrente. Também, põe a zero o acumulador para o próximo intervalo. O resultado da divisão no passo 6 é um valor sem unidades que é directamente proporcional à quantidade de corrente continua presente nessa fase. Este valor será referido como Valor de Detecção de DC. O Valor de Detecção de DC é comparado a um pré-seleccionado Valor de Limiar de Detecção para determinar se a corrente directa está presente. Na forma de realização preferida, o Valor de Limiar de Detecção é posto a 3,000, dado que foi achado que o valor de 3,000 é um limiar conveniente para ambos contadores de 200 Amp e 20 Amp.

Este diagnóstico utiliza amostragem A/D para apurar a tensão e corrente de cada fase, amostrada 481 vezes para cada intervalo de amostra (tipicamente 1 segundo). A corrente de cada fase tem um ganho associado a ela. Este ganho pode mudar todos os intervalos de amostra se a amplitude de corrente mudar suficientemente rápido. Este facto é importante na detecção de corrente continua, já que a técnica de detecção irá requerer a soma de valores da corrente de amostra ao longo de um intervalo 24 de tempo. Se é escolhido um período de tempo maior que o intervalo de amostragem, então existe a possibilidade que a soma dos valores de corrente incluam amostras tiradas em diferentes gamas de ganho, e deste modo as amostras acumuladas perdem o seu sentido. Deste modo, é importante que o resultado de valores máximos de corrente acumulada sejam normalizados pelo adequado ganho de corrente utilizado durante cada intervalo como especificado acima no passo (6).

Deverá ser notado que o cálculo de um Valor de Detecção DC só irá ocorrer para uma fase durante qualquer um único intervalo de amostra. Deste modo, diferentemente dos outros diagnósticos que são de um modo preferido executados pelo contador pelo menos uma vez todos os 5 intervalos de amostragem (tipicamente todos os 5 segundos) , cada das possíveis três fases são testadas três vezes consecutivas, em intervalos de 5 segundos, por um total de tempo de amostragem de 15 segundos por fase. Deste modo, a total duração de tempo requerida para um Teste de Distorção de Forma de Onda de Corrente completo é de 45 segundos (15 segundos para cada fase A, fase B e fase C).

Se o encontrado Valor de Detecção de DC é maior que o seleccionado Valor de Limiar de Detecção para todos os três consecutivos intervalos para uma particular fase, então a corrente contínua irá ser gravada como estado presente naquela fase. Depois de todas as três fases terem sido testadas, se foi gravada em qualquer fase corrente contínua, então diagnóstico irá ser desligado.

Irá ser apreciado que o Valor de Limiar de Detecção deveria ser posto ao nível da corrente contínua para a qual o transformador de corrente do contador começa a degradar, de 25 maneira que a falha de Diagnóstico#5 possa ser detectada e gravada antes que este nível de corrente contínua seja alcançado.

Em referência à Figura 20, o diagnóstico chama a rotina de Teste de Fase três vezes para cada uma das três fases. A rotina de Teste de Fase então acumula amostras de corrente, normaliza as amostras acumuladas e guarda o valor como um Valor de Detecção DC DVn, para cada dos três intervalos de amostragem para aquela fase.

Novamente em referência à Figura 19, a Rotina de Teste DIAG#5 começa em 200 pondo a zero a contagem de intervalo de cada uma das contagens de erro da fase A, da fase B e da fase (PHA ERRCT, PHB ERRCT e PHC ERRCT) . O contador de intervalos pode ser um contador de módulo 9 que pode ser incrementado de 0-8, e novamente a 0, etc. Por cada um do primeiro dos três intervalos de 5 segundos (i. e., contagem de intervalo = 0,1 ou 2) , a rotina executa o Teste de Fase, em 202, para a fase A. Para os seguintes três intervalos de 5 segundos (i. e., contagem de intervalo = 3,4 ou 5), a rotina executa o Teste de Fase, em 204, para a fase B. E para os últimos três intervalos de 5 segundos (i. e., contagem de intervalo = 6,7 ou 8), do ciclo de diagnóstico de 45 segundos, a rotina executa o Teste de Fase, em 206, para a fase C.

Após conclusão de cada rotina de Teste de Fase para a fase A, o dispositivo determina, em 208, se o Valor de Detecção DC, é maior que o Valor de Limiar de Detecção, e incrementa o contador de erro da fase A (Fase A ERRCT) se o Valor de Detecção DC é maior que o Limiar. A rotina de Teste de Fase é então chamada três vezes para a fase B. Novamente, depois de cada rotina de 26 o dispositivo

Teste de Fase estiver terminado, o dispositivo, em 210, determina se o Valor de Detecção DC é maior que o Valor de Limiar de Detecção e põe o contador de erro da fase B (Fase B ERRCT) conformemente. A rotina de Teste de Fase é então chamada para a fase C. Novamente, o dispositivo, em 212, compara o Valor de Detecção DC achado para a fase C com o Valor de Limiar de Detecção e incrementa o contador de erro (fase C ERRCT) para a fase C conformemente. O dispositivo determina então, em 214, se qualquer dos contadores de erro das fases A, de fase B ou de fase C é igual a 3. Se isso acontecer, foi detectada uma corrente DC nessa fase por três intervalos de amostragem consecutivos, o dispositivo, em 216, anota uma falha de Diagnóstico #5, os contadores de falha para as fase A, fase B ou de fase C (FALHA PHA CHK, FALHA PHB CHK OUFALHA PHC CHK, respectivamente) , um por cada fase onde ERRCT=3. Em todo o caso, cada um dos contadores de FALHA PHA, PHB E PHC CHK são adicionados ao contador de Diagnóstico #5, em 218, (indicando o número acumulado total de falhas de DAIG # 5) e o diagnóstico está completado.

Deste modo, no final de um intervalo de amostragem de 45 segundos, depois de cada fase ter sido testada três vezes, uma falha de Diagnóstico#5 irá ser gravada se qualquer um dos três contadores de erro de fase tenham registado falhas em todos os três testes. O contador de Diagnóstico #5 (ERRO de CONTADOR de DIAG # 5) reportado no modo de Ferramentas irá ser uma soma dos três contadores de detecção de por fase DC. 27

Serviço Automático de Detecção

Numa forma de realização da invenção, o dispositivo inclui, além disso, a lógica para automaticamente determinar o serviço eléctrico suportado pelo contador baseado no factor de forma pré-programado do contador e do deslocamento ângular dos vectores de tensão VA e Vc. Esta capacidade elimina a necessidade do utilizador de programar o tipo de serviço eléctrico no contador previamente à instalação e daí permitir ao utilizador aproveitar todas as vantagens da flexibilidade, capacidade de multi-serviço do contador e reduzir o conjunto de exigências ao utilizador no contador. Além do mais, a capacidade automática de detecção de serviço eléctrico assegura que o contador e que qualquer diagnóstico da instalação ou do sistema activados irão operar correctamente na instalação, com uma pré-programação mínima. Finalmente, a capacidade de detecção de auto-serviço permite a re-instalação do contador de um serviço eléctrico para outro sem a necessidade de pré-programar a mudança do tipo de serviço eléctrico suportado pelo contador.

