TW201824674A - 電源斷路器 - Google Patents

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Abstract

一種電源斷路器，用以解決現有電源電路保護元件對於負載的保護效果不佳之問題。該電源斷路器包含一電力線；一量測裝置，該量測裝置電性連接於該電力線，以供感測該電力線之電壓及通過該電力線之電流，據以產生一電壓值及一電流值；一運算裝置，該運算裝置耦接於該量測裝置，該運算裝置依據該電壓值、電流值及一頻率值，判斷該電力線之電力參數是否處於一異常狀態；及一開關裝置，該開關裝置串接於該電力線上，且該開關裝置耦接於該運算裝置；其中，在該運算裝置之判斷結果為是的狀態下，該運算裝置控制該開關裝置開啟，使該電力線形成斷路。

Description

電源斷路器
本發明係關於一種電源斷路器，尤其是一種能夠判斷交流電源是否異常之電源斷路器。
現有的電源電路保護元件包含保險絲、無熔絲開關或其他過壓、過流保護元件。類似元件均以一電源所電性連接之電力線上的單一電力參數(例如：電流)作為是否切斷該電源的判斷基準。藉此，現有的電源電路保護元件能夠在該電力參數發生異常時切斷該電源，以保護由該電力線接收電源之負載。
然而，現有的電源電路保護元件僅能監控單一電力參數，舉例而言，如保險絲或無熔絲開關僅以電流作為是否切斷該電源的判斷基準，惟若該電源所輸出之電壓或頻率等其他電力參數發生異常時，保險絲或無熔絲開關將無法反應該電源的異常狀況，導致該負載可能長時間在異常的電力條件下運作，容易縮短該負載的使用壽命，甚至進一步導致用電意外發生，使得電力系統存在安全風險。
有鑑於此，有必要提供一種電源斷路器，以解決現有電源電路保護元件對於負載的保護效果不佳之問題。
為解決上述問題，本發明提供一種電源斷路器，可在利用數個電源參數作為是否切斷一電源的判斷基準。
為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種電源斷路器，包含：一電力線；一量測裝置，該量測裝置電性連接於該電力線，以供感測該電力線之電壓及通過該電力線之電流，據以產生一電壓值及一電流值；一運算裝置，該運算裝置耦接於該量測裝置，該運算裝置依據該電壓值、電流值及一頻率值，偵測該電力線之電壓大小是否正常、通過該電力線之電流是否過高、以及該電力線之電壓的頻率變動量是否過高，據以判斷該電力線之電力參數是否處於一異常狀態；及一開關裝置，該開關裝置串接於該電力線上，且該開關裝置耦接於該運算裝置；其中，在該運算裝置之判斷結果為是的狀態下，該運算裝置控制該開關裝置開啟，使該電力線形成斷路。
其中，該量測裝置包含一電壓感測單元及一電流感測單元，該電壓感測單元並聯連接於該電力線，以感測該電力線之電壓並產生該電壓值；該電流感測單元包含串聯連接於該電力線的一感測端，以感測通過該電力線之電流並產生該電流值。藉此，該量測裝置能夠量測並輸出電壓值及電流值。
其中，該電壓感測單元或該電流感測單元所感測產生之電壓值及電流值的訊號型式為類比訊號，該量測裝置設有一類比轉數位轉換單元，該電壓感測單元或該電流感測單元係耦接該類比轉數位轉換單元。藉此，利用該類比轉數位轉換單元能夠將該電壓感測單元所輸出之電壓值或該電流感測單元所輸出之電流值轉換為數位訊號。
其中，該運算裝置接收該量測裝置所量測之電壓值及電流值，且該運算裝置依據該電壓值計算產生該頻率值。藉此，該運算裝置能夠計算產生該電力線之電壓的頻率值。
其中，該運算裝置量測裝置另量測該電力線之電壓的頻率以產生該頻率值。藉此，該量測裝置能夠直接量測產生該電力線之電壓的頻 率值。
其中，運算裝置依據下式計算一頻率變動率： 其中，△f為該頻率變動率，fm為該頻率值，fn為一交流電源的額定頻率，該運算裝置係偵測該頻率變動率是否超過一門檻值，以判斷該電力線之電壓是否處於一頻率異常變動狀態。藉此，該運算裝置能夠偵測該電力線之電壓的頻率變動量是否過高，進而判定通過該電力線之電流是否處於該頻率異常變動狀態。
其中，該門檻值為2%。藉此，該頻率變動率超過2%時，該運算裝置即判定該電力線之電壓處於該頻率異常變動狀態。
其中，該運算裝置儲存一電流上限值，該運算裝置係偵測該電流值與該電流上限值的差異幅度，以判斷通過該電力線之電流是否處於一過電流狀態。藉此，該運算裝置能夠偵測通過該電力線之電流是否過高，進而判定通過該電力線之電流是否處於該過電流狀態。
