[发明专利]一种使用断路器监测负载电路的装置和方法

说明书

一种方法和装置提供了一种改进的方式来监测电路的恶化并获得恶化的预先警告，从而可以在断路器使电路跳闸之前采取行动。该方法为电路建立基准线，包括监测电路的电压和电流的零交叉点。在操作中，使用零交叉点监测电路，并将此信息与基准线进行比较以确定是否发生了变化。基准线信息建立了表示电路正在恶化的阈值，以便可以提供适当的信号，从而采取适当的措施、中断电路、采取补救措施等。

发明领域

提供了一种使用断路器监测负载电路的装置和方法，其使用电路的回路中性侧(return neutral side)来允许更准确和精确地监测电路两端的电压、电流、电容和阻抗。

背景技术

从历史上看，配电断路器已经存在多年，最新的类型具有接地故障中断功能。这些用于断开电路的传统方法是基于电路的线路侧汲取过大电流(超过额定容量)并“跳闸(tripping)”或使电路断电直到复位，这通常是手动的。最近的设备改进已经结合了使用本地网络的各种通信技术，以便可以通过断路器手动复位以外的其他方式进行复位。

图1是一个典型的配电中心1，它为连接到插座、灯和电器的电线网络提供单相115/230V电源。每个115V网络都有负载断路器2，而230V网络有双极断路器10，以便在负载线4上出现过大电流情况时提供干预方法，而回线(return wire)5和地线6则完成电路返回到接地棒(ground bar)3，以便电流流入网络。115V网络可以包括插座7、灯9、开关8和负载13。230V网络使用负载4和回线5来提供带有地线6的电源以完成电路。这些类型的跳闸断路器已经存在多年，并为电路汲取瞬时过量电流提供干预。在1960年代，开发了接地故障中断断路器并发展成熟为断路器，通常用于潮湿场所。这些类型的断路器还提供了一种仅当电路上汲取过大电流时进行干预的方法。

配电网络中的电气火灾给居民造成的损失超过20亿美元，近2700人丧生，而在非住宅建筑中，共有1550人受伤，另外还有20亿美元的火灾损失。

传统的断路器、烟雾探测器和接地故障中断电路虽然提高了安全性，但并不能进一步减少这些事件的发生。

因此，需要对在断路器跳闸之前仅依赖过大的电流汲取的现有技术的断路器进行改进。

发明内容

本发明用于对给定配电网络中存在的电气特性更敏感的情况，但会包括与特定电路相关联的负载。

本发明具有测量电源电气特性的功能，但与传统断路器不同的是，它使用电路的回路中性侧。这对于准确和精确地监测电路和负载两端的电压、电流、电容和阻抗非常重要。这些电气特性的微小非典型变化表示火灾的可能性。采用算法绘制性能曲线来处理只能通过监测电源和回路来测量的电气特性。本发明是一种人工智能设备，其从历史电路性能中学习，能够清楚地识别远低于典型配电断路器的额定电流消耗的操作限制，并在出现与过大电流情况相关的热量之前预测火灾的可能性。声音警报、与各种其他电源的通信和/或最终干预电路将根据算法曲线的预设限制提醒用户发生火灾的可能性。

本发明可以采用多种布置方式，可以是带有发射器的集成断路器、结合到断路器的远程传输控制单元，或集成到主母线的远程控制单元；但不限于这些配置。本发明也可以部署在主断路器、继电器或开关单元上，并且本发明不受限于电压或电流的限制。

更具体地，提供了一种使用断路器监测负载电路的方法，该方法基于正弦曲线中的角位移、功率因数、阻抗、电容和感抗，根据正弦曲线的零交叉点附近的电路的电压和电流，建立电路随时间的基准线，该基准线是基于监测时间段和开始时间段。该方法在一段时间中反复监测运行中的工作电路在该工作电路的正弦曲线的零交叉点附近的情况，其使用了角位移、功率因数、阻抗、电容和感抗，用于确定工作电路的负载的基准线。将基准线与来自监测步骤的信息进行比较，以确定运行中的工作电路的劣化和衰减曲线，衰减曲线提供电路恶化的指示，衰减曲线提供生成警报和/或使电路不可操作的指引。