Em referência à Figura 21, numa forma de realização, o dispositivo inclui, além disso, uma capacidade de detecção de serviço eléctrico automático para aqueles contadores que tenham sido pré-programados nas formas 5S, 6S, 9S, 12S, 16S, 26S, 5A, 6A, 8A, e 10A. Cada um dos diferentes serviços dentro de um dos grupos de forma mostrados na Figura 19 tem um único diagrama de fasor de carga de resistência equilibrada que mostra a localização ângular de cada corrente e tensão de fase individuais respectivamente à tensão de fase A. Numa aplicação no mundo real, os fasores de corrente irão ser removidos destas posições de carga de resistência equilibrada por causa da variação de cargas. Contudo, os fasores de tensão não variam com 28 a carga e devem estar a um ou dois graus das suas posições de carga resistiva equilibrada. Já que o fasor de tensão de fase B não irá estar presente nos dois contadores elementares, nem no contador 6S (6A), esta tensão é artificial. No entanto, o fasor de tensão de fase C está presente em todas as formas e serviços diferentes e é medida respectivamente à tensão de fase A. Deste modo, para os contadores de forma identificados na Figura 21, um teste de posição ângular dos fasores de tensão de fase C relativas ao fasor de tensão A irão só por si fornecer a informação necessária para determinar em qual serviço está o contador. A única excepção a esta regra é que a rede e o serviço quatro fios em y não consegue ser distinguido no grupo de forma 5S, 5A, 26S através do simples exame das posições de fasor de tensão de fase A e de fase C. Na forma de realização do dispositivo aqui descrito, o dispositivo assume simplesmente um serviço de quatro fios em y nestas condições.

Do mesmo modo, como mostrado na Figura 21, se o factor de forma do contador é conhecido, o tipo de serviço eléctrico pode, muitas vezes, ser determinado pela medição da deslocação angular dos factores de tensão. Particularmente, cada uma das formas 8A, 10A, 9S e 16S do contador suporta os serviços eléctricos de quatro fios em y e de quatro fios em Delta. Desde que a deslocação dos fasores de tensão VA e Vc em sistemas de quatro fios em y e de quatro fios em Delta seja diferente (120° e 90°, respectivamente, para uma rotação ABC), o dispositivo, depois de um atraso de tempo conveniente depois de uma inicialização para assegurar medições angulares validas para os fasores calculados pelo dispositivo, determina o deslocamento entre os fasores de tensão VA e Vc, baseados nesse deslocamento, determina se o 29 contador está instalado num sistema de quatro fios em y ou num de quatro fios em Delta.

Do mesmo modo, para formas de contador 6S ou 6A, o dispositivo determina se a deslocação dos fasores VA e Vc está dentro do limite aceitável de 120°, de um modo preferido mais ou menos 10°, para assegurar que o contador é instalado no serviço eléctrico de quatro fios em y apropriado o qual é suportado por ele. Para contadores 12S, o dispositivo determina se o ângulo dos fasores VA e Vc está dentro do limiar aceitável de 60°, 120° ou 180° e, se assim, determina que o contador tenha sido instalado, respectivamente, numa rede de três fios em Delta ou num serviço eléctrico mono-fásico. Finalmente, para formas 5S, 5A e 26S, o dispositivo examina os fasores VA e Vc para determinar se os seus ângulos caíram dentro do limiar aceitável para cada serviço de três fios em Delta (60°), de quatro fios em

Delta (90°) ou de quatro fios em y (120°) e, se assim, grava o tipo de serviço eléctrico correspondente.

Deveria ser notado que no caso das modos 5S, 5A e 26S, o dispositivo não consegue fazer a distinção entre os serviços de quatro fios em y e serviços de Rede, já que o ângulo entre os fasores VA e Vc para ambos os serviços é de 120° na rotação ABC. Contudo, já que, não muitas destas instalações utilizam correntemente o 5S num serviço de Rede, numa forma de realização, o dispositivo assume meramente que a deslocação ângular de 120° VA/VC é um sistema eléctrico de quatro fios em y. Irá ser apreciado que se o contador está a ser actualmente utilizado num serviço de Rede, o contador irá funcionar correctamente da mesma maneira apesar da determinação da capacidade de detecção do auto-serviço indicar que o contador está instalado numa rede de quatro fios em y. Contudo, já que há 30 uma deslocação de fase de 30° entre a corrente (I) e a tensão (V) nos quatro fios em y e já que os fasores de corrente e tensão no serviço de Rede não são deslocados relativamente um ao outro, alguns dos cálculos de diagnóstico, tais como os diagnósticos 1 e 4 aqui descritos, podem indicar erroneamente erros se as formas do contador 5S, 5A e 26S incluem capacidade automática de detecção de serviço eléctrico, a acima descrita, que é utilizada num serviço de Rede.

Irá ser apreciado que o dispositivo pode do mesmo modo ser implementado para automaticamente detectar o serviço eléctrico no qual outros tipos de contadores estão instalados, também por exame dos fasores de tensão, e/ou outra informação adquirida através do diagnóstico automático de sistema.

Deveria também ser notado que as deslocações ângulares ilustradas na Figura 21 são para uma sequência ABC. O dispositivo também de um modo preferido, testa os valores de deslocação ângular de VA e Vc para as rotações ABC fazendo a determinação do serviço eléctrico. Deverá ser apreciado que na rotação CBA, o fasor de tensão de fase C, Vc, deverá 360° menos a posição de Vc ilustrado na Figura 21.

As Figuras 22 e 23 ilustram um fluxograma da função de teste de serviço automático utilize na forma de realização da presente invenção. Cada vez que o contador é inicializado ou sempre que os diagnósticos de sistema são reconfigurados, o contador irá executar a função de serviço de teste de sistema. Isto pode ser accionado por inicializar o tipo de serviço num valor invalido. O dispositivo, na inicialização ou na reconfiguração a seguir, por exemplo, uma falha de energia, irá 31 então reconhecer o valor invalido e automaticamente começar a determinação do tipo de serviço válido.

Um diagnóstico de atraso é posto com um período pré-determinado, de um modo preferido aproximadamente 8 segundos para um contador operando a 60 Hz, para permitir ao contador se ajustar, e poderem ser calculadas as medições angulares válidas para os cinco fasores possíveis. A função de detecção de serviço automático não executa, contudo, enquanto este atraso estiver activo já que os valores de fasores VA e Vc podem não ser fiáveis. Depois da passagem de um período de diagnóstico de atraso, a função de detecção automático de serviço é activada no final de cada intervalo de amostragem (um segundo por 60 Hz) até que um serviço válido seja encontrado. Se um serviço válido não for encontrado e qualquer diagnóstico estiver sido habilitado no dispositivo, a falha que determina um serviço válido será gravada como uma falha de diagnóstico #1. Se nenhum diagnóstico estiver habilitado, o erro de serviço inválido não irá ser gravado. Numa forma de realização do dispositivo que emprega a função de detecção automático de serviço, o erro de diagnóstico #1 para um serviço inválido não será reportado no mostrador a não ser que o diagnóstico #1 seja habilitado para listar ou para bloquear como é aqui descrito.

