электронное измерительное устройство и блок диагностики электрической системы

Формула изобретения

1. Электронное измерительное устройство с блоком диагностики электрической системы, отличающееся тем, что указанный блок включает в себя микропроцессор, блок памяти, пригодный для соединения с микропроцессором, логическую схему для автоматического периодического проведения заранее выбранных проверок измерительного устройства и для регистрации любых обнаруженных при этом ошибок, логическую схему для автоматического периодического проведения заранее выбранного ряда диагностических проверок системы и для регистрации любых результатов, превышающих заранее определенные пороговые значения, средство индикации для индикации сообщений об ошибках с указанием одной или нескольких ошибок, обнаруженных в результате проверок измерительного устройства, проведенных в течение заранее определенного периода, и средство индикации для индикации диагностических сообщений с указанием любых ошибок, обнаруженных в результате диагностических проверок системы, проведенных в течение заранее определенного периода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя логическую схему для автоматического определения вида электрической системы энергоснабжения, в которой установлено измерительное устройство.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что логическая схема для автоматического определения вида электрической системы энергоснабжения, в которой установлено измерительное устройство, выполнена с возможностью определения вида электрической системы энергоснабжения во время инициализации измерительного устройства после его монтажа.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что логическая схема для автоматического определения вида электрической системы энергоснабжения, в которой установлено измерительное устройство, выполнена с возможностью определения вида электрической системы энергоснабжения после переконфигурации измерительного устройства.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что логическая схема для автоматического определения вида электрической системы энергоснабжения, в которой установлено измерительное устройство, выполнена с возможностью автоматического периодического определения вида электрической системы энергоснабжения во время обычной работы измерительного устройства.

6. Блок диагностики электрической системы электронного измерительного устройства, отличающийся тем, что он включает в себя микропроцессор, блок памяти, пригодный для соединения с микропроцессором, и логическую схему для автоматического определения вида электрической системы, в которую установлено измерительное устройство.

7. Блок по п. 6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит логическую схему для определения информации о напряжении в электрической системе.

8. Блок по п. 7, отличающийся тем, что логическая схема для определения информации о напряжении в электрической системе включает в себя логическую схему для определения фазового угла, как минимум, одного вектора напряжения относительно выбранного базового вектора напряжения, а логическая схема для определения вида электрической системы энергоснабжения включает в себя логическую схему для сравнения фазового угла напряжения, как минимум, одного вектора напряжения относительно выбранного базового вектора напряжения с набором заранее выбранных углов вектора напряжения для различных возможных видов электрической системы энергоснабжения и определения вида электрической системы энергоснабжения, если она представлена в виде функции угла вектора напряжения.

9. Блок по п. 8, отличающийся тем, что логическая схема для определения фазового угла, как минимум, одного вектора напряжения относительно выбранного базового вектора напряжения включает в себя логическую схему для хранения накопленных цифровых значений, соответствующих мгновенным значениям напряжения, измеренным для базового вектора Х_b, хранения накопленных цифровых значений, соответствующих мгновенному значению, измеренному для другого выбранного вектора Х_n, определения для заранее определенного периода среднеквадратических значений для Х_b и Х_n, обозначаемых Х_{b скв} и Х_{n скв} соответственно, определения произведения Р значений Х_{b скв} и Х_{n скв}, определения среднего значения Q произведения двух синусоид, соответствующих Х_b и Х_n, и определения среднего значения Y произведения двух синусоид, соответствующих Х_n и сдвинутому варианту Х_b, обозначаемому Х_b(-90).

10. Блок по п. 9, отличающийся тем, что логическая схема для определения фазового угла, как минимум, одного вектора напряжения относительно выбранного базового вектора напряжения дополнительно включает в себя логическую схему для определения величины фазового угла одного вектора относительно выбранного базового вектора , равного arccos (Q/P).

11. Блок по п. 10, отличающийся тем, что базовый вектор Х_b - это вектор напряжения фазы А, а другой выбранный вектор Х_n - это вектор напряжения фазы С.

Описание изобретения к патенту

Эта заявка является частичным продолжением заявки 08/037938 "Блок системной проверки и поиска неисправностей для электрического измерительного устройства", поданной 26 марта 1993 г.

Изобретение относится к интегральному способу и аппарату для проведения диагностики монтажа (инсталляции) системы в твердотельном электронном измерительном устройстве.

В измерителях ватт-часов индукционного типа обычно используется генератор импульсов, который генерирует импульсы в пропорции к скорости вращения диска измерительного устройства. Эти сформированные импульсы передаются на электронные регистры для получения значений тока, напряжения, мощности или/и времени при потреблении энергии пользователем.

Сегодня также широко используются различные типы твердотельных многофазных электронных измерителей. Эти измерители, которые отслеживают потребление электроэнергии и регистрируют или сообщают о таком потреблении в киловатт-часах, коэффициенте мощности, киловольт-амперах или/и реактивных вольт-амперах, обычно используют твердотельные элементы и могут использовать аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для получения не импульсных, а цифровых данных, из которых можно извлечь разные показания спроса-потребления.

Также хорошо известно использование твердотельных электронных измерительных устройств, конфигурация которых позволяет устанавливать их в самых разных одно- и многофазных электрораспределительных системах. Один пример твердотельного электронного измерителя ватт-часов описан в патенте США 5059896, выданном Гермеру и др.

Пример твердотельного устройства для записи спроса на электроэнергию, которое можно использовать в сочетании с обычным измерителем ватт-часов, описан в патенте США 4697182, выданном Суонсону.

Различное вспомогательное оборудование и методы диагностики используются обслуживающим персоналом во время монтажа этих измерительных устройств для того, чтобы подтвердить, что при монтаже провода правильно смонтированы. Однако многие проверки при монтаже, такие как проверки полярности и перекрестной фазы, проводятся на месте обслуживающим персоналом и поэтому зависят от знаний и компетентности этого персонала.

Хотя имеется различное диагностическое оборудование для использования обслуживающим персоналом во время монтажа и периодического технического обслуживания, существует необходимость в интегральном аппарате, который бы автоматически и периодически осуществлял стандартный ряд диагностических проверок системы и монтажа, не прерывая работу измерительного устройства. Кроме того, существует необходимость в периодических самопроверках измерительного устройства для определения и регистрации наличия выбранных заранее определенных фатальных и нефатальных ошибок в работе измерительного устройства.

Кроме того, хотя имеются измерительные устройства, которые можно приспособить для использования в более чем одном виде электрических систем энергоснабжения, один из недостатков таких измерительных устройств состоит в том, что пользователь часто должен запрограммировать вид услуги в измерительном устройстве до его монтажа. Программирование перед монтажом многосерийных измерительных устройств обычно ограничивает их способность к оказанию ряда услуг.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание интегрального блока проверки и нахождения неисправностей в системе для твердотельного электронного измерительного устройства.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа и аппарата, который составлял бы одно целое с твердотельным измерительным устройством и который бы автоматически осуществлял ряд заранее определенных проверок монтажа системы и диагностические проверки измерительного устройства.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание блока проверки и нахождения неисправностей в системе, который обслуживал бы электронное измерительное устройство и составлял бы с ним одно целое и который включал бы средство индикации результатов выбранных самопроверок и диагностических испытаний системы при опросе со стороны обслуживающего персонала.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание автоматического аппарата проверки системы, который бы периодически проверял на наличие заранее определенных условий и который, в зависимости от характера ошибки, предпринимал бы заранее определенное действие в ответ на обнаружение такой ошибки.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и аппарата для определения фазовых углов каждого вектора напряжения и тока по отношению к заранее выбранному базовому вектору с целью проверки того, что все элементы измерительного устройства считывают и принимают правильное значение тока и напряжения для каждой фазы многофазного электрического обслуживания.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и аппарата, который составлял бы одно целое с твердотельным измерительным устройством с набором услуг и который бы автоматически считывал (регистрировал) конкретный вид электрического обслуживания после установки измерительного прибора, и делал бы это периодически во время своей работы.

В соответствии с настоящим изобретением имеется электронное измерительное устройство с блоком диагностики электрической системы, причем указанный блок включает в себя микропроцессор, блок памяти, пригодный для соединения с микропроцессором, логическую схему для автоматического периодического проведения заранее выбранных проверок измерительного устройства и для регистрации любых обнаруженных при этом ошибок, логическую схему для автоматического периодического проведения заранее выбранного ряда диагностических проверок системы и для регистрации любых результатов, превышающих заранее определенные пороговые значения, средство индикации для индикации сообщений об ошибках с указанием одной или нескольких ошибок, обнаруженных в результате проверок измерительного устройства, проведенных в течение заранее определенного периода, и средство индикации для индикации диагностических сообщений с указанием любых ошибок, обнаруженных в результате диагностических проверок системы, проведенных в течение заранее определенного периода.

Устройство этого изобретения предпочтительно интегрировано в твердотельное измерительное устройство, которое использует аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и связанные с этим методы цифровой выборки для получения цифровых данных, соответствующих значениям тока и напряжения для одной или нескольких фаз однофазной или многофазной системы, к которой подсоединено измерительное устройство.

В настоящем изобретении автоматически осуществляются заранее выбранные самопроверки измерительного устройства, предпочтительно раз в день, или/и когда питание снова подается на измерительное устройство после отключения (т. е. во время инициализации после монтажа), или/и когда производится полная переналадка (переконфигурация) измерительного устройства, для проверки непрерывной функциональности выбранных элементов измерителя. Например, в предпочтительном примере реализации устройство настоящего изобретения проверяет свою собственную память, микропроцессор и выбранные регистры в измерительном устройстве для определения того, были ли искажены данные по счетам со времени последней проверки. Поскольку искажение данных по счетам считается фатальной (неисправимой) ошибкой измерительного устройства, устройство настоящего изобретения будет генерировать и индицировать код ошибки, указывающий на характер ошибки, заблокирует дисплей на коде ошибки и прекратит все измерительные функции (кроме функций связи), пока измерительное устройство не будет перенастроено. Кроме того, устройство также периодически делает проверки на наличие других, нефатальных, ошибок, таких как переполнение регистра, синхронизация, время использования, обратный поток энергии и ошибки, связанные с подсадкой батареи. Частота проверок на наличие ошибок может варьироваться в зависимости от проверяемого элемента или/и состояния, а также от потенциального воздействия ошибки на непрерывную работу измерительного устройства. Будучи обнаружены, нефатальные ошибки могут запирать дисплей, но могут и не делать этого, в зависимости от характера ошибки и от конфигурации конкретного измерительного устройства.

В настоящем изобретении также периодически проводится ряд заранее выбранных диагностических испытаний системы. Испытания проводятся при монтаже измерительного устройства и предпочтительно примерно раз через каждые 5 с во время нормальной (обычной) работы измерительного устройства. В предпочтительном примере реализации устройство проводит диагностику полярности, перекрестной фазы и энергетического потока, диагностику отклонения фазы напряжения, диагностику неактивного фазного тока, диагностику коэффициента мощности каждой фазы и диагностику обнаружения искажения токовых колебаний с использованием установленных при изготовлении параметров, а также заданных пользователем параметров, которые могут уточняться персоналом в полевых условиях при монтаже.

