CN115561674A - 外部变压器的开路的检测 - Google Patents

Abstract

一种电表(1)，包括：连接至外部变压器(CT)的前电路(5)，以及经由该前电路连接至该外部变压器的导体(7)；测试电路(14)，其包括连接至导体的测试生成链(15)和测试测量链(16)，以及处理组件(11)；该测试生成链被布置成在该导体上施加测试电压(Vt)，该测试电压(Vt)产生在测试测量链中循环的测试电流(It)，该测试电压具有取决于外部变压器的阻抗的电平，处理组件(11)被布置成当测试电压的电平大于预定义检测阈值时检测外部变压器的切断。

Description

外部变压器的开路的检测

技术领域

本发明涉及电表领域，并且尤其涉及旨在工业应用的仪表。

背景技术

旨在工业使用的电表可以测量非常高强度的电流，通常高达2000A。

这种仪表，例如三相仪表，通常经由安装在相上的外部变压器连接至分配网络的相。这些外部变压器具有典型地等于2000的变压系数。

在没有操作者的干预的情况下能够检测外部变压器电路的开路，以便快速且以低成本地防止客户和/或能量分配器发生故障似乎是非常有趣的。

本发明旨在简单、便宜、可靠且无需操作者干预地检测连接至仪表的外部变压器的开路。

发明内容

为了实现这个目的，提出了一种电表，包括：

前电路，被布置成连接至位于该仪表外部并且被安装在分配网络的相上的外部电流变压器；

导体，被布置成经由前电路连接至外部电流变压器；

测试电路，包括具有输出端的测试生成链、具有输入端的测试测量链、以及处理组件，所述输出端连接至该导体，所述输入端连接至该导体；

该测试生成链包括电压发生器并且被布置成用于在该导体上施加测试电压，该测试电压产生在该测试测量链中循环的测试电流，并且所述测试电压具有取决于该前电路和该外部电流变压器的等效阻抗的电平，该测试测量链被布置成测量该测试电压的电平，该处理组件被布置成获取该测试电压的电平并且在该测试电压的电平大于预定义检测阈值时检测该外部电流变压器的切断。

因此，通过在经由前电路连接至外部电流变压器的导体上施加测试电压，产生在测试测量链中循环的测试电流。所述测试电压的电平取决于外部电流变压器的阻抗。所述测试电压的电平与预定义检测阈值的比较因此使得有可能检测外部电流变压器是否开路。

本发明因此提供了非常可靠和非常稳健的检测标准，这使得有可能在没有操作者的干预的情况下检测外部变压器的切断。本发明实现起来不是非常复杂且不昂贵，因为它仅需要在仪表中集成相对简单的测试电路。

另外，提出了诸如以上所述的电表，其中前电路包括被布置成连接至外部电流变压器的内部变压器。

另外，提出了诸如以上所述的电表，该电表进一步包括主测量链，该主测量链具有连接至该导体的输入端，该主测量链被布置成使得作为在该相上循环的相电流的图像的主测量电流在主测量链中循环，处理组件被布置成获取主测量电流的电平，以其与预定义测试阈值进行比较，并且控制测试生成链，使得当主测量电流的电平小于所述预定义测试阈值时将测试电压施加在导体上。