Enquanto um serviço válido não for encontrado, os diagnósticos não serão testados. Uma vez que é determinado um serviço válido, o tipo de serviços gravados no dispositivo, o serviço de detecção automático pára e o contador começa a fazer testes de diagnóstico durante cada intervalo de amostragem, como é descrito aqui e mais à frente, para aqueles sistemas de diagnósticos que tenham sido habilitados. 32

Deveria ser notado que numa forma de representação da presente invenção, a operação de falha de diagnóstico #1 quando uma falha de detecção de serviço ocorre é ligeiramente diferente da falha de diagnóstico #1 normal. Se o serviço não é encontrado imediatamente no primeiro teste, então a falha de diagnóstico #1 é activada, na condição que pelo menos uma das capacidades de diagnóstico de sistema estiveram habilitadas no dispositivo. Mal é encontrado um serviço válido, o erro de diagnóstico#l irá ser removido imediatamente. A falha só irá ser apresentada no contador se o diagnóstico #1 está habilitada para listar ou para bloquear. A falha é gravada sempre no contador de erro de diagnóstico #1, contanto que um dos diagnósticos de sistema está habilitado. Se nenhum dos diagnósticos de sistema estiverem habilitados, então a falha não será gravada. Isto permite ao utilizador a opção de desligar qualquer aviso.

Deveria ser notado que, na implementação mostrada nas Figuras 22 e 23, o dispositivo permite a tolerância, de um modo preferido mais ou menos 10°, para a posição de fasores de tensão de maneira a que o diagnóstico passe. Esta tolerância foi encontrada para ser adequada em luz do limite de variação dos fasores de tensão, tipicamente dentro de um ou dois graus das suas posições referentes às cargas resistivas equilibradas, na operação em campo.

Definição do Utilizador dos Diagnósticos O dispositivo de um modo preferido permite ao utilizador ligar ou desligar a execução de um ou mais diagnósticos de sistema durante a instalação do contador. Se os diagnósticos estiverem implementados, o dispositivo fornece também parâmetros 33 definidos para o utilizador, de um modo preferido como abaixo descrito.

Para activar ou desactivar qualquer dos testes de diagnóstico acima descritos, o utilizador tem de responder aos seguintes tipos de interrogações no software programado para cada um dos testes de diagnóstico suportado pelo dispositivo: "DIAGNÓSTICO #N DESLIGADO"

Para cada "Diagnóstico N" (onde N representa um dos números de diagnóstico 1-4), o utilizador, depois de carregar na tecla de retorno, tem um menu, incluindo de um modo preferido as opções seguintes:

Desligar

Ignorar

Bloquear

Listar A opção Desligar desliga a implementação desse diagnóstico. A opção Ignorar, se implementada, significa que o diagnóstico irá afectar o alerta de condição de erro (como aqui descrito mais à frente), mas não irá ser apresentada. A opção Bloquear, se implementada, causará ao visor do contador bloquear na mensagem de diagnóstico de erro na eventualidade de um diagnóstico de erro ser determinado. 34 A opção Listar, se implementada, irá causar na apresentação de uma mensagem de diagnóstico de erro, quando descoberto, durante o tempo de "tempo desligada" entre cada item de apresentação do contador de modo normal.

Adicionalmente à interrogação anterior, o utilizador será incitado para programar o tipo de serviço eléctrico (e.g. quatro fios em Delta) suportado por uma instalação do contador particular

Para o Diagnóstico #2, o utilizador irá também ser incitado a programar a tolerância para todas as tensões inserindo um número (de um modo preferido correspondente à percentagem de tolerância) em resposta à seguinte interrogação: DIAGNÓSTICO #2 PERCENTAGEM DE TOLERÂNCIA:

Para o Diagnóstico #3, o utilizador irá ser incitado de um modo preferido a programar um aceitável nivel de corrente mínima em resposta à seguinte interrogação: DIAGNÓSTICO #3 CORRENTE MÍNIMA: 0 Diagnóstico #4 de um modo preferido também incita o utilizador a programar a diferença de ângulo permitida inserindo um número (1-90°) em resposta à seguinte interrogação: 35

DlAGNÓSTICO#4 TOLERÂNCIA DE ÂNGULO:

Se também a opção Trancar e Listar foi seleccionada, o contador irá apresentar a seguinte mensagem mal um diagnóstico de erro é detectado:

Er DIAG N (onde N = ao Diagnóstico #)

Também, o Número de Ocorrências deste Contador de Erro é incrementado por um, sempre que um erro é detectado. Como previamente mencionado, contudo, na forma de realização preferida do sistema de reconhecimento e apresentação inicial de um erro de diagnóstico não irá ocorrer até que a condição de erro tenha sido presente por três testes consecutivos. Da mesma maneira, o erro não irá ser rectificado do mostrador até que tenha estado ausente por dois testes consecutivos. Novamente, dependendo de como o dispositivo é programado na instalação, o mostrador irá ou trancar a mensagem de erro, ou listar a mensagem de erro apresentando-a durante o tempo desligado entre cada item de apresentação do contador de modo normal. Vários outros regimes de apresentação de erro podem ser adoptados consistentes com os ensinamentos da presente invenção.

Auto-Verificações do Contador O dispositivo 20 da presente invenção é também de um modo preferido convenientemente programado para periodicamente executar uma série de auto-verificações do contador e se quaisquer erros são detectados, o dispositivo irá gravar a existência de qualquer condição de erro, apresenta um código de 36 erro correspondendo ao tipo de erro detectado, e, dependendo do tipo de erro, toma a acção conveniente. 0 dispositivo implementa de um modo preferido uma série de rotinas que periodicamente testam erros fatais e erros não fatais. Os erros são classificados como fatais quando a falha detectada pode ter corrompido os dados de facturação ou onde a falha detectada pode causar o contador operar inseguramente no futuro. 0 dispositivo 20 de um modo preferido conduz as auto-verificações da RAM interna do contador do módulo de registo, a ROM do módulo de registo, a EEPROM do módulo de registo, um falso RESET do módulo de registo e da RAM interna, e da ROM e da EEPROM do módulo frontal. Estes componentes do contador são de um modo preferido testados sempre que a energia é restaurada ao contador seguidamente a um período de interrupção de energia eléctrica ou de outra maneira quando o contador é reconfigurado. Se a RAM, ROM, EEPROM, processador de erro de módulo frontal, ou outro erro fatal, é detectado, o dispositivo 20 irá apresentar um pré-determinado código de erro correspondendo ao erro detectado, bloqueia o mostrador no código de erro até que o contador seja reinicializado, e pare com todas as funções do contador excepto as comunicações. O dispositivo 20 testa erros de falhas de energia determinando se o processador do módulo de registo encontrou um RESET de hardware sem passar primeiro por uma pré-determinada rotina de falha de energia. Este evento pode ocorrer se um transitório na rede de energia actua a linha de RESET momentaneamente. Um método de testar por falsos RESET é escrever um byte especial no registo EEPROM como o último passo do tratamento de uma falha. Se este byte especial não está presente na inicialização, um falso RESET ocorreu. O dispositivo 20 irá 37 então apresentar um código de erro de falha de energia e parar com todas as funções do contador excepto as comunicações.

