本申請涉及一種用于保護功率分配饋線器(feeder)的熔斷器(fuse)，其可操作成將功率網(wǎng)絡的經(jīng)歷故障的部分隔離、確定故障位置并將故障位置和大體功率網(wǎng)絡操作狀態(tài)通信至公用事業(yè)工作人員或控制中心。

背景技術：

電配電網(wǎng)絡經(jīng)常跨越長距離并且歸因于人類、動物或天氣有關的相互作用而經(jīng)受到沿著分配線路的故障。故障位置必須盡可能快地檢測到以恢復配電網(wǎng)絡的正常操作。

熔斷器經(jīng)常被用于保護分配線路和安裝在其上的設備以免受發(fā)生故障的損害。傳統(tǒng)的熔斷器具有當暴露于高于熔斷器額定值的持久的過電流時熔化的內(nèi)部組成部件。已知的熔斷器不能將操作狀態(tài)提供給維護功率系統(tǒng)的公用事業(yè)工作人員。另外，位于熔斷器下游的故障沒有通過傳統(tǒng)的熔斷器被通信至公用事業(yè)工作人員。

這意味著公用事業(yè)工作人員必須手動地定位燒斷的或發(fā)生故障的熔斷器，這是耗時的任務。公用事業(yè)工作人員可以典型地通過視覺檢查來找出所操作的熔斷器，但是不能準確指出確切的故障位置或故障區(qū)段，因為它可能在所操作的熔斷器的下游的任何地方。時常地，公用事業(yè)工作人員使用迭代分岔技術來標識故障區(qū)段。

迭代技術牽涉到通過斷開兩個區(qū)段之間的聯(lián)絡開關將燒斷的熔斷器下游的有故障的側枝(lateral)分在兩個區(qū)段中、發(fā)生故障的熔斷器的更換、至電路的重新連接和故障排除的驗證。如果故障仍存在，則該技術必須在第一區(qū)段上重復直到標識到故障區(qū)段。如果故障已排除，則該過程在第二區(qū)段上重復直到標識到故障區(qū)段。因此，在本領域中存在有用于保護電網(wǎng)絡和故障位置的改進的熔斷器的需要。

附圖說明

在附圖中，圖示出與下面提供的詳細描述一起描述了能夠通信熔斷器和安裝有熔斷器的電網(wǎng)絡的操作狀態(tài)的熔斷器的示例性實施例的結構實施例。本領域技術人員將領會的是，組成部件可以被設計為多個組成部件，或者多個組成部件可以被設計為單個組成部件。

此外，在附圖和接下來的描述中，相似的部件貫穿附圖和書面描述分別用相同的附圖標記指示出。圖未按比例繪制并且某些部件的比例被夸大了用于方便說明。

圖1是在其上安裝有將諸如電流和電壓值等的物理量通信至公用事業(yè)工作人員的移動設備或網(wǎng)關裝置的熔斷器的示例性高架和地下配電網(wǎng)絡的示意圖；

圖2示出被安裝在示例性保險裝置(cutout)應用中的熔斷器；

圖3描繪了通過移動應用程序從由分開地安裝在配電網(wǎng)絡的相應的相a、b和c之上的熔斷器的電子電路所捕獲的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的示例性波形圖；

圖4是具有由依照本公開體現(xiàn)的熔斷器監(jiān)測和保護的高架和地下電路的示例性功率網(wǎng)絡的網(wǎng)絡模型和疊置在其上的故障位置；和

圖5是熔斷器電子電路的方塊圖；

圖6a是具有將數(shù)據(jù)通信至變電站計算機和/或網(wǎng)絡控制中心的電子電路的熔斷器的分層網(wǎng)絡的圖；

圖6b是具有將數(shù)據(jù)通信至變電站計算機和/或網(wǎng)絡控制中心的電子電路的熔斷器的網(wǎng)狀網(wǎng)絡的圖；和

圖7描繪了運行從智能熔斷器和配電網(wǎng)絡上的其他設備提供到故障位置的距離和功率網(wǎng)絡操作狀態(tài)的應用程序的移動設備的屏幕。

具體實施方式

參照圖1，示出攜帶了從大約5千伏至大約38千伏的電壓范圍內(nèi)的電力的示例性中壓高架和地下電配電網(wǎng)絡40、60，在其上安裝有保險裝置20以保護功率網(wǎng)絡40。熔斷器保險裝置20具有熔斷器保持件22和熔斷器10。應該理解的是，依照本公開體現(xiàn)的熔斷器保險裝置20和熔斷器10也可以用在高-或低壓配電網(wǎng)絡中。

