專利名稱：接地監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可操作評估網(wǎng)絡(luò)的接地電阻的接地監(jiān)測器，例如但不限于適于在評估單相、AC家用/商用電力網(wǎng)的接地電阻時使用的那些接地監(jiān)測器。背景可在三線式、AC電力網(wǎng)上執(zhí)行接地連續(xù)性測試，以測試由地線或接地平面提供的接地的質(zhì)量，其取決于被測量的網(wǎng)絡(luò)接地電阻。接地的接地質(zhì)量和/或接地合適的可能性可通過將被測量的接地電阻與預(yù)定閾值相比較來確定。接地連續(xù)性測試儀或接地監(jiān)測器可被用來進行測量/評估。然而，由于連接到被測量的電力網(wǎng)的電器設(shè)備造成的噪聲和其它干擾，所以對于這樣的設(shè)備準(zhǔn)確地測量接地電阻可能是有問題的。附圖簡要說明在所附的權(quán)利要求中，以特性指出本發(fā)明。然而，通過結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征將變得更加明顯并且本發(fā)明將被最好地理解，在附圖中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的充電系統(tǒng)；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的接地監(jiān)測器的操作；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的用于測試接地連續(xù)性的基于濾波器的方法；以及圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的用于測試接地連續(xù)性的基于定時的方法。詳述圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的充電系統(tǒng)10。系統(tǒng)10示出使用家用電力網(wǎng)12將能量傳遞到機載交通工具充電器14，交通工具充電器可以然后使用其而對交通工具(未示出)充電，例如通過對交通工具的電池(未示出)或其它能量儲存設(shè)備(例如，電容)充電。根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面，在機載充電器14和家用電力網(wǎng)的壁裝電源插座20之間互聯(lián)的接地監(jiān)測器16被配置成便于將能量從壁裝電源插座20安全地傳遞到包括在交通工具內(nèi)的電連接插座22。接地監(jiān)測器16可被配置成測量壁裝電源插座20的接地連續(xù)性，并根據(jù)接地連續(xù)性測量結(jié)果，例如通過控制繼電器M的打開和關(guān)閉，來允許或阻止壁裝電源插座20和交通工具之間的能量轉(zhuǎn)移。接地監(jiān)測器16被示出包括繼電器M，展示一種類型的控制，其可被實施，以在發(fā)生不可接受的接地連續(xù)性測量結(jié)果時，阻止交通工具充電。接地監(jiān)測器16可省略繼電器，有助于簡單地向交通工具系統(tǒng)控制器或其它元件發(fā)出關(guān)于接地連續(xù)性測量結(jié)果的命令或其它信息，使得信息接收元件可以然后執(zhí)行任何數(shù)量的其它操作，以阻止交通工具充電或以其它方式阻止能量轉(zhuǎn)移到交通工具。為了示例性目的，被設(shè)想便于交通工具的充電的家用電力網(wǎng)12被描述為標(biāo)準(zhǔn)三線式、單相AC網(wǎng)絡(luò)，其中轉(zhuǎn)換桿(transform pole) 30將三相、AC轉(zhuǎn)換成單相AC。在通過連接到至少一個家庭配電板36的第一和第二線32、34傳輸之前，單相AC可被設(shè)置在120V 且相移180°。可選地經(jīng)由熔斷器或其它開關(guān)，家庭配電板36可反過來在家庭網(wǎng)絡(luò)(未示出)上將AC傳遞給若干其它住所負(fù)載，其可連接到相應(yīng)數(shù)目的額外壁裝電源插座。為了示例性目的，只有接地監(jiān)測器16被示出連接到一個壁裝電源插座20，然而，很容易理解，任何數(shù)量的其它設(shè)備可在住所內(nèi)連接并連接到其它住所。構(gòu)成接地監(jiān)測器16的元件(繼電器等)可被包括在外殼內(nèi)，外殼被配置成便于到壁裝電源插座20和包括在交通工具上的插座22的電連接。