其中，該運算裝置依據該量測裝置在一定時間內所輸出的電壓值運算產生一電壓參考值，該運算裝置儲存一額定電壓值，該運算裝置係偵測該電壓參考值與該額定電壓值的差異幅度，以判斷該電力線之電壓大小是否處於一欠電壓狀態或一過電壓狀態。藉此，該運算裝置能夠偵測該電力線之電壓大小是否正常，進而判定該電力線之電壓是否處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態。
其中，該運算裝置在判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態、該頻率異常變動狀態或在判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，判定該電力線之電力參數處於該異常狀態。藉 此，該運算裝置能夠控制該開關裝置開啟，使該電力線形成斷路，以切斷該電源與一負載之間的導通路徑，進而達到保護該負載的效果。
其中，該運算裝置在該判定該電力線處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態或該過電流狀態達一預定時間後，才判定該電力線之電力參數處於該異常狀態。藉此，該能夠避免瞬間電壓驟降與電壓突升或瞬間電流突波造成該開關裝置被不當開啟，而影響該負載的正常運作。
其中，在該運算裝置僅判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態的情形下，該預定時間可以為該電力線之電壓的週期的20倍。藉此，該運算裝置可以在該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持超過週期的20倍後方始判定該電力線之電力參數處於該異常狀態，有效避免瞬間電壓驟降與電壓突升造成該開關裝置被不當開啟的情形。
其中，在該運算裝置僅判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，IP為一電流上限值，r為1~2之間的一常數。藉此，該運算裝置可以在該過電流狀態維持超過該預定時間後方始判定該電力線之電力參數處於該異常狀態，有效避免瞬間電流突波造成該開關裝置被不當開啟的情形。再者，當該電流值與該電流上限值的差異幅度愈大時，該預定時間間將愈短，使得該運算裝置能夠更快速地切斷該電源與該負載之間的導通路徑，以提升系統安全性。
其中，若該頻率變動率超過該門檻值，該運算裝置立即判定 該電力線之電力參數處於該異常狀態，以快速地切斷該電源與該負載之間的導通路徑，有效提升系統安全性。
其中，在該運算裝置判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，且判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，IP為一電流上限值，r為1~2之間的一常數，Tr為該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間，Ts為該電源的額定週期。藉此，該運算裝置能夠根據該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持時間及該電流值與該電流上限值的差異幅度共同計算產生該預定時間，能夠進一步縮短該預定時間，防止該開關裝置未被即時開啟。
其中，在該頻率變動率大於0但小於該門檻值，且該運算裝置判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態的情形下，該預定時間可以設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，t為一基礎時間刻度(可以為1秒)，Tr為該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間，Ts為該電源的額定週期，△f為該頻率變動率。藉此，該運算裝置能夠根據該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持時間計算產生該預定時間，並且利用該輸出電壓與該輸入電壓的比值調整該預 定時間，能夠準確判斷異常事件，防止該開關裝置被不當開啟。
