CN101682184A

CN101682184A - 供电监控***

Info

Publication number: CN101682184A
Application number: CN200780050320A
Authority: CN
Inventors: K·N·爱德华兹
Original assignee: ALINTA ASSET MANAGEMENT Pty Ltd
Current assignee: ALINTA ASSET MANAGEMENT Pty Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2010-03-24
Also published as: CA2670391A1; US8779776B2; CN103048578A; AU2007324283A1; AU2011200306B2; NZ577846A; WO2008061321A1; AU2007324283C1; JP5580389B2; JP2010510500A; US20100102826A1; AU2011200306A1; US20150077891A1; JP2013079969A; EP2097961A4; AU2007324283B2; MY146230A; EP2097961A1; MY150946A

Abstract

一种用于检测与对用户的交流供电相关联的预定故障状况的方法，该供电具有有效线与中性线，其中中性线接地。该方法包括：提供与有效线相关联的第一电流检测器；提供与中性线相关联的第二电流检测器；提供电压检测器以检测有效线与中性线之间的电压；以及检查中性电流与有效电流的电流比，藉此该电流比指示预定故障状况。还公开了一种检查被供电的用户房屋中的有效和中性供电线的状况的方法，包括确定有效线的阻抗与中性线的阻抗以指示有效线与中性线中的每一个的状况。

Description

供电监控***

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年11月24日提交的澳大利亚临时专利申请No.2006906590的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

发明领域

本申请涉及交流供电监控***，具体涉及用来监控家庭、商业以及工业用的单相供电中的故障状况。不过，本发明还可适用于监控三相供电中的故障状况。不过为了便于理解本发明，将参考单相供电***来描述本发明。

发明背景

遍及澳大利亚和世界上许多地方的单相供电***包括有效导线和中性导线，该中性导线一般通过连接至遍及配电***的多个点处(包括用户的开关板)的接地***来保持于地电位。

极性反转是有时会发生而且是供电局和电力用户主要关心的电位故障情况。极性反转可通过反接用户房屋上的电表处或提供进户的供电电极处的中性和有效连接出现。在极性反转故障状况下，当危险的有效电压出现在中性线上、从而使危险的电压电平出现在用户的接地***上时，极其危险的情况出现。许多接地***通过水管等连接，这在极性反转故障的情况下将引起极其危险的状况。

会对用电方产生危险状况的另一故障情况是中性线失效。例如，如果将用户房屋连接至供电***的中性线意外地断开，诸如被树等切断该电线，则所有的电流将被迫流向用户的接地***而不是中性连接。这将在用户的接地上产生有害电压的问题，尤其当接地连接具有比期望更高的电阻时。

另一可能的有害故障情况是断线的或高阻的用户接地***。

当前，这样的故障状况仅可通过对用户房屋进行具体故障测试来查明。这样的测试耗时而且昂贵，因此根本很少进行。所指的故障不能被标准的机械电表或室内剩余电流装置(RCD)检测。

因此，期望提供一种能检测用户房屋中存在或出现的预定故障状况。

还期望提供一种不需要对用户的开关板或计量表板作出物理改变的检测故障状况的方法和***。

还期望提供一种不断地监控对用户房屋的供电并检测预定故障状况的***和方法。还期望提供一种在检测到预定的故障状况时适于断开对用户房屋的供电的方法和***。

还期望提供一种可相对简单、容易以及经济地实现的用于检测与对用户房屋的供电相关联的预定故障状况的***和方法。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测与对用户的交流供电相关联的一个或一个以上的预定故障状况的***，该供电具有有效线和中性线，中性线接地，该***包括：

与有效线相关联的第一电流检测器；

与中性线相关联的第二电流检测器；

电压检测器，其检测有效线与中性线之间的电压；以及

有效线中的接触器开关。

利用这样的***，能简单和容易地检测诸如极性反转之类的状况。在有效线中的接触器开关断开的情况下，中性线上检测到的任何电流都表明存在极性反转。

优选地在中性线上提供第二接触器开关，以在检测到极性反转时能将中性线从供电断开。有效线与中性线中的任一个或两个中的接触器开关可由供电局控制。因此，如果在有效连接上的接触器断开的情况下在中性连接上检测到电流，则供电局可断开中性接触器开关。