第一和第二延長線40、42可被分別包括在接地監(jiān)測器的輸入側(cè)和輸出側(cè)上以便于此電連接。延長線40、42每個包含三叉型終端(陽或陰)，以便于連接到壁裝電源插座20和交通工具插座22。延長線40、42可具有不同的長度，并且可選地，如果外殼被直接安裝到住所的墻壁或以其它方式直接插入壁裝電源插座20，例如，如果外殼靠在墻壁上并包括集成的火線(hot)、中性(neutral)和接地凸出物(projection)，則第一延長線40可具有很短的長度，實質(zhì)上是三叉型終端的長度。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的接地監(jiān)測器16的操作。接地監(jiān)測器根據(jù)計算的接地電阻評估接地連續(xù)性。根據(jù)在至少兩個壁裝電源插座終端之間測量的電壓差來測量接地電阻，為了示例性目的，至少兩個壁裝電源插座終端被示出為是與接地和中性插頭有關(guān)的那些壁裝電源插座終端。根據(jù)下列公式確定接地電阻接地電阻=測試電流/電壓差測試電流被信號發(fā)生器50應(yīng)用到中性插頭。響應(yīng)于測試信號的、所測量到的電壓差取決于測試電流與包括中性插頭和接地插頭之間的電流路徑的接線的電阻，其可根據(jù)長度、使用年限、負(fù)載等而不同。然而，由于來自交通工具(IV)和連接到家用電力網(wǎng)的其它負(fù)載(IL1、IL2)的電流作用，所產(chǎn)生的電壓差可比測試電流自身所產(chǎn)生的電壓差大。這些電流作用一般是附加到來自其它電器設(shè)備的電流路徑的噪聲和其它干擾的結(jié)果。為了盡可能準(zhǔn)確地評估接地電阻，附加到測試電流的電流影響應(yīng)盡可能被限制?？赡茈y以限制額外的電流(噪聲)對電壓差測量的影響，因為由每個設(shè)備引起的噪聲可以根據(jù)設(shè)備的操作條件和任何數(shù)量的其他不一致事件而變化。本發(fā)明的接地監(jiān)測器 16包括控制器52，其可操作以便于控制信號發(fā)生器50，使得由測試電流產(chǎn)生的電壓差以被認(rèn)為是提供接地電阻的最可靠指標(biāo)的方式，即導(dǎo)致該電壓差具有最少量噪聲影響的方式來實現(xiàn)。這可包括控制器52可按照評估質(zhì)量模式操作，其中控制器反復(fù)應(yīng)用不同的測試電流，直到被認(rèn)為提供最可靠結(jié)果的測試電流被識別。例如，評估質(zhì)量模式可包括控制器選擇多個測試電流的一種或多種特征，其被應(yīng)用為用于識別最可靠結(jié)果的過程的部分。雖然不排除可變特征，但是本發(fā)明的一個非限制性方面設(shè)想，當(dāng)識別關(guān)于測試電流的更可靠特征時，控制器52使測試電流應(yīng)用的頻率、振幅和/或定時變化。一旦最可靠的特征被識別，那么控制器52可以選擇地和/或連續(xù)地應(yīng)用測試電流，以測試接地連續(xù)性?？蛇x地，當(dāng)識別最可靠的特征集時，控制器52可被配置成使至少兩種特征發(fā)生變化，以便確認(rèn)一種變化的特征相對于另一種的影響。通過隨著振幅變化，至少改變頻率或定時，控制器52能夠評估哪些條件導(dǎo)致電壓差測量中出現(xiàn)的噪聲最少?？刂破?2可通過在給定頻率或定時比較電壓差測量結(jié)果與振幅變化相關(guān)的程度來實現(xiàn)此。電壓差應(yīng)與測試電流振幅中的改變成比例來改變。例如，如果測試電流增加一倍， 則電壓差應(yīng)增加一倍。因此，最密切相關(guān)的測試電流特征集對應(yīng)于與振幅變化最密切相關(guān)的集，即最密切導(dǎo)致電壓差的加倍的特征集?？刂破?2可以隨著振幅變化來反復(fù)地改變頻率或定時，以確定最可靠的測試電流特征集。電力網(wǎng)中的噪聲可根據(jù)當(dāng)時正在操作的設(shè)備而變化，使得被認(rèn)為是最可靠的測試電流特征集可隨時間改變?？刂破?2可被配置成根據(jù)需要調(diào)整測試電流特征，和/或其可被配置成在特定事件發(fā)生時，例如基于接地電阻中的變化、充電循環(huán)的數(shù)量等來重新評價特征。如果接地連續(xù)性不適當(dāng)，則接地監(jiān)測器16可被配置成打開繼電器M (或根據(jù)接地監(jiān)測器的配置采取一些其它操作)。