高架配電網(wǎng)絡40具有熔斷器保險裝置20，安裝以保護側枝、區(qū)段65和負載78。在熔斷器保險裝置20里面的熔斷器10是智能熔斷器10，可操作以接收、解析和通信諸如導體42的電流、電壓、溫度等的特征值以及在熔斷器10位置處的周圍環(huán)境的諸如濕度和溫度等的天氣條件。熔斷器10可操作成接收如將在下面更詳細地描述的被存儲在熔斷器10位置處的eprom、eeprom或類似的存儲器存儲上的或者來自公用事業(yè)網(wǎng)絡控制中心(ncc)處的數(shù)據(jù)庫的歷史特征值。

繼續(xù)參照圖1，高架配電網(wǎng)絡40沿著立桿19過渡至地下配電網(wǎng)絡60。高架網(wǎng)絡線纜40經(jīng)由保險裝置20被連接至地下電路60。保險裝置20可操作成在地下電路60上發(fā)生故障時使地下電路60與高架電路40斷開連接。保護地下電路的熔斷器10使用電子電路16記錄并處理特征值，并且將經(jīng)過處理的特征值發(fā)送至移動設備32。移動設備32具有安裝在其上的應用程序，在發(fā)生故障時使用特征值來計算出從熔斷器10位置到故障的距離。到故障位置的距離的計算向公用事業(yè)工作人員提供故障位置估計，使得公用事業(yè)工作人員知道到哪里去發(fā)掘以訪問經(jīng)歷著故障的地下線纜或進行維修。

立桿線纜21和設備27、46由避雷器17保護。立桿線纜21沿立桿19的長度走向直到線纜21達到地面水平高度并接著被埋入地下。地下線纜23經(jīng)由線纜終端被連接至底座安裝型的開關裝置柜27。地下線纜23進一步將開關裝置27連接至底座安裝型的變壓器46以使電流和電壓下降至可由負載78使用的值。

熔斷器保險裝置20保護高架側枝40和地下60免受潛在故障的損害并且將配電網(wǎng)絡40、60上的發(fā)生故障的位置通知移動設備32和在變電站處的或被安裝在公用事業(yè)桿上的網(wǎng)關裝置配電網(wǎng)絡。熔斷器10可操作成將熔斷器狀態(tài)和配電網(wǎng)絡操作特征值通信至移動設備和在ncc處的計算機。熔斷器10接收來自被安裝在配電網(wǎng)絡40上或被嵌入熔斷器10組件中的傳感器12的諸如電流和電壓等的特征值信號、解析信號并且將功率網(wǎng)絡操作特征發(fā)送至移動設備32?？商娲?，熔斷器10可以將特征值發(fā)送至現(xiàn)場裝置、scada系統(tǒng)、位于ncc處的計算機或者在云34上的數(shù)據(jù)存儲庫。

溫度傳感器可以被嵌入到熔斷器10內(nèi)以針對導體42測量并監(jiān)測熱過載條件。具有若干天氣傳感器的天氣站可以被安裝在熔斷器10位置附近以監(jiān)測諸如用風速、濕度和其他條件等的天氣條件以確定導體42是否正在接觸中。天氣站可以接收本地天氣信息以當預定天氣條件存在時激活照相機或視頻記錄儀以捕獲在風暴條件期間的顯示出倒下的導體或桿的照片或視頻。

