專利名稱：分析實(shí)際交流電壓源阻抗的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣測(cè)量裝置和一種分析出現(xiàn)在電線或電氣設(shè)備上的實(shí)際交流電壓、從而決定交流電壓的阻抗源的性質(zhì)并當(dāng)被分析的電壓超過(guò)一閾值和表明是低阻抗源時(shí)給出告警的方法。
當(dāng)電氣公用事業(yè)公司的沒(méi)有帶電操作技術(shù)的線路維修人員需要在電力線上或在危險(xiǎn)地接近電力線情況下工作時(shí)，公用事業(yè)公司不可避免地要切斷這種電線或電氣設(shè)備的電源。此外，該線路維修人員還必須在進(jìn)行工作前對(duì)該線路上是否有電進(jìn)行檢驗(yàn)。為了確定線路上的電壓狀況，該線路維修人員要把一個(gè)電壓探測(cè)器連接到該線路上。維修人員用取決于電壓探測(cè)器的類(lèi)型的探測(cè)器，測(cè)量存在于線上的電壓例如感應(yīng)電壓，或者檢測(cè)有無(wú)超過(guò)某一預(yù)定閾值的電壓存在。當(dāng)測(cè)量電壓時(shí)，維修人員要判斷斷開(kāi)電源的線上的該電壓讀數(shù)是不是危險(xiǎn)，也就是說(shuō)，判斷這種電壓是來(lái)自高阻抗源諸如來(lái)自鄰線的感應(yīng)電壓，還是來(lái)自線路仍然處于接通的、具有很高危險(xiǎn)性的實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)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(gè)錯(cuò)誤的判斷可能使其死于非命。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，我們?cè)O(shè)想這樣一種危險(xiǎn)的情況有一根已經(jīng)斷開(kāi)電源的25KV線斷裂后落到了一條600伏的帶電電線上。這時(shí)，連接在25KV線的探測(cè)器指示的是一個(gè)相對(duì)于預(yù)期電壓來(lái)說(shuō)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(gè)感應(yīng)電壓而不是來(lái)自低阻抗配電網(wǎng)絡(luò)的600伏電源。更危險(xiǎn)的是，如果探測(cè)器有一個(gè)閾值，而這600伏低于該閾值，則在電壓表上就根本看不出有任何危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種電氣測(cè)量裝置，用它可以對(duì)電線上的實(shí)際交流電壓進(jìn)行分析，決定交流電壓的性質(zhì)，以確定該電壓是來(lái)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(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種分析存在于電線或電氣設(shè)備上的交流電壓的性質(zhì)的方法以確定該電壓是來(lái)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(shù)的缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明的上述特點(diǎn)，從本發(fā)明的一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，本發(fā)明主要提供了一種分析存在于電線或電氣設(shè)備上的交流電壓以確定交流電壓源的性質(zhì)的電氣測(cè)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，一用于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(dǎo)電的一第一串聯(lián)低電阻元件。一低阻值端接電阻連接到該一第一串聯(lián)低電阻元件的輸出端。一第二串聯(lián)高阻值電阻與該低電阻元件并聯(lián)連接。在交流電的另一個(gè)半周期間，該交流電出現(xiàn)在第二串聯(lián)高阻值電阻的兩端。一測(cè)量電路耦連到串聯(lián)低值電阻元件且能區(qū)別來(lái)自兩串聯(lián)電阻元件的電壓信號(hào)，并設(shè)有計(jì)算電路裝置以確定電壓信號(hào)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(shè)有告警狀態(tài)產(chǎn)生裝置，當(dāng)?shù)妥杩乖闯^(guò)某一預(yù)定閾值時(shí)，它就發(fā)出告警狀態(tài)。