另外，提出了诸如以上所述的电表，处理组件包括属于测试测量链的测试输入端和属于主测量链的主输入端，测试输入端和主输入端连接至集成在处理组件中的同一个模数转换器。

另外，提出了诸如以上所述的电表，测试生成链包括位于导体和电压发生器之间的第一开关，处理组件被布置成闭合第一开关，使得测试生成链将测试电压施加到导体上。

另外，提出了诸如以上所述的电表，测试测量链包括连接至导体的第二开关和位于第二开关下游的检测链，处理组件被布置成闭合第二开关，使得测试电流在测试测量链中循环。

另外，提出了诸如以上所述的电表，检测链从上游到下游依次包括高通滤波器、包络检测器、模数转换器和数字低通滤波器。

另外，提出了诸如以上所述的电表，该电表是包括多个前电路的多相仪表，每个前电路被布置成连接至位于仪表外部并安装在多相分配网络的一个相上的外部电流变压器。

另外，提出了诸如以上所述的电表，测试生成链包括单个电压发生器和若干第一开关，每个第一开关连接至前电路之一。

另外，提出了诸如以上所述的电表，该测试测量链包括单个检测链和若干第二开关，每个第二开关连接至前电路之一。

另外，提出了一种测试方法，该测试方法在诸如以上所述的电表的处理组件中实现，并且包括以下步骤：

由测试生成链将测试电压施加到导体上；

经由测试测量链获取测试电压的电平；

当测试电压的电平大于预定义检测阈值时，检测外部电流变压器的切断。

另外，提出了一种计算机程序，包括驱动诸如以上所述的电表的处理组件以执行诸如以上所述的测试方法的各步骤的指令。

另外，提出了一种可由计算机读取的记录支持，在其上记录计算机程序，诸如以上所述。

根据以下对本发明的特定非限制性实施例的描述，可以更好地理解本发明。

附图说明

将对附图作出参考，附图中：

[图1]图1表示根据本发明的以四线配置连接至安装在分配网络的相上的外部变压器的三相电表；

[图2]图2表示了根据本发明的仪表的电气图；

[图3]图3是与图1相似的三线配置的图。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的电表1在此是三相仪表，该三相仪表旨在测量通过分配网络3供应给用户的设施2的电能。该设施2是工业设施。

分配网络3在此包括三个相Ph1、Ph2、Ph3以及中性N(四线配置)。断路器4被定位在分配网络3与设施2之间的“边界处”。三相Ph1、Ph2、Ph3和中性点N进入断路器4并且从其朝向设施2出现。断路器4使得有可能切断电能分配。

仪表1包括四个电压输入端V1、V2、V3、VN和三个电流输入端I1、12、I3(每个电流输入端包括两个端口)。

电压输入端V1连接至相位Ph1，电压输入端V2连接至相位Ph2，电压输入端V3连接至相位Ph3，并且电压输入端VN连接至中性点N。

电流输入端I1连接至安装在相Ph1上的外部电流变压器CT1，电流输入端12连接至安装在相Ph2上的外部电流变压器CT2，并且电流输入端I3连接至安装在相Ph3上的外部电流变压器CT3。外部电流变压器位于仪表1的外部。

在此，每个外部电流变压器具有等于2000的变压系数。

仪表1通过外部变压器CT1、CT2和CT3以及电压输入端V1、V2和V3上的电压恢复在相Ph1、Ph2和Ph3上循环的相电流的图像，以进行计量测量。

参见图2，对于每个外部电流变压器CT(并且因此对于包括两个端口I+和I-的每个电流输入端)，仪表1包括连接至所述外部变压器CT的前电路5。

在此，前电路5包括连接至外部电流变压器CT的内部电流变压器T。更具体地，内部变压器T的初级的两个端子连接至外部变压器CT的次级的两个端子。内部变压器T是铁磁环形变压器。

内部变压器T在此具有等于1的变压系数。仪表1包括导体7，该导体7经由前电路5连接至外部变压器CT。导体7连接至内部变压器T的次级的第一端子B1。

仪表1还包括主测量链8。

主测量链8的输入端连接至导体7。

主测量电流Ip在主测量链8中循环。主测量电流Ip是在安装有外部变压器CT的相位Ph上循环的相电流I的代表性图像。在操作中，主测量链8旨在测量主测量电流Ip以评估相电流I。

主测量链8从下游至上游包括低通滤波器9、第一模数转换器(ADC)10和处理组件11。在此，通过“上游”，这意味着在分配网络3侧，并且通过“下游”，这意味着在测量侧。

处理组件11在此是微控制器。

第一ADC 10在此被集成在微控制器11中。

低通滤波器9是对增益(例如，等于1)进行积分的有源滤波器(例如，切断频率等于5kHz)。低通滤波器9使得有可能去除仪表1内部或来自分配网络3的干扰噪声，该干扰噪声可能使主测量电流Ip的测量(以及因此相电流I的评估)降级。

微控制器11适于执行程序的指令以实现将描述的测试方法。程序被存储在存储器12中，该存储器集成在或连接至微控制器11。

低通滤波器9具有连接至主测量链8的输入端(并且因此连接至导体7并且连接至内部变压器T的次级的第一端子B1)以及连接至微控制器11的主输入端Ep的输出端。主输入端Ep在内部连接至第一ADC 10。