其中，在該頻率變動率大於0但小於該門檻值，且該運算裝置判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，IP為一電流上限值，r為1~2之間的一常數，△f為該頻率變動率。藉此，該運算裝置能夠根據該電流值與該電流上限值的差異幅度計算產生該預定時間，並且利用該頻率變動率調整該預定時間，能夠進一步縮短該預定時間，防止該開關裝置未被即時開啟。
其中，另包含一調整裝置，該調整裝置串接於該電力線上，且該調整裝置耦接於該運算裝置。藉此，該調整裝置能夠輔助排除該電力線之電壓或電流所發生的異常情形，有效避免該運算裝置判定該電力線之電力參數處於該異常狀態，進而使該負載能夠維持正常運作，該調整裝置能夠有效減少該開關裝置被開啟的次數，以降低該電源與該負載之間的導通路徑被切斷對電力系統造成的負擔，同時避免該負載頻繁停止運作而造成使用者困擾，具有提升電源斷路器的可靠性及使用便利性之功效。
其中，該調整裝置包含一電壓調整器。藉此，若該電力線之電壓僅短暫處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，該調整裝置能夠補助使該電壓參考值快速恢復至正常值，且若能使該電力線之電壓在達到該預定時間前脫離該欠電壓狀態或該過電壓狀態，該運算裝置就不會控制該開關裝置開啟。或者，該調整裝置包含一電流突波吸收器。藉此，若通過該電力 線之電流僅因雜訊或暫態響應所產生之突波影響而處於該過電流狀態，該調整裝置能夠補助使該電流值快速降至低於該電流上限值，且若能使通過該電力線之電流在達到該預定時間前脫離該過電流狀態，該運算裝置就不會控制該開關裝置開啟。
藉由上述結構，本發明例電源斷路器藉由設置該量測裝置及該運算裝置，能夠產生該電力線的數個電力參數作為是否切斷該電源的判斷基準，該數個電力參數至少包含一電壓值、一電流值及一頻率值，因此能夠有效保護該負載不受異常電壓、過電流或頻率的異常變動等因素影響，確實具有提升負載保護效果之功效。
1‧‧‧電源斷路器
11‧‧‧電力線
111‧‧‧輸入端
112‧‧‧輸出端
12‧‧‧量測裝置
121‧‧‧電壓感測單元
122‧‧‧電流感測單元
122a‧‧‧感測端
123‧‧‧類比轉數位轉換單元
13‧‧‧運算裝置
14‧‧‧開關裝置
15‧‧‧調整裝置
2‧‧‧電源
3‧‧‧負載
4‧‧‧輸出裝置
第1圖：本發明一實施例之電源斷路器的架構示意圖。
第2圖：本發明另一實施例之電源斷路器的架構示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「耦接」(coupling)，係指二裝置之間藉由有線實體、無線媒介或其組合(例如：異質網路)等方式，使該二裝置之資料可以相互傳遞，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
請參照第1圖所示，係本發明一實施例之電源斷路器1的架構示意圖，包含一電力線11、一量測裝置12、一運算裝置13及一開關裝置14。該量測裝置12電性連接於該電力線11，該運算裝置13耦接於該量測裝置12，該開關裝置14串接於該電力線11上，且該開關裝置14耦接於該運算裝置13。
該電力線11兩端分別為一輸入端111及一輸出端112。該電 力線11為供電流流通的導線，且該電力線11可以電性連接一電源2。本發明所屬領域中具有通常知識者可以理解，為了構成一導通迴路，該電源2可以包含兩條(例如：適用於單相電源之一火線及一中性線)或以上(例如：適用於三相電源之一A線、一B線、一C線及一中性線)的導線，該電力線11可以電性連接於該電源2之其中一條導線(例如：上述火線、A線、B線或C線)，為了便於說明，僅於圖式中繪示該電源2與該電力線11電性連接之單一條導線。
該量測裝置12電性連接於該電力線11，以供量測該電力線11的數個電力參數，該數個電力參數至少包含一電壓值及一電流值。據此，該量測裝置12包含一電壓感測單元121及一電流感測單元122，該電壓感測單元121包含電壓表(伏特計)或其他電壓感測元件，故該電壓感測單元121可以並聯連接於該電力線11，以供感測該電力線11之電壓，據以產生該電壓值。其中，若該電力線11的電壓較高時，該電壓感測單元121還可以設置一比壓器(potential transformer,PT)，使該電壓感測單元121感測電壓時不會受高壓影響而毀損。該電流感測單元122包含電流表(安培計)或其他電流感測元件，故該電流感測單元122可以包含串聯連接於該電力線11的一感測端122a，以供感測通過該電力線11之電流，據以產生該電流值。其中，若通過該電力線11的電流較高時，該感測端122a可以選用一比流器(current transformer,CT)，使該電流感測單元122感測電流時不會受高電流影響而毀損。