本發(fā)明的另一主要目的在于提供一種對(duì)存在于電線或電氣設(shè)備上的交流電壓的性質(zhì)進(jìn)行分析的方法以確定該電壓來(lái)自高阻抗源還是低阻抗源。該方法包含設(shè)置一個(gè)具有一第一串聯(lián)低值單向元件和一第二并聯(lián)連接的串聯(lián)高值電阻的雙阻抗探頭。這些并聯(lián)、串聯(lián)連接的元件與一串聯(lián)低值電阻元件相連。該探頭的一個(gè)輸入端連到電線或電氣設(shè)備上以使在探頭的一輸出端產(chǎn)生諸輸出信號(hào)電壓，它們代表僅在諸串聯(lián)的低值電阻元件兩端出現(xiàn)的電壓和也代表在與串聯(lián)高值電阻串聯(lián)的串聯(lián)低值電阻元件兩端出現(xiàn)的電壓。探頭的另一輸出端接地。然后該輸出電壓信號(hào)在一探頭的輸出端進(jìn)行算術(shù)處理以確定它們是來(lái)自高阻抗源還是低阻抗源。如果一表示低阻抗源的某一預(yù)定閾值被超過(guò)，則發(fā)出告警狀態(tài)。
現(xiàn)在參照下面的附圖對(duì)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例進(jìn)行描述。


圖1表示本發(fā)明的連接于測(cè)量電路雙阻抗探頭的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2表示源阻抗的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析的示意圖;
圖3表示電流流進(jìn)如圖1所示探頭的電阻(阻性)支路時(shí)的源阻抗的數(shù)學(xué)分析的進(jìn)一步簡(jiǎn)化示意圖。
現(xiàn)在來(lái)看附圖，具體說(shuō)是看圖1。在圖1中編號(hào)10表示本發(fā)明的用于分析存在于電線11或電氣設(shè)備上一端或其它測(cè)量元件上的交流電壓的電氣測(cè)量裝置。本發(fā)明的裝置10用來(lái)確定線11上的交流電壓的性質(zhì)以確定該電壓是來(lái)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(chǎn)生的還是由如配電網(wǎng)絡(luò)帶電電源產(chǎn)生的。如圖所示，該裝置設(shè)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(lián)低電阻元件，在圖中是串聯(lián)的正向偏置的二極管13，另外還有一并聯(lián)連接的串聯(lián)高值電阻14。這種13、14并聯(lián)連接部分的輸出與另一阻值比串聯(lián)電阻14為低的串聯(lián)電阻15相連。串聯(lián)電阻15的典型值為4兆歐，而串聯(lián)電阻14總值可達(dá)100至200兆歐。
串聯(lián)電阻15的輸出串聯(lián)連接到測(cè)量電阻16和18上，在它們(16和18)的兩端連到測(cè)量電路17。上述電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到地端19。
測(cè)量電路17設(shè)有一第一輸入端20和一第二輸入端21。一反偏的二極管22連于第一輸入端20，而一正偏二極管23連于一第二輸入端21。因此，可以看出在線11上交流電壓的正半周期間，二極管13導(dǎo)通，線11的電壓將加在串聯(lián)電阻R1和測(cè)量電阻16和18的兩端。測(cè)量電阻18輸出端上的電壓將在開(kāi)關(guān)24的輸入端產(chǎn)生一電壓信號(hào)，開(kāi)關(guān)24將動(dòng)作而將此電壓信號(hào)連到一緩沖放大器25然后饋送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器27的輸入端26。該轉(zhuǎn)換器將處理模擬信號(hào)并產(chǎn)生一數(shù)字信號(hào)輸出送到算述單元28，它按照后面將描述的數(shù)學(xué)分析處理此信號(hào)。類(lèi)似地，在線11上的電壓信號(hào)的負(fù)半周期間，測(cè)量電阻16和18的輸出端上的電壓將加到第二開(kāi)關(guān)29的輸入端，經(jīng)過(guò)它連到同一緩沖放大器25，以在轉(zhuǎn)換器27的輸出端產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)而饋送給算術(shù)單元28。同步電路30和31使算術(shù)單元鑒別輸入端20和21上的輸入電壓信號(hào)。一個(gè)發(fā)出信號(hào)或告警的電路32耦連到算術(shù)單元28的輸出并在算術(shù)單元測(cè)得的阻抗值表明線路11上的交流電壓是來(lái)源于高阻抗源或低阻抗源時(shí)提供可見(jiàn)和/或可聽(tīng)和/或告警指示。這樣的指示是由將這些值與編程在算術(shù)單元28中的閾值比較后導(dǎo)出的。一個(gè)低阻抗源將觸發(fā)告警信號(hào)。
分析測(cè)量電路17輸入端上存在的電壓信號(hào)的方法是通過(guò)下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)完成而確定源阻抗的，其中Ic.c.＝Vs/Zs這里，Vs是源電壓;Zs是源阻抗;而Ic.c.是短路電流。
