分析實際交流電壓源阻抗的方法和裝置的製作方法

2023-06-01 10:37:41 2

專利名稱：分析實際交流電壓源阻抗的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電氣測量裝置和一種分析出現在電線或電氣設備上的實際交流電壓、從而決定交流電壓的阻抗源的性質並當被分析的電壓超過一閾值和表明是低阻抗源時給出告警的方法。
當電氣公用事業公司的沒有帶電操作技術的線路維修人員需要在電力線上或在危險地接近電力線情況下工作時，公用事業公司不可避免地要切斷這種電線或電氣設備的電源。此外，該線路維修人員還必須在進行工作前對該線路上是否有電進行檢驗。為了確定線路上的電壓狀況，該線路維修人員要把一個電壓探測器連接到該線路上。維修人員用取決於電壓探測器的類型的探測器，測量存在於線上的電壓例如感應電壓，或者檢測有無超過某一預定閾值的電壓存在。當測量電壓時，維修人員要判斷斷開電源的線上的該電壓讀數是不是危險，也就是說，判斷這種電壓是來自高阻抗源諸如來自鄰線的感應電壓，還是來自線路仍然處於接通的、具有很高危險性的實際配電網絡的低阻抗源。因此，如果維修人員要在這樣的線路上接地的話，則一個錯誤的判斷可能使其死於非命。為了說明這一點，我們設想這樣一種危險的情況有一根已經斷開電源的25KV線斷裂後落到了一條600伏的帶電電線上。這時，連接在25KV線的探測器指示的是一個相對於預期電壓來說很低的電壓，由此維修人員有可能把這一低電壓判斷為是一個感應電壓而不是來自低阻抗配電網絡的600伏電源。更危險的是，如果探測器有一個閾值，而這600伏低於該閾值，則在電壓表上就根本看不出有任何危險。
本發明的目的在於提供一種電氣測量裝置，用它可以對電線上的實際交流電壓進行分析，決定交流電壓的性質，以確定該電壓是來自低阻抗源還是高阻抗源，這種裝置基本上克服了上述已有技術的缺點。本發明的另一目的在於提供一種分析存在於電線或電氣設備上的交流電壓的性質的方法以確定該電壓是來自高阻抗源還是低阻抗源，這種方法基本上克服了上述已有技術的缺點。
按照本發明的上述特點，從本發明的一個方面來說，本發明主要提供了一種分析存在於電線或電氣設備上的交流電壓以確定交流電壓源的性質的電氣測量裝置。該裝置包含一雙阻抗探頭，該探頭有一可接地的輸出端，一用於捕獲要分析的交流電壓的輸入接觸元件。該接觸元件連接到僅在交流電的一半周期間導電的一第一串聯低電阻元件。一低阻值端接電阻連接到該一第一串聯低電阻元件的輸出端。一第二串聯高阻值電阻與該低電阻元件並聯連接。在交流電的另一個半周期間，該交流電出現在第二串聯高阻值電阻的兩端。一測量電路耦連到串聯低值電阻元件且能區別來自兩串聯電阻元件的電壓信號，並設有計算電路裝置以確定電壓信號源自高阻抗源還是低阻抗源。一指示器可指示該阻抗源的狀況。設有告警狀態產生裝置，當低阻抗源超過某一預定閾值時，它就發出告警狀態。
本發明的另一主要目的在於提供一種對存在於電線或電氣設備上的交流電壓的性質進行分析的方法以確定該電壓來自高阻抗源還是低阻抗源。該方法包含設置一個具有一第一串聯低值單向元件和一第二並聯連接的串聯高值電阻的雙阻抗探頭。這些並聯、串聯連接的元件與一串聯低值電阻元件相連。該探頭的一個輸入端連到電線或電氣設備上以使在探頭的一輸出端產生諸輸出信號電壓，它們代表僅在諸串聯的低值電阻元件兩端出現的電壓和也代表在與串聯高值電阻串聯的串聯低值電阻元件兩端出現的電壓。探頭的另一輸出端接地。然後該輸出電壓信號在一探頭的輸出端進行算術處理以確定它們是來自高阻抗源還是低阻抗源。如果一表示低阻抗源的某一預定閾值被超過，則發出告警狀態。
