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    配电 电路 诊断 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110092412.9

    申请日:

    2011.04.11

    公开号:

    CN102253306A

    公开日:

    2011.11.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/08申请日:20110411|||公开
    IPC分类号: G01R31/08; G01B7/02 主分类号: G01R31/08
    申请人: 福特全球技术公司
    发明人: 艾伦·罗伊·盖尔; 迈克尔·W·德格纳; 拉里·迪安·埃里
    地址: 美国密歇根州迪尔伯恩市
    优先权: 2010.04.13 US 12/759,291
    专利代理机构: 北京铭硕知识产权代理有限公司 11286 代理人: 王青芝;郭鸿禧
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110092412.9

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.12.09|||2013.04.17|||2011.11.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    提供了一种配电电路诊断系统。一种用于包括火线、中性线和地线的配电电路的诊断系统,所述诊断系统可包括:开关,电连接火线和中性线;第一传感器,感测火线至中性线的电学参数;第二传感器,感测中性线至地线的电学参数。所述诊断系统还可包括处理器,所述处理器闭合开关,监视在开关闭合之前和开关闭合之后感测的至少一些电学参数,基于监视的电学参数识别火线或中性线的故障情况。

    权利要求书

    1.一种用于包括火线、中性线和地线的配电电路的诊断系统,所述诊断
    系统包括:
    车辆,所述车辆包括用于感测火线和中性线的电学参数的传感器、用于
    感测中性线和地线的电学参数的传感器、用于基于感测的电学参数识别火线
    或中性线的故障情况的处理器。
    2.如权利要求1所述的系统,其中,处理器还基于感测的电学参数确定
    中性线的长度。
    3.如权利要求1所述的系统,其中,处理器还基于感测的电学参数确定
    中性线的线规。
    4.如权利要求1所述的系统,其中,车辆还包括开关,所述开关电连接
    到火线和中性线。
    5.如权利要求4所述的系统,其中,处理器还使得开关闭合。
    6.如权利要求5所述的系统,其中,所述电学参数中的至少一些在开关
    闭合之前以及开关闭合之后被感测。
    7.如权利要求1所述的系统,其中,火线和中性线的电学参数是跨火线
    和中性线的电压或者通过火线和中性线的电流。
    8.如权利要求1所述的系统,其中,中性线和地线的电学参数是跨中性
    线和地线的电压或者通过中性线和地线的电流。
    9.如权利要求1所述的系统,其中,处理器还基于感测的电学参数确定
    附加负载是否与火线和中性线电连接。
    10.一种用于包括火线、中性线和地线的配电电路的诊断系统,所述诊
    断系统包括:开关,电连接火线和中性线;
    第一传感器,感测火线至中性线的电学参数;
    第二传感器,感测中性线至地线的电学参数;
    处理器,基于感测的电学参数识别火线或中性线的故障情况。

    说明书

    配电电路诊断系统

    技术领域

    本发明涉及一种配电电路诊断系统,尤其涉及一种用于包括火线、中性
    线和地线的配电电路的诊断系统。

    背景技术

    通常对家庭住宅和商用建筑配线,以经电源插座供电。依据配线的范围
    或布局检查这种配线以识别故障可能是耗时的,费用高,和/或不切实际的。

    现有的诊断单元可跨配电电路的火线至中性线、火线至地线以及中性线
    至地线电连接电源。如果配线合适,则当跨火线至中性线或者火线至地线连
    接电源时,电源接通。如果配线不合适,则当跨中性线至地线连接电源时,
    电源接通。

    发明内容

    本发明提供了一种用于包括火线、中性线和地线的配电电路的诊断系统,
    所述诊断系统包括车辆,所述车辆包括用于感测火线和中性线的电学参数的
    传感器、用于感测中性线和地线的电学参数的传感器、用于基于感测的电学
    参数识别火线或中性线的故障情况的处理器。

    本发明提供了一种用于包括火线、中性线和地线的配电电路的诊断系统,
    所述诊断系统包括:开关,电连接火线和中性线;第一传感器,感测火线至
    中性线的电学参数;第二传感器,感测中性线至地线的电学参数;处理器,
    基于感测的电学参数识别火线或中性线的故障情况。

    包括火线、中性线和地线的配电电路的特征可在于:首先收集火线至中
    性线的电压信息,或者火线至中性线的电流信息,并收集中性线至地线的电
    压信息,或者中性线至地线的电流信息。然后,可基于收集到的信息来确定
    以下内容中的至少一个:中性线的长度、中性线的线规(gauge)以及火线或
    中性线的故障情况。