Do mesmo modo o dispositivo testa para a RAM, ROM, EEPROM e falhas de processador no módulo frontal, como acima descrito. Na forma de realização integrada no contador da Figura 3, o módulo frontal irá parar a comunicação com o módulo de registo se qualquer erro fatal do módulo frontal é descoberto. Se o módulo frontal falha a comunicação por mais de cinco segundos com o módulo de registo, é presumido que um destes erros foi detectado, o código de falha do processador frontal é apresentada, e a linha de RESET de 68HC11 é actuada até que o módulo frontal resuma a operação normal.

As auto-verificações do contador implementadas pelo dispositivo incluem também de um modo preferido uma série de erros não fatais, tais como o registo de ultrapassagem de escala máxima, relógio de sistema, tempo de utilização (TOU), memória de massa, fluxo de energia inversa e condição de erro de bateria fraca.

Por exemplo, um erro de registo de ultrapassagem de máxima escala irá ser reportado se o registo de pico Kw exceder um valor pré-programado de registo de escala máxima. Se este acontecimento for detectado, o dispositivo apresenta um erro de registo de excesso de máxima escala, o qual irá ser eliminado quando o contador é reposto a zero ou quando o erro é eliminado por um, dispositivo de programa pré-definido.

Um erro de relógio irá ser reportado se os dados de minuto, hora, data ou mês não forem abrangidos por um limite pré-definido. Se ocorre um erro de relógio, as opções de TOU e 38 memória de massa irão ser desactivadas e irá cessar a gravação de dados de intervalo até que o contador seja reconfigurado.

Um erro TOU irá ser reportado se um parâmetro TOU interno ficar corrompido e conter um valor fora da sua gama pré-definida aceite. Se ocorrer um erro TOU, o código de erro apropriado irá ser apresentado e a opção TOU irá ser desactivada.

Um erro de memória de massa irá ser reportado se um parâmetro interno de memória de massa ficar corrompido ou ficar fora da sua gama pré-definida aceite. Se um erro de memória em massa ocorrer, o código de erro apropriado irá ser apresentado e a opção de memória de massa irá ser desactivada.

Um erro de fluxo de energia inverso irá se reportado se o módulo frontal detecta o equivalente a uma revolução de disco completa e continua na direcção inversa. Este erro irá ser reportado independentemente de se a energia é detida ou não detida.

Um erro de bateria fraca irá ser reportado se o sinal LOBAT no circuito integrado da fonte de alimentação está presente quando o seu nivel é testado. Se um erro de bateria fraca é detectado, o código de erro apropriado irá ser apresentado, e tal como um erro de relógio, todas as opções TOU e de memória em massa irão ser desactivadas. Se a bateria é substituída antes de qualquer falha de energia, o erro de bateria fraca será desactivado quando a tensão de bateria subir acima de um valor limiar pré-definido. Contudo, se a tensão de bateria estiver abaixo do limiar quando a falha de energia ocorreu, o contador deve ser reconfigurado para desactivar este erro. 39 0 dispositivo testa também, de um modo preferido, por registos de ultrapassagem de escala máxima no final de cada intervalo de consumo, e testa, de um modo preferido, erros de relógio, TOU e memória de massa na inicialização, às 2300 horas, e em qualquer tipo de reconfiguração do contador. O erro de fluxo de energia inverso, é de um modo preferido, testado pelo dispositivo cada segundo, e o erro de bateria fraca é testado na inicialização e em cada intervalo.

Na designada forma de realização do dispositivo 20, o dispositivo permite ao utilizador seleccionar qual das auto-verificações do contador será implementada. Na designada forma de realização, se qualquer um dos erros não fatais é detectado, o dispositivo irá apresentar um código de erro pré-determinado correspondente ao erro detectado durante o tempo desligado entre a apresentação normal de itens. Alternativamente, o dispositivo pode permitir ao utilizador programar o dispositivo para bloquear o mostrador no código de erro de qualquer erro não fatal, assim que qualquer de tais erros são detectados. Nesta eventualidade, a activação de um interruptor pelo utilizador irá causar ao contador listar a lista de apresentação normal uma vez, e bloquear outra vez na apresentação do erro não fatal.

Deveria ser notado que, na designada forma de realização, testes de erros fatais não podem ser desligados. Se qualquer erro não fatal não é seleccionado, não irá ser apresentado nem sinalizado.

Será apreciado pelos peritos do ramo que vários regimes de apresentação podem ser implementados. Por exemplo, o dispositivo pode ser programado para bloquear o mostrador no código de erro correspondente a qualquer erro não fatal detectado até um 40 interruptor magnético seja activado. Na activação do interruptor magnético, o dispositivo pode então listar através da apresentação normal, e bloquear novamente na apresentação do código de erro não fatal, bloquear novamente então na apresentação do código de erro não fatal. Alternativamente, o dispositivo poderia ser programado a continuar a listar por uma lista de apresentação pré-definida, e periodicamente apresentar qualquer e todos os códigos de erro não fatais.

Outros componentes do contador podem ser similarmente testados periodicamente utilizando meios convencionais e os códigos de erro designados que podem ser apresentados quando for apropriado a alertar o utilizador para possível corrupção de dados ou operação fiável do contador.

Modo de Ferramentas 0 Diagnóstico de Ferramentas é um conjunto fixo de itens seleccionados de apresentação de um modo preferido como ilustrado na Figura 14. Na designada forma de realização, o mostrador de Ferramentas é acedido através do interruptor magnético que está localizado na posição das doze horas na placa do contador, e é activado mantendo um íman encostado ao interruptor magnético por, pelo menos, 5 segundos. Isto pode ser conseguido pelo utilizador pondo um íman no topo do contador.

Quando acedido, os itens do visor de Ferramentas são apresentados individualmente cada como mostrado, e na sequência indicada na Figura 14. Uma vez que o contador esteja no modo visor de Ferramentas, listará em sequência todos os itens do visor de Ferramentas, pelo menos, uma vez. Quando o íman é 41 removido, o contador voltará para a operação de modo normal e então reverte para a operação de modo Normal. O anunciador de TEST irá piscar duas vezes por segundo durante todo o tempo que o contador esteja em modo de Ferramentas.

Todos os contadores de Erro # DIAG são de um modo preferido limpos por um dispositivo externo, tal como por um computador pessoal portátil, ou por comunicações normais. Na designada forma de realização, o valor máximo de cada contador é 255.