本发明的***还可检测其它故障，诸如中性线断线、用户接地连接断线、低压供电线路中有效线与中性线之间的短路、以及有效线与用户接地之间的短路。

因此，对于断线的中性线，有效线上的所有输入电流将通过用户的接地连接流出用户的设备。因此，无电流流过用户的中性线，因而该中性线上的电流检测器将显示零电流。

同样，通过测量有效线与中性线上的电流可检测断线的用户接地。在正常极性期间，中性电流将始终小于有效线上的电流，这是因为小百分比的电流会通过具有5到70欧姆之间的电阻的用户接地返回。因此，如果有效和中性电流相等，则这意味着接地中断，需要进一步作调查。

本发明的***还可检测其它故障状况。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测与对用户的交流供电相关联的一个或一个以上的预定故障状况的方法，该供电具有有效线和中性线，中性线接地，该方法包括以下步骤：

提供与有效线相关联的第一电流检测器；

提供与中性线相关联的第二电流检测器；

提供电压检测器，以检测有效线与中性线之间的电压；

检查中性电流对有效电流的电流比，藉此该电流比指示预定的故障状况。

在使用本发明的此方法时，没有任何故障的正常连接将显示出小于1的电流比，这是因为中性电流将始终小于有效线上的电流的事实，如上所述。然而，如果存在极性反转连接，则中性线上的电流将在接地与有效线之间分开，因此有效线上的电流将小于中性线上的电流。因此该比例将大于1。如上所述，如果在***上存在中性线断线，则有效线上的所有输入电流将通过接地流出，因此在中性线上将呈现零电流。因此，该电流比将为零。

在极性正常和用户接地断线的情况下，如果有效线上的所有输入电流通过中性线流出，则电流比将等于1。同样，在极性反转和用户接地断线的情况下，中性线上的所有输入电流将通过用户的有效线流出，因此该比例也等于1。

当供电进户线上的有效线与中性线之间存在短路时，供电电流的绝大部分将通过中性线返回，小部分将通过用户的接地返回。这将迫使中性线上的电流按照中性线上相反的方向流过用户的计量表。无电流流过用户计量表中的有效线，因此电流比将等于负无穷。

虽然上述测试将提供关于预定故障状况存在的可靠指示，但还可使用进一步的直接电阻测试来测量用户的接地电阻和LV(低压)进户线中性电阻。

可执行另一测试以检查供电电压是否在预定可接受的范围内，藉此如果电压降落至预设最小值以下则断开用户。

优选地该方法还包括在有效线中设置接触器开关，以使供电局能远程断开用户。还可在中性线中设置第二接触器开关。

根据本发明的另一方面，提供了一种检查被供电的用户房屋中的有效与中性供电线的状况的方法，包括以下步骤：

在预定时间测量有效线和中性线上的供电电压；

在预定时间测量有效线和中性线的每一个中的电流；

在开关事件之后测量供电电压以及有效线和中性线中的每一个电流，所述开关事件包括增加或减少负载；以及

确定有效线的阻抗和中性线的阻抗，以指示有效线与中性线的每一个的状况。

附图简述

为了更容易地理解本发明，现将参考附图描述多个实施例。

图1是示出对用户的正常供电的示意性电路图；

图2是示出正常电流的简化电路图；

图3是示出极性反转的连接的电路示图；

图4图解地示出根据本发明的实施例的电表的特征；

图5图解地示出采用图4的计量表的反转极性电路；

图6是示出所描述实施例的电路示图；

图7是示出卡森方程(Carson’s Equation)的简化版本的示图；

图8是示出卡森方程的修改版本的示图；

图9和10是不同中性电阻值的电流比与接地电阻的曲线图；以及

图11至14是不同中性和有效电阻值的组合中性和有效阻抗与接地电阻的曲线图。

优选实施例的详细描述

参考附图，现有的机械电表不能检测中性连接的完整性、用户的接地或极性反转。不过，随着电子电表(EEM)的引入，这已成为可能。虽然有可能完全重新设计能检测所述故障状况的电表和开关板，这些改变的成本也是不现实的。因此，已经设计出本发明的实施例，其利用现有的电表和开关板来避免或最小化任何物理改变。

图1示出了现有的至供电***的用户电连接。电表12连接至有效线14和从供电局配电***延伸出的中性线16。进户保险丝17一般位于用户房屋外的电线杆等之上，其提供主进户保护。

电表12具有用来检测流过电表12的电流的低阻抗电流线圈18和用来检测有效线-中性线两端的电压的高阻抗电压线圈19。由于供电为交流电，因此电流双向地流过用户的开关板21，该开关板21一般包括剩余电流装置(RCD)20，不过不是所有电路都这样被保护。因此，如果在用户房屋中出现接地故障，则能流将顺着虚线23流至地连接22。