При проведении диагностики полярности, перекрестной фазы и энергетического потока в устройстве настоящего изобретения используется накопленная информация о токе и напряжении для определения фазового угла каждого вектора напряжения и тока (например, V_B, V_C, I_A, I_B и I_C) в отношении опорного (эталонного) вектора (например, V_A) в многофазной системе. Нужное положение каждого вектора для этой установки определено заранее и используется как образец для сравнения с рассчитанным фазовым углом для определения того, входит ли каждый угол в рамки заранее определенной огибающей. Если какой-нибудь из рассчитанных фазовых углов выходит за пределы своей соответствующей заранее определенной огибающей, может индицироваться сообщение о диагностической ошибке. Эта диагностика особенно полезна при монтаже, поскольку эта ошибка может указывать на перекрестные фазы в схеме напряжения или тока, на неправильную полярность в схеме напряжения или тока, на обратный энергетический поток одной или нескольких фаз (совместное генерирование) или на сбой во внутренних измерениях измерительного устройства.

Предпочтительно также, чтобы устройство настоящего изобретения включало дисплей типа "Toolbox", который, будучи приведен в действие вручную обслуживающим персоналом, осуществляет просмотр перечня заранее выбранных величин, таких как напряжение и ток для каждой фазы, углы, связанные с каждым вектором напряжения и тока, и число возникновений каждой диагностической неисправности, для просмотра обслуживающим персоналом.

В одном примере реализации настоящего изобретения устройство настоящего изобретения включает логическую схему для автоматического считывания вида электрического обслуживания (электрической системы энергоснабжения) (т. е. однофазное, трехпроводное соединение типа "треугольник", четырехпроводное соединение типа "звезда" или четырехпроводное соединение типа "треугольник" после монтажа измерительного прибора и включения питания (инициализации) и также предпочтительно периодически во время обычной работы измерительного устройства).

Системная диагностика, индикация типа "Toolbox" и автоматическое сервисное считывание услуги осуществляются устройством настоящего изобретения без прерывания работы измерительного устройства за исключением тех случаев, когда эта работа намеренно приостанавливается в результате фатальной ошибки.

Указанные выше цели и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения легко становятся очевидными из нижеследующего подробного описания лучшего режима реализации изобретения в сочетании с сопроводительными чертежами.

Краткое описание чертежей:

фиг. 1 - блок-схема системы;

фиг. 2 - вид в перспективе измерительного устройства, в которое можно интегрировать систему настоящего изобретения;

фиг. 3 - блок-схема измерительного устройства фиг. 2;

фиг. 4 - графическая схема программы диагностических проверок электрической системы настоящего изобретения;

фиг. 5 - графическая схема программы первой части диагностики полярности, перекрестной фазы и энергетического потока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 6 - графическая схема программы второй части диагностики полярности, перекрестной фазы и энергетического потока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 7 - графическая схема первой части программы диагностики отклонения фазного напряжения, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 8 - графическая схема программы второй части диагностики отклонения фазного напряжения, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 9 - графическая схема программы первой части диагностики неактивного фазного тока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 10 - графическая схема программы второй части диагностики неактивного фазного тока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 11 - графическая схема программы первой части диагностики коэффициента мощности каждой фазы, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 12 - графическая схема программы второй части диагностики коэффициента мощности каждой фазы, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 13 - графическая схема программы третьей части диагностики коэффициента мощности каждой фазы, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 14 - перечень параметров, индицируемых на дисплее "Toolbox";

фиг. 15 - векторная диаграмма для типичного монтажа трехфазного измерительного устройства;

фиг. 16 - график, показывающий взаимоотношение двух форм колебаний, представляющих две фазы различной величины, отслеживаемые системой;

фиг. 17А - первая часть блок-схемы фронтального модуля 42 фиг. 3;

фиг. 17В - вторая часть блок-схемы фронтального модуля 42 фиг. 3;

фиг. 18А - первая часть блок-схемы модуля регистра 48 фиг. 3;

фиг. 18В - вторая часть блок-схемы модуля регистра 48 фиг. 3;

фиг. 19 - первая графическая схема программы диагностики обнаружения искажения формы колебаний тока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 20 - вторая графическая схема программы диагностики обнаружения искажения формы колебаний тока, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 21 - таблица, показывающая коэффициенты формы измерительного устройства и связанные с этим виды электрического обслуживания, которые они могут обеспечивать;

фиг. 22 - графическая схема программы первой части автоматической функции сервисного считывания услуги, реализуемой настоящим изобретением;

фиг. 23 - графическая схема программы второй части автоматической функции сервисного считывания услуги, реализуемой настоящим изобретением.

Как видно из фиг. 1, система согласно этому изобретению, в общем обозначаемая как 20, включает в себя центральный процессор (ЦП) 22, блок памяти 24, адекватный для хранения цифровых данных, соответствующих периодическим выборкам данных по напряжению и току из АЦП напряжения 26 и АЦП тока 28, соответственно, логическую схему 30 для осуществления самопроверок измерительного устройства и диагностики системы и монтажа, обеспечиваемого этой системой, и средство индикации (дисплей) 32 для индикации информации об ошибках и диагностике.

Как видно из фиг. 2, система 20 предпочтительно включена в состав твердотельного многофазного однофункционного измерителя 34 киловатт/киловатт-часов (кВт/кВт-ч) (как показано на фиг. 3, 17А-В и 18А-В и далее описано подробно), включающего в основном круглое основание 36, обычный корпус из формованной пластмассы (не показан), к которому прикреплена фронтальная пластина 38, и крышку 40 измерительного устройства. Измерительное устройство также содержит обычные элементы считывания (регистрации) тока, способные соединяться с существующими электрическими системами.

Как видно теперь на фиг. 3, в предпочтительном примере реализации диагностическая логическая схема 30 для системы 20 настоящего изобретения включена в состав фронтального модуля 42 измерительного устройства, включающего в себя микропроцессор 44, 8-битовый АЦП, который служит в качестве АЦП напряжения 26, запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) 45, которое служит частично как часть памяти системы 24, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ), где размещена логическая схема диагностики системы. Фронтальный модуль также предпочтительно обеспечивает другие функции измерительного устройства, включая самопроверку элементов измерителя, аналого-цифровую выборку, расчеты энергии, существующий спрос, мгновенные значения, любые факультативные выходы и связь измерительного устройства в дополнение к диагностике системы и монтажа и индикации "Toolbox", осуществляемых системой 20 настоящего изобретения. Индикатор в этом примере реализации это жидкокристаллический дисплей 33, предпочтительно включающий девять семи-сегментных цифр, три десятичных запятых и ряд изобразительных символов активных окон, полезных при индикации информации об электрической системе, которую обычно индицируют традиционные измерительные устройства, а также диагностических данных, генерируемых системой настоящего изобретения, в принципе как показано на фиг. 3.

Измерительное устройство 34 также включает в себя модуль регистра 48, имеющий микропроцессор 50, содержащий ПЗУ; ЗУПВ 51, которое также частично служит в качестве памяти системы; задающее устройство для ЖК-дисплея на 96 сегментов; и 24 линии ввода-вывода. В этом примере реализации ПЗУ и ЦП регистра 50 содержат логическую схему дисплея для генерирования показаний "Toolbox", а также кодов ошибок при проведении диагностики, генерированных системой 20 этого изобретения. Модуль регистра 48 обеспечивает также другие функции измерительного устройства, такие как сохранение величин счетов и функции, связанные с регистром счетов, а также относящиеся ко времени функции, включая самосчитывание, время пользования, время работы и массовую память.

Следует отметить, что в примере реализации измерительного устройства 34, показанного на фиг. 3, в системе 20 настоящего изобретения используется 8-байтовый АЦП 26 для считывания сигналов напряжения и внешний 12-байтовый АЦП 28 для считывания выборок тока. Как поймут специалисты, токовый преобразователь 28 требует более высокого разрешения, поскольку значения тока меняются в более широком диапазоне, чем значения напряжения. Специалисты также поймут, что предпочтительно иметь отдельные преобразователи для одновременного считывания значений тока и напряжения, так чтобы фазовая погрешность, вызванная трансформатором тока, могла непосредственно компенсироваться путем регулировки задержки между выборкой тока и выборкой напряжения. Таким образом, в том случае, если трансформатор тока работает идеально и не вносит запаздывания по фазе, выборка напряжения и тока может производиться одновременно с помощью независимых преобразователей 26 и 28.

Логическая схема дисплея для генерирования индикации "Toolbox" и сообщения об ошибке при диагностике системы 20 является частью логической схемы дисплея 52, которая реализуется с помощью ЦП регистра 50 в конкретном примере реализации фиг. 3. Специалисты поймут, однако, что возможности логической схемы и ЦП в системе настоящего изобретения могут быть реализованы в более простой архитектуре одного процессора (такого, как показан на фиг. 1), а также в архитектуре, представленной на фиг. 3, или в других реализациях аппаратных средств, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Система 20 настоящего изобретения обеспечивает полный диапазон возможностей системной диагностики и функций индикации диагностики посредством дисплея "Toolbox". Диагностика системы и монтажа частично определяется пользователем через программирующие программные средства. "Toolbox" - это дисплей с фиксированным набором диагностической информации, содержащимся в специальном режиме работы, доступ к которому может получить пользователь, обычно обслуживающий персонал, предпочтительно путем приведения в действие магнитного переключателя на измерительном устройстве. Каждая из возможностей диагностики будет обсуждена подробнее ниже.

В одном примере реализации изобретения система 20 также обеспечивает возможность автоматического сервисного считывания. Как подробнее описано ниже, эта возможность обеспечена включением логической схемы для автоматического определения вида электрического обслуживания (электрической системы энергоснабжения), осуществляемого измерительным устройством при монтаже, после последующих включений электропитания и периодически во время работы измерительного устройства на основании заранее запрограммированных коэффициента формы измерительного устройства и углового смещения векторов напряжения V_A и V_C, которые автоматически периодически определяются системой, как описано ниже.

Диагностика системы и монтажа.

Система 20 настоящего изобретения осуществляет целый набор диагностических проверок системы и монтажа, которые могут указывать на потенциальные проблемы в электрическом обслуживании, на неправильный монтаж измерительного устройства или на внутреннее несрабатывание измерителя. Хотя эти виды диагностики могут меняться в зависимости от вида электрической услуги, осуществляемой измерительным устройством, описанная ниже диагностика обычно производится системой.