Enquanto o contador está no modo Ferramentas, continua a executar como habitual as operações do contador. Isto assegura que as operações do contador não são afectadas mesmo que o iman for deixado no topo do contador por um período de tempo extenso. 0 dispositivo actualiza continuamente as quantidades apresentadas de Ferramentas enquanto elas mudam em valor durante o tempo inteiro que o contador está em modo de Ferramentas.

Enquanto no modo de Ferramentas, o Emulador de Disco de Watt roda a uma taxa de rotação de 1,33 segundos na direcção do fluxo de energia da fase para qual a informação está sendo apresentada naquele instante de tempo. Por exemplo, quando a fase de tensão A, corrente, ângulo de tensão e ângulo de corrente estão sendo apresentados, o Emulador de Disco de Watt roda uma vez por segundo na direcção do fluxo de energia da fase A. Logo que os valores da fase B (se presentes) são apresentados, o Emulador de Disco de Watt inverte a direcção se o fluxo de corrente na fase B é oposto ao da fase A. 0 Emulador de Disco de Watt é desligado enquanto os quatro contadores de erro de diagnósticos são apresentados. 42

Porque indicação continua da tensão é requerida pelo consumidor, três indicadores de tensão, de um modo preferido etiquetados de VA, VB e Vc são apresentados no mostrador. Estes indicadores estão "ON" enquanto a tensão correspondente está acima dos limites pré-definidos. 0 limite, é de um modo preferido, definido como 75% da mais baixa tensão para qual o contador é taxado para operar. Se alguma tensão desce abaixo do limite, o seu indicador irá piscar, de um modo preferido a uma taxa de duas vezes por segundo.

Quando existe mais do que um erro ao mesmo tempo, só é apresentada informação em relação a um dos erros, baseada numa prioridade pré-definida. As seguintes prioridades são estabelecidas na designada forma de realização do dispositivo: 1. Erros de Auto-verificações do contador tomam prioridade sobre os erros de Diagnósticos de Instalação e de Sistema. 2. Já que apenas um erro de Diagnóstico de Instalação e Sistema pode ser apresentado em cada instante, o erro da maior prioridade será aquele que é apresentado utilizando uma lista de prioridades pré-definidas.

Se existem dois ou mais erros de Diagnóstico de Instalação e Sistema, o erro da maior prioridade será aquela que é apresentada e aquela que acciona o fecho de contacto da saida. Se este erro é então remediado, o próximo em maior prioridade será aquela que ainda existe e será então apresentada e será novamente accionado o fecho de contacto de saida. 0 fecho de contacto de saida (Alerta de Condição de Erro) permanece deste modo actuada enquanto um ou mais erros de diagnóstico tenham sido accionados. 43

Como acima descrito e ilustrado na Figura 14, o mostrador de Ferramentas de um modo preferido também apresenta instantaneamente o valor de corrente e tensão para cada fase, e as suas relações de fase com a tensão na fase A. Com esta informação, o utilizador pode construir um diagrama de fasor que ajuda na determinação da instalação correcta e operação do contador. Esta apresentação mostra também o número de erros de diagnóstico acumulados para cada diagnóstico desde a última vez que o dispositivo foi desactivado.

Um exemplo da relação desejada entre o diagrama de fasor para a instalação de um contador tri-fásico e um mostrador de

Ferramentas é mostrado nas Figuras 14 e 15, respectivamente. Com a fase de corrente, a tensão e informação do ângulo dada no visor de Ferramentas, o utilizador deverá ser capaz de construir um diagrama de fasor como mostrado na Figura 15. Isto irá permitir ao utilizador adquirir um retracto instantâneo do estado do sistema de energia, e identificar quaisquer peculiaridades ou erros. Como antes mencionado, o mostrador de Ferramentas irá dar também o estado dos quatro contadores de diagnóstico que irá fornecer ao utilizador mais informação detalhada de estados do sistema. Cálculo dos Ângulos de Fase

Na forma de realização preferida, a informação do ângulo de fase de corrente e tensão utilizada nos Diagnósticos #1 e #4 de sistema, e necessários para apresentação no mostrador de ferramentas, são calculados a partir da acumulação de valores de corrente e tensão para cada fase, tal como a acumulação dos 44 produtos, Q e Y (definido como aqui à frente) . A tensão na fase A é de um modo preferido usada como referência (ou fasor base) para os outros ângulos. 0 ângulo de tensão na fase A aparece deste modo no mostrador como 0.0°. Os outros cinco valores de ângulos para (IA, Ib, Ic, Vb, Vc) serão reportados com respeito á tensão na fase A, e serão sempre dados com respeito a uma referência de atraso.

1. O Ângulo de Fase entre VA e IA

Se são conhecidos a Potência e a Potência Aparente, o Factor de Energia pode ser encontrado. O relacionamento é como se segue:

Potência Aparente = I^s^rms „ , Potência Potência

FactorPotencia = - = -

PotênciaAparente IrmsVrms O ângulo de fase (Θ) entre tensão e corrente pode então ser calculado como se segue: Θ = arccos(Factor Potência) O dispositivo da presente invenção pode também determinar se a corrente está adiantada ou atrasada em relação à tensão examinando o sinal da energia reactiva. Se a energia reactiva é positiva, então a corrente está atrasada da tensão, e se a energia reactiva é negativa, então a corrente está adiantada da tensão. 45

Na forma de realização preferida, a energia, tensão RMS, corrente RMS são calculados todos os 60 ciclos de rede para cada fase no contador. Isto é conseguido tomando 481 amostras de tensão e corrente por um período de 60 ciclos. São feitas multiplicações e acumulações necessárias, e estes valores são filtrados segundo um filtro de média para fornecer um valor para a energia, tensão RMS, e corrente RMS por 60 ciclos de linha. Estas quantidades são então utilizadas no final de cada 60 ciclos de rede para calcular o factor de energia para cada fase. A energia reactiva pode ser calculada do mesmo modo como a energia, excepto que uma mudança de fase de 90 graus deve ser induzida entre as medições de corrente e tensão. Estas mudanças de fase podem ser conseguidas tomando a amostra de corrente actual e multiplicando-a por uma amostra de tensão atrasada (guardada na memória) correspondendo a uma mudança de fase de 90 graus. 2. Derivação de iam Método de Cálculo do Ângulo de Fase Generalizado

Como abaixo demonstrado, o método para calcular o ângulo fase de VA a IA pode ser generalizado para calcular o ângulo entre qualquer fasor de referência (tal como VA) e quaisquer outros fasores (tais como VB, Ib, Vc, ou Ic) · Agora em referência à Figura 16, considerando duas ondas sinusoidais da mesma frequência, de diferente amplitude , e com diferenças de fases de uma para a outra como se segue: a(t) = A cos (GOt) b(t) = B cos((0í -Θ) 46

Representando o argumento co-seno como (ωί-θ), a suposição implícita é que Θ representa a mudança de atraso fase de referência a (t) para b(t). A respectiva posição refere-se a se b(t) chega ao seu valor máximo antes ou depois de a(t) com respeito ao tempo. Se b(t) chegar ao máximo depois de a(t), então é dito estar em atraso em relação a(t). Se b(t) chegar ao máximo antes de a(t), então é dito estar em avanço em relação a a (t) .