現在參照下面的附圖對本發明的一較佳實施例進行描述。


圖1表示本發明的連接於測量電路雙阻抗探頭的結構示意圖;
圖2表示源阻抗的簡化數學分析的示意圖;
圖3表示電流流進如圖1所示探頭的電阻(阻性)支路時的源阻抗的數學分析的進一步簡化示意圖。
現在來看附圖，具體說是看圖1。在圖1中編號10表示本發明的用於分析存在於電線11或電氣設備上一端或其它測量元件上的交流電壓的電氣測量裝置。本發明的裝置10用來確定線11上的交流電壓的性質以確定該電壓是來自高阻抗源還是低阻抗源，或換言之，確定它是由電容性耦合產生的還是由如配電網絡帶電電源產生的。如圖所示，該裝置設有具有接收線11上交流電壓的接觸元件9的雙阻抗探頭12。雙阻抗探頭基本上包含一第一串聯低電阻元件，在圖中是串聯的正向偏置的二極體13，另外還有一併聯連接的串聯高值電阻14。這種13、14並聯連接部分的輸出與另一阻值比串聯電阻14為低的串聯電阻15相連。串聯電阻15的典型值為4兆歐，而串聯電阻14總值可達100至200兆歐。
串聯電阻15的輸出串聯連接到測量電阻16和18上，在它們(16和18)的兩端連到測量電路17。上述電阻網絡的輸出連接到地端19。
測量電路17設有一第一輸入端20和一第二輸入端21。一反偏的二極體22連於第一輸入端20，而一正偏二極體23連於一第二輸入端21。因此，可以看出在線11上交流電壓的正半周期間，二極體13導通，線11的電壓將加在串聯電阻R1和測量電阻16和18的兩端。測量電阻18輸出端上的電壓將在開關24的輸入端產生一電壓信號，開關24將動作而將此電壓信號連到一緩衝放大器25然後饋送到模數轉換器27的輸入端26。該轉換器將處理模擬信號並產生一數位訊號輸出送到算述單元28，它按照後面將描述的數學分析處理此信號。類似地，在線11上的電壓信號的負半周期間，測量電阻16和18的輸出端上的電壓將加到第二開關29的輸入端，經過它連到同一緩衝放大器25，以在轉換器27的輸出端產生數位訊號而饋送給算術單元28。同步電路30和31使算術單元鑑別輸入端20和21上的輸入電壓信號。一個發出信號或告警的電路32耦連到算術單元28的輸出並在算術單元測得的阻抗值表明線路11上的交流電壓是來源於高阻抗源或低阻抗源時提供可見和/或可聽和/或告警指示。這樣的指示是由將這些值與編程在算術單元28中的閾值比較後導出的。一個低阻抗源將觸發告警信號。
分析測量電路17輸入端上存在的電壓信號的方法是通過下面的數學表達式來完成而確定源阻抗的，其中Ic.c.＝Vs/Zs這裡，Vs是源電壓;Zs是源阻抗;而Ic.c.是短路電流。
上述數學表達式由下面的數學關係確定的。我們知道，如果電線連到配電源，源阻抗實際為零，短路電流將非常大。另一方面，如果電線開路，僅因與鄰近的其它線路的電容耦合而導電，則該線所能提供的電流大小決定於線之間的耦合程度。如果耦合弱、則該線上存在的能量可以忽略。