低通滤波器9集成测量电阻(未示出)，该测量电阻具有连接至导体7的端子和连接至地的端子。

该测量电阻使得有可能将主测量电流Ip变换成主测量电流Ip的镜像电压，该主测量电流Ip被低通滤波器9滤波并施加在输入端Ep上。

微控制器11的第一ADC 10因此产生镜像电压的数字测量以及因此在主测量链8中循环的主测量电流Ip的数字测量。

内部变压器T的次级的第二端子B2连接至地并且连接至微控制器11的地输入端Em。

另外，仪表1包括测试电路14，测试电路14包括测试生成链15、测试测量链16和微控制器11。微控制器11因此在此属于主测量链8和测试电路14两者。

测试生成链15的输出端连接至连接器7。

测试生成链15从上游到下游包括第一开关S、电阻R和电压发生器17。第一开关S因此位于导体7和电压发生器17之间。

电压发生器17产生输出电压Vs，例如2V正弦。电压发生器17产生输出电压Vs，例如具有1kHz频率的2V峰-峰正弦电压。电阻R具有等于500kΩ的电阻值。

电压发生器17的输出端连接至电阻R的第一端子。电阻R的第二端子连接至第一开关S的未连接至测试生成链15的输出端的端子。

测试测量链16的输入端连接至导体7，并且因此连接至测试生成链15的输出端。

测试测量链16从上游到下游包括第二开关S’和检测链19。第二开关S’具有连接至测试测量链16的输入端的端子以及连接至检测链19的端子。

检测链19从上游到下游包括高通滤波器20、包络检波器21、第二ADC 22和数字低通滤波器23。第二ADC 22被集成在微控制器11中。数字低通滤波器23被编程在微控制器11中。

这里，高通滤波器20是对增益(例如，等于1)进行积分的(切断频率，例如，等于500Hz的)有源滤波器。

高通滤波器20和包络检波器21串联安装。外壳检测器21的输出端连接至微控制器11的测试输入端Et。该测试输入端Et在内部连接至第二ADC 22。

低通滤波器23获取由第二ADC 22产生的数字测量。低通滤波器23在此具有等于1的增益以及10Hz的切断频率。

第一开关S和第二开关S’由微控制器11控制。

第一开关S使得有可能控制测试电压Vt在导体7上的施加。

默认地，第一开关S处于开路状态，使得测试生成链15没有将电压施加在导体7上并且因此施加在内部变压器T的次级上。

第二开关S’使得有可能选择性地连接或断开导体7的测试测量链16，且因此连接或断开内部变压器T的次级和主测量链8的测试测量链。第二开关S’默认处于断开状态。

为了检测外部变压器CT是否断开(切断)，微控制器11首先获取主测量电流Ip(由主测量链8测量)的电平Np，并且将电平Np与预定义测试阈值St相比较。电平Np例如是主测量电流Ip的有效值。

当电平Np小于预定义测试阈值时，即当：Np＜St时，

微控制器11闭合第一开关S和第二开关S’。第一开关S和第二开关S’可以同时闭合或者一个接一个闭合。这两个开关在测量时间内保持闭合。

通过闭合第一开关S，微控制器11控制测试生成链15，使得其在导体7上生成测试电压Vt。测试电压Vt由输出电压Vs产生。

施加测试电压Vt生成在连接至导体7的不同分支中循环的电流。测试电压Vt的施加特别地产生在测试测量链16中循环的测试电流It。

测试电压Vt的电平取决于连接至导体7的不同分支的等效阻抗，并且因此特别地取决于前电路5和外部变压器CT的等效阻抗。

当外部变压器CT被切断时，前电路5和外部变压器CT的等效阻抗更大：测试电压Vt增大。

因此，测试测量链16测量测试电压Vt的电平Nt。

微控制器11获取测试电压Vt的电平Nt(离开数字低通滤波器23)并且将其与预定检测阈值Sd进行比较。

如果测试电压Vt的电平Nt大于预定义检测阈值，即如果：Nt>Sd，

则微控制器11检测外部变压器CT的断开。

预定义检测阈值Sd通常等于0.75V。

否则，微控制器11检测外部变压器CT没有切断。

高通滤波器20和包络检测器21使得有可能一方面去除50Hz以及来自分配网络3的可能中断，并且另一方面在第二ADC22处具有由低通滤波器23(数字地)滤波的准连续信号。