如图2可见，在一般的极性连接中，电流(在电压循环的正半周期间)沿箭头方向。中性线16通过用户的开关板21以及外部地通过供电网(未示出)接地。因此，假定简单的负载24、240伏的供电电压、负载两端的电压降是240伏，假定中性线16的阻抗为零。名义上将没有电流流过用户的接地，然而实际上，在接地连接通常具有5欧姆(ohm)到70欧姆之间的电阻的情况下，小电流将流过地连接22。

当然，在负电压循环部分，电流按相反方向流动。

参考图3，图解地示出了反转的极性连接，藉此有效线14连接至用户的中性线16a。因为供电局的中性线16在点B处接地，所以在用户的中性线16a上将呈现全供电电压(240伏)。因此，负载24两端呈现的电压将是240伏且电流按照箭头的方向流动，而且地连接22两端的电压也将是240伏，从而导致电流如图所示地流向接地。因此这样的反转极性连接可能将240伏引入用户的地连接22，从而引起极其有害和可能致命的状况。

另一可能的有害故障状况是断线的中性连接16或16a，这迫使所有负载电流流过用户的接地而不是中性连接。在这样的故障的情况下，用户可能不会注意到任何用电差异，而且现有的电表将不会检测到此故障状况。

新的电子电表在中性线16a上设置有第二电流线圈26(图4)。此电流线圈的目的是检测窃电，而且用来确保有效线14上的电流大于中性线16上的电流。新计量表还包括有效线14上的接触器开关27。此接触器开关27能由供电公司远程操作，以在检测到故障状况时、检测到欺诈行为时、或要求配电公司断开用户时远程断开对房屋的供电。

根据本发明的优选实施例，电表12在中性线16a中设置有第二接触器开关28。第二接触器开关28优选地可远程操作，不过它也可以是在检测到极性反转状况时启动的开关，在检测到极性反转状况时必须将有效供电从用户的中性线16a断开。

利用图4中所示的变体，当用户第一次连接至供电时，在初始“启动”期间可检测到极性反转连接。如图5所示，该测试涉及打开有效接触器开关27，并利用第二电流线圈26检查中性线16a中电流的存在。如果检测到电流，则表明存在极性反转连接，且第二接触器开关28立即打开以将用户房屋从供电***完全断开。当然，如果无电流流过第二电流线圈26，则不存在极性反转。应当理解的是，当存在极性反转状况时，来自有效供电的电力直接流向用户的中性线16a并流过用户的地线22。

虽然检测极性反转状况的此方法简单且容易实现，但它不具有检测中性线16和16a或用户地线22的完整性的能力。因此，设计了用来在活动电力连接的情况下实时检测此类故障状况的第二种方法。该方法将能检测：

极性反转；

中性线断线；

用户地线断线；

LV供电(连接的供电局侧)中有效线与中性线之间的短路；

有效线与地线之间的短路。

该方法涉及比较有效线14上的电流与中性线16a上的电流之比。如图6所示，而且注意在以下描述中建模的电路特性演示了处于正循环的交流输入电压，不过其结果对全循环交流输入也有效，供电电压源31向用户房屋提供标准的240伏。在接触器开关27和28闭合的情况下，测量并比较流过电流线圈18和26的电流。在正常极性期间，中性电流将始终小于有效线上的电流。这是因为小百分比的电流将始终通过用户的地线返回。因此，电流比I_n/I_a小于1。如果存在极性反转故障状况，则中性线16a上的输入电流将在地线与有效线14之间分流。因此，中性线16a上的电流将始终大于有效线14上的电流。因此，比例I_n/I_a大于1。

当***上存在中性线断线状况时，有效导线14上的全部输入电流将通过用户的地线22流出用户的敷设装置。因此，无电流通过用户的中性线流出，且电流比I_n/I_a将等于零。

在用户地线断线的故障状况下，在正常连接极性的情况下，有效线14上的所有输入电流将通过中性线16a流出，因此电流比I_n/I_a将等于1。

在极性反转故障状况期间用户地线断线的故障状况下，中性线16a上的所有输入电流将通过用户的有效线14流出，因此电流比I_n/I_a也将等于1。

由电流比1指示的两种用户地线断线故障状况都需要立即调查，而且可通过接触器开关27和28中的任一个或两个的远程激活来断开用户供电，直到调查确定并校正故障状况。(还可在计量表上示出可视指示器)。