Как видно на фиг. 4, диагностика системы и монтажа предпочтительно реализуется в виде "машины состояния". В предпочтительном примере реализации изобретения диагностика состоит из четырех видов диагностических проверок, которые пользователь может выбирать для их выполнения измерительным устройством - (1) проверка полярности, перекрестной фазы и энергетического потока; (2) проверка отклонения фазного напряжения; (3) проверка трансформатора тока; (4) проверка коэффициента мощности каждой фазы и (5) проверка искажений формы колебаний тока. Все выбираемые виды диагностических проверок осуществляются измерительным устройством, как минимум, раз за каждые 5 интервалов выборки.

Когда имеет место состояние ошибки согласно параметрам, определенным пользователем, соответствующее прохождению диагностической проверки, измерительное устройство индицирует информацию для указания состояния ошибки и факультативно запускает замыкание выходного контакта, такого как ртутное реле или твердотельный контакт, запрограммированный как "Тревога: состояние ошибки". Если факультативный выход запрограммирован как "тревога: состояние ошибки", этот выходной контакт будет замыкаться каждый раз, когда выявляется любая ошибка при проведении диагностической проверки, выбранной пользователем.

Как видно на фиг. 4, система 20 настоящего изобретения предпочтительно совершает итерации по ряду расчетов и диагностических проверок, показанных в 54-62. В предпочтительном примере реализации время обработки разделяется на интервалы выборки, равные 60 периодам синхронизации линии электропитания. Например, при монтаже на 50 Гц, это составляет 1,2 с. При монтаже на 60 Гц, интервал выборки будет 1 с.

С использованием простого счетчика система 20 осуществляет необходимые выборки и расчеты для определения угла I_A (предпочтительно по отношению к базовому вектору V_A), а также осуществляет диагностическую проверку N. 1 в течение первого интервала, как показано в 54.

Во втором интервале, в 56, система 20 накапливает необходимые выборки для расчета угла для I_B и осуществляет диагностическую проверку . 2.

В третьем интервале, в 58, система накапливает необходимые выборки для расчета фазового угла для I_C и осуществляет диагностическую проверку . 3.

В четвертом интервале, в 60, система накапливает необходимые выборки для расчета фазового угла для V_B и осуществляет диагностическую проверку . 5.

В пятом интервале выборки, в 62, система накапливает необходимые выборки для расчета фазового угла для V_C, осуществляет диагностическую проверку . 5 и устанавливает счетчик на ноль.

Счетчик получает приращения (в 64) в конце каждого из этих интервалов, и последовательность непрерывно повторяется. Таким образом, в системе для 60 Гц рассчитывается фазовый угол для каждого вектора тока и напряжения и проводится каждая из четырех диагностических проверок, один раз через каждые 5 с. Как поймут специалисты, можно реализовать разные временные интервалы или/и подпрограммы 54-62 можно модифицировать, чтобы давать возможность проводить более частые или редкие диагностические проверки одного или нескольких выбранных видов, при желании.

ДИАГНОСТИКА N. 1 - проверка полярности, перекрестной фазы и энергопотока

Как видно на фиг. 5 и 6, проверка полярности, перекрестной фазы и энергопотока предназначена для проверки на обратную полярность любого фазного тока или напряжения и для проверки того, правильно ли соединено проводами напряжение от одной фазы к току от другой фазы. Это состояние также может быть следствием наличия совместного генерирования. Эта проверка проводится путем периодического измерения угла для каждого вектора напряжения и тока в отношении опорного вектора (предпочтительно V_A). Каждый угол сравнивается со своим идеальным углом, определяемым как угол, который получился бы в результате сбалансированной, чисто резистивной нагрузки. Если любой угол напряжения запаздывает относительно своего идеального угла или перегоняет его более чем на заранее определенную величину (предпочтительно 10^o), или если любой угол тока отстает от своего идеального угла или перегоняет его более чем на вторую заранее определенную величину (предпочтительно 90^o), измерительное устройство указывает на ошибку в диагностике . 1.

Как показано на фиг. 5, программа 66 диагностической проверки полярности, перекрестной фазы и энергопотока системы 20 сначала проверяет каждый угол (где это применимо для каждой конкретной электрической системы, к которой подсоединено измерительное устройство) каждого вектора тока и напряжения (в 68-76) для определения того, находится ли каждый из них внутри допуска заранее определенного идеального значения для поворота АВС. Если какой-либо из углов не находится внутри допуска идеального значения, система устанавливает флажок abc как ложный (в 78) и продолжает (как показано на фиг. 6) проверять каждый угол, предполагая поворот СВА.

Если все углы определены в 68-76 и находятся внутри допуска их заранее определенного идеального значения, система 20 устанавливает флажок abc как истинный, в 80, и продолжает проверять углы, предполагая поворот СВА.

Как видно на фиг. 6, когда проверка поворота АВС произведена, система продолжает в 82-90 проверять углы для каждого вектора тока и напряжения для определения того, находятся ли для поворота СВА фазовые углы внутри допуска заранее определенных идеальных углов. Если любой из фазовых углов находится вне диапазона допуска для заранее определенного идеального угла для этого вектора, система устанавливает флажок cba как ложный, в 92. Если определено, что все фазовые углы находятся в границах допуска заранее определенных идеальных углов, система устанавливает флажок cba как истинный, в 94. Затем система 20 определяет, истинен ли флажок abc или флажок cba. Если какой-нибудь из двух истинный, эта диагностическая проверка прошла. Если ни один из флажков abc и cba не является истинным, диагностическая проверка не состоялась для обоих поворотов ABC и CBA, что указывает на диагностическую ошибку.

Когда диагностическая ошибка определена, система регистрирует наличие ошибки и индицирует ошибку, как описано далее. Однако в предпочтительном примере реализации изобретения начальная индикация этой диагностической ошибки не произойдет, пока условие ошибки не будет иметь место для трех последовательных проверок.

Как поймут специалисты, эта диагностическая проверка может указывать на одну из нескольких проблем, включая возникновение перекрестной фазы в потенциальной или существующей схеме, неправильную полярность в потенциальной или существующей схеме, обратный энергопоток одной или нескольких фаз или сбои во внутренних измерениях измерительного устройства.

ДИАГНОСТИКА . 2 - проверка отклонения фазного напряжения

Как видно теперь на фиг. 7 и 8, проверка отклонения фазного напряжения предназначена для проверки, в 98, того, находится ли любое фазное напряжение вне огибающей, определенной пользователем. Это фактически проверка напряжения зазора распределительного трансформатора. Эта проверка производится путем периодического измерения напряжения для каждой фазы и сверкой его с заранее определенной огибающей напряжения, которую задает программное обеспечение.

Формула, используемая для этой проверки, такова:





Если какое-нибудь фазное напряжение находится выше V_{верхнее} или ниже V_нижнее, измерительное устройство укажет на диагностическую ошибку огибающей фазного напряжения.

Следует отметить, что в предпочтительном примере реализации изобретения система 20 делает проверку в 100, чтобы определить, является ли электрическое обслуживание, обеспечиваемое измерительным устройством, включающим в себя систему 20, трехэлементным соединением типа "треугольник" с четырьмя проводами. Если это так, система рассчитывает особые верхние и нижние границы для напряжения фазы С, как показано в 102.

Опять же, если любое из напряжений фазы В или фазы С превышает заранее определенные границы, система указывает на сбой этой диагностической проверки (в 104 или 106), т. е. указывает на диагностическую ошибку, и эта ошибка регистрируется и соответствующее сообщение об ошибке индицируется, как описано ниже. В другом случае, эта диагностическая проверка прошла (в 108) и завершена.

Однако следует заметить, что в предпочтительном примере реализации изобретения начальная индикация этой диагностической ошибки произойдет только после наличия условия ошибки для трех последовательных проверок.

Эта диагностическая проверка может указывать на потерю фазного потенциала, на неправильный коэффициент трансформации трансформатора напряжения, на закороченные обмотки трансформатора напряжения, на неправильное фазное напряжение и на неправильное срабатывание внутренних измерений измерительного устройства, а также на другие проблемы с напряжением.

ДИАГНОСТИКА . 3 - проверка неактивного фазного тока

Как видно на фиг. 9 и 10, при проведении диагностической проверки неактивного фазного тока система 20 будет периодически сравнивать мгновенное среднеквадратическое значение тока для каждой фазы с заранее установленным минимальным уровнем тока, который предпочтительно можно выбрать в диапазоне от 5 мА до 200 А с приращениями по 1 мА. Если все три значения фазного тока находятся выше приемлемого уровня или все три значения фазного тока находятся ниже приемлемого уровня, эта диагностическая проверка пройдет. Любая другая комбинация приведет к прохождению диагностической проверки . 3, и будет индицирована ошибка в диагностике . 3.

Однако снова регистрация и индикация этой диагностической ошибки предпочтительно произойдет только после того, как состояние ошибки не присутствовало в ходе трех последовательных проверок.

Наличие ошибки при проведении диагностической проверки . 3 означает существование ошибки в величине одного или нескольких фазных токов измерительного устройства. Чтобы определить характер конкретной проблемы, пользователь должен получить информацию о фазном токе в режиме "Toolbox", как описано ниже.

Специалисты поймут, что эту диагностическую проверку можно использовать для указания любой из нескольких потенциальных проблем, таких как разомкнутая или закороченная токовая цепь трансформатора.

ДИАГНОСТИКА . 4 - проверка коэффициента мощности каждой фазы

Как видно на фиг. 11-13, проверка коэффициента мощности фазы предназначена для проверки того, что для каждой фазы измерительного устройства угол между вектором тока и идеализированным вектором напряжения находится внутри огибающей, определенной пользователем (+/-1-90^o). Поскольку этот допуск более ограничителен, чем для диагностики . 1, система 20 не производит этой диагностической проверки до тех пор, пока не прошла диагностическая проверка . 1. Эта диагностическая проверка может указывать на одну из ряда потенциальных проблем, включая состояние коэффициента мощности при плохой нагрузке, плохие условия системы или плохо функционирующее оборудование системы.

Сначала система 20 проверяет флажки поворота abc и cba в 114 и 116. Если оба эти флажка ложные, это указывает на то, что диагностическая проверка . 1 не сработала. Поскольку допуски в этой диагностической проверке более ограничительны, чем в диагностике . 1, диагностическая проверка срывается.

Если либо флажок abc, либо флажок cba истинный (указывая на то, что диагностическая проверка . 1 прошла), система 20 производит соответствующие проверки поворота ABC или CBA в 114 и 116, соответственно. Для поворота ABC система проверяет угол между соответствующим вектором тока и идеализированным вектором напряжения, в 118-122, чтобы определить, находится ли угол внутри огибающей, заданной пользователем. Если угол находится между заранее определенными огибающими, диагностическая проверка проходит в 124. Если же нет, диагностическая проверка не срабатывает (в 126), указывая на ошибку в диагностической проверке . 4. В случае поворота СВА, система 20 осуществляет аналогичные проверки огибающей в 128-132 для применимого вектора тока.