繼續(xù)參照圖1，公用事業(yè)工作人員36到達工作現(xiàn)場并且用移動設備32執(zhí)行接收來自功率網(wǎng)絡40、60上的熔斷器10的通信30和數(shù)據(jù)的計算機應用程序(即，“移動應用程序”、“移動app”、“計算機app”或“app”)。移動設備32是智能電話、平板計算機、手持計算機、rfid標簽讀取器或者能夠接收來自無線、有線、短程或遠程通信介質30的數(shù)據(jù)用于顯示給用戶的任何其他裝置。移動設備32具有計算機可讀介質和用于執(zhí)行安裝在其上的計算機應用程序的計算機可讀指令的處理器。

繼續(xù)參照圖1，本公開的熔斷器10可操作成標識故障的位置并且即使當故障發(fā)生在跨越相對長的距離并具有多個區(qū)段65的配電網(wǎng)絡上時也能通知公用事業(yè)工作人員配電網(wǎng)絡。高架配電網(wǎng)絡40具有被安置或安裝在三相功率系統(tǒng)的長形導體42之上的傳感器12。傳感器12使較高的電壓和電流至下降至用于被安裝在高架配電網(wǎng)絡40上的計量器、繼電器和其他測量與保護裝置58的較低的可用值配電網(wǎng)絡。傳感器12進一步測量長形導體42的特征值，諸如電流、電壓、導體溫度和導體所在的周圍環(huán)境的諸如環(huán)境溫度和濕度等的特征值。

在一個實施例中，電流傳感器被嵌入熔斷器10的熔斷器保持件22中以測量經(jīng)過熔斷器10的電流值。應該理解的是，無論使用嵌入的傳感器還是緊挨著熔斷器的儀用變壓器來測量跨/經(jīng)過熔斷器的特征值，在作為測量點的熔斷器10位置處進行的測量都增加測量精度并消除與導體線路建模和分支線路相關聯(lián)的不確定性。

可替代地，傳感器12可以體現(xiàn)為具有組合電壓和電流傳感器的儀用變壓器，組合電壓和電流傳感器具有被鉗位至配電網(wǎng)絡饋線器的導體42的電流傳感器的初級側，用于測量導體42的特征值。電壓傳感器將功率供給至熔斷器10和被嵌入熔斷器10的組件中的相應的電子電路16。儀用變壓器被額定處于從大約4毫安至大約20毫安并提供模擬輸出測量。此外，儀用變壓器在從大約5千伏至大約13.8千伏的計量等級中。

儀用變壓器的次級側輸出下降的電流和電壓值及測量。電壓變壓器的次級或低電壓側還將功率提供給相應的熔斷器10，使熔斷器10呈現(xiàn)自供電裝置。可替代地，使用來自位于配電網(wǎng)絡上的太陽能存儲容器(receptacle)的存儲的能量或標準電池給熔斷器10供電。熔斷器10可以使用存儲的太陽能操作持續(xù)大約二十四小時。在一個實施例中，熔斷器10電子電路16具有在短期基礎上將功率提供給熔斷器10的超級電容器或小電池，當主供電歸因于電路的故障狀態(tài)和熔斷器10中斷的發(fā)生而不可得到時，允許熔斷器自供電。功率要求可以小到幾秒以發(fā)出最后時刻“供電關斷”消息，或者大到幾小時的存儲的或電池功率，直到主供電恢復。

另外，電子電路16具有短程通信能力，包括但不限于在檢測到至熔斷器10的通信的時候被激活的喚醒藍牙能力。應該理解的是，其他短程通信介質是可由發(fā)明人設想到的并且不限于上面提到的示例。

由傳感器12測得的特征值被輸出至傳感器12的端子14并且特征值通過硬有線連接或無線地發(fā)送至熔斷器10電子電路16。熔斷器10電子電路16如圖2所描繪的接收并解析來自傳感器12的電流和電壓信號。熔斷器電子電路16將信號轉換成可由移動設備32或功率分配饋線器管理系統(tǒng)80使用或存儲的特征值。