针对确定的历时D生成测试电压Vt，其中，例如：

D＝1s。

以预定规则间隔T重复测量，例如：

T＝10mn，

并且这只要Np＜St。

当仪表1检测到外部变压器CT的切断时，仪表1产生警报并且将其经由常规的通信装置：有线或无线、无线电、通过在线载波电流等传输至分配器和/或客户。

应注意，在工厂中校准由电压发生器17产生的1kHz下2V峰-峰的输出电压Vs，以调节永久稳态测量，从而具有相对于预定检测阈值Sd的水平的足够性能，是有利的。

因此，在内部变压器T的次级的两个端子之间显著水平的校准的测试电压Vt的注入，由此使得有可能检测所述两个端子之间的等效阻抗的改变。因此，构造了用于检测外部变压器CT的切断的非常稳健的标准。1kHz的频率充分远离网络3的频率，以确保检测不被网络3的所述频率污染。

要注意，有源滤波器具有一阶，并且适配滤波器的静态增益，以便避免ADC处的饱和，并且在ADC的输入端处施加具有显著电平(并且与ADC的输入范围对应)的信号。

如已看到的，仪表1是多相仪表，在该情况下是三相仪表。刚刚描述的本发明的原理适用于仪表1的三相。

因此，仪表1包括三个前电路5(每相一个)，每个前电路被设置为连接至外部电流变压器CT1、CT2、CT3中的一个。

测试电路14包括单个处理组件(微控制器11)。

测试生成链15包括单个电压发生器17和若干第一开关S1、S2、S3(每相一个)，每个第一开关连接至前电路5中的一个。

这三个第一开关S1、S2、S3是由微控制器11控制的。

同样地，测试测量链16包括单个检测链19和若干第二开关S’1、S’2、S’3(每相一个)，每个第二开关连接至前电路5中的一个。

在给定时间仅可以闭合三个第一开关中的一个，以在单个相上注入测试电压Vt。同样地，在给定的时间可以仅闭合三个第二开关中的一个，以选择必须进行测量的相。对于给定的相Phi(i从1到3)，当与所述相相关联的两个开关Si、S’i都闭合并且所有其他开关断开时进行测量。

要注意，作为选项，外部变压器可被安装在中性线N上并且连接至仪表1的第四电流输入IN。本发明因此以相同的方式被实现以检测外部电流变压器在中性线上的断开。

在图3中，根据本发明的电表1’还是三相仪表，该三相仪表旨在测量通过分配网络3’(经由断路器4’)供应给用户的设施2’的电能。该设施2’也是工业设施。

此时，分配网络3’仅包括三相Ph1、Ph2、Ph3(无中性)，并且仪表仅包括三个电压输入端V1、V2、V3(以及三个电流输入端I1、12、I3)。外部变压器CT1、CT2、CT3被安装在相Ph1、Ph2、Ph3上。仪表1’包括在结构上类似于仪表1并且以相同的方式操作的测试电路(集成测试生成链和测试测量链)。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是包括进入本发明范围的任何变体。

本发明可以通过连接至任何数目的相的单项或多相电表来实现。

当然，仪表的架构可以不同于此处所描述的。

在此，已经描述了微控制器11属于主测量链和测试电路两者。然而，可以具有集成第一ADC并且专用于主测量链的第一微控制器，以及集成第二ADC并且专用于测试电路的第二微控制器。

同样地，可能使用集成在微控制器中并且属于主测量链和测试测量链两者的单个ADC。微控制器因此包括属于主测量链的主输入端和属于测试测量链的测试输入端。测试输入端和主输入端连接至ADC，该ADC集成了多路复用器，该多路复用器具有分别连接至测试输入端和主输入端的(至少)两个输入端、以及连接至ADC的转换核心的输出端。

(诸)ADC还可以是微控制器外部的一个或多个ADC。

正如测试测量链的高通滤波器和包络检测器，主测量链的低通滤波器可以是编程在微控制器中的软件组件；在这种情况下，(诸)ADC位于这些模块的上游。

处理组件不必是微控制器，但可以是不同的组件，并且例如是传统的处理器、DSP(数字信号处理器)、或诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)之类的可编程逻辑电路。