ДИАГНОСТИКА . 5 - проверка искажений формы колебаний тока

Как видно на фиг. 19, проверка искажений формы тока предназначена для обнаружения присутствия постоянного тока на любой из фаз. Эта диагностическая проверка особенно полезна в измерительных устройствах, предназначенных проводить только переменный ток, когда рабочие характеристики трансформатора тока ухудшаются при достаточном постоянном токе, поскольку постоянный ток смещает трансформатор так, что он работает в нелинейной области.

Основной способ генерирования постоянного тока в измерительном устройстве - это размещение полуволновой выпрямленной нагрузки в параллель с обычной нагрузкой. Присутствие полуволнового выпрямленного сигнала тока повышает положительный или отрицательный полуцикл колебаний, оставляя другой нетронутым. Для тех измерительных устройств, которые не предназначены для пропускания постоянного тока, когда этот сигнал появляется на входе трансформатора тока, он сдвинут по уровню, так что среднее значение выхода равно нулю. Однако, пиковые значения положительных и отрицательных полуциклов колебаний уже не имеют одну и ту же величину. В диагностике обнаружения постоянного тока это явление используется путем измерения разностей между положительными и отрицательными пиковыми значениями по интервалу выборки измерительного устройства. Результат накопления выборок тока по интервалу должен быть величиной, близкой к нулю в отсутствие постоянного тока. При наличии постоянного тока накопленное значение будет значительно выше. Этот способ, называемый ниже "методом гребенчатого фильтра", дает точные значения независимо от фазы и величины формы колебаний сопровождающего переменного тока.

Поскольку измерительные устройства, в которых используется настоящее изобретение, это обычно многофазные измерительные устройства, что означает, что имеются два или три фазных тока, измеряемых устройством, есть возможность, что кто-то внесет самовольные изменения в измерительное устройство, добавив полуволновую схему выпрямления через нагрузку, чтобы впустить постоянный ток в установку. Эту схему можно добавить на одной фазе. По этой причине диагностической проверке постоянного тока нужно позволить обнаруживать постоянный ток на пофазовой основе.

Метод гребенчатого фильтра по пофазовому расчету обнаруженного значения постоянного тока иллюстрируется на блок-схеме фиг. 19. Метод включает в себя следующие операции в течение каждого интервала выборки:

1) регистрируется знак первой выборки напряжения в каждом интервале;

2) используя знак первой выборки напряжения, обнаруживается первое прохождение значения напряжения через нуль;

3) накапливание второй выборки тока после прохождения напряжения через нуль в накопителе максимальных значений тока (это примерно 90^o);

4) накапливание каждой четвертой выборки тока после начальной выборки тока в накопителе максимальных значений тока (примерно отделены на 180^o);

5) повторить этап 4 и

6) в конце интервала выборки разделить накопленные пиковые значения тока на соответствующее значение тока, используемое в течение интервала. Это приводит к нормированию результата для трех разных диапазонов усиления, которые существуют для тока, а также к определению нуля для накопителя для следующего интервала выборки.

Результат деления на этапе 6 это безразмерная величина, которая прямо пропорциональна величине постоянного тока, присутствующего на этой фазе. Это значение будет называться значением обнаружения (детектирования) постоянного тока. Значение обнаружения постоянного тока сравнивается с заранее выбранным пороговым значением обнаружения, чтобы определить, может ли присутствовать постоянный ток. В предпочтительном примере реализации изобретения пороговое значение обнаружения устанавливается на 3000, поскольку было обнаружено, что значение 3000 - это подходящее пороговое значение для измерительных приборов как на 200 А, так и на 20 А.

В этой диагностической проверке используются выборки переменного/постоянного тока для определения напряжения и тока из каждой фазы, из которой была сделана 481 выборка для каждого интервала выборок (обычно 1 с). Ток для каждой фазы имеет связанное с ним усиление. Это усиление может менять каждый интервал выборки, если величина тока меняется достаточно быстро. Этот факт важен при обнаружении постоянного тока, поскольку метод детектирования потребует суммирования выбранных значений тока на некотором промежутке времени. Если выбран период времени больше интервала выборки, существует возможность, что сумма значений тока включает выборки, сделанные в разных диапазонах усиления, и таким образом накопленные выборки теряют свой смысл. Таким образом, важно, чтобы получающиеся накопленные пиковые значения тока были нормализованы соответствующим усилением по току, используемому во время каждого интервала, как указывалось выше на этапе (6).

Следует отметить, что расчет значения обнаружения постоянного тока произойдет только для одной фазы в течение любого одного интервала выборки. Таким образом, в отличие от других видов диагностической проверки, которые предпочтительно производятся измерительным устройством, как минимум, один раз на каждые 5 интервалов выборки (обычно каждые 5 с), каждая из возможных трех фаз проверяется последовательно 3 раза с интервалами 5 с с общим временем выборки 15 с на фазу. Таким образом, общая длительность времени, требуемая для завершения проверки искажения формы колебаний тока, составляет 45 с (15 с для каждой из фаз А, В и С).

Если обнаружено, что значение обнаружения постоянного тока больше выбранного порогового значения обнаружения для всех трех последовательных интервалов для конкретной фазы, то постоянный ток будет регистрироваться как присутствующий на этой фазе. После проверки всех трех фаз, если постоянный ток был зарегистрирован на любой фазе, диагностическая проверка включается. Когда прошел интервал 45 с, в течение которого никакой неисправности не было найдено на любой фазе, диагностическая проверка будет выключаться.

Нужно понимать, что пороговое значение обнаружения нужно устанавливать на уровень, соответствующий уровню постоянного тока, при котором трансформатор тока измерительного устройства начинает ухудшать свою работу, так чтобы неисправность при диагностической проверке . 5 можно было обнаружить и зарегистрировать до достижения этого уровня постоянного тока.

Как видно на фиг. 20, диагностическая проверка вызывает программу проверки фазы три раза для каждой из трех фаз. Затем программа проверки фазы накапливает выборки тока, нормирует накопленные выборки и сохраняет значение как значение обнаружения постоянного тока DVn для каждого из трех интервалов выборки для этой фазы.

Как показано на фиг. 19 программа проверки DIAG . 5 начинается в 200 путем очистки счета интервалов и счета ошибок каждой из фаз А, В и С (РНА ERRCT, РНВ ERRCT и РНС ERRCT, соответственно). Счетчик интервалов может быть счетчиком по модулю 9, который может иметь приращения со значения 0-8, затем обратно на 0 и т. д. Для каждого из первых трех интервалов по 5 с (т. е. счет интервалов= 0, 1 или 2) программа производит проверку фазы в 202 для фазы А. Для следующих трех интервалов по 5 с (т. е. счет интервалов= 3, 4 или 5) программа производит проверку фазы в 204 для фазы В. И для последних трех интервалов по 5 с (т. е. счет интервалов= 6, 7 или 8) цикла диагностики в 45 с программа производит проверку фазы в 206 для фазы С.

После завершения каждой программы проверки фазы для фазы А система определяет в 208, превышает ли значение обнаружения постоянного тока пороговое значение обнаружения, и дает приращение счетчику ошибок фазы А (фаза A ERRCT), если значение обнаружения постоянного тока превышает это пороговое значение. Затем программа проверки фазы вызывается 3 раза для фазы В. Снова, после завершения каждой программы проверки фазы система в 210 определяет, превышает ли значение обнаружения постоянного тока пороговое значение обнаружения, и устанавливает соответственно счетчик ошибок фазы В (фаза В ERRCT). Затем программа проверки фазы вызывается для фазы С. Снова система в 212 сравнивает развившееся значение обнаружения постоянного тока для фазы С с пороговым значением обнаружения и дает соответствующее приращение счетчику ошибок (фаза С ERRCT) для фазы С.

Затем система определяет в 214, равно ли любое из показаний счетчиков ошибок фазы А, фазы В или фазы С трем. Если да, постоянный ток был обнаружен на этой фазе для трех последовательных интервалов выборки, система в 216 отмечает неисправность в диагностической проверке N. 5, неисправность счетчика фазы А, фазы В или фазы С (РНА СНК FAILURE, PHB CHK FAILURE или РНС СНК FAILURE соответственно) для каждой фазы, для которой ERRCT= 3. В любом случае, каждое из показаний счетчиков РНА, PHB и РНС СНК FAILURE добавляется к показанию счетчика диагностической проверки . 5 в 218 (указывая общее накопленное число неисправностей DIAG . 5) и диагностическая проверка завершена.

Таким образом, в конце интервала выборки 45 с, после того как каждая фазы была проверена 3 раза, неисправность диагностической проверки . 5 будет зарегистрирована, если любой из трех счетчиков ошибок фазы зарегистрировал неисправности по всем трем проверкам. Показания счетчика диагностической проверки . 5 (DIAG . 5 ERROR COUNTER), сообщенные в режим "Toolbox", будет суммой трех пофазовых показаний счетчиков обнаружения постоянного тока.

Автоматическое сервисное считывание

В одном примере реализации этого изобретения система содержит логическую схему для автоматического определения вида электрического обслуживания, обеспечиваемого измерительным устройством, на основе заранее запрограммированного коэффициента формы измерительного устройства и углового смещения векторов напряжения V_А и V_С. Эта способность исключает необходимость того, чтобы пользователь программировал вид электрического обслуживания в измерительном устройстве до монтажа и тем самым позволяет пользователю полностью воспользоваться гибкой, многосервисной способностью измерителя и снижает требования по содержанию у пользователя запасных частей для устройства. Кроме того, возможность автоматического считывания вида электрического обслуживания обеспечивает то, что измерительное устройство и любой из разблокированных видов диагностики системы и монтажа работают правильно после монтажа с минимальным уровнем предварительного программирования. Наконец, возможность автосервисного считывания позволяет повторно устанавливать измерительное устройство после одного вида электрического обслуживания на другой вид без необходимости заранее программировать изменение вида электрического обслуживания, обеспечиваемого измерителем.

Как видно на фиг. 21, в одном примере реализации изобретения система включает в себя возможность автоматического считывания вида электрического обслуживания для тех измерительных устройств, которые были заранее запрограммированы как формы 5S, 6S, 9S, 12S, 16S, 26S, 5А, 6А, 8А и 10А. Каждый из различных видов услуг внутри одной из групп форм, показанных на фиг. 19, имеет уникальную сбалансированную диаграмму вектора сопротивления нагрузки, которая показывает угловое расположение каждого из отдельных векторов токов и напряжений по отношению к фазному напряжению А. В реальных областях применения фазоры тока будут удалены от местоположения сбалансированной активной нагрузки из-за меняющихся величин нагрузки. Однако векторы напряжения не меняются вместе с нагрузкой и должны находиться внутри одного или двух градусов относительно местоположения сбалансированной активной нагрузки. Поскольку вектор фазного напряжения В не будет присутствовать в двухэлементных измерителях, а также в измерителе 6S(6A), это напряжение задается. Однако вектор напряжения фазы С присутствует во всех разных формах и видах обслуживания и измеряется относительно фазного напряжения А. Таким образом, для измерительных устройств формы, указанных на фиг. 21, только проверка углового расположения векторов фазного напряжения С даст информацию, необходимую для определения того, какой вид обслуживания выполняет измерительное устройство.