De maneira a isolar o ângulo fase θ, o valor médio do produto do seno das duas ondas será calculado. Este valor médio será denotado por Q. A equação para o valor médio é como se segue:

onde A e B representam as amplitudes das ondas sinusoidais a(t) e b(t) respectivamente. A amplitude, Xmax da onda sinusoidal é relacionada com o valor RMS, Xrms, pela relação seguinte

Portanto

A = yf2 Ams e B = 42 B

Substituindo estas relações na equação para Q, a equação torna-se: 47 Q = Ams Bms COS Θ OU, cos Θ

Q A0

B

RMS e finalmente, Θ ar cos

Q λ

Portanto, se o valor médio do produto entre duas ondas mini-sinusoidais e os valores RMS das duas ondas individuais for conhecido, então, pode ser calculado o ângulo as entre duas ondas. Esta informação, só por si, não nos permite determinar se b(t) está atrasado ou adiantado a a(t). Contudo, se o seno do ângulo Θ fosse conhecido, então já poderia ser determinado se o ângulo está atrasado ou adiantado.

De maneira a determinar o seno do ângulo, considere o valor médio do produto das duas ondas sinusoidais, onde a (t) é deslocado por 90°ou JI/2 radianos. A expressão para a versão deslocada de a(t) é a seguinte: π â(t) = A cos (ω t--) 2 O valor médio do produto de a(t) e b(t) será referido como quantidade Y. A equação é como se segue: 48 Υ lr π — A cos (co t - —) B cos (fflt - Θ) dt T J 2

Resolvendo integrais resulta a relação seguinte:

Y AB . -sin 2 (Θ)

Portanto, se o valor médio do produto do seno de duas ondas (Q) for conhecido, o valor médio do produto das ondas sinusoidais pela referência de onda atrasada de 90 graus (Y) é conhecido, e o valor RMS para cada onda é conhecido, então o ângulo fase pode ser calculado e feito o calculo, sabe-se se a onda desconhecida está atrasada ou adiantada em relação à onda de referência. As duas equações que podem ser utilizadas para determinar a grandeza dos ângulos fase são as seguintes: Θ Θ f ar cos \ ar sin

Ά R ^RMS^RMS Y

Ά R RMS RMS

Se o ângulo está em atrasa ou em avanço pode ser calculado por exame dos sinais de argumento do arcos e arsin. Já que um ângulo positivo corresponde a um ângulo atrasado, então o que se segue é a forma correcta para determinar se o ângulo está atrasado ou adiantado:

Argumento do arcos (+), argumento do arsin (+) - Atraso entre 0 e 90 graus; 49

Argumento do arcos (-), argumento do arsin (-) - Atraso entre 90 e 180 graus;

Argumento do arcos (-), argumento do arsin (-) - Adiantado entre 90 e 180 graus;

Argumento do arcos (+), argumento do arsin (-) - Adiantado entre 0 e 90 graus.

Sendo assim, se Q, Y, e valores RMS para a (t) e b(t) estão disponíveis então o ângulo fase entre estas ondas sinusoidais pode ser determinado. A técnica acima descrita para encontrar o ângulo fase será deste modo aplicável a qualquer par de tensões ou correntes. Por exemplo, para determinar o ângulo entre VB e VA, as duas quantidades requeridas que irão ter que ser calculadas são o valor médio do produto de duas ondas (Qvab) e o valor médio do produto de duas ondas com VA deslocado por 90 graus (YVab) .

Como mencionado anteriormente, o contador incorporando a designada forma de realização do dispositivo 20 amostra VA e VB 481 vezes todos os 60 ciclos de rede. Se o produto de VA e VB é calculado para cada uma das 481 amostras e acumulado sobre um intervalo de amostra, então no final do intervalo de amostragem pode ser calculado o valor médio do produto das duas ondas, Qvab a · A equação para Qvab é como seguinte: 50 481ΰν Σ ^Λ(η) Χ ^Β(η) _ Γ* η—1 = c 481 onde C é um factor de escala de calibração utilizado para compensar a redução de tensão de fase para um nível mensurável.

Yvab pode ser encontrado de uma maneira similar por: 481 V _ fi n=\ 1VÂB ~ ^ Σ^Α(η-2) X ^B(n) 481 onde o C para calculo de YVab é o mesmo que o C para calcular QVAb e VA(n-2) é a tensão VA de duas amostras anteriores à amostra, VA(n) . A amostragem é projectada de maneira que duas amostras consecutivas de um sinal estejam afastadas por 44.91 graus. Deste modo, se a amostra da tensão é retirada a partir de dois instantes anteriores de amostragem, isto irá resultar numa mudança de fase de 89.82 graus que é aproximadamente 90 graus.

Deveria ser notado que em vez de utilizar amostras de deslocação de VA, as outras quantidades poderiam ser deslocadas por 90° para calcular o ângulo fase. Isto irá resultar nos mesmos resultados para a grandeza do valor Y. No entanto, isto irá mudar o sinal da informação porque o ângulo fase é mudado por 180°. Com esta implementação, existem as seguintes relações de sinal entre os argumentos do arsin e do arcos:

Arcos (+), Arsin (-) 51 - Ângulo atrasado entre 0 e 90 graus;

Arcos (-), Arsin (-) - Ângulo atrasado entre 90 e 180 graus;

Arcos(-), Arsin (+) - Ângulo adiantado entre 90 e 180 graus; e

Arcos (+), Arsin (+) - Ângulo adiantado entre 0 e 90 graus.

Se os novos valores fossem para ser calculados todos os intervalos de amostra para os ângulos fase necessários para o mostrador das Ferramentas, então os produtos e as acumulações de dez termos acima mostrados teriam de ser calculados todos os intervalos de amostra. Devido à utilização excessiva de tempo do processador e RAM requerida para acumular todos os dez termos todos os intervalos de amostragem, só um par de termos, de um modo preferido, seria considerado para cada intervalo de amostra. Isto limita a utilização de tempo do processador e da RAM, e faz que novos valores de ângulo fase estejam disponíveis para o mostrador de Ferramentas todos os cinco intervalos de amostragem.

Na forma de realização preferida, os termos do produto são calculados e acumulados na ordem seguinte: 52 1. Primeiro intervalo de amostra - Va*Ia e VA(_9o°)*IA para o ângulo fase IA; 2. Segundo intervalo de amostra - VA*IB e Va(_90°)*Ib para o ângulo fase IB; 3. Terceiro intervalo de amostra - VA*IC e VA(_90°)*Ic para o ângulo fase Ic; 4. Quarto intervalo de amostra - VA*VB e VA(-9o°)*VB para o ângulo fase VB; e 5. Quinto intervalo de amostra - VA*VC e VA(_9o°)*Vc para o ângulo fase Vc

Depois do quinto intervalo, a sequência começa novamente, acumulando os valores necessários de Q e de Y para o ângulo fase IA. As amostras para VA são guardadas durante cada intervalo de amostragem. Isto requer deste modo que dois valores adicionais sejam guardados para VA em cada intervalo, os dois VA anteriores.