在包括有效线14与中性线16之间的短路的故障状况时，在用户计量表12的上游，供电电流的绝大部分将通过中性线16a返回，而小部分将通过用户地线返回。这将迫使中性线上的电流按照相反的方向流过中性线上的用户计量表。将没有电流流过计量表的有效线14，因此电流比将是负无穷。

在包括供电局的LV进户线上有效线与地线之间的短路的故障情况下，在用户计量表12的上游，供电电流的绝大部分将通过中性线返回，而小部分将通过用户地线22返回。这将迫使中性线上的电流按照正方向流过中性线上的计量表，而将无电流流过计量表的有效线14。因此电流比将等于无穷。

根据本发明的另一实施例，根据电路的特性，当它显示出其中性线完整性可被估定为其电阻接近1欧姆(最大允许电阻)时，可使用高级电流比测试。参考图6，将可以看出的是，当中性线16a的电阻从0增大至无穷，电流比将从1减小至0。因此，在此范围中的某些点处，当中性线电阻值等于1欧姆时，可确定特定的比例。然而，用户的接地连接22不是固定值，而且可能在约5欧姆与70欧姆之间变化。需要注意的是，为满足用电标准的要求，用户地线电阻应当小于70欧姆而且中性线电阻应当小于1欧姆。基于土壤状况，假定用户地线电阻始终大于5欧姆。

为了从数学上解决此问题，必须使用卡森方程。卡森方程对具有通过地面的返回路径的长的平行架空导线建模。由于电流通过地面行进的高阻抗，电流的绝大部分被迫通过中性线返回。

卡森方程在数学上对此情况建模。

简化的卡森方程

图7示出简化的卡森方程示图。

利用图7，假定导线q是地线，可使用卡森方程来求解上述平行线。

Z_{p} = r_{p} + (9.689 \times 10^{- 4} \times f) + j (4 πf \times \ln (\frac{D_{e}}{{GMR}_{c}})) ohm / km - - - (1)

Z_{pq} = (9.689 \times 10^{- 4} \times f) + j (4 πf \times \ln (\frac{D_{e}}{D_{pq}})) ohm / km - - - (2)

V_p＝I_pZ_p+I_qZ_pq (3)

V_q＝I_pZ_pq+I_qZ_q (4)

令导线q为地线，其中V_q＝0，因为此导线两端均接地。

因此，我们可求解比

V_q＝I_pZ_pq+I_qZ_q (5)

V_q＝0 (6)

I_pZ_pq＝-I_qZ_q (7)

\frac{I_{q}}{I_{p}} = - \frac{Z_{pq}}{Z_{q}} - - - (8)

方程(8)不可使用，因为它未将***内存在的接地阻抗考虑在内。上述示例仅仅针对纯粹的理论情况。用户的接地探针与地面接触的表面积有限，因此会产生有限的电阻。

经修改以供分析的卡森方程

为了模拟我们的***，必须将接地电阻引入该***中。为简化该方程，电源处的接地电阻已被忽略，因为它与用户电阻相比微不足道。这是基于电源接地电阻是与多处接地的CMEN。

已利用图8来对此情形建模。

V_a＝I_aZ_a+I_nZ_an+I_aR_L+I_eR_e (9)

V_n＝I_aZ_an+I_nZ_n+I_eR_e (10)

I_a+I_n＝I_e (11)

M_n＝0 (12)

将方程11和12代入方程10得到：

0＝I_aZ_an+I_nZ_n+I_aR_e+I_nR_e (13)

I_a(Z_an+R_e)+I_n(Z_n+R_e)＝0 (14)

\frac{I_{n}}{I_{a}} = - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} - - - (15)

在图6的电路图中，I_n被定义为相反方向流动的电流，因此我们可去掉负号。

\frac{I_{n}}{I_{a}} = \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} - - - (16)

如果

Z_{n} = r_{n} + (9.689 \times 10^{- 4} \times f) + j (4 πf \times \ln (\frac{D_{e}}{{GMR}_{c}})) ohm / km - - - (17)

Z_{an} = (9.689 \times 10^{- 4} \times f) + j (4 πf \times \ln (\frac{D_{e}}{D_{an}})) ohm / km - - - (18)

D_{e} = 658.37 \times \sqrt{\frac{ρ}{f}} - - - (19)

GMR_c＝0.7788r (20)