Единственное исключение из этого правила состоит в том, что сетевые услуги и обслуживание при четырехпроводном соединении "звездой" не могут быть отличимы в группе форм 5S, 5А, 26S путем простого изучения расположений вектора фазных напряжений С и А. В реализации описываемой здесь системы система просто предполагает в этих условиях обслуживание как при четырехпроводном соединении "звездой".

Таким образом, как показано на фиг. 21, если коэффициент формы измерительного устройства известен, часто вид электрического обслуживания можно определить путем измерения углового смещения векторов напряжения. В частности, каждая из форм измерителя 8А, 10А, 9S и 16S обеспечивает электрические услуги при четырехпроводном соединении "звезда" и четырехпроводном соединении типа "треугольник". Поскольку смещение векторов напряжения V_А и V_С при четырехпроводном соединении типа "звезда" и четырехпроводном соединении типа "треугольник" различно (соответственно 120^o и 90^o для поворота АВС), система после подходящего временного запаздывания после запуска для обеспечения правильных угловых измерений для векторов, рассчитанных системой, определяет смещение между векторами напряжения V_A и V_c и на основе этого смещения определяет, установлен ли измеритель в четырехпроводной системе типа "звезда" или в четырехпроводной системе типа "треугольник".

Аналогичным образом, для форм измерительного устройства 6S или 6А система определяет, находится ли смещение векторов V_А и V_С внутри приемлемого диапазона от 120^o, предпочтительно плюс или минус 10^o, чтобы проверить, что измерительное устройство установлено в соответствующем виде электрического обслуживания по четырем проводам типа "звезда", который оно поддерживает. Для измерителей 12S система определяет, находится ли угол векторов V_А и V_С внутри приемлемого порогового значения 60, 120 или 180^o, и если да, определяет, что измеритель был установлен, соответственно, в трехпроводной сети типа "треугольник" или в однофазном виде электрического обслуживания. Наконец, для форм 5S, 5А, 26S система изучает векторы V_A, V_C, чтобы определить, находятся ли их углы внутри приемлемых пороговых значений для каждого из видов услуг трехпроводного типа "треугольник" (60^o), четырехпроводного типа

"треугольник" (90^o) или четырехпроводного типа "звезда" (120^o), и если да, регистрирует вид соответствующего электрического обслуживания.

Следует отметить, что в случае форм 5S, 5А, 26S система не может понять различие между услугами четырехпроводной типа "звезда" сети, поскольку угол между векторами V_A и V_C для обеих этих услуг составляет 120^o в повороте АВС. Однако поскольку не много энергосистем общего пользования в настоящее время используют в сетевом обслуживании 5S, в одном примере реализации система просто принимает, что угловое смещение V_A/V_C в 120^o это четырехпроводная электрическая система типа "звезда". Нужно понять, что если измерительное устройство реально используется в сетевом обслуживании, оно все же будет функционировать правильно несмотря на то, что автосервисное считывающее устройство обнаружило, что измерительное устройство установлено в четырехпроводной сети типа "звезда". Однако поскольку имеется сдвиг по фазе в 30^o между током (I) и напряжением (V) в четырехпроводной системе типа "звезда" и поскольку векторы тока и напряжения в сетевом обслуживании не сдвинуты друг относительно друга, некоторые диагностические расчеты, такие как описанные здесь виды диагностических проверок 1 и 4, могут ошибочно показать ошибки, если измерительное устройство форм 5S, 5А или 26S, включающее описанную выше возможность автоматического считывания электрического обслуживания, используется в сетевом обслуживании.

Следует понять, что система может одновременно реализовываться для автоматического считывания вида электрического обслуживания, в котором установлены другие измерители формы, либо путем изучения векторов напряжения, или/и другой информации, получаемой через автоматическую диагностику системы.

Следует также отметить, что угловые смещения, показанные на фиг. 21, - это смещения для последовательности АВС. Предпочтительно система также проверяет значения угловых смещений V_A и V_C для поворотов АВС при определении вида электрического обслуживания. Нужно понять, что при повороте СВА вектор фазного напряжения С, V_C составит 360^o минус положение V_C, показанное на фиг. 21.

На фиг. 22 и 23 показана блок-схема функции автоматической проверки вида обслуживания, применяемой в одном примере реализации этого изобретения. Каждый раз, когда измеритель начинает работать или каждый раз при изменении конфигурации диагностической проверки системы измерительное устройство осуществит сервисную функцию проверки системы. Ее можно запустить путем инициализации типа услуги на неверное значение. Система после своего запуска или переконфигурации, например, после прекращения подачи электроэнергии, затем распознает неправильное значение и автоматически начнет определение правильного вида обслуживания.

Задержка в диагностической проверке устанавливается на заранее определенный период, предпочтительно около 8 с для измерителя, работающего на 60 Гц, чтобы позволить измерителю установиться и произвести расчет правильных угловых измерений для пяти возможных векторов. Поэтому функция автоматического считывания вида обслуживания не выполняется, когда действует эта задержка, поскольку величины векторов V_A, V_C могут быть ненадежными. После истечения периода задержки в диагностической проверке функция автоматического считывания вида обслуживания приводится в действие в конце каждого интервала выборки (1 с для 60 Гц) до тех пор, пока не будет обнаружен правильный вид услуги. Если правильный вид услуги не находится и любые типы диагностических проверок разблокированы в системе, неспособность определить правильный вид услуги будет зарегистрирована как сбой в диагностической проверке . 1 Если диагностическая проверка не разрешена, ошибка по неверной услуге не будет регистрироваться. В одном примере реализации системы, использующей функцию автоматического считывания вида обслуживания, ошибка в диагностической проверке . 1 по неправильной услуге не будет регистрироваться на дисплее, если только диагностическая проверка . 1 не разблокирована для "прокрутки" или запирания, как здесь описывается.

Пока правильный вид обслуживания не найден, диагностическая проверка не будет проводиться. Когда правильный вид обслуживания определен, вид обслуживания в системе зарегистрирован, автоматическое считывание вида обслуживания прекращается, и измерительное устройство начинает проводить диагностические проверки в течение каждого интервала выборки, как описано ниже, для тех типов диагностических проверок системы, которые были разрешены.

Следует отметить, что в одном примере реализации этого изобретения сбой в диагностической проверке . 1, когда происходит сбой в обнаружении вида обслуживания, слегка отличен от обычного сбоя в диагностической проверке . 1. Если вид обслуживания не находится сразу же при первой проверке, то задействуется сбой в диагностической проверке . 1 при условии, что в системе разрешена, как минимум, одна возможность диагностической проверки системы. Как только правильный вид обслуживания обнаружен, ошибка в диагностической проверке . 1 будет немедленно гаситься. Сбой будет индицироваться в измерителе, только если диагностической проверке . 1 разрешено "прокручивать" или запирать. Сбой всегда регистрируется на счетчике ошибок в диагностической проверке . 1 при условии, что разрешена одна из диагностических проверок системы. Если не разблокирован ни один вид диагностических проверок системы, то сбой не будет регистрироваться. Это дает пользователю вариант отключить любой сигнал предупреждения.

Следует отметить, что в примере реализации, показанном на фиг. 22 и 23, система позволяет допуск, предпочтительно плюс или минус 10^o, для размещения векторов напряжения, чтобы пройти диагностическую проверку. Было обнаружено, что этот допуск адекватен в свете ограниченного расхождения векторов напряжения, обычно в пределах одного или двух градусов от местоположения сбалансированной активной нагрузки при реальной работе.

Определение вида диагностической проверки пользователем

Предпочтительно система позволяет пользователю разблокировать или заблокировать действие любого одного или нескольких видов диагностических проверок системы во время установки измерительного устройства. Если диагностическая проверка реализована, система также позволяет пользователю определять параметры, предпочтительно как описано ниже.

Чтобы активировать или дезактивировать любую из вышеописанных диагностических проверок, пользователь должен ответить на следующие виды подсказок в программном обеспечении для каждой диагностической проверки, обеспечиваемой системой:

"Блокировка диагностической проверки N. N"

Для каждой "диагностической проверки N. N" (где N представляет один из номеров диагностической проверки 1-4) пользователь после нажатия на клавишу "return" (возврат) получает меню, предпочтительно включающее следующие операции:

Disable (заблокировать);

Ignore (игнорировать);

Lock (запереть);

Scroll ("прокрутить").

Выбор блокировки блокирует реализацию этой диагностической проверки.

Выбор игнорирования, если он реализован, означает, что диагностическая проверка выполнит условие ошибки "сигнал тревоги" (как описано ниже), но не будет индицироваться.

Выбор запирания, если он реализован, заставит дисплей измерителя запираться на сообщении об ошибке при диагностической проверке в случае определения ошибки.

Выбор "прокручивания", если он реализован, заставит индицировать ошибку в диагностической проверке при ее обнаружении, в течение времени отключения между каждым пунктом индикации измерителя в нормальном режиме.

В дополнение к этой подсказке пользователю будет подсказано запрограммировать вид электрического обслуживания (например, четырехпроводное типа "звезда", обеспечиваемое конкретным монтажом измерительного устройства).

Для диагностической проверки . 2 пользователю также будет подсказано запрограммировать допуск для всех значений напряжения указанием значения (предпочтительно соответствующего процентному допуску) в ответ на следующую подсказку:

процентный допуск диагностической проверки . 2: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Для диагностической проверки . 3 пользователю предпочтительно будет подсказано запрограммировать уровень приемлемого минимального тока в ответ на следующую подсказку:

минимальный ток при диагностической проверке . 3: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Диагностической проверке . 4 предпочтительно также подсказывает пользователю запрограммировать допустимое угловое различие указанием значения (1-90^o) в ответ на следующую подсказку:

допустимый угол в диагностической проверке . 4: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Если выбран вариант запирания или "прокрутки", измеритель будет указывать следующее сообщение, как только обнаружена ошибка при диагностической проверке:

Еr DIAG N (где N= номер диагностической проверки).

Кроме того, показания счетчика ошибок имеют приращение на единицу при каждом обнаружении ошибки. Однако, как упоминалось выше, в предпочтительном примере реализации системное подтверждение и начальная индикация ошибки при диагностической проверке не будут происходить, пока состояние ошибки не имело место для трех последовательных проверок. Аналогичным образом, ошибка не будет гаснуть на дисплее, пока она не будет отсутствовать в течение двух последующих проверок.

Опять же, в зависимости от того, как система запрограммирована при монтаже, дисплей будет или запираться на сообщении об ошибке, или "прокручивать" сообщение об ошибке, индицируя его в течение времени отключения между каждым пунктом индикации измерителя в нормальном режиме. Можно принять разные другие режимы индикации ошибок в соответствии с изложенным в этом изобретении.