Na designada forma de realização, estas funções estão implementadas em código "assembly" de 68HC11. As multiplicações e acumulações destes termos do produto ocorrem na rotina de interrupção frontal. Os valores de tensão são de valor de 8 -bits e os valores de corrente são de valor de 12 - bits. Já que VA está sempre envolvido em qualquer das multiplicações, isto significará que algumas das multiplicações serão de 8*8 bit e algumas serão de 8*12 bit. Já que é desejável a utilização do mesmo algoritmo para todas as multiplicações, o valor de 8-bit é estendido ao valor de 12-bit tal que o algoritmo de multiplicação 8*12 é utilizado exclusivamente na designada forma de realização.

Os valores de tensão de 8-bit para VB e Vc sinal extendido ao valor 12-bit de maneira que todas as multiplicações e acumulações dos termos do produto para encontrar os ângulos fase 53 sejam tratados por dois algoritmos, um para a acumulação dos termos do produto para o valor Y e um para a acumulação dos termos do produto para o valor Q. A extensão de sinal do valor de tensão V e Vc são executados durante todos os períodos de amostragem. Isto torna desnecessário testes especiais para identificar intervalos de amostragem nos guais estas guantidades são necessárias, porgue elas estão disponíveis durante todos os intervalos de amostragem.

Todos os valores de 12-bits para corrente e tensão são de um modo preferido guardados em registos de 16-bit memória, porque a memória está segmentada em fronteiras de byte. A rotina de amostragem frontal tem de ter uma forma de identificar qual termo de produto é para ser calculado em cada intervalo de amostragem. Um identificador de contador é de um modo preferido utilizado como um índex para aceder ao valor correcto das necessárias multiplicações na acumulação dos valores Q e Y.

De maneira a acumular o produto de dois termos, dois acumuladores são postos lado a lado no mapa de memória. 0 tamanho de cada acumulador é o mesmo, já que ambos estão a fazer multiplicações de 8*12 bit. 0 maior valor de acumulação possível é como se segue:

Maior valor de 8 bit = 128

Maior valor de 12 bit = 2048

Maior resultado acumulado = 481 * 128 * 2048 = 07840000(hex) 54

Portanto, cada acumulador é quatro bytes para acomodar o resultado do pior caso. Dois acumuladores quatro-byte são portanto colocados lado a lado para acumular cada par de termos de produto para cada intervalo de amostragem.

No final de cada intervalo de amostragem, os resultados do acumulador quatro-bytes são guardados em duas áreas de espera de quatro-byte para aguardar o processamento pelas rotinas de necessárias a completar o calculo do ângulo durante o próximo intervalo.

Uma vez que os pares acumulados tenham sido transferidos para os registos de espera no final do intervalo de amostragem, então os restantes cálculos necessários para determinar o ângulo fase tomam lugar durante o próximo intervalo de amostragem segundo plano, enquanto a acumulação para o par seguinte toma lugar em primeiro plano. Estas rotinas de segundo plano têm de ter também uma maneira de determinar em qual par de termos de produto acumulado estão a trabalhar. Um identificador do contador separado é utilizado para estas rotinas de segundo plano que operam de uma maneira similar ao identificador do contador para a interrupção de amostragem frontal. No entanto, é possível utilizar o mesmo contador, já que esta identificação irá sempre estar um cálculo atrás da identificação do contador para a rotina de interrupção de amostragem do módulo frontal. 0 contador 34 ilustrado nas Figuras 2, 3, 17A-B e 18A-B, no qual o dispositivo 20 da presente invenção está de um modo preferido integrado, é um contador de estado sólido Kw/Kwh de mono-função utilizando umas técnicas de amostragem digital para fornecer um consumo Kw/Kwh convencional, tempo de utilização e outras informações convencionais de informação de facturação de tempo real em adição ao diagnóstico de informação gerado pelo 55 dispositivo 20 da presente invenção. O contador 34 é de um modo preferido programado a utilizar software que corre num computador pessoal IBM compatível utilizando o sistema operativo MS-DOS. Este software inclui a lógica para incitar o utilizador a fornecer parâmetros de configuração do contador e de um modo preferido inclui incitações de instalação que fornecem parâmetros definidos pelo utilizador para diagnósticos suportados pelo dispositivo 20 da presente invenção, de maneira que um computador pessoal portátil possa ser ligado a uma porta de comunicações no contador para programar o contador na instalação.

As Figuras 17A-B ilustram o módulo frontal 44 no contador 34 no qual o dispositivo 20 da presente invenção é incorporado de um modo preferido. O módulo frontal 44 de um modo preferido inclui um micro-processador 140 Motorola MC68HC11KA4 correndo em modo mono chip, um conversor A/D integral 142 de 8-bit, que serve o conversor de tensão 26 no dispositivo 20 da presente invenção, 24K bytes de memória só de leitura (ROM), 640 bytes de memória só de leitura programável e electricamente apagável (EEPROM), e 768 bytes de memória de acesso aleatório (RAM), todos mostrados em 144. A ROM e a EEPROM incluem lógica de diagnóstico, e a RAM serve de armazenamento de memória para a presente invenção. Um conversor de 12 bit A/D externo, mostrado em 146 serve A/D como conversor de corrente 28 para o dispositivo 20 da presente invenção.

Uma função de alerta de condição de erro adicional pode ser implementada no módulo 44 frontal como opção. Esta função utiliza uma linha de saída para, por exemplo, um dispositivo de comunicação externa, que pode ser activado sempre que uma condição de erro é determinada. Esta função opcional pode ser 56 utilizada pelo dispositivo 20 da presente invenção para a activação e comunicação da existência de condições de erro para qualquer um dos diagnósticos executados pelo dispositivo 20 da presente invenção.

Uma placa 146 opcional pode ser incorporada no módulo 44 frontal para fornecer vários sinais para o mundo exterior. Por exemplo, o alerta de condição de erro pode ser atribuído a um relê de estado sólido de baixa corrente ou relê de mercúrio para indicar quando um ou mais erros de diagnósticos tenham sido determinados. Outras funções auxiliares conhecidas, como leitura do contador automática e facturação em tempo real, podem ser implementadas na placa 146 opcional, ou numa placa opcional similarmente configurada utilizada com o módulo 44 frontal.

Agora, em referência às Figuras 18A-B, o módulo 48 de registo no contador 34 no qual o dispositivo 20 da presente invenção está de um modo preferido, incorporado, inclui um microprocessador 148 mono chip NECuPD75316GF, incluindo 16K bytes de ROM, mostrado em 150, 512*4 bits de RAM, mostrado em 152, e um programa de controlo 154 de mostrador LCD 96 de segmento, preparado para controlar um mostrador 156 LCD tal como o tipo de mostrador 33 particular na Figura 3 e utilizado na forma de realização preferidado contador 34.