當(dāng)計算的接地電阻大于預(yù)定閾值時，接地連續(xù)性可被認(rèn)為不適當(dāng)。閾值傳感器M可被配置成輸出故障信號，以指示控制器52接地電阻是否已超過閾值?？刂破?2可以可操作地將閾值編程為單一值的界限和/或范圍界限?？刂破?2 也可以可操作地根據(jù)需要改變閾值，以支持測試標(biāo)準(zhǔn)的變化、不同電力網(wǎng)等。在打開繼電器M或以其他方式以導(dǎo)致阻止使用來自壁裝電源插座20的能量的方式指示故障之前，控制器52可能需要在同一時間發(fā)生的某些其它條件。例如，控制器52可能需要在以最可靠的測試電流特征集應(yīng)用測試電流時接收發(fā)生的故障信號?？刂破?2可記錄或以其它方式追蹤導(dǎo)致接地電阻故障的條件。為了確保故障由噪聲或真實接地故障造成，控制器52可被配置成將由信號發(fā)生器50應(yīng)用的測試電流限制至低于將會觸發(fā)包括在壁裝電源插座20內(nèi)的接地故障中斷器的那些電流水平的電流水平。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的、用于測試接地連續(xù)性的基于濾波器的方法。當(dāng)接地監(jiān)測器16被配置成便于基于濾波器的方法時，接地監(jiān)測器16包括被配置成過濾電壓差測量結(jié)果的濾波器60。濾波器60根據(jù)測試信號的頻率操作，以便來自濾波器 60的濾波信號輸出消除在不同于對應(yīng)濾波頻率的那些電流的電流處的電壓測量，所述濾波頻率即為當(dāng)試圖識別頻率為測試電流特征之一時由控制器52選定的頻率?？刂破?2可以可操作地將濾波頻率選擇為不同于住所內(nèi)的其它負(fù)載使用的頻率(即60Hz)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性方面的、用于測試接地連續(xù)性的基于定時的方法。當(dāng)接地監(jiān)測器16被配置成便于基于定時的方法時，接地監(jiān)測器16包括控制定時的開關(guān)64，以該定時，測試電流被引入到中性插頭。控制器52可以控制開關(guān)64，使得測試電流在相對于由火線插頭上攜帶的電流的頻率所設(shè)定的過零點限定的預(yù)定范圍內(nèi)被應(yīng)用到中性插頭?？刂破?2可以可操作地測量過零定時和/或?qū)⑦^零定時(在真實的過零點之前、期間或之后的時間量)選擇為導(dǎo)致了引起最緊密相關(guān)的電壓變化的振幅變化的定時。正如上面所支持的，本發(fā)明的一個非限制性方面設(shè)想控制電路和算法，其允許用于電動交通工具充電的安全接地連接的完整性的檢測。該電路可使測試電流穿過中性線到接地線的回路，用于標(biāo)準(zhǔn)110AC電壓接地中性應(yīng)用。此測試電流可以按照可與出現(xiàn)在AC中性線上的其它噪聲源容易區(qū)分的方式設(shè)置。本發(fā)明的一個非限制性方面可包括將連續(xù)AC測試電流送入中性到接地的回路， 其偏離典型的IlOV電源的60或50Hz的頻率。對測試電流的響應(yīng)可被同步過濾并被放大， 以在高水平噪聲上檢測低水平信號。此過程可連續(xù)地監(jiān)測接地連接的質(zhì)量。本發(fā)明的一個非限制性方面可包括把與電源電壓的低噪聲部分同步的脈沖測試電流送入中性到接地的回路。對測試電流的響應(yīng)可由微型控制器監(jiān)測，以在測試脈沖之前、 期間和之后進行測試，從而確定接地連接的質(zhì)量。按照要求，本發(fā)明的詳細(xì)實施方式在本文被公開，然而，應(yīng)當(dāng)理解，所公開的實施方式只是本發(fā)明的示例，而本發(fā)明可以按不同的和可選的形式體現(xiàn)。圖形不一定按比例繪制，一些特征可以被放大或被最小化，以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)性和功能性細(xì)節(jié)不能被解釋為限制性的，而只是作為關(guān)于權(quán)利要求的代表性基礎(chǔ)和/或作為關(guān)于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員不同地采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。各種實現(xiàn)實施方式的特征可以被組合，以形成本發(fā)明的進一步的實施方式。 雖然上面描述了示例性實施方式，但是意圖不是這些實施方式描述了本發(fā)明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞匯是描述性的詞匯，而非限制性的詞匯，并且應(yīng)當(dāng)理解，可以進行各種變化而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。此外，各種實現(xiàn)實施方式的特征可以被組合，以形成本發(fā)明的進一步的實施方式。