此外，若該電壓感測單元121或該電流感測單元122所感測產生之電壓值及電流值等電力參數的訊號型式為類比訊號，則該量測裝置12較佳設有一類比轉數位轉換單元123(analog to digital converter,ADC)，且輸出類比訊號之電壓感測單元121或電流感測單元122係耦接該類比轉數位轉換單元123，以利用該類比轉數位轉換單元123將該電壓感測單元 121所輸出之電壓值或該電流感測單元122所輸出之電流值轉換為數位訊號。反之，若該電壓感測單元121及該電流感測單元122所感測產生之電壓值及電流值等電力參數的訊號型式為數位訊號，則無需額外設置該類比轉數位轉換單元123。
該運算裝置13可以為微控制單元(microcontroller unit,MCU)或中央處理單元(central processing unit,CPU)等具運算功能的元件，該運算裝置13耦接於該量測裝置12，故該運算裝置13能夠接收該量測裝置12所量測之電力參數，包含該電壓感測單元121及該電流感測單元122所輸出之電壓值及電流值，且該運算裝置13可據以計算該電力線11的其他電力參數，例如依據該電壓值計算產生該電力線11之電壓的頻率值。惟，在本發明部分實施例中，該頻率值亦可由該量測裝置12直接量測產生，故本發明並不以此為限。
該運算裝置13依據該電壓值、電流值及頻率值等電力參數，偵測判斷該電力線11之電壓大小是否正常、通過該電力線11之電流是否過高、以及該電力線11之電壓的頻率變動率是否過高，進而判斷該電力線11之電力參數是否異常。
該開關裝置14可以為繼電器(relay)等迴路啟閉元件，該開關裝置14串接於該電力線11上，且該開關裝置14耦接於該運算裝置13。因此，該開關裝置14關閉時，係使該電力線11形成通路；相對地，該運算裝置13可以在判定該電力線11之電力參數異常時，控制該開關裝置14開啟，使該電力線11形成斷路。
藉由上述結構，本發明實施例之電源斷路器1實際使用時，該電源斷路器1可以設置於一電源2及一負載3之間，該電力線11之輸入端111及輸出端112可以分別電性連接該電源2及該負載3，該電源2可以為交流電源，故該電源2可以於該電力線11上施加一電壓。
詳言之，由於該電源2為交流電源，該電壓值將隨時間變動，該運算裝置13可以依據該量測裝置12在一定時間(例如：半個週期(cycle))內所輸出的電壓值運算產生一電壓參考值Vrms。所述週期可以為該電源2的額定週期，或者，如上所述，該運算裝置13或該量測裝置12能夠產生該電力線11之電壓的頻率值，故該週期亦可由該運算裝置13根據該頻率值計算產生，恕不另行贅述。該電壓參考值Vrms之計算方式如下式(1)所示：
其中，V(t)為該量測裝置12在一時間點t取樣的電壓值，N為每半週的取樣點數，k為整數集合，△t為一時間長度，故k△t為等間距的取樣時間點。
該運算裝置13可以儲存一額定電壓值，該運算裝置13係偵測該電壓參考值Vrms與該額定電壓值的差異幅度，以判斷該電力線11之電壓大小是否正常。舉例而言，該運算裝置13可以在該電壓參考值Vrms低於該額定電壓值的90%時，判定該電力線11之電壓處於一欠電壓狀態；反之，該運算裝置13可以在該電壓參考值Vrms高於該額定電壓值的110%時，判定該電力線11之電壓處於一過電壓狀態。
再者，該運算裝置13可以儲存一電流上限值，該電流上限值可以根據該電源2、負載3之安全電流值或該電力線11之耐流值作設定。該運算裝置13係偵測該電流值與該電流上限值的差異幅度，以判斷通過該電力線11之電流大小是否過高。舉例而言，該運算裝置13可以在該電流值高於該電流上限值的110%時，判定通過該電力線11之電流處於一過電流狀態。
另一方面，該運算裝置13還可以依據下式(2)計算一頻率變動率△f：
其中，fm為該頻率值的實際數值，fn為該電源2的額定頻率。該運算裝置13係偵測該頻率變動率△f是否超過一門檻值，舉例而言，該門檻值可以為2%，若該頻率變動率△f超過2%時，該運算裝置13即判定該電力線11之電壓處於一頻率異常變動狀態。