Dados em série serão transferidos entre o módulo 44 frontal e o módulo 48 de registo através de uma ligação de dados série síncrona a 4 fios mostrada, respectivamente, em 158 nas Figuras 17A-B, e em 160 nas Figuras 18A-B. O módulo frontal irá monitorizar e actualizar o estado de todos os diagnósticos executados pelo dispositivo 20 da presente invenção e comunicar (de um modo preferido uma vez por segundo) periodicamente estes 57 estados ao módulo 48 de registo através das ligações de comunicação descritas acima de séries para o mostrador, tal como para o armazenamento de dados voláteis na eventualidade de uma falha de energia. Além do mais, gualquer quantidade instantaneamente requerida para apresentação no mostrador de Ferramentas da presente invenção, será comunicada pelo módulo frontal quando necessária, ao módulo de registo. 0 módulo 44 frontal comunica também outras informações variadas convencionais do contador ao módulo 48 de registo, tal como a quantidade de energia (em Kwh) registada nos 60 ciclos de rede passados. Tal como a sua direcção (entregue ou recebida), o consumo presente e informação de final de intervalo. A informação que pode ser comunicada do módulo de registo 48 para o módulo 44 frontal, inclui tipicamente informação periódica de estado de registo do contador.

Novamente em referência às Figuras 17A-B, o módulo 44 frontal habilita as medições de tensão por fase, corrente e watts por um intervalo de amostragem (60 ciclos de rede). Como previamente descrito, o módulo frontal executa de um modo preferido 481 amostras por 60 ciclos de rede, que corresponde a 481 Hz quando a frequência de rede é de 60 Hz, e aproximadamente 401 Hz quando a frequência de rede é de 50 Hz. A frequência de amostragem é recalculada todos os 60 ciclos, baseada na medição de frequência de rede. Como previamente descrito, as funções de diagnóstico da presente invenção, incluindo a determinação instantânea de corrente por fase, tensão, watts e ângulo fase, são de um modo preferido executadas pelo módulo 44 frontal, quando o dispositivo é incorporado num contador do tipo mostrado na Figura 3. 58

Novamente em referência às Figuras 3 e 18A-B, o módulo 48 de registo de um modo preferido executa a função de actuar o mostrador LCD 33 no contador 34. Como previamente descrito, o mostrador de Ferramentas da presente invenção pode ser implementado activando um interruptor de mostrador alternativo (não mostrado) por um período pré-definido. Quando activado, o modo de mostrador de Ferramentas é activado e o visor listará a lista no mostrador de Ferramentas como aqui descrito anteriormente. Durante o mostrador de Ferramentas, o ícone "TEST" pisca de um modo preferido continuamente, e o emulador do disco de watt, mostrado como cinco ícones rectangulares no fundo do mostrador 33, irão rodar a uma taxa de mais ou menos uma volta por 1,33 segundos. A direcção do emulador de disco de watt será a mesma que a direcção do fluxo de energia para a fase a ser apresentada (da esquerda para a direita se recebida, da direita para a esquerda se entregue). 0 contador irá deixar o modo de mostrador de Ferramentas, quando for atingido o fim da visualização e o interruptor do mostrador alternativo já não estiver activado. Deveria ser notado, como previamente descrito, o contador irá continuar a executar todas as operações do contador de modo normal enquanto a sequência do mostrador de Ferramentas está activa.

Quando o interruptor de mostrador alternativo não está activo, o mostrador 33 do contador opera no modo de apresentação normal para o contador 34. A comunicação para ou do contador pode também ser conseguida a partir do módulo 44 frontal via um porto óptico 162 . 59

Deste modo, o pacote de diagnósticos de sistema do contador electrónico integral da presente invenção fornece a capacidade de auto-verificações continuas dos componentes internos do contador, tal como alerta a pessoal de campo para qualquer erro descoberto, sem interrupções nas operações do contador. 0 dispositivo fornece também a capacidade para constantes testes de diagnóstico de sistema e apresentação dos resultados desses testes de diagnóstico, para fornecer dados de diagnóstico pertinentes para o pessoal de sistema durante e depois a instalação do contador. 0 dispositivo fornece a flexibilidade de permitir ao utilizador de programar o dispositivo, relacionar e definir funções e parâmetros convenientes ao serviço particular suportado pela instalação do contador.

Finalmente, a capacidade do mostrador de Ferramentas da presente invenção permite apresentações periódicas de informação valiosa relacionando o funcionamento interno do contador tal como a característica do serviço suportado pelo contador, novamente sem interrupções do serviço normal e operações do contador.

Embora o melhor modo de levar a cabo esta invenção tenha sido descrito em detalhe, aqueles familiarizados com o ramo à qual esta invenção se relaciona irão reconhecer vários modos de realização e projectos alternativos para a execução da invenção como definida pelas seguintes reivindicações.

Lisboa, 26 de Outubro de 2006 60

Claims

REIVINDICAÇÕES Dispositivo integrado num contador (34) electrónico de electricidade, estando o referido contador (34) destinado a ser instalado num sistema eléctrico, em que o dispositivo inclui um microprocessador (22, 44, 140, 50, 148) e uma memória (24, 45, 51, 144, 152) de armazenamento ligada adequadamente ao microprocessador (22, 44, 140, 50, 148) , caracterizado por o dispositivo incluir ainda: uma lógica (30) programada em computador implementada para fazer, periódica e automaticamente, testes pré-seleccionados ao contador e gravar quaisquer erros, dai detectados; uma lógica (30) programada em computador implementada para fazer periódica e automaticamente uma série de testes de diagnósticos pré-seleccionados referentes ao sistema eléctrico e gravar quaisquer resultados que excedam os limiares pré- definidas; meios (32; 33, 52) de apresentação para apresentar mensagens de erro identificando um ou mais erros descobertos como resultado dos testes feitos ao contador durante um período pré-definido; e meios (32; 33, 52; 154, 156) de apresentação para apresentar mensagens de diagnóstico identificando quaisquer erros descobertos como resultado dos testes diagnósticos referentes ao sistema eléctrico feitos durante um período pré-definido.
2. Dispositivo da reivindicação 1, caracterizado por incluir ainda uma lógica (30) para, automaticamente, determinar o tipo de serviço eléctrico no qual o contador (34) está instalado.
3. Dispositivo da reivindicação 2, caracterizado por a lógica (30) para determinação automática do tipo de serviço eléctrico no qual o contador (34) está instalado fazer essa determinação durante a inicialização do contador (34) na instalação do contador (34).
4. Dispositivo da reivindicação 3, caracterizado por a lógica (30) para determinação automática do serviço eléctrico no qual o contador (34) está instalado fazer essa determinação na reconfiguração do contador (34).
5. Dispositivo da reivindicação 2, caracterizado por lógica (30) para determinação periódica e automática do serviço eléctrico no qual o contador (34) está instalado, faz tal determinação durante o funcionamento normal do contador (34).
6. Contador electrónico de electricidade, caracterizado por incluir um dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores, em que o referido dispositivo é integrado no contador. Lisboa, 26 de Outubro de 2006 62