現在看圖2，它表示電容耦合和通過這種的電容耦合所獲得的短路電流的示意圖。如果人們能根據這種耦合計算源阻抗，則就可將它與危險的閾值基準值相比較以確定該線是不是危險的。參看圖2，圖中電壓源用編號40表示。電容41或Z1表示耦合阻抗，而電容42表示開路線的阻抗，假設它不帶電壓但也不接地。連到一個電源的電線43上的電壓，這裡用VL表示。在該線開路且直接連接到配電網絡的情況下，耦合阻抗41或Z1近於零且線上電壓為電源40的電壓。在電線為容性耦合的情況下，電線43上電壓能用下面數學表達式表示VL＝V＊Z2/(Z1+Z2)VL＝V＊C1/(C1+C2)兩阻抗Z1和Z2的相對值確定開路線43上的電壓電平。Z1為兩電容耦合的電線的距離以及兩線平行延伸長度的函數。Z2為開路線離地的距離和它的長度的函數。
如果我們在開路配電電線如圖1中的線11和地之間連接如圖1所示的探頭12，則圖3中所示電壓VL為由探頭代表的負載值的函數。對於電阻性負載電阻R1，電壓VL1由下式表示VL1＝V＊jωC1R1/(jωR1(C1+C2)+1)對於電阻性負載R2，電壓VL2數學表達如下VL2＝V＊jωC1R2/(jωR2(C1+C2)+1)如果這些等式以析出源電壓的方式表示然後通過將兩個相應的等式相等起來以析出源阻抗Z1，我們就能得到下面的數學表達式(VL2-VL1/(I1-I2)＝1/jω(C1+C2)其中I1是圖3中電阻R1的環流電流;I2是圖3電阻R2的環流電流。通過以下面的方式表達圖2的電源電壓和兩個電容或阻抗41和42，我們就能確定源電壓Vs和源阻抗Zs。從下面的結構，我們能導出下面阻抗源表達式VL1＝Vs-Z＊sI1VL2＝Vs-Z＊sI2且其中Zs＝(VL1-VL2)/(I1-I1)接照上面分析，Zs能表達如下Zs＝1/jω(C1+C2)且其中Zs對應於由C1和C2表示的並聯阻抗41和42。
電源電壓Vs可通過下面表達式用矢量方法加以計算
Vs＝VL1+Z＊sI1或VL2+Z＊sI2Vs＝I1(R1+1/jω(C1+C2))或I2(R2+1/jω(C1+C2))因此，Vs的絕對值為I＊1(R21+1/ω2(C1+C2)2)1/2在電流I和電壓源之間的相角也可以計算出來。
短路電流Ic.c.是一短路電路連到線上或維修人員在該線接地之前接觸該線時源所能提供的電流。這種短路電流用下面數學表達式表示Ic.c.＝Vs/Zs因此，按照所獲得的信息，通過在線上交替連接兩個其值相差懸殊的電阻，我們能導出下面的信息1.被接觸之前存在於線上的電源電壓Vs;
2.電源阻抗Zs、當它接入配電網絡時，我們能確定是否是零或是否接近零;和3.短路電流Ic.c.，它能測算出將該電線接地是否安全。如果已接地，則Ic.c.為流入地的電流。
對這裡所述較佳實施例的任何明顯的修改和變化，如果它們落入所附權利要求書的範圍之內，本發明將把這些修改和變化包括在本發明的範圍之內。例如電阻元件和探頭可以取與這兒所示的不同值，測量電路17也可以用許多不同方式構成而得到所需要的結果，等等。
權利要求
1.一種分析電線或電氣設備上的實際交流電壓以確定所述交流電壓值的電氣測量裝置，所述裝置包含一其輸出端可接地和一用以捕獲要分析的交流電壓的輸入接觸元件的雙阻抗探頭，所述接觸元件連到僅在所述交流電壓半周期間導電的一第一串聯低電阻元件，一串聯低值電阻連接到所述第一串聯低電阻元件的輸出端，一第二串聯高值電阻與所述低電阻元件並聯，在所述交流電壓的另一半周期間，所述交流電壓出現在所述第二串聯高值電阻的兩端，一測量電路耦連到所述測量電阻並能鑑別來自兩個所述串聯電阻元件的所述電壓信號，且具有計算電路裝置以確定所述電壓信號是來自高阻抗源還是低阻抗源，一指示器指示阻抗源的狀況，如果代表低阻抗源的某一預定閾值被超過，則一告警指示器發出警告指示。