Самопроверки измерительного устройства

Система 20 настоящего изобретения также предпочтительно выполнена с возможностью программирования для периодического осуществления ряда самопроверок измерителя и при обнаружении любых ошибок зарегистрирует существование состояния ошибки, индицирует код ошибки, соответствующий типу обнаруженной ошибки, и, в зависимости от типа ошибки, предпримет соответствующее действие.

Система предпочтительно реализует ряд программ, которые периодически проверяют ее на наличие фатальных и нефатальных ошибок. Ошибки классифицируются как фатальные, когда обнаруженный сбой может разрушить данные по счетам или когда обнаруженный сбой может заставить измерительное устройство в будущем работать ненадежно. Система 20 предпочтительно проводит самопроверки измерителя во внутреннем ЗУПВ модуля регистра измерителя, в ПЗУ модуля регистра, в СППЗУ модуля регистра, ложной повторной установки модуля регистра и внутренние ЗУПВ, ПЗУ и СППЗУ фронтального модуля. Эти элементы измерительного устройства предпочтительно проверяются каждый раз после восстановления электропитания измерителя после его отключения или же когда измеритель меняет свою конфигурацию. При обнаружении ошибки в ЗУПВ, ПЗУ, СППЗУ, в процессоре фронтального модуля или другой фатальной ошибки система 20 будет индицировать заранее определенный код ошибки, соответствующий обнаруженной ошибке, запрет дисплей на коде ошибки до тех пор, пока измеритель не будет снова запущен, и прекратит все функции измерителя кроме функций связи.

Система 20 проверяет на наличие ошибки, связанной с пониженным потреблением электроэнергии путем определения того, встретил ли процессор модуля регистра повторный монтаж аппаратных средств, не проходя вначале через заранее определенную программу нарушения энергопотребления. Это может произойти, если переходной процесс в линии электропитания на мгновение утверждает линию повторного монтажа. Один способ проверки на ложный повторный монтаж - это записать специальный байт в СППЗУ регистра на последнем этапе при операциях с нарушением энергопотребления. Если этот специальный байт не присутствует после включения электропитания, произошел ложный повторный монтаж. Затем система 20 индицирует код ошибки по выключению электропитания и прекратит все функции измерителя кроме функций связи.

Система аналогичным образом проверяет на наличие сбоев в ЗУПВ, ПЗУ, СППЗУ и процессоре во фронтальном модуле, как описано выше. В примере реализации, интегрированном в измерительное устройство на фиг. 3, фронтальный модуль прекратит связь с модулем регистра, если обнаружены какие-либо фатальные ошибки во фронтальном модуле. Если фронтальный модуль не поддерживает связь с модулем регистра более 5 с, предполагается, что одна из этих ошибок обнаружена, индицируется код сбоя фронтального процессора и утверждается линия повторного монтажа 68НС11 до тех пор, пока фронтальный модуль не восстановит нормальной работы.

Самопроверки измерительного устройства, реализуемые системой, также предпочтительно включают в себя ряд проверок нефатальных ошибок, таких как состояние ошибки, заключающееся в переполнении полной шкалы регистра, синхронизации системы, во времени использования (ВИ (TOU)), массовой памяти, обратном энергопотоке и в подсевших батареях.

Например, ошибка, связанная с переполнением полной шкалы регистра, будет сообщаться, если регистр максимальных киловатт превосходит заранее запрограммированное значение полной шкалы регистра. Если это событие обнаружено, система индицирует ошибку по переполнению полной шкалы регистра, и эта ошибка будет погашена, когда измеритель заново установлен или когда ошибка гасится заранее определенным программирующим устройством.

Об ошибке в синхронизации будет сообщаться, если данные по минутам, часам, дням или месяцам выходят за пределы заранее определенного диапазона. Если происходит ошибка в отсчете времени, варианты ВИ и массовой памяти будут заблокированы и прекратят регистрировать данные по интервалам до тех пор, пока измеритель не получит новой конфигурации.

Об ошибке в ВИ будет сообщаться, если размещены сведения о внутреннем параметре ВИ и он содержит значение, выходящее за пределы его заранее определенного приемлемого диапазона. При возникновении ошибки в ВИ соответствующий код ошибки будет индицироваться, и вариант ВИ будет блокирован.

Об ошибке в массовой памяти будет сообщаться, если разрушены сведения о внутреннем параметре массовой памяти или он выйдет за границы своего заранее определенного приемлемого диапазона. При возникновении ошибки в массовой памяти соответствующий код ошибки будет индицироваться, и вариант массовой памяти будет блокирован.

Об ошибке, связанной с обратным энергопотоком, будет сообщаться, если фронтальный модуль обнаружит эквивалент одного полного и непрерывного поворота диска в обратном направлении. Эта ошибка будет сообщаться независимо от того, отводится энергия или не отводится.

Об ошибке, связанной с подсевшей батареей, будет сообщаться, если сигнал LOBAT (батарея села) на интегральной схеме электропитания устанавливается при проверке ее уровня. При обнаружении ошибки, связанной с разрядившейся батареей, индицируется соответствующий код ошибки и, как и в случае ошибки синхронизации, все варианты ВИ и массовой памяти будут блокированы. Если батарея заменяется до любого прекращения подачи энергии, ошибка по разрядившейся батарее будет гаситься, когда напряжение батареи поднимется выше заранее определенного порогового значения. Однако если напряжение батареи было ниже порогового значения, когда произошло прекращение подачи энергии, измерительное устройство должно получить новую конфигурацию, чтобы погасить эту ошибку.

Система также предпочтительно проверяет на наличие переполнений полной шкалы регистра в конце каждого интервала опроса и предпочтительно проверяет на наличие ошибок синхронизации, ВИ и массовой памяти при подаче электропитания, 2300 ч и на каждом виде новой конфигурации измерительного устройства. Ошибка, связанная с обратным энергопотоком, предпочтительно проверяется системой каждую секунду, а ошибка, связанная с подсевшей батареей, проверяется после подачи электроэнергии и один раз в течение каждого интервала.

В предпочтительном примере реализации системы 20 система позволяет пользователю выбирать, какие самопроверки измерителя будут реализованы. В предпочтительном примере при обнаружении любой одной из выбранных нефатальных ошибок система индицирует заранее определенный код ошибки, соответствующий обнаруженной во время отключения изображения ошибке. В качестве альтернативы, система может позволить пользователю запрограммировать систему, чтобы запереть дисплей на коде любой нефатальной ошибки, когда такая ошибка обнаружена. В этом случае, приведение в действие пользователем переключателя заставит измерительное устройство "прокручивать" один раз обычный перечень на дисплее и затем запираться обратно на индикации нефатальной ошибки.

Следует отметить, что в предпочтительном примере реализации проверки фатальные ошибки нельзя блокировать. Если любая нефатальная ошибка не выбрана, она не будет индицироваться или помечаться.

Специалисты должны понять, что можно реализовать разные режимы индикации. Например, система может быть запрограммирована запирать дисплей на коде ошибки, соответствующем любой обнаруженной нефатальной ошибке до приведения в действие магнитного переключателя. После приведения в действие магнитного переключателя система может "прокрутить" свой обычный перечень, затем запереться обратно на индикации кода нефатальной ошибки. В качестве альтернативы, систему можно запрограммировать, чтобы она продолжала "прокручивать" заранее определенный перечень на дисплее, периодически индицируя любые и все коды нефатальных ошибок.

Другие элементы измерителя могут аналогичным образом периодически проверяться традиционными способами и им могут присваиваться коды ошибок, которые могут индицироваться при необходимости, чтобы предупредить пользователя о возможном разрушении данных или ненадежной работе измерительного устройства.

Режим "Toolbox"

Диагностика "Toolbox" - это фиксированный выбранный набор элементов индикации предпочтительно в формате, показанном на фиг. 14. В предпочтительном примере реализации доступ к дисплею "Toolbox" получают через герметизированный магнитоуправляемый контакт (геркон), который помещен в положение 12 ч на плате измерителя и приводится в действие путем размещения магнита рядом с герконом, как минимум, в течение 5 с. Пользователь может достичь этого, поместив магнит сверху на измерительное устройство.

При получении к ним доступа параметры дисплея "Toolbox" индицируются каждый по отдельности, как показано, и в последовательности, представленной на фиг. 14. Когда измеритель находится в режиме дисплея "Toolbox", он будет "прокручиваться" по всем элементам дисплея "Toolbox" по крайней мере один раз. Когда магнит убирается, измеритель перестанет "прокручивать" до конца перечня дисплея "Toolbox" и затем вернется к работе в нормальном режиме. Сигнализатор "ТЕСТ" будет мигать 2 раза в секунду в течение всего времени, когда измерительное устройство находится в режиме "Toolbox".

Все счетчики ошибок N. DIAG предпочтительно очищаются внешним устройством, таким как переносной персональный компьютер, или обычной связью. В предпочтительном примере реализации максимальное значение каждого счетчика равно 255.

Когда измеритель находится в режиме "Toolbox", он продолжает как обычно осуществлять операции измерения. Это обеспечивает то, что работа измерительного устройства не подвергается влияниям даже, если магнит остается на верху измерителя в течение длительного времени. Система непрерывно обновляет индицируемые величины "Toolbox" по мере того, как они меняются в течение всего времени, когда измерительное устройство находится в режиме Toolbox".

Находясь в режиме "Toolbox", эмулятор ватт-диска "прокручивает" изображение на экране со скоростью одного оборота за 1,33 сек в направлении энергопотока фазы, для которой информация индицируется в этот момент времени. Например, когда индицируются значения фазного напряжения А, тока, угла напряжения и угла тока, эмулятор ватт-диска "прокручивает" изображение раз в секунду в направлении энергопотока фазы А. Как только индицируются значения фазы В (если они присутствуют), эмулятор ватт-диска меняет направление на обратное, если энергопоток в фазе В противоположен потоку в фазе А. Эмулятор ватт-диска отключается, тогда когда индицируются 4 счетчика диагностических ошибок.

Поскольку пользователю требуется непрерывная индикация потенциала, 3 индикатора потенциала, предпочтительно обозначенные V_A, V_B, V_C присутствуют на дисплее. Эти индикаторы включены, пока соответствующее напряжение находится выше заранее определенного порогового значения. Пороговое значение предпочтительно определяется как 75% от самого низкого напряжения, нормированного для работы измерителя. Если напряжение снижается ниже этого порогового значения, его индикатор замигает, предпочтительно со скоростью 2 раза в секунду.

Если более одной ошибки существует одновременно, индицируется информация, относящаяся только к одной ошибке, на основе заранее определенной приоритетности. В предпочтительном примере реализации системы установлены следующие приоритеты:

1. Ошибки в самопроверках измерителя имеют приоритет выше, чем ошибки диагностики системы и монтажа.