該運算裝置13可以在判定該電力線11之電壓處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態、該頻率異常變動狀態或在判定通過該電力線11之電流處於該過電流狀態的情形下，判定該電力線11之電力參數處於一異常狀態。故該運算裝置13係控制該開關裝置14開啟，使該電力線11形成斷路，以切斷該電源2與該負載3之間的導通路徑，進而達到保護該負載3的效果。
由此可知，相較現有保險絲、無熔絲開關或其他過壓、過流保護元件僅能利用單一電力參數作為是否切斷電源的判斷基準，導致對於負載的保護效果不佳，本發明實施例之電源斷路器1能夠利用該電力線11的數個電力參數作為是否切斷該電源2的判斷基準，該數個電力參數至少包含一電壓值、一電流值及一頻率值，因此能夠有效保護該負載3不受異常電壓、過電流或頻率的異常變動等因素影響，確實具有提升負載保護效果之功效。
基於上述技術概念，以下列舉本發明各實施例之電源斷路器1之各項特點並逐一說明：為了避免瞬間電壓驟降與電壓突升(容易因電源2品質不佳 而形成)或瞬間電流突波(容易在負載3啟動或關閉的瞬間產生)造成該開關裝置14被不當開啟，而影響該負載3的正常運作，該運算裝置13較佳在該判定該電力線11處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態或該過電流狀態達一預定時間T後，才判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態。
更詳言之，對於僅有電壓發生異常的情形，該預定時間T可以為該週期的20倍，惟不以此為限。換言之，若該電源2之額定頻率為60Hz，則該電力線11之電壓的額定週期約為16.67ms，因此若該運算裝置13判定該電力線11之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，且該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持超過333.33ms，則該運算裝置13判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態。
再者，對於僅有電流發生異常的情形，由於該電流值與該電流上限值的差異幅度愈大時，對於該負載3及電力系統整體的負擔愈大，相對造成的安全風險也愈高，因此該預定時間T可以設定如下式(3)所示：
其中，I為前述電流值，K為一單位時間，可依照設備需求的靈敏度高低設為0.1s~10s(請發明人確認單位是否為秒)，IP為該電力線11或該負載3之一電流上限值，r為一常數，可視系統安全需求選擇為1~2之間的數值。
藉此，若該運算裝置13判定通過該電力線11之電流處於該過電流狀態，且該過電流狀態維持超過該預定時間T，則該運算裝置13方始判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態。其中，當該電流值I與該電流上限值IP的差異幅度愈大時，該預定時間T間將愈短，使得該運算裝 置13能夠更快速地切斷該電源2與該負載3之間的導通路徑，以提升系統安全性。
在本發明部分實施例中，該運算裝置13還可以在該電流值I與該電流上限值IP的差異幅度超過一安全上限時，進一步縮短該預定時間T，舉例而言，當該電流值I與該電流上限值IP的比值超過10時，該運算裝置13可以將上式(3)所產生之預定時間T縮短或歸零，以加速或立即切斷該電源2與該負載3之間的導通路徑，可更進一步提升系統安全性。
相對地，頻率的異常變動會衍生過電壓、欠電壓……等電壓波形凹陷(Voltage Notching)現象，容易對電力系統的發電、輸電及配電等相關設備產生損害，進而影響負載設備性能，也會觸發不正常的電力保護設備動作。因此，若該頻率變動率△f超過該門檻值，該運算裝置13較佳立即判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態，以快速地切斷該電源2與該負載3之間的導通路徑，能夠有效提升系統安全性。
然而，該實施例之電源斷路器1實際使用時，該電力線11可能發生電壓與電流同時發生異常，亦即，若該運算裝置13判定該電力線11之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，且若該運算裝置13判定通過該電力線11之電流處於該過電流狀態，該預定時間T可以設定如下式(4)所示：