其中

D_e＝等效深度(米)

f＝频率(赫兹)

ρ＝接地电阻率(欧姆·米)

GMR_c＝几何平均半径(米)

r＝导线半径(米)

r_a＝有效线的交流电阻

r_n＝中性线的交流电阻

D_an＝有效线与中性线之间的距离(米)

R_e＝用户接地电阻

电路的数学分析

针对不同的中性线电阻和接地电阻对电路进行了分析。接地电阻如上所述地被限制于5与70欧姆之间。

表1

有效线	值	单位	描述
有效线	值	单位	描述	r_a	0.223	欧姆/千米	有效线的交流电阻
GMR_c	0.00616	米	导线的几何平均半径	r_a	0.223	欧姆/千米	有效线的交流电阻
GMR_c	0.00616	米	导线的几何平均半径	中性线	值	单位	描述
r_n	不定	欧姆/千米	中性线的交流电阻	中性线	值	单位	描述
r_n	不定	欧姆/千米	中性线的交流电阻	GMR_c	0.00616	米	导线的几何平均半径
其它	值	单位	描述	GMR_c	0.00616	米	导线的几何平均半径
其它	值	单位	描述	D(an)	1.2	米	有效线与中性线之间的距离
F	50	hz	***的频率	D(an)	1.2	米	有效线与中性线之间的距离
F	50	hz	***的频率	ρ	100	欧姆·米	大地电阻率
D(e)	931.08		等效深度	ρ	100	欧姆·米	大地电阻率

注意：所使用的导线是19/3.25AAC，也称为海王星(Neptune)。此分析忽略了LV进户导线。

不超出规格的中性线的最大r_n值是r_n＝3欧姆/千米。这假定最长电路长度为333米。

当将不同的交流电阻代入此方程时，获得图9中所示的以下结果。

图9示出：

-对于低中性线电阻，该比接近1

-对于高中性线电阻，该比接近0

-当接地电阻增大时，该比增大

-最小故障状况在比＝0.945时与y轴相交

不能定义允许检测中性线电阻＞1欧姆的设定比。这是因为存在两个未知变量：接地电阻和中性线电阻。

此方法允许比先前测试准确度更高地分析对中性线退化的检测。根据以上曲线图可推导出两个固定的分析点。在以下曲线图中示出了这些：

-对于[0＜I比＜0.94]，中性线退化故障

-对于[0.94＜I比＜1]，不确定。

对于小的接地电阻值，对中性线退化的检测非常精确。当接地电阻增大时，检测中性线退化的能力降低。

因此，通过运用上述知识能提高检测能力，如以下表格所示。

表2

当前比	所检测到的状况
当前比	所检测到的状况	比＜0	有效线/中性线短路
比＝0	中性线断线	比＜0	有效线/中性线短路
比＝0	中性线断线	0＜比＜0.94	中性线故障认定
0.94＜比＜1	不确定	0＜比＜0.94	中性线故障认定
0.94＜比＜1	不确定	比＝1	用户地线断线
比＞1	极性反转	比＝1	用户地线断线
比＞1	极性反转	比＝∶	有效线/用户地线短路

注意：实际比例范围以实验室分析为依据。此分析仅用于观念的数学证实。

必须进行进一步测试以调查其中0.94＜比＜1的不确定比例测试。这将在下面更详细地描述。

根据本发明的另一实施例，可执行进一步的简单电阻测试，其使电流比测试的可能限制最小化。

高级电流比测试的潜在困难在于，从比例方程中消除作为变量的用户接地电阻会失败。当用户接地电阻增大时，该比例变得没有意义，而且当它们均趋向于1时，检测比例分布之间的差异的能力降低。

以下测试的目的是分析中性线和有效线的组合阻抗。通过分析这两个阻抗，可确定线路的状况。此测试具有确保有效线和中性线的阻抗在规格内的能力。

为讨论简单起见，使用了简单的分析来证实该观念。此测试要求计量表12将计量表两端的“无负载电压”作为变量存储在它的内部存储器中。这需要在无电流流过计量表时完成。此时计量表两端的电压应当等于源电压。这可被称为V_ref。可在计量表初始化时、或在断开有效断开开关时测量此电压。为确保结果准确，应当在测量计量表电压(V_m)之前(或之后)立即测量此基准电压。

所测得的计量表上的电压可被称为V_m。

它从上一节“经修改以供分析的卡森方程”中的方程(9)至(20)可获知。

V_a＝I_aZ_a+I_nZ_an+I_aR_L+I_eR_e (9)