2. Поскольку одновременно может индицироваться только одна ошибка диагностики системы и монтажа, ошибка с самым высоким приоритетом будет та, которая индицируется с использованием заранее определенного списка приоритетов.

Если существуют 2 или больше ошибок диагностики системы и монтажа, ошибка с наивысшим приоритетом будет та, которая индицируется, и та, которая запускает замыкание выходного контакта. Если эта ошибка затем исправляется, существующая еще ошибка со следующим самым высоким приоритетом будет затем индицироваться и снова запустит замыкание выходного контакта. Замыкание выходного контакта (тревога: условие ошибки) таким образом остается установленным, пока запущены одна или нескольких ошибок в диагностической проверке.

Как описано выше и показано на фиг. 14, дисплей "Toolbox" также предпочтительно индицирует мгновенное значение тока и напряжения для каждой фазы и их фазовое отношение с напряжением на фазе А. При помощи этой информации пользователь может построить векторную диаграмму, которая помогает определять правильный монтаж, установку и работу измерительного устройства. Индикация также показывает число ошибок диагностики, накопленное для каждой диагностической проверки с последнего момента очистки системы.

Пример желаемого взаимоотношения между векторной диаграммой для установки трехфазного измерительного устройства и дисплеем "Toolbox" показан на фиг. 14 и 15, соответственно. Когда информация о фазном токе, напряжении и угле дана на дисплее "Toolbox", пользователь должен быть в состоянии построить векторную диаграмму, как показано на фиг. 15. Это позволит пользователю получить "мгновенный снимок" состояния энергетической системы и обнаружить любые особенности или ошибки. Как упоминалось выше, дисплей "Toolbox" даст также состояние четырех диагностических счетчиков, которое предоставит пользователю более подробную информацию о состоянии системы.

Расчет фазовых углов

В предпочтительном примере реализации изобретения информация об углах для фазного тока и напряжений, используемых в диагностических проверках N. 1 и N. 4 системы и требуемых для индикации на дисплее "Toolbox", определяется из накопленных значений тока и напряжения для каждой фазы, а также из накопленных произведений Q и Y (как определено ниже). Напряжение на фазе А предпочтительно используется как опорное (или базовый вектор) для других углов. Таким образом, угол напряжения в фазе А появится на дисплее как 0.0^o. Пять других значений углов для (I_A, I_B, I_C, V_d, V_C) будут сообщаться по отношению к напряжению в фазе А и всегда будут даваться относительно запаздывающего опорного значения.

1. Фазовый угол между V_A и I_A

Если мощность и кажущаяся мощность известны, можно получить коэффициент мощности. Взаимосвязь следующая:

Кажущаяся мощность= I_сквV_скв (cкв - среднеквадратическое)

Фазовый угол () между напряжением и током можно затем рассчитать следующим образом:

= arccos (коэффициент мощности)

Устройство согласно этому изобретению может также определять, перегоняет ток напряжение или отстает от него, путем изучения знака реактивной мощности. Если реактивная мощность положительна, то ток отстает от напряжения, а если реактивная мощность отрицательна, то ток опережает напряжение.

В предпочтительном примере реализации мощность, среднеквадратические значения напряжения и тока рассчитываются каждые 60 линейных циклов для каждой фазы в измерителе. Это достигается путем взятия 481 выборки напряжения и тока за период 60 циклов. Производятся необходимые умножения и добавления, и затем эти значения усредняются, чтобы получить мощность, среднеквадратичные значения напряжения и тока для данных 60 линейных циклов. Затем эти количества используются в конце каждого 60 линейного цикла для расчета коэффициента мощности для каждой фазы.

Реактивную мощность можно рассчитать во многом аналогично мощности, за исключением того, что нужно вызвать сдвиг по фазе в 90^o между измерениями тока и напряжения. Этот сдвиг по фазе можно получить, беря существующую выборку тока и умножая ее на задержанную выборку напряжения (хранящуюся в памяти), соответствующую сдвигу по фазе на 90^o.

2. Получение обобщенного способа расчета фазового угла

Как показано ниже, способ расчета фазового угла от V_A до I_A можно обобщить, чтобы рассчитать угол между любым опорным вектором (таким как V_A) и любыми другими векторами (такими как V_B, I_B, V_C или I_C).

Как видно на фиг. 16, можно рассмотреть 2 синусоидальные кривые той же самой частоты, с разной величиной и сдвинутые по фазе друг относительно друга таким образом:

a(t) = Acos(t)

b(t) = Bcos(t-)

Представляя аргумент косинуса как (t-), подразумевается, что представляет собой запаздывающий сдвиг по фазе от опорного значения а(t) до b(t). Соответствующее положение относится к тому, достигло ли b(t) своего максимального значения до или после а(t) во временном отношении. Если b(t) достигает максимума после а(t), то говорят, что оно ОТСТАЕТ от а(t). Если b(t) достигает максимума до а(t), говорится, что оно ОПЕРЕЖАЕТ а(t).

Чтобы выделить фазовый угол , будет оценено среднее значение произведения двух синусоид. Это среднее значение будет обозначаться Q. Уравнение для среднего значения таково:



где А и В представляют амплитуды синусоидальных колебаний а(t) и b(t), соответственно. Амплитуда Х_mах синусоидальных колебаний связана со среднеквадратичным значением Х_скв следующим отношением



Поэтому



Подставляя эти соотношения в уравнение для Q, получаем уравнение:

Q = A_сквB_сквcos

или



и наконец



Поэтому, если среднее значение произведения двух синусоид и среднеквадратических значений двух отдельных колебаний известно, то можно рассчитать угол между двумя колебаниями. Только эта информация не позволит нам определить, отстает b(t) от a(t) или же опережает его. Однако, если бы синус угла Q был известен, то можно было бы определить, опережающий это угол или отстающий.

Чтобы определить синус угла, рассмотрим среднее значение произведений двух синусоидальных колебаний, где а(t) сдвинуто на 90^o или /2 радиана. Выражение для сдвинутого варианта а(t) следующее:



Среднее значение произведения а(t) и b(t) будет называться величиной Y. Уравнение следующее:



Взятие интеграла дает следующее отношение:



Поэтому, если среднее значение произведения двух синусоид (Q) известно, известно среднее значение произведения синусоид с задержкой опорного колебания, сдвинутого на 90^o (Y), и известно среднеквадратическое значение для каждого из колебаний, то можно рассчитать фазовый угол и можно определить, отстает ли неопорное колебание от опорного или перегоняет его. Два уравнения, которые можно использовать для определения величины фазовых углов, следующие:



То, что угол опережает или отстает, можно оценить, изучая знаки аргументов арккосинуса и арксинуса. Поскольку положительный угол соответствует углу запаздывания, то следующее верно для определения того, запаздывает или отстает угол:

Аргумент арккосинуса (+), аргумент арксинуса (+).

- Отставание от 0 до 90^o

Аргумент арккосинуса (-), аргумент арксинуса (+).

- Отставание от 90 до 180^o.

Аргумент арккосинуса (-), аргумент арксинуса (-).

- Опережение от 90 до 180^o и

Аргумент арккосинуса (+), аргумент арксинуса (-).

- Опережение от 0 до 90^o.

Поэтому если значения Q, Y и среднеквадратические значения для a(t), b(t) имеются в наличии, то можно определить фазовый угол между этими синусоидальными колебаниями.

Вышеописанный метод нахождения фазового угла будет таким образом применим к любой паре значений напряжения или тока. Например, чтобы определить угол между V_B и V_A, требуется рассчитать две необходимые величины - среднее значение произведения двух колебаний (Q_VAB) и среднее значение произведения двух колебаний при V_A, сдвинутом на 90^o (Y_VAB).

Как упоминалось ранее, измерительное устройство, включающее в себя предпочтительный пример реализации системы 20, делает выборки V_A и V_B 481 раз через каждые 60 линейных циклов. Если произведение _A и V_B рассчитывается для каждой из 481 выборок и накапливается по интервалу выборки, то в конце интервала выборки можно рассчитать среднее значение произведения двух колебаний Q_VAB. Уравнение для Q_VAB следующее:



где С это масштабный коэффициент калибровки, используемый для компенсации уменьшения фазных напряжений до измеримого уровня.

Y_VAB можно найти аналогичным образом из:



где С для расчета Y_VAB то же самое, что и С для расчета Q_VAB и V_A(n-2) - это значение напряжения V_A на 2 выборки ранее выборки V_A(n).

Выборка производится таким образом, что 2 последовательные выборки сигнала отстоят друг от друга на 44,91^o. Поэтому, если выборка напряжения берется из выборки 2 выборки назад, это приведет к сдвигу по фазе в 89,82^o, что приблизительно составляет 90^o.

Следует отметить, что вместо использования сдвигающихся выборок V_A, другие величины можно сдвинуть на 90^o, чтобы рассчитать фазовый угол. Это приведет к тем же результатам для величины значения Y. Однако это изменит информацию о знаке, потому что фазовый угол смещен на 180^o. При этой реализации существуют следующие отношения по знакам между аргументами арксинуса и арккосинуса:

Арккосинус (+), арксинус (-).

- Угол запаздывания от 0 до 90^o.

Арккосинус (-), арксинус (-).

- Угол запаздывания от 90 до 180^o.

Арккосинус (-), арксинус (+).

- Угол опережения от 90 до 180^o.

Арккосинус (+), арксинус (+).

- Угол опережения от 0 до 90^o.

Если бы нужно было рассчитать новые значения каждого интервала выборки для фазовых углов, необходимых для дисплея "Toolbox", то каждый интервал выборки нужно было бы рассчитывать 10 показанных выше членов произведения и накопления. Из-за избыточного использования процессорного времени и ЗУПВ, требуемых для накопления всех десяти элементов за каждый интервал выборки, предпочтительно для каждого интервала выборки рассматривается только одна пара элементов (членов). Это ограничивает использование процессорного времени и ЗУПВ и это предоставляет новые значения фазовых углов для дисплея "Toolbox" каждые 5 интервалов выборки.

В предпочтительном примере реализации изобретения члены произведения рассчитываются и накапливаются в следующем порядке:

1. Первый интервал выборки - V_AI_A и V_A(-90)I_A для фазового угла I_A.

2. Второй интервал выборки - V_AI_B и V_A(-90)I_B для фазового угла I_B.

3. Третий интервал выборки - V_AI_C и V_A(-90)I_C для фазового угла 1_C.

4. Четвертый интервал выборки - V_AV_B и V_A(-90)V_B для фазового угла V_B.

5. Пятый интервал выборки - V_AV_C и V_C(-90)V_C для фазового угла V_C.

После пятого интервала выборки последовательность начинается сначала, накапливая необходимые значения Q и Y для фазового угла I_A. Выборки для V_A хранятся в течение каждого интервала выборки. Это таким образом требует, чтобы 2 дополнительных значения хранились для V_A на каждом интервале, 2 предыдущих V_A.