其中，Tr為該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間，Ts為該電源2的額定週期(即該電源2之額定頻率fn的倒數)。藉此，該運 算裝置13能夠根據該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持時間及該電流值I與該電流上限值IP的差異幅度共同計算產生該預定時間T，能夠進一步縮短該預定時間T，防止該開關裝置14未被即時開啟。舉例而言，若該額定週期Ts為(例如：16.67ms)，且該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持時間Tr已達5倍的額定週期Ts(例如：83.33ms)，相較上式(3)僅根據電流異常狀態計算預定時間T，上式(4)能夠一併根據電壓及電流異常狀態計算預定時間T，以將該預定時間T之計算結果進一步縮減為0.2倍，進而防止該開關裝置14未被即時開啟。
再者，若該頻率變動率△f大於0但小於該門檻值，雖然該運算裝置13並未判定該電力線11之電壓處於該頻率異常變動狀態，惟若該電壓或該電流發生異常時，該頻率值之變動可能代表該電源2存在較嚴重的問題。因此，若該運算裝置13判定該電力線11之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，且該頻率變動率△f大於0但小於該門檻值，則該預定時間T可以設定如下式(5)所示：
其中，t為一基礎時間刻度(例如：1秒)。藉此，該運算裝置13能夠根據該欠電壓狀態或該過電壓狀態維持時間計算產生該預定時間T，並且利用該頻率變動率△f調整該預定時間T，能夠準確判斷異常事件，防止該開關裝置14被不當開啟。
相對地，若該運算裝置13判定通過該電力線11之電流處於該過電流狀態，且該頻率變動率△f大於0但小於該門檻值，則該預定時間T可以設定如下式(6)所示：
藉此，該運算裝置13能夠根據該電流值I與該電流上限值IP的差異幅度計算產生該預定時間T，並且利用該頻率變動率△f調整該預定時間T，能夠進一步縮短該預定時間T，防止該開關裝置14未被即時開啟。
由此可知，本發明實施例之電源斷路器1能夠在該頻率變動率△f大於0但小於該門檻值的狀態下，進一步調整該預定時間T，以達到防止該開關裝置14被不當開啟或未被即時開啟之功效。
請一併參照第1及2圖所示，在本實施例中，另包含一調整裝置15，該調整裝置15亦串接於該電力線11上，且該調整裝置15亦耦接於該運算裝置13。其中，該開關裝置14及該調整裝置15係分別串接於該電力線11上，惟本發明並不加以限制該開關裝置14及該調整裝置15的串接順序。該調整裝置15可以包含一電壓調整器。因此，若該運算裝置13判定該電力線11之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，惟該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間尚未達到該預定時間T時，該運算裝置13係啟動該調整裝置15，以利用電壓補償或回授控制等方式對該電力線11之電壓進行調整。藉此，若該電力線11之電壓僅短暫處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，該調整裝置15能夠補助使該電壓參考值Vrms快速恢復至正常值，且若能使該電力線11之電壓在達到該預定時間T前脫離該欠電壓狀態或該過電壓狀態，該運算裝置13就不會控制該開關裝置14開啟；換言之，該開關裝置14可保持於關閉狀態，使採用該負載3能夠維持正常運作。
或者，該調整裝置15可以包含一電流突波吸收器。因此，若該運算裝置13判定通過該電力線11之電流處於該過電流狀態，惟該過電流狀態的維持時間尚未達到該預定時間T時，該運算裝置13係啟動該調整裝置15，以利用電流吸收或回授控制等方式對通過該電力線11之電流進行調整。藉此，若通過該電力線11之電流僅因雜訊或暫態響應所產生之突波影響而處於該過電流狀態，該調整裝置15能夠補助使該電流值快速降至低於該電流上限值，且若能使通過該電力線11之電流在達到該預定時間T前脫離該過電流狀態，該運算裝置13就不會控制該開關裝置14開啟；換言之，該開關裝置14可保持於關閉狀態，使採用該負載3能夠維持正常運作。