    附图说明

    图1是示例的配电电路和配电电路测试系统的实施例的示意图。

    图2是车辆的实施例的框图。

    图1和图2的相同标号可共享类似的描述,尽管该描述不必相同。作为
    示例,标号为10、110的部件可共享类似的描述。

    具体实施方式

    参照图1,以已知方式配置用于建筑12的示例配电电路10,以经电源插
    座16从电源14供电。电源插座16包括火线端18、中性线端20和地线端22。
    火线端18、中性线端20和地线端22分别与火线24、中性线26和地线28电
    连接?;鹣?4和中性线26经保险盒30与电源14电连接。当然,其他配置
    也是可以的。

    电源14具有相关电阻RS,火线24具有相关电阻R1,中性线26具有相
    关电阻R2。

    配电测试系统32的实施例可包括火线端34、中性线端36和地线端38。
    火线端34、中性线端36和地线端38可被配置为插头,所述插头被插入到电
    源插座16中。电压传感器40电连接在火线端34和中性线端36之间,因此
    可感测从火线24至中性线26的电压降(火线至中性线的电学参数)。另一电
    压传感器42电连接在中性线端36和地线端38之间,因此可感测从中性线
    26至地线28的电压降(中性线至地线的电学参数)。具有已知电阻RL的负
    载44和开关46也电连接在火线端34和中性线端36之间。

    或者,可使用电流传感器。例如,电流传感器(未示出)可电连接在火
    线端34和负载44之间,以感测通过火线24和中性线26的电流(火线至中
    性线的电学参数);电流传感器(未示出)和相关电压源(未示出)可电连接
    在中性线端36和地线端38之间,以感测通过中性线26和地线28的电流(中
    性线至地线的电学参数)等。

    配电测试系统32还可包括显示器48和微处理器50,所述微处理器50
    与电压传感器40、电压传感器42、开关46和显示器48通信,和/或用于操
    作性地控制电压传感器40、电压传感器42、开关46和显示器48。

    在当前实施例中,配电测试系统32可被配置为壁疣(wall?wart),以提
    供独立诊断性能。参照图2,在其他实施例中,可将配电测试系统132与车
    辆135的车上(或外接)电池充电器133集成,以在对车辆的电池137充电
    之前分析配电电路110。其他配置和方案也是可以的。

    如下面更详细地解释,微处理器50可基于电压传感器40、42报告的电
    压(和/或电流,根据情况而定)来分析配电电路10的特性。例如,配电测
    试系统32可确定是否有电连接在火线24和中性线26之间的附加负载52,
    确定火线24或中性线26是否有故障,确定中性线26的长度,和/或确定中
    性线26的线规。例如,这种分析和/或故障识别可经显示器被报告,存储在
    存储器中用于稍后的访问,或者经合适的无线/有线发送系统(未示出)被发
    送。

    电路上的附加负载

    为了确定配电电路10上是否存在另一负载52,微处理器50可基于分别
    来自电压传感器40、42的信息来确定VLNt=0(在闭合开关46之前火线至中
    性线的电压降)和VNGt=0(在闭合开关46之前中性线至地线的电压降)。然
    后,微处理器50可使开关46闭合,并基于来自电压传感器40、42的信息来
    确定VLNt=1和VNGt=1(分别为在闭合开关46之后火线至中性线的电压降以
    及中性线至地线的电压降)。接着,微处理器50可通过下面的关系确定通过
    火线24和中性线26的电流I以及与中性线26相关的电阻R2。

    I=VLNt=1/RL????????????????(1)

    R2=(VNGt=1-VNGt=0)/I?????(2)

    最后,微处理器50可通过下面的关系确定与负载52(如果存在)相关
    的电流Ial。

    Ial=VNGt=0/R2??????????????(3)

    大于某一预定阈值的Ial可指示在配电电路10上存在有效负载52??墒?br />用大于σ(例如,0.1A)的阈值来对以上处理中的错误进行计数,所述阈值
    可基于测试、仿真等。

    中性线的长度

    为了确定中性线26的长度L,微处理器50可首先例如从存储器中存储
    的用于各种线规的表中检索每个单位长度的电阻信息βG。然后,微处理器50
    可通过下面的关系确定于每个线规相关的长度L。

    L=R2/βG?????????????????????(4)

    如果已经知道或者另外确定了线规,则微处理器50可仅需要检索用于该
    特定线规的每个单位长度的电阻信息。

    如果假定R1≈R2,则火线24的长度近似等于中性线26的长度L。

    中性线的线规

    为了确定中性线26的线规G,微处理器50可首先通过(2)确定在两个
    时间实例的R2(例如,R2t和R2t+250;即相隔250秒的两个R2值。然而,
    还可使用其他时间段)。然后,微处理器50可基于下面的关系确定电线温度
    的变化。

    ΔT=(R2t+250-R2t)/(α×R2t)????????(5)