可替代地，電壓傳感器在熔斷器10的外部并且被安置在長形導體42之上并且電流傳感器12被嵌入熔斷器保持件22中。在該布置中，熔斷器10電子電路16直接接收電流信號并且電壓傳感器12將電壓信號輸出至端子14以供發(fā)送至熔斷器10電子電路16。熔斷器電子電路16接著將代表測量點的特征值的電壓和電流信號轉換成輸出數(shù)據(jù)，該輸出數(shù)據(jù)被進一步發(fā)送至諸如移動設備32或配電網(wǎng)絡饋線器管理系統(tǒng)80等的接收器。嵌入熔斷器保持件的電流傳感器可以體現(xiàn)為基于印刷電路板的羅氏線圈(rogowskicoil)。外部電壓傳感器可以體現(xiàn)為霍爾效應電壓測量傳感器。

熔斷器10電子電路16接著憑借諸如藍牙、wifi、wimax、zigbee或任何其他適用的網(wǎng)絡通信標準等的雙向通信介質30發(fā)送經(jīng)電子電路解析的數(shù)據(jù)?？商娲?，可以利用諸如蜂窩網(wǎng)絡、光纖線路、電力線載波(plc)或串行有線連接等的通信介質30。通信介質取決于應用而支持短程和/或遠程通信。

經(jīng)過電子線路解析的數(shù)據(jù)經(jīng)由短程無線被發(fā)送至公用事業(yè)工作人員的移動設備。在一個實施例中，經(jīng)由蜂窩鏈路的間接通信被用于將經(jīng)過電子電路捕獲的數(shù)據(jù)通信至公用事業(yè)ncc，并且同時，蜂窩鏈路用來自正被監(jiān)測的分配網(wǎng)絡上的各熔斷器10位置的特征值、時間戳和其他捕獲的數(shù)據(jù)來更新公用事業(yè)工作人員的移動設備。在一個實施例中，經(jīng)過熔斷器電子電路捕獲的數(shù)據(jù)被發(fā)送至云34、ncc中的計算機58的數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)場裝置、現(xiàn)場控制器、scada系統(tǒng)或具有數(shù)據(jù)庫82的任何分配饋線器管理系統(tǒng)80。

現(xiàn)在參照圖2，更詳細地描繪了利用熔斷器10的示例性保險裝置20的實施例。保險裝置20具有熔斷器10、熔斷器保持件22和嵌入的電子電路16。應該理解的是，熔斷器10可以與自動重合開關(recloser)、繼電器、斷路器、開關裝置一起用或者被用作具有嵌入的電子電路16的獨立的熔斷器10，并且熔斷器保險裝置20是通過非限制性示例的方式呈現(xiàn)的。

繼續(xù)參照圖2，熔斷器10具有被安置在熔斷器保持件22中或以其他方式被連接至熔斷器保持件22的熔斷器元件5。熔斷器保持件22與標準熔斷器元件兼容或者可以改型成容納非標準的熔斷器元件。熔斷器保持件22被用于使熔斷器元件5就座并且具有夾子(未示出)以與熔斷器元件5接合和/或保持熔斷器元件5。當熔斷器元件5歸因于檢測到的過電流而發(fā)生故障時，保險裝置10的臂15向外擺動，斷開電路，并且提供熔斷器元件5的發(fā)生故障的可視指示。

在現(xiàn)有的熔斷器元件5的發(fā)生故障的時候，公用事業(yè)工作人員36用新的熔斷器元件5更換燒斷的熔斷器元件5?？商娲?，熔斷器元件5包括被設計成自動地更換燒斷的熔斷器元件5的一組備用熔斷器元件。這樣的熔斷器元件5的一個示例是盒，包含如若干更換熔斷件(fuselink)并且當現(xiàn)有的熔斷器元件燒斷或發(fā)生故障時自動地切換至新的熔斷件。

另一可替代方案是安裝在自動重合開關附近并與自動重合開關結合地操作的熔斷器10。自動重合開關在發(fā)生臨時故障期間斷開電路。在一個跳變之后，臨時故障典型地被排除。熔斷器10電子電路16記錄故障前后的特征值。假如出現(xiàn)高于熔斷器額定值的過電流，則熔斷器10能夠利用新的熔斷件將自身重置。