I_a+I_n＝I_e (11)

\frac{I_{n}}{I_{a}} = - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} - - - (15)

已知：

V_a＝V_ref (21)

V_m＝I_aR_L (22)

分析1——因子I_a

因此：

V_{ref} = I_{a} Z_{a} - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} I_{a} Z_{an} + V_{m} + (I_{a} + I_{n}) R_{e}

V_{ref} - V_{m} = I_{a} Z_{a} - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} I_{a} Z_{an} + (I_{a} + I_{n}) R_{e}

V_{ref} - V_{m} = I_{a} Z_{a} - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} I_{a} Z_{an} + I_{a} R_{e} - \frac{(Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} I_{a} R_{e}

V_{ref} - V_{m} = I_{a} Z_{a} - \frac{(Z_{an} + R_{e}) (Z_{an} + R_{e})}{(Z_{n} + R_{e})} I_{a} + I_{a} R_{e}

\frac{V_{ref} - V_{m}}{I_{a}} = Z_{a} + R_{e} - \frac{{(Z_{an} + R_{e})}^{2}}{(Z_{n} + R_{e})} - - - (23) - (27)

如从图12可见，对于小的接地电阻，此分析将倾向于低估组合阻抗的值。当接地电阻增大时，此分析的准确度将提高。

此方法的主要好处是它不需要中性线电流检测器。

分析2——因子I_n

可重新排列这些方程以求解I_n而不是I_a。

V_ref＝I_aZ_a+I_nZ_an+V_m+(I_a+I_n)R_e

V_{ref} - V_{m} = - \frac{(Z_{n} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} I_{n} Z_{a} + I_{n} Z_{an} + (I_{a} + I_{n}) R_{e}

V_{ref} - V_{m} = - \frac{(Z_{n} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} I_{n} Z_{a} + I_{n} Z_{an} - \frac{(Z_{n} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} I_{n} R_{e} + I_{n} R_{e}

\frac{V_{ref} - V_{m}}{I_{n}} = - \frac{(Z_{n} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} Z_{a} + Z_{an} - \frac{(Z_{n} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} R_{e} + R_{e}

\frac{V_{ref} - V_{m}}{I_{n}} = Z_{an} + R_{e} - \frac{(Z_{n} + R_{e}) (Z_{a} + R_{e})}{(Z_{an} + R_{e})} - - - (28) - (32)

如从图12可见，对于小的接地电阻，此分析将倾向于高估组合阻抗的值。当接地电阻增大时，此分析的准确度将提高。

分析3——因子I_n和I_a的组合

如图12可见，对于小的接地电阻，分析1具有低估结果的倾向，而分析2具有高估结果的倾向。为补偿这两个短处，对这两种分析技术求平均以找出最佳结果。

根据这些结果，确定错误的上限应当是当结果大于2时(即中性线加上有效线的阻抗大于2欧姆时)。作为附加的测试技术，此结果的值应当被存储在计量表内。如果该结果超过预定的增量变化，则应当调查或断开该敷设设备。

以上示出的该分析将计算有效线加上中性线的阻抗值。对此方程的分析在图11至14中示出。

对于小的Z_a和Z_n的值，来自分析的该结果将倾向于低估实际值。

分析3是分析有效线和中性线的状况的优选方法，但此测试需要断开。为使用户中断最小，此测试一般在午夜作为计划测试的一部分来完成，或在引起用户中断的故障之后进行。下文中所描述的与高级电阻测试有关的方法具有在不断开的情况下完成此测试的能力。

高级电阻测试

关于简单电阻测试所描述的方法的问题在于需要将用户断开。不过，可优化此测试以使其在无需打扰用户的情况下完成，即它可在活动条件下实时地完成。

在简单电阻测试方法中，它使用无负载条件来设置用来比较的基准。然而，这不是优选的，因为它需要将用户断开。在这个高级电阻测试中，替代的方案是使用刚好在开关事件之前的用户房屋上的现有负载作为基准。因此刚好在开关事件之前的状况将是基准，而刚好在此之后的值会是测得值。这些开关事件的示例是打开和关闭以下设备：

1.空调器(～2000W)

2.烤面包机(～1000W)

3.烧水壶(～1000W)

4.加热器(～1500W)

5.电灯泡(～100W)