В предпочтительном примере реализации изобретения эти функции реализуются в коде сборки 68НС11. Умножение и накопление этих членов произведения происходит во фронтальной программе выборки с прерываниями. Значения напряжения - это 8-битовые значения, а значения тока - это 12-битовые значения. Поскольку V_A всегда участвует в любом из умножений, это будет означать, что некоторые из множителей будут иметь 88 бит и некоторые будут иметь 812 бит. Поскольку желательно использовать тот же самый алгоритм, чтобы осуществлять все умножения, 8-битовые значения расширяются до 12-битовых значений, так что 812-битовый алгоритм умножения используется исключительно в предпочтительном примере реализации.

8-битовые значения напряжения для V_B и V_С расширены по знаку до 12-битовых значений, так что все умножение и накопление членов произведения для нахождения фазовых углов управляется двумя алгоритмами, одним для накопления членов произведения для значения Y и одним для накопления членов произведения значения Q. Расширение по знаку значений напряжения V_B и V_С происходит в течение каждого периода выборки. Это делает особые проверки необязательными для идентификации интервалов выборки, в которых нужны эти количества, потому что они имеются в наличии в течение каждого интервала выборки.

Все 12-битовые значения для тока и напряжения предпочтительно хранятся в 16-битовых регистрах в памяти, потому что память разделена на сегменты границами байтов.

Фронтальная программа выборки должна иметь способ определения того, какой член произведения нужно рассчитать при каждом интервале выборки. Идентификатор счетчика предпочтительно используется как указатель, чтобы получить доступ к правильному значению для умножений, необходимому для накопления значений Q и Y.

Чтобы накопить два члена произведения, 2 накопителя разнесены по схеме распределения памяти. Размер каждого из этих накопителей тот же самый, поскольку оба выполняют умножения 812 бит. Самое большое возможное накопленное значение такое:

Наибольшее 8-битовое значение= 128.

Наибольшее 12-битовое значение= 2048.

Наибольший накопленный результат - 481*128*2048= 07 84 00 00 (hex).

Поэтому каждый накопитель имеет длину 4 бита, чтобы вместить результат наихудшего случая. Поэтому 2 четырехбитовых накопителя разнесены, чтобы вместить каждую пару членов произведения для каждого интервала выборки.

В конце каждого интервала выборки результаты в двух 4-битовых накопителях хранятся в двух 4-битовых фиксирующих областях в ожидании обработки фоновыми программами, необходимыми для завершения расчета угла в течение следующего интервала.

Когда накопленные пары переведены в регистры временного хранения в конце интервала выборки, имеют место оставшиеся расчеты, необходимые для определения фазового угла, в течение следующего интервала выборки на фоне, тогда как накопление для следующей пары происходит на переднем плане. Эти фоновые программы должны также иметь способ определения того, над какой парой накопленных членов произведения они работают. Отдельный идентификатор счетчика используется для этих фоновых программ, и работает он аналогично идентификатору счетчика для фронтальной выборки с прерыванием. Однако можно использовать тот же самый счетчик, поскольку этот идентификатор всегда будет на один счет позади идентификатора счетчика для программы выборки с прерыванием фронтального модуля.

Измерительное устройство 34, показанное на фиг. 2, 3, 17А-В и 18А-И, в которое предпочтительно интегрирована система 20 настоящего изобретения, это твердотельный измеритель кВ/кВч с одной функцией, использующий методы цифровой выборки для обеспечения традиционного спроса на кВ/кВч, времени использования и другой обычной стоимостной информации в реальном времени в дополнение к диагностической информации, генерируемой системой 20 этого изобретения. Измеритель 34 предпочтительно запрограммирован с использованием программного обеспечения, работающего на IBM-совместимом компьютере с использованием операционной системы MS-DOS. Это программное обеспечение включает в себя логическую схему для подсказывания пользователю создать параметры конфигурации измерителя и предпочтительно содержит подсказки монтажа, которые обеспечивают определенные пользователем параметры для диагностических проверок, осуществляемых системой 20 изобретения, так что переносной компьютер можно включить в порт связи на измерителе, чтобы запрограммировать измеритель при монтаже.

Фиг. 17А-В иллюстрируют фронтальный модуль 44 измерительного устройства 34, в который предпочтительно включена система 20 настоящего изобретения. Фронтальный модуль 44 предпочтительно содержит микропроцессор МС68НС11КА4 фирмы Motorola 140, работающий в режиме одного чипа, интегральный АЦП на 8 бит 142, который служит как преобразователь напряжения 26 в системе 20 изобретения, ПЗУ на 24 байта, электрически стираемое ППЗУ (ЭСППЗУ) на 640 байт и ЗУПВ на 768 байт, все показаны в 144. РЗУ и ЭСППЗУ включают в себя логическую схему диагностики, а ЗУПВ служит в качестве блока памяти для целей настоящего изобретения. Внешний АЦП на 12 бит, показанный в 146, служит в качестве токового АЦП 28 для системы 20 настоящего изобретения.

Можно реализовать дополнительную функцию предупреждения (тревоги) о состоянии ошибки в виде варианта во фронтальном модуле 44. В этой функции используется выходная линия, например, ко внешнему устройству связи, которое может приводиться в действие каждый раз при обнаружении состояния ошибки. Эту факультативную функцию система 20 изобретения может использовать для приведения в действие и передачи сообщения о существовании состояний ошибки для любого из видов диагностических проверок, осуществляемых системой 20 изобретения.

Можно включить факультативную плату 146 в фронтальный модуль 44 для выдачи разных сигналов во внешний мир. Например, предупреждение о состоянии ошибки можно поручить низкотоковому твердотельному реле или ртутному реле, чтобы указывать определение одной или нескольких ошибок при диагностической проверке. Другие известные вспомогательные функции, такие как автоматизированное считывание измерителя или выставление счетов в реальном времени, можно реализовать на факультативной плате 146 или на факультативной плате аналогичной конфигурации, используемой с фронтальным модулем 44.

Как видно из фиг. 18А-В, модуль регистра 48 измерительного устройства 34, в которое предпочтительно включена система 20 изобретения, содержит микропроцессор на одном кристалле NECuPD7531GF 148, включая 16 байтов в ПЗУ, показанном в 150, 5124 битов ЗУПВ, показанном в 152, и драйвер 96-сегментного ЖК-дисплея 154, пригодный для запуска ЖК-дисплея 156, такого как конкретный тип дисплея 33, показанный на фиг. 3 и используемый в предпочтительном примере реализации измерителя 34.

Последовательные данные будут передаваться между фронтальным модулем 44 и модулем регистра 48 по четырехпроводной линии синхронной передачи последовательных данных, показанной, соответственно, в 158 на фиг. 17А-В и в 160 на фиг. 18А-В. Фронтальный модуль будет отслеживать и обновлять состояние всех видов диагностики, осуществляемых системой 20 изобретения, и периодически (предпочтительно раз в секунду) сообщать это состояние модулю регистра 48 по вышеописанной линии последовательной связи для индикации, а также для хранения энергозависимых данных в случае отключения электропитания. Кроме того, любое мгновенное значение, требуемое для индикации на дисплее "Toolbox" изобретения, будет сообщаться фронтальным модулем при необходимости модулю регистра. Фронтальный модуль 44 также сообщает разную другую обычную информацию измерительного устройства модулю регистра 48, такую как количество энергии (в кВч), зарегистрированное для последних 60-линейных циклов, а также ее направление (переданная или полученная), существующий спрос и информацию о конце интервала.

Информация, которая может сообщаться от модуля регистра 48 к фронтальному модулю 44, обычно включает в себя периодическую информацию о состоянии регистра измерителя.

Как снова видно из фиг. 17А-В, фронтальный модуль 44 позволяет проводить измерения пофазного напряжения, тока и мощности на один интервал выборки (60 линейных циклов). Как описано выше, фронтальный модуль предпочтительно осуществляет 481 выборку за 60 линейных циклов, что соответствует 481 Гц, когда частота в линии составляет 60 Гц, и приблизительно 401 Гц, когда частота в линии составляет 50 Гц. Частота выборки пересчитывается каждые 60 циклов на основании измеренной частоты в линии. Как описано ранее, функции диагностики изобретения, включая определение мгновенного значения пофазного тока, напряжения, мощности и фазового угла, предпочтительно осуществляются фронтальным модулем 44, когда система включена в состав измерителя того типа, который показан на фиг. 3.

Как снова видно из фиг. 3 и 18А-В, модуль регистра 48 предпочтительно осуществляет функцию управления ЖК-дисплеем 33 в измерительном устройстве 34. Как описано выше, дисплей "Toolbox" этого изобретения можно реализовать путем приведения в действие поочередного переключателя дисплея (не показан) в течение заранее определенного периода. При приведении в действие режим дисплея "Toolbox" приводится в действие, и дисплей будет "прокручивать" перечень дисплея "Toolbox", как описано ранее. Во время индикации "Toolbox" предпочтительно непрерывно мигает указание "ТЕСТ", и эмулятор диска ваттов, показанный как 5 прямоугольных изображений внизу дисплея 33, будет "прокручивать" со скоростью примерно 1 оборот за 1,33 с. Направление эмулятора диска ваттов будет тем же самым, что и направление энергопотока для индицированной фазы (слева направо, если принимается, справа налево, если выделяется). Измеритель выйдет из режима дисплея "Toolbox" при достижении конца дисплея, и поочередный переключатель дисплея больше не приводится в действие. Следует отметить, как описано выше, что измеритель будет продолжать выполнять все операции измерителя в нормальном режиме, когда последовательность дисплея "Toolbox" действует.

Если поочередный переключатель дисплея не приведен в действие, дисплей измерителя 33 работает в обычном режиме индикации для измерителя 34.

Связь с измерительным устройством или от него может также осуществляться через фронтальный модуль 44 по соединению с оптическим портом 162.

Таким образом, пакет диагностики интегральной системы электронного измерительного устройства этого изобретения предоставляет возможность непрерывных самопроверок внутренних элементов измерителя, а также предупреждает обслуживающий персонал о любых обнаруженных ошибках, не прерывая работы измерителя. Система также обеспечивает способность к постоянным диагностическим проверкам системы и к индикации результатов этих диагностических проверок, чтобы давать уместные диагностические данные для персонала во время монтажа измерителя или после него.

Система обеспечивает гибкость и позволяет пользователю запрограммировать систему, чтобы выбрать и определить функции и параметры, подходящие для конкретной системы энергоснабжения, обеспечиваемого монтажом измерителя.

Наконец, наличие дисплея "Toolbox" этого изобретения обеспечивает периодическую индикацию ценной информации касательно внутреннего функционирования измерителя и характера обслуживания, поддерживаемого измерителем, опять же не прерывая обычного обслуживания и работы измерителя.

Хотя наилучший режим осуществления изобретения был подробно описан, специалисты в области, к которой относится изобретение, определят разные альтернативные конструкции и примеры реализации для практического применения изобретения, как оно определено следующей формулой изобретения.