權(quán)利要求
1.一種充電系統(tǒng)，該充電系統(tǒng)用于交通工具且可操作為便于用從家用電力網(wǎng)的三叉型壁裝電源插座提供的能量對所述交通工具充電，所述系統(tǒng)包括三叉型終端，其可操作為連接到所述壁裝電源插座的中性插頭、火線插頭和接地插頭中的每個；供電電路，其可操作為操縱在所述三叉型終端處接收的能量，用于在對所述交通工具充電中使用；信號發(fā)生器，其可操作為將具有一種或多種特征的多個測試電流傳輸?shù)剿霰谘b電源插座，所述信號發(fā)生器還可操作為使所述多個測試電流的所述一種或多種特征發(fā)生變化； 以及控制器，其可操作為基于所述多個測試電流的傳輸過程中至少兩個所述終端之間的、 被檢測的電壓差來確定所述家用電力網(wǎng)的接地電阻；所述控制器還可操作為選擇所述多個測試電流的所述一種或多種特征，并評估所述被檢測的電壓差的質(zhì)量，用于識別導(dǎo)致所述接地電阻的最可靠評估的所述多個測試電流的所述一種或多種特征；以及所述控制器可操作為，如果在具有被識別為導(dǎo)致所述最可靠評估的所述一種或多種特征的所述多個測試電流的應(yīng)用過程中所述接地電阻被評估時，所述接地電阻大于預(yù)定閾值，則阻止所述供電電路對所述交通工具充電。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一種或多種特征包括振幅、頻率和過零定時中的至少兩個，所述控制器還可操作為，當(dāng)根據(jù)評估質(zhì)量模式進行操作時，選擇所述振幅、頻率和過零定時的所述至少兩個的組合，以便識別導(dǎo)致所述接地電阻的最可靠評估的所述多個測試電流的所述一種或多種特征。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還可操作為控制所述信號發(fā)生器以不同于從所述家用電力網(wǎng)流至所述火線插頭的電流的第二頻率的頻率應(yīng)用所述多個測試電流中的每個。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括濾波器，所述濾波器可操作為移除具有所述第二頻率的信號，所述濾波器還可操作為輸出經(jīng)濾波的信號供所述控制器在確定所述電壓差中使用。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還可操作為控制所述信號發(fā)生器，以在流至所述火線插頭的電流在預(yù)定的過零范圍內(nèi)的特定情況的時間處，應(yīng)用所述多個測試電流中的每個。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還可操作為選擇所述多個測試電流的特征，以防止觸發(fā)所述壁裝電源插座的上游接地故障中斷器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述三叉型終端是在所述交通工具內(nèi)的插座，該插座可操作為用延長線連接到所述壁裝電源插座的所述中性插頭、所述火線插頭和所述接地插頭中的每個。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括外殼、繼電器、第一延長線、以及第二延長線，所述外殼包含所述控制器和所述信號發(fā)生器，所述第一延長線可操作為將所述壁裝電源插座電連接到所述信號發(fā)生器、控制器、以及繼電器，所述第二延長線可操作為將所述繼電器連接到包括在所述交通工具內(nèi)的插座用于充電，所述控制器通過打開所述繼電器阻止對所述交通工具充電。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述供電電路可操作為將從所述壁裝電源插座提供的AC輸入整流為適于對所述交通工具充電的DC輸出。