因为计量表无法迫使开关事件发生(除非它是由计量表控制的电热水服务)，所以计量表必须存储计量表电压和电流的历史数据。当开关事件发生时(它可以是负载的增大和减小)，计量表可使用历史数据作为基准。应当注意的是，变压器处(来自其它用户)的供电电压和电流的变化会降低此测试的准确度。因此，推荐分析一系列结果，而不是单个结果。

因此，用来分析线路阻抗的方程可如下地写出：

Δ V_{m} = V_{m}^{h} - V_{m}^{p}

Δ I_{a} = I_{a}^{h} - I_{a}^{p}

Δ I_{n} = I_{n}^{h} - I_{n}^{p}

在引入此测试技术的情况下，不需要有效线14上的接触器开关27来确定有效线和中性线的电阻，也不需要检测极性反转。

此外，如果稍稍降低该测试的准确度是可接受的，则不需要中性检测线圈26来检测有效线和中性线的电阻。然而，如果去掉此线圈26，则不能检测到极性反转。下面示出的方程(42)演示了如何通过仅使用V_m和I_a来计算有效线和中性线的大致电阻。这是对方程(23)到(27)的变更。

最终测试应当检测供电电压是否在配电规范之内。如果源两端的电压落在此范围之外，则必须将房屋从供电断开。

因为SIR允许用户的设备内有10％的电压降，所以在断开用户之前应使用这个来提供最低允许电压。

V＝216-10％

＝196V

因此，一旦电表上的电压读数低于196V，就应当断开用户或通知公共事业公司可能的故障。

所描述的本发明的实施例具有许多优点，其一部分是：

●提高安全性：

○防止由极性反转引起死亡事故和电击

○防止由损坏的中性连接引起死亡事故和电击

○防止由损坏的用户接地引起死亡事故和电击

●降低成本：

○避免NST每10年测试整个LV进户线路群

○在出故障之前安排更换LV进户线路，从而降低更换成本。

●提高可靠性：

○在出故障之前安排更换LV进户线路，从而避免故障状况下的用户停电。

●改善形象：

○使配电***的亮点变为主动

○改善调节***与分配***之间的关系

○提高用户满意度。

可以看出，有可能在理论上分析在配电规范的要求内的中性连接和用户接地的完整性。此外，有可能检测极性反转状况的存在。如果计量表检测到任一种上述状况，则它可通过电表内的输出接触器将用户房屋从供电安全地断开。

所涉及的技术不依赖电表来检测这些事件，因为该能力可被构建到它自己的独立装置中去。不过，应当承认，因为电表已经包括了许多组件，所以适合利用现有的电子计量表并将另外需要的附加的开关或其它功能加至该装置内所需的逻辑。

根据以上详细分析，下面示出该分析技术的概要。

表3

何时	测试	结果	所检测到的状况
何时	测试	结果	所检测到的状况	初始化	初始化测试	电流＞0	极性反转

何时	测试	结果	所检测到的状况
何时	测试	结果	所检测到的状况	实时	低压	电压＜196V	有效线或中性线或接地线故障

表4

何时	高级电阻测试	电流比测试	所检测到的状况
何时	高级电阻测试	电流比测试	所检测到的状况	实时	无	比＜0	有效线/中性线短路
实时	无	比＝0	中性线断线	实时	无	比＜0	有效线/中性线短路
实时	无	比＝0	中性线断线	实时	＞2	0＜比＜0.94	中性线退化故障
实时	无	比＝1	用户接地断线	实时	＞2	0＜比＜0.94	中性线退化故障
实时	无	比＝1	用户接地断线	实时	无	比＞1	²极性反转(或用户非法连接)
实时	无	比＝∶	有效线/用户短路	实时	无	比＞1	²极性反转(或用户非法连接)
实时	无	比＝∶	有效线/用户短路	实时	＞2	0.94＜比＜1	有效线退化故障
实时	＜2	0.94＜比＜1	***正常	实时	＞2	0.94＜比＜1	有效线退化故障

注意1：可在测量设备缺少灵敏度时产生此结果。

注意2：1.1的值将能避免设备不准确造成的任何故障跳闸。

●应当理解，为了直接电阻测试而使用户经历多次短暂中断是不理想的。因此，必须存储上次的测试日期和电阻比结果。然后可将其用于以后的分析。

●电表必须具有超驰能力以避免在某些位置执行测试。替代的方案是能够降低/提高检测限制值。此外，可实现许多小的改变来提高检测性能和避免不必要的断开。而且，对于此测试方法的要求，电流/电压检测线圈不需要足够灵敏。此外，中性线上的接触器开关在满故障负载情况下需要能够切断。