2.如權利要求1所述電氣測量裝置，其特徵在於，所述低電阻元件包含從所述接觸元件正向偏置連接的串聯二極體，以便在所述交流電壓的正周期間導通，所述二極體能承受高壓且在所述負周期間與所述第二串聯電阻中的電流相比其電流可以忽略不計。
3.如權利要求2所述電氣測量裝置，其特徵在於，所述串聯低值電阻有4兆歐的值，所述串聯高值電阻總值為100至200兆歐。
4.如權利要求2所述電氣測量裝置，其特徵在於，所述測量電路有兩個輸入端，分別連到串聯連接的測量電阻之一的對應的一側上，在所述串聯低值電阻和一接地的第二測量電阻之間，所述兩輸入端之一有正偏輸入二極體以接受所述正電壓信號而阻止所述負電壓信號，而另一輸入端有反偏輸入二極體以接受所述負電壓信號而阻止所述正電壓信號。
5.如權利要求4所述電氣測量裝置，其特徵在於，所述測量電路包含各自分別連於兩輸入端的對應端的開關裝置以便把所述正和負電壓信號串聯連接到饋送給模/數變換器的調節電路(Condition-ing circuit)，該模數電路則把代表所述電壓信號的數位訊號饋送給算術電路，在那裡所述信號被分析並與基準值比較以產生輸出信號饋給所述告警裝置。
6.一種分析電線或電氣設備上交流電壓值的方法以確定所述電壓是來自高阻抗源還是低阻抗源，所述方法包含1)提供具有第一串聯低值單向元件和第二並聯連接的串聯高值電阻的雙阻抗探頭;所述並聯的串聯連接元件連接到一串聯低值電阻;2)將所述探頭的一輸出連接到地;3)將所述探頭的一輸入端連接到所述電線或電氣設備上以便在所述探頭的一輸出端上產生代表僅在所述串聯低值電阻兩端並也在與所述串聯高值電阻串聯的所述串聯低值電阻兩端出現的輸出電壓信號;4)對探頭輸出端的所述輸出電壓信號進行算術處理以確定它們是來自高阻抗源還是低阻抗源;5)指示源阻抗的性質;和6)在所述輸出電壓信號超過表示低阻抗源的閾值時給出告警指示。
7.如權利要求6所述方法，其特徵在於，所述步驟1)包含提供一第一串聯二極體作為所述低值單向元件並將它們正向偏置連接，所述串聯低值電阻兩端的所述輸出電壓信號在所述交流電壓的正半周期間產生。
8.如權利要求6所述方法，其特徵在於，所述步驟4)包含進行下面的數學式的運算以確定源阻抗，其中Ic.c.＝Vs/Zs這裡Vs為源電壓;Zs為源阻抗;Ic.c.為短路電流。
全文摘要
一種分析電線或電氣設備上實際交流電壓的方法和電氣測量裝置，一雙阻抗探頭連接到要分析的交流電壓。探頭由一第一串聯單向元件和一第二並聯連接的串聯高值電阻元件構成。串、並聯連接的元件部分的輸出連到第三串聯低值電阻元件。一測量電路連到第三串聯低值電阻元件並能夠鑑別來自兩個串聯電阻元件的電壓信號。測量電路具有一計算電路以確定電壓信號是來自高阻抗電源還是低阻抗電源。一告警指示器可指出表示低阻抗源的預定閾值是否被超過。
文檔編號G01R27/02GK1059407SQ9110586
公開日1992年3月11日 申請日期1991年8月17日 優先權日1990年8月17日
發明者蓋伊·羅斯 申請人:海德勒-魁北克