专利名称：配电电路诊断系统的制作方法
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。
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。
具体实施例方式参照图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、中性线沈和地线28电连接。火线m和中性线沈经保险盒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m具有相关电阻r1,中性线沈具有相关电阻&。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m至中性线沈的电压降(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沈至地线观的电压降(中性线至地线的电学参数)。具有已知电阻&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，以感测通过火线对和中性线沈的电流(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，以感测通过中性线沈和地线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m和中性线沈之间的附加负载52，确定火线m或中性线沈是否有故障，确定中性线沈的长度，和/或确定中性线沈的线规。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vmt = q(在闭合开关46之前火线至中性线的电压降)和vne@t = q(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vum = ！和vne@t = ！(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m和中性线沈的电流i以及与中性线沈相关的电阻&。i = vln@t = 1/rl(1)r2 = (vng@t = 1-vng@t = 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 = vng@t = 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。可使用大于 σ (例如，0. 1α)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沈的长度l，微处理器50可首先例如从存储器中存储的用于各种
4线规的表中检索每个单位长度的电阻信息β<；。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/ β g(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 &，则火线m的长度近似等于中性线沈的长度l。中件线的线规,为了确定中性线沈的线规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，r2@t和&@t 25q ；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。 δ t = (r2@t 250"r2@t)/(α x r2j(5)这里，α是电线中使用的金属(假定为铜)的温度系数。可基于下面的关系使用这种温度的变化δ t来确定中性线沈的质量m。m = qw/ (c x δ τ)(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 = / (i2xr2)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 xaxl(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。可将这些质量中的每个质量与通过(6)确定的质量进行比较。通过假定(^jerted彡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^g，通过(8)发现对于12线规质量是mcg，通过(8)发现对于14线规质量是^g，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m和/或中性线沈中是否存在故障，微处理器50可检查与电源14 相关的电阻&。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。vum = rvln@t =。= ix ( )(9)重新配置(9)以产生(10)。r^rs = ((vln@t = rvlnm = ο)/i) - (r2 rl) (10)rs = (r1 rs)-r2 (假定 r1^k)(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，& = 20 ω )的负载，则配电测试系统 32应该消耗720w(120vx6a)。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
在该示例中，rs = 1 ω (p = 38w，i = 6α)。类似地，如果配电测试系统32对配电电路10产生12α的负载，则& = 0. 5 ω。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&的合理的值。如果微处理器50从(11)发现&是负数(或者小于其期望值)，则微处理器50可通过显示器48报告中性线沈内潜在的故障情况，例如，不牢固的连接，断线等。(在正常环境下，r1 ^ &。负的&指示& > r1 !^ )如果从(11)微处理器50发现&大于其期望值，则微处理器50可通过显示器48报告火线m内潜在的故障情况。(相对大的&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&的电流将经历轻微的温度上升，所以&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&的值是否随时间显著变化，以识别火线m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)，如果火线对和中性线沈以近似相同的速率变热，则&将保持相对不变。如果因为火线m内的故障，火线对比中性线沈变热的快得多(一旦闭合开关46)，则&的值增加(因为rl的值比r2的值增加的快)。如果因为中性线沈内的故障，中性线沈比火线m变热的快得多，则&的值减小(因为r2的值比rl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。或者，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。
权利要求
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o
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。
全文摘要
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。
文档编号g01b7/02gk102253306sq20111009241
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月11日 优先权日2010年4月13日
发明者拉里·迪安·埃里, 艾伦·罗伊·盖尔, 迈克尔·w·德格纳 申请人:福特全球技术公司