Claims

1.一种用于检测与对用户的交流供电相关联的预定故障状况的方法，所述供电具有有效线与中性线，所述中性线接地，所述方法包括以下步骤：

提供与所述有效线相关联的第一电流检测器；

提供与所述中性线相关联的第二电流检测器；

提供电压检测器，其检测所述有效线与所述中性线之间的电压；

检查中性电流对有效电流的电流比，藉此所述电流比指示预定的故障状况。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，没有任何故障的正常连接由所述电流比小于1来指示，因为所述中性电流将始终小于所述有效电流。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比大于1所指示的极性反转连接。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比等于零所指示的中性线断线，因为所述有效线上的所有输入电流将通过接地流出，因此在所述中性线上呈现零电流。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比等于1所指示的正常极性情况下的用户接地断线。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比等于1所指示的极性反转情况下的用户接地断线。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比等于负无穷所指示的所述有效线与所述中性线之间存在的短路。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定故障状况是由所述电流比等于无穷所指示的所述有效线与所述地线之间存在的短路。

9.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述有效线中提供接触器开关以及在所述中性线中提供第二接触器开关，以使供电局能远程断开所述用户。

10.一种检查被供电的用户房屋中的有效和中性供电线的状况的方法，包括以下步骤：

在预定时间测量所述有效线和所述中性线两端的供电电压；

在预定时间测量所述有效线和所述中性线中的每一个中的电流；

在开关事件之后测量供电电压以及所述有效线和所述中性线中的每一个的电流，所述开关事件包括增加或减少负载；以及

确定所述有效线的阻抗和所述中性线的阻抗，以指示所述有效线与所述中性线中的每一个的状况。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，未断开所述用户的计量表，而且所述方法实时执行。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述开关事件是打开或关闭所述用户房屋内的电器。

13.如以上权利要求10至12中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括存储所述供电/计量表电压以及所述有效和中性电流的历史数据。

14.一种用于检测与对用户的交流供电相关联的一个或一个以上预定故障状况的***，该供电具有有效线与中性线，所述中性线接地，所述***包括：

与所述有效线相关联的第一电流检测器；

与所述中性线相关联的第二电流检测器；

电压检测器，其检测所述有效线与所述中性线之间的电压；以及

所述有效线中的接触器开关。

15.如权利要求14所述的***，其特征在于，所述一个或一个以上预定故障状况包括极性反转，藉此所述有效线中的所述接触器开关断开，而且所述中性连接上检测到的任何电流指示所述极性反转。

16.如权利要求15所述的***，其特征在于，还包括所述中性线中的第二接触器开关，用来在检测到极性反转时通过断开所述第二接触器来使所述中性线能从所述供电断开。

17.如权利要求16所述的***，其特征在于，所述有效线与所述中性线中的任一个或两个中的所述接触器开关由所述交流电力的供电方控制。

18.如权利要求14至17中的任一项所述的***，其特征在于，所述一个或一个以上预定故障状况包括以下状况中的任一种：中性线断线、用户接地连接断线、所述低压供电线中的所述有效线与中性线之间的短路、以及所述有效线与所述用户接地连接之间的短路。

19.如权利要求18所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是中性线断线，所述有效线上的全部输入电流将通过所述接地连接流出，而且无电流通过所述中性线，从而所述第二电流检测器显示零电流。

20.如权利要求18所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是用户接地断线，这通过测量所述有效线与所述中性线中的每一个上的电流来检测。

21.如权利要求20所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是用户接地断线而且所述连接是正常极性，当所述有效线上的电流通过所述中性线流出因此具有与所述有效线电流一样的大小时，所述用户接地断线被检测到。

22.如权利要求20所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是用户接地断线而且所述连接是反转极性，当所述中性线上的电流通过所述有效线流出因此具有与所述中性线电流一样的量值时，所述用户接地断线被检测到。

23.如权利要求18所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是所述有效线与所述中性线之间的短路，当所述第二电流检测器检测到沿相反方向流过所述中性线和所述用户计量表的电流和当所述第一电流检测器未在所述有效线中检测到任何电流时检测到所述短路。

24.如权利要求18所述的***，其特征在于，所述预定故障状况是所述有效线与接地之间的短路，当所述第二电流检测器检测到沿正方向流过所述中性线和所述用户计量表的电流和当所述第一电流检测器未在所述有效线中检测到任何电流时检测到所述短路。