據此，本發明實施例之電源斷路器1藉由設置該調整裝置15，若該電力線11僅短暫處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態或該過電流狀態，該調整裝置15能夠輔助排除該電力線11之電壓或電流所發生的異常情形，以避免該運算裝置13判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態，進而使該負載3能夠維持正常運作。據此，該實施例之電源斷路器1能夠有效減少該開關裝置14被開啟的次數，以降低該電源2與該負載3之間的導通路徑被切斷對電力系統造成的負擔，同時避免該負載3頻繁停止運作而造成使用者困擾，具有提升電源斷路器1的可靠性及使用便利性之功效。
值得注意的是，在本實施例中，該運算裝置13還可以耦接一輸出裝置4，該輸出裝置4可以為電腦、平板電腦、手機或各種具資料紀錄及顯示功能的裝置。藉此，該運算裝置13可以將該電力線11的電力參數、該運算裝置13對該電力參數是否異常之判斷結果、該運算裝置13控制該開關裝置14或該調整裝置15作動的紀錄等資訊傳輸至該輸出裝置4，讓使用者能夠透過該輸出裝置4了解電力系統的整體運作情形。
綜上所述，本發明各實施例電源斷路器1藉由設置該量測裝 置12及該運算裝置13，能夠產生該電力線11的數個電力參數作為是否切斷該電源2的判斷基準，該數個電力參數至少包含一電壓值、一電流值及一頻率值，因此能夠有效保護該負載3不受異常電壓、過電流或頻率的異常變動等因素影響，確實具有提升負載保護效果之功效。
再者，本發明部分實施例之電源斷路器1還可以設置一調整裝置15以輔助排除該電力線11之電壓或電流所發生的異常情形，有效避免該運算裝置13判定該電力線11之電力參數處於該異常狀態，進而使該負載3能夠維持正常運作，該調整裝置15能夠有效減少該開關裝置14被開啟的次數，以降低該電源2與該負載3之間的導通路徑被切斷對電力系統造成的負擔，同時避免該負載3頻繁停止運作而造成使用者困擾，具有提升電源斷路器1的可靠性及使用便利性之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (19)

  1. 一種電源斷路器，包含：一電力線；一量測裝置，該量測裝置電性連接於該電力線，以供感測該電力線之電壓及通過該電力線之電流，據以產生一電壓值及一電流值；一運算裝置，該運算裝置耦接於該量測裝置，該運算裝置依據該電壓值、電流值及一頻率值，偵測該電力線之電壓大小是否正常、通過該電力線之電流是否過高、以及該電力線之電壓的頻率變動量是否過高，據以判斷該電力線之電力參數是否處於一異常狀態；及一開關裝置，該開關裝置串接於該電力線上，且該開關裝置耦接於該運算裝置；其中，在該運算裝置之判斷結果為是的狀態下，該運算裝置控制該開關裝置開啟，使該電力線形成斷路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源斷路器，其中，該量測裝置包含一電壓感測單元及一電流感測單元，該電壓感測單元並聯連接於該電力線，以感測該電力線之電壓並產生該電壓值；該電流感測單元包含串聯連接於該電力線的一感測端，以感測通過該電力線之電流並產生該電流值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源斷路器，其中，該電壓感測單元或該電流感測單元所感測產生之電壓值及電流值的訊號型式為類比訊號，該量測裝置設有一類比轉數位轉換單元，該電壓感測單元或該電流感測單元係耦接該類比轉數位轉換單元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置接收該量測裝置所量測之電壓值及電流值，且該運算裝置依據該電壓值計算產生該頻率值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置量測裝置 另量測該電力線之電壓的頻率以產生該頻率值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源斷路器，其中，運算裝置依據下式計算一頻率變動率： 其中，△f為該頻率變動率，fm為該頻率值，fn為一交流電源的額定頻率，該運算裝置係偵測該頻率變動率是否超過一門檻值，以判斷該電力線之電壓是否處於一頻率異常變動狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電源斷路器，其中，該門檻值為2%。