上述數(shù)學(xué)表達(dá)式由下面的數(shù)學(xué)關(guān)系確定的。我們知道，如果電線連到配電源，源阻抗實(shí)際為零，短路電流將非常大。另一方面，如果電線開(kāi)路，僅因與鄰近的其它線路的電容耦合而導(dǎo)電，則該線所能提供的電流大小決定于線之間的耦合程度。如果耦合弱、則該線上存在的能量可以忽略。
現(xiàn)在看圖2，它表示電容耦合和通過(guò)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(jù)這種耦合計(jì)算源阻抗，則就可將它與危險(xiǎn)的閾值基準(zhǔn)值相比較以確定該線是不是危險(xiǎn)的。參看圖2，圖中電壓源用編號(hào)40表示。電容41或Z1表示耦合阻抗，而電容42表示開(kāi)路線的阻抗，假設(shè)它不帶電壓但也不接地。連到一個(gè)電源的電線43上的電壓，這里用VL表示。在該線開(kāi)路且直接連接到配電網(wǎng)絡(luò)的情況下，耦合阻抗41或Z1近于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(shù)學(xué)表達(dá)式表示VL＝V＊Z2/(Z1+Z2)VL＝V＊C1/(C1+C2)兩阻抗Z1和Z2的相對(duì)值確定開(kāi)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(zhǎng)度的函數(shù)。Z2為開(kāi)路線離地的距離和它的長(zhǎng)度的函數(shù)。
如果我們?cè)陂_(kāi)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(fù)載值的函數(shù)。對(duì)于電阻性負(fù)載電阻R1，電壓VL1由下式表示VL1＝V＊jωC1R1/(jωR1(C1+C2)+1)對(duì)于電阻性負(fù)載R2，電壓VL2數(shù)學(xué)表達(dá)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后通過(guò)將兩個(gè)相應(yīng)的等式相等起來(lái)以析出源阻抗Z1，我們就能得到下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式(VL2-VL1/(I1-I2)＝1/jω(C1+C2)其中I1是圖3中電阻R1的環(huán)流電流;I2是圖3電阻R2的環(huán)流電流。通過(guò)以下面的方式表達(dá)圖2的電源電壓和兩個(gè)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(jié)構(gòu)，我們能導(dǎo)出下面阻抗源表達(dá)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(dá)如下Zs＝1/jω(C1+C2)且其中Zs對(duì)應(yīng)于由C1和C2表示的并聯(lián)阻抗41和42。
電源電壓Vs可通過(guò)下面表達(dá)式用矢量方法加以計(jì)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(duì)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(jì)算出來(lái)。
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(shí)源所能提供的電流。這種短路電流用下面數(shù)學(xué)表達(dá)式表示Ic.c.＝Vs/Zs因此，按照所獲得的信息，通過(guò)在線上交替連接兩個(gè)其值相差懸殊的電阻，我們能導(dǎo)出下面的信息1.被接觸之前存在于線上的電源電壓Vs;
2.電源阻抗Zs、當(dāng)它接入配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(cè)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(duì)這里所述較佳實(shí)施例的任何明顯的修改和變化，如果它們落入所附權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)，本發(fā)明將把這些修改和變化包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如電阻元件和探頭可以取與這兒所示的不同值，測(cè)量電路17也可以用許多不同方式構(gòu)成而得到所需要的結(jié)果，等等。
權(quán)利要求
1.一種分析電線或電氣設(shè)備上的實(shí)際交流電壓以確定所述交流電壓值的電氣測(cè)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(dǎo)電的一第一串聯(lián)低電阻元件，一串聯(lián)低值電阻連接到所述第一串聯(lián)低電阻元件的輸出端，一第二串聯(lián)高值電阻與所述低電阻元件并聯(lián)，在所述交流電壓的另一半周期間，所述交流電壓出現(xiàn)在所述第二串聯(lián)高值電阻的兩端，一測(cè)量電路耦連到所述測(cè)量電阻并能鑒別來(lái)自兩個(gè)所述串聯(lián)電阻元件的所述電壓信號(hào)，且具有計(jì)算電路裝置以確定所述電壓信號(hào)是來(lái)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(yù)定閾值被超過(guò)，則一告警指示器發(fā)出警告指示。