    这里,α是电线中使用的金属(假定为铜)的温度系数??苫谙旅娴?br />关系使用这种温度的变化ΔT来确定中性线26的质量m。

    m=Qw/(c×ΔT)?????????????????????????(6)

    其中,c是比热容,比热容是材料(在该示例中为铜)的特定常数,Qw
    是电线中存储的能:

    Qw=∫(I2×R2)dt-Qrejected?????????????(7)

    其中,Qrejected是从电线传递至周围环境的任何的热量。该术语可假定为
    正数。

    还可基于下面的关系来确定中性线26的质量m。

    m=ζ×A×L????????????????????????????(8)

    其中,ζ是电线的密度,A和L分别是电线的横截面面积和长度。对于
    特定的线规,必须知道横截面面积。对于特定线规,通过(4)来确定长度。

    针对每个可能的线规,可通过(8)来确定各自的质量??山庑┲柿恐?br />的每个质量与通过(6)确定的质量进行比较。通过假定Qrejected≥0,可将质
    量等于或小于通过(6)确定的质量的线规假定为中性线26的线规。作为示
    例,如果通过(6)发现质量为6kg,通过(8)发现对于12线规质量是8kg,
    通过(8)发现对于14线规质量是5kg,则可假定中性线26的线规是14线
    规(以上二者中较小的一个)。这可提供如下优点:当确定配电电路的最大安
    全电流容量时,选择具有较低的额定电流容量的电线。

    火线和/或中性线的故障

    为了确定火线24和/或中性线26中是否存在故障,微处理器50可检查
    与电源14相关的电阻RS。因为不直接测量该电阻,所以微处理器50可通过
    下面的关系来确定该电阻。

    VLNt=1-VLNt=0=I×(R1+R2+RL+RS)????????(9)

    重新配置(9)以产生(10)。

    R1+RS=((VLNt=1-VLNt=0)/I)-(R2+RL)?????(10)

    RS=(R1+RS)-R2??(假定R1≈R2)???????????????(11)

    假定电源14供应的电能的95%(通常行业规定的平均值)到达电源插座
    16,并且配电测试系统32对配电电路10产生6A(即,在120V,RL=20Ω)
    的负载,则配电测试系统32应该消耗720W(120V×6A)。然而,为了使电
    源14提供720W,需要产生758W(720W/0.95)。对于普通技术人员而言清
    楚的是:

    P=I2×RS??????????????????????????????????(12)

    在该示例中,RS=1Ω(P=38W,I=6A)。类似地,如果配电测试系统32
    对配电电路10产生12A的负载,则RS=0.5Ω。因为由配电测试系统32所产
    生的负载是已知的,所以微处理器50可确定用于RS的合理的值。

    如果微处理器50从(11)发现RS是负数(或者小于其期望值),则微处
    理器50可通过显示器48报告中性线26内潜在的故障情况,例如,不牢固的
    连接,断线等。(在正?;肪诚?,R1≈R2。负的RS指示R2>R1+RS。)如果从
    (11)微处理器50发现RS大于其期望值,则微处理器50可通过显示器48
    报告火线24内潜在的故障情况。(相对大的RS可指示R1>>R2)。

    参照(5)和(6),普通技术人员将认识到,通常在电源14和保险盒30
    之间使用的大且长的电线由于通过RL的电流将经历轻微的温度上升,所以
    RS的任何变化将由于R1和R2的变化所导致。

    微处理器50还可检查确定的RS的值是否随时间显著变化,以识别火线
    24或中性线26内潜在的故障情况。电线的电阻随电线变热而增加。根据(11),
    如果火线24和中性线26以近似相同的速率变热,则RS将保持相对不变。如
    果因为火线24内的故障,火线24比中性线26变热的快得多(一旦闭合开关
    46),则RS的值增加(因为R1的值比R2的值增加的快)。如果因为中性线
    26内的故障,中性线26比火线24变热的快得多,则RS的值减小(因为R2
    的值比R1的值增加的快)。

    对于普通技术人员而言清楚的是,这里公开的算法对于处理装置而言是
    可实现的,所述处理装置可包括任何现有的电子控制单元或专用的电子控制
    单元,任何现有的电子控制单元或专用的电子控制单元以任何形式包括(但
    不限于)不可写存储介质(例如,ROM装置)上永久存储的信息和可写存储
    介质(例如,软盘、磁盘、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质)上可变
    地存储的信息?;蛘?,可通过使用合适的硬件组件(例如,专用集成电路
    (ASIC)、状态机、控制器或其他硬件组件或装置)或硬件、软件和固件的
    组合。

    尽管已示出和描述了发明的实施例,但这些实施例没有意图示出和描述
    发明的所有可能形式。说明书中使用的词是描述性而非限制性的词,应该理
    解,在不脱离发明的精神和范围的情况下,可进行各种变化。

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