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置儲存一電流上限值，該運算裝置係偵測該電流值與該電流上限值的差異幅度，以判斷通過該電力線之電流是否處於一過電流狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置依據該量測裝置在一定時間內所輸出的電壓值運算產生一電壓參考值，該運算裝置儲存一額定電壓值，該運算裝置係偵測該電壓參考值與該額定電壓值的差異幅度，以判斷該電力線之電壓大小是否處於一欠電壓狀態或一過電壓狀態。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置在判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態、該頻率異常變動狀態或在判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，判定該電力線之電力參數處於該異常狀態。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電源斷路器，其中，該運算裝置在該判定該電力線處於該欠電壓狀態、該過電壓狀態或該過電流狀態達一預定時間後，才判定該電力線之電力參數處於該異常狀態。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，在該運算裝置僅判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態的情形下，該預定時間可以為該電力線之電壓的週期的20倍。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，在該運算裝置僅判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，I P為一電流上限值，r為1~2之間的一常數。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，若該頻率變動率超過該門檻值，該運算裝置立即判定該電力線之電力參數處於該異常狀態。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，在該運算裝置判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態，且判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，I P為一電流上限值，r為1~2之間的一常數，Tr為該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間，Ts為該電源的額定週期。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，在該頻率變動率大於0但小於該門檻值，且該運算裝置判定該電力線之電壓處於該欠電壓狀態或該過電壓狀態的情形下，該預定時間可以設定如下式所示： 其中，t為一基礎時間刻度，T為該預定時間，Tr為該欠電壓狀態或該過電壓狀態的維持時間，Ts為該電源的額定週期，△f為該頻率變動率。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之電源斷路器，其中，在該頻率變動率大於0但小於該門檻值，且該運算裝置判定通過該電力線之電流處於該過電流狀態的情形下，該預定時間設定如下式所示： 其中，T為該預定時間，I為該電流值，K為介於0.1s~10s之間的一單位時間，I P為一電流上限值，r為1~2之間的一常數，△f為該頻率變動率。
  18. 如申請專利範圍第11、12、13、14、15、16或17項所述之電源斷路器，其中，另包含一調整裝置，該調整裝置串接於該電力線上，且該調整裝置耦接於該運算裝置。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電源斷路器，其中，該調整裝置包含一電壓調整器或一電流突波吸收器。
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