10.一種接地監(jiān)測器，該接地監(jiān)測器可操作地耦合到具有AC電力網(wǎng)的火線插頭、中性插頭和接地插頭的三叉型電源插座，以基于所述電源插座的所述中性插頭和所述接地插頭之間的電壓差來檢測所述電力網(wǎng)的接地電阻，所述接地監(jiān)測器包括信號發(fā)生器，其可操作為將第一頻率的測試電流應(yīng)用到所述中性插頭，其中，所述電源插座的所述火線插頭接收流過其的第二頻率的電流，并且所述第一頻率不同于所述第二頻率；濾波器，其可操作為移除具有所述第二頻率的信號并輸出經(jīng)濾波的信號；以及電壓傳感器，其可操作為基于所述經(jīng)濾波的信號測量所述中性插頭和所述接地插頭之間的電壓差，在所述測試電流的應(yīng)用過程中，所述電壓差代表所述接地電阻。
11.如權(quán)利要求10所述的接地監(jiān)測器，還包括頻率傳感器和控制器，所述頻率傳感器可操作為感測流至所述火線插頭的所述電流的所述第二頻率，所述控制器借助所述頻率傳感器可操作為選擇所述測試電流的不同于所述第二頻率的所述第一頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的接地監(jiān)測器，其中，所述控制器還可按照頻率測試模式操作， 在所述頻率測試模式過程中，所述測試電流在多個頻率處被應(yīng)用，并且選擇所述第一頻率作為所述多個頻率中導(dǎo)致所述電壓差的最高質(zhì)量測量的一個頻率。
13.如權(quán)利要求12所述的接地監(jiān)測器，其中，所述控制器在所述頻率測試模式過程中還可操作為還針對所述多個頻率中的每個使所述測試電流的振幅發(fā)生變化，當(dāng)確定所述最高質(zhì)量測量時，所述控制器還可操作為檢測所述測試電流的變化的振幅。
14.如權(quán)利要求13所述的接地監(jiān)測器，其中，所述控制器還可操作為確定在所述變化的振幅的每個處引起的電壓變化，并且選擇對應(yīng)于所述多個頻率中的一個頻率的所述最高質(zhì)量測量，在所述多個頻率的所述一個頻率處，所述電壓變化實質(zhì)上與所述變化的振幅相關(guān)。
15.如權(quán)利要求10所述的接地監(jiān)測器，其中，在所述終端連接到所述中性插頭和所述接地插頭時，所述信號發(fā)生器連續(xù)地應(yīng)用所述測試電流。
16.如權(quán)利要求10所述的接地監(jiān)測器，其中，所述信號發(fā)生器在流過所述火線插頭的電流處于過零的時刻應(yīng)用所述測試電流。
17.一種接地監(jiān)測器，該接地監(jiān)測器用于AC電力網(wǎng)的三叉型電源插座且可操作為根據(jù)所述電源插座的中性插頭和接地插頭之間的電壓差來檢測所述電力網(wǎng)的接地電阻，所述接地監(jiān)測器包括信號發(fā)生器，其可操作為在流至所述火線插頭的電流在預(yù)定的過零范圍內(nèi)的特定情況的時間期間，將脈沖測試電流應(yīng)用到所述中性插頭；以及電壓傳感器，其可操作為在所述特定情況的時間期間測量所述中性插頭和所述接地插頭之間的電壓差，在所述測試電流的應(yīng)用過程中，所述電壓差代表所述接地電阻。
18.如權(quán)利要求17所述的接地監(jiān)測器，還包括控制器，所述控制器可按照過零測試模式操作，在所述過零測試模式過程中，在流至所述火線插頭的電流的過零之前和之后的多個時段處，所述測試電流被應(yīng)用，所述控制器選擇所述特定情況時間作為所述多個時段中導(dǎo)致所述電壓差的最高質(zhì)量測量的一個時段。
19.如權(quán)利要求18所述的接地監(jiān)測器，還包括所述控制器在所述頻率測試模式過程中還關(guān)于所述多個時段中的每個而使所述測試電流的振幅發(fā)生變化，當(dāng)確定所述最高質(zhì)量測量時，所述控制器考慮所述測試電流的變化的振幅。
20.如權(quán)利要求19所述的接地監(jiān)測器，還包括所述控制器確定在所述變化的振幅的每個處引起的電壓變化，并選擇對應(yīng)于多個頻率的一個的所述最高質(zhì)量測量，在所述多個頻率的所述一個處，所述電壓變化最密切地與所述變化的振幅相關(guān)。
全文摘要
公開了一種接地監(jiān)測器。接地監(jiān)測器可被配置成基于確定的接地電阻進行接地連續(xù)性測試。接地監(jiān)測器可以可操作為根據(jù)測試電流的應(yīng)用過程中檢測到的電壓差來確定接地電阻。
文檔編號G01R27/20GK102288834SQ20111014805
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·海恩, 阿夫塔卜·阿里·汗 申請人:李爾公司