前电路不必包括内部电流变压器，而是可包括任何组件，甚至仅将导体7和地线分别连接至端口I+和I-的导电元件。

Claims (13)

1.一种电表(1、1’)，包括：

前电路(5)，被布置成连接至位于所述电表外部并且被安装在分配网络(3、3’)的相(Ph)上的外部电流变压器(CT)；

导体(7)，被布置成经由所述前电路连接至所述外部电流变压器；

测试电路(14)，包括具有输出端的测试生成链(15)、具有输入端的测试测量链(16)、以及处理组件(11)，所述输出端连接至所述导体(7)，所述输入端连接至所述导体；

所述测试生成链包括电压发生器(17)并且被布置成用于在所述导体上施加测试电压(Vt)，所述测试电压产生在所述测试测量链中循环的测试电流(It)，并且所述测试电压具有取决于所述前电路和所述外部电流变压器的等效阻抗的电平，所述测试测量链被布置成测量所述测试电压的电平，所述处理组件(11)被布置成获取所述测试电压的电平并且在所述测试电压的电平大于预定义检测阈值时检测所述外部电流变压器的切断。

2.如权利要求1所述的电表，其特征在于，所述前电路(5)包括布置成连接至所述外部电流变压器(CT)的内部电流变压器(T)。

3.如前述权利要求之一所述的电表，其特征在于，还包括具有输入端的主测量链(8)，该输入端连接至所述导体(7)，所述主测量链被布置成使得作为在所述相(Ph)上循环的相电流(I)的图像的主测量电流(Ip)在所述主测量链中循环，所述处理组件(11)被布置成获取所述主测量电流的电平，以将其与预定义测试阈值进行比较，并且控制所述测试生成链(15)，使得当所述主测量电流的电平小于所述预定义测试阈值时将所述测试电压(Vt)施加在所述导体上。

4.如权利要求3所述的电表，其特征在于，所述处理组件包括属于所述测试测量链的测试输入端和属于所述主测量链的主输入端，所述测试输入端和所述主输入端连接至集成在所述处理组件中的同一个模数转换器。

5.如前述权利要求之一所述的电表，其特征在于，所述测试生成链(15)包括位于所述导体(7)和所述电压发生器(17)之间的第一开关(S)，所述处理组件(11)被布置成闭合所述第一开关(S)，使得所述测试生成链将所述测试电压(Vt)施加到所述导体(7)上。

6.如前述权利要求之一所述的电表，所述测试测量链(16)包括连接至所述导体(7)的第二开关(S’)和位于所述第二开关下游的检测链(19)，所述处理组件被布置成闭合所述第二开关(S’)，使得所述测试电流在所述测试测量链中循环。

7.如权利要求6所述的电表，其特征在于，所述检测链(19)从上游到下游依次包括高通滤波器(20)、包络检测器(21)、模数转换器(22)和数字低通滤波器(23)。

8.如前述权利要求之一所述的电表，其特征在于，所述电表是包括多个前电路的多相仪表，每个前电路(5)被布置成连接至位于所述仪表外部并安装在多相分配网络的一个相上的外部电流变压器(CT)。

9.如权利要求5和权利要求8所述的电表，其特征在于，所述测试生成链(15)包括单个电压发生器(17)和若干第一开关(S)，每个第一开关(S)连接至所述前电路之一。

10.如权利要求6和权利要求8所述的电表，其特征在于，所述测试测量链(16)包括单个检测链(19)和若干第二开关(S’)，每个第二开关(S’)连接至所述前电路之一。

11.一种在如前述权利要求之一所述的电表(1、1’)的处理组件(11)中实现的测试方法，并且所述方法包括以下步骤：

由所述测试生成链(15)将所述测试电压(Vt)施加到所述导体(7)上；

经由所述测试测量链(16)获取所述测试电压的电平；

当所述测试电压的电平大于预定义检测阈值时，检测所述外部电流变压器(CT)的切断。

12.一种包括指令的计算机程序，所述指令驱动如权利要求1到10之一所述的电表的处理单元(11)以执行如权利要求11所述的测量方法的各步骤。

13.一种能由计算机读取的记录介质，其上记录如权利要求12所述的计算机程序。

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