2.如權(quán)利要求1所述電氣測(cè)量裝置，其特征在于，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(lián)二極管，以便在所述交流電壓的正周期間導(dǎo)通，所述二極管能承受高壓且在所述負(fù)周期間與所述第二串聯(lián)電阻中的電流相比其電流可以忽略不計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述電氣測(cè)量裝置，其特征在于，所述串聯(lián)低值電阻有4兆歐的值，所述串聯(lián)高值電阻總值為100至200兆歐。
4.如權(quán)利要求2所述電氣測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量電路有兩個(gè)輸入端，分別連到串聯(lián)連接的測(cè)量電阻之一的對(duì)應(yīng)的一側(cè)上，在所述串聯(lián)低值電阻和一接地的第二測(cè)量電阻之間，所述兩輸入端之一有正偏輸入二極管以接受所述正電壓信號(hào)而阻止所述負(fù)電壓信號(hào)，而另一輸入端有反偏輸入二極管以接受所述負(fù)電壓信號(hào)而阻止所述正電壓信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述電氣測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量電路包含各自分別連于兩輸入端的對(duì)應(yīng)端的開(kāi)關(guān)裝置以便把所述正和負(fù)電壓信號(hào)串聯(lián)連接到饋送給模/數(shù)變換器的調(diào)節(jié)電路(Condition-ing circuit)，該模數(shù)電路則把代表所述電壓信號(hào)的數(shù)字信號(hào)饋送給算術(shù)電路，在那里所述信號(hào)被分析并與基準(zhǔn)值比較以產(chǎn)生輸出信號(hào)饋給所述告警裝置。
6.一種分析電線或電氣設(shè)備上交流電壓值的方法以確定所述電壓是來(lái)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(lián)低值單向元件和第二并聯(lián)連接的串聯(lián)高值電阻的雙阻抗探頭;所述并聯(lián)的串聯(lián)連接元件連接到一串聯(lián)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(shè)備上以便在所述探頭的一輸出端上產(chǎn)生代表僅在所述串聯(lián)低值電阻兩端并也在與所述串聯(lián)高值電阻串聯(lián)的所述串聯(lián)低值電阻兩端出現(xiàn)的輸出電壓信號(hào);4)對(duì)探頭輸出端的所述輸出電壓信號(hào)進(jìn)行算術(shù)處理以確定它們是來(lái)自高阻抗源還是低阻抗源;5)指示源阻抗的性質(zhì);和6)在所述輸出電壓信號(hào)超過(guò)表示低阻抗源的閾值時(shí)給出告警指示。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟1)包含提供一第一串聯(lián)二極管作為所述低值單向元件并將它們正向偏置連接，所述串聯(lián)低值電阻兩端的所述輸出電壓信號(hào)在所述交流電壓的正半周期間產(chǎn)生。
8.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟4)包含進(jìn)行下面的數(shù)學(xué)式的運(yùn)算以確定源阻抗，其中Ic.c.＝Vs/Zs這里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(shè)備上實(shí)際交流電壓的方法和電氣測(cè)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(lián)單向元件和一第二并聯(lián)連接的串聯(lián)高值電阻元件構(gòu)成。串、并聯(lián)連接的元件部分的輸出連到第三串聯(lián)低值電阻元件。一測(cè)量電路連到第三串聯(lián)低值電阻元件并能夠鑒別來(lái)自兩個(gè)串聯(lián)電阻元件的電壓信號(hào)。測(cè)量電路具有一計(jì)算電路以確定電壓信號(hào)是來(lái)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(yù)定閾值是否被超過(guò)。
文檔編號(hào)G01R27/02GK1059407SQ9110586
公開(kāi)日1992年3月11日 申請(qǐng)日期1991年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月17日
發(fā)明者蓋伊·羅斯 申請(qǐng)人:海德勒-魁北克