雖然可以由公用事業(yè)工作人員36在視覺上檢測并更換燒斷的熔斷器，但引起熔斷器10燒斷的故障或故障區(qū)段65的確切位置可能不明顯。因此，要求更多信息來確定故障的位置。捕獲導致故障位置確定的數(shù)據(jù)的一個方法是確定在熔斷器10位置處的功率網(wǎng)絡操作狀態(tài)。

如先前提到的，嵌入熔斷器保持件22的電子電路16捕獲在測量點處的特征值。電壓和電流信號數(shù)據(jù)由電子電路16捕獲并且經(jīng)由通信介質30發(fā)送至移動設備。移動設備具有安裝在其上以產(chǎn)生如下面將更詳細地描述的電壓和電流波形的應用程序。

熔斷器10可操作成將熔斷器10的標識和位置數(shù)據(jù)通信至公用事業(yè)工作人員36的移動設備32。gps單元(未示出)被安裝在熔斷器10的位置處并提供位置坐標和相應的時間戳用于所記錄的所有數(shù)據(jù)，包括但不限于電流、電壓、溫度、濕度、視頻記錄和照相機產(chǎn)生的圖像。關于網(wǎng)絡和諸如溫度和濕度等的天氣條件的歷史數(shù)據(jù)被存儲在配電網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)庫82中并且對于移動設備32可經(jīng)由通信介質30得到。

熔斷器10位置數(shù)據(jù)連同熔斷器10的標識號使得公用事業(yè)工作人員36能夠定位功率網(wǎng)絡40、60上的熔斷器10。熔斷器10位置和標識號(id號)經(jīng)由通信介質30發(fā)給公用事業(yè)工作人員36的移動設備32。熔斷器10能夠將由電子電路16捕獲的數(shù)據(jù)存儲至諸如eeprom或eprom等的閃存存儲器，以供存儲，直到公用事業(yè)工作人員36到達故障位置并且在將捕獲的數(shù)據(jù)傳送到移動設備32內(nèi)的范圍內(nèi)。

在一個實施例中，傳感器、電子電路和射頻通信作為集成電路被嵌入到熔斷器組件內(nèi)。集成電路允許熔斷器10的電子電路使用利用ieee802.15.4標準以及支持低功率短程無線發(fā)送的任何其他標準的諸如wifi、藍牙或zigbee等的低功率無線數(shù)據(jù)路由協(xié)議與ncc88、變電站計算機80和其他熔斷器10的電子電路通信。

現(xiàn)在參照圖3，使用在各種熔斷器10位置處的測得的特征值由移動應用程序產(chǎn)生波形和相量分析圖31、33、35、39。公用事業(yè)工作人員使用移動應用程序將針對所選擇的熔斷器10的波形圖顯示在移動設備32上。波形和相量圖31、33、35、39向公用事業(yè)工作人員36提供在熔斷器10位置或感興趣的測量點處的網(wǎng)絡40、60操作狀態(tài)的視覺指示。

此外，移動設備32處理器執(zhí)行計算機可讀指令以在移動設備32上產(chǎn)生電流和電壓波形圖，如圖3中描繪的?？商娲?，電流和電壓波形圖31、33可以被提供在與熔斷器10一起安裝的或被集成到熔斷器保持件22內(nèi)的顯示器上。公用事業(yè)工作人員使用電流和電壓波形圖表來確定正在預定閾值附近或外操作的網(wǎng)絡上的位置。以該方式，公用事業(yè)工作人員可以通過分析電壓和電流波形數(shù)據(jù)并維持功率網(wǎng)絡的故障前部分來防止故障發(fā)生。

電流波形圖31示出對于三相系統(tǒng)(相a、b和c)的與以秒為單位的時間相對與安培為單位的電流的關系。從電流波形圖31可以明顯看出相b在報告熔斷器10或電流傳感器的位置處的電流測量的約0.35秒處正經(jīng)歷電流尖峰29。應該理解的是，上面的示例是對于安裝在相a、b和c的相應相之上的單個熔斷器10，并且在其他安裝中，電流和電壓波形圖31、33可以僅描繪安裝在三個相中的相應的單相a、b或c或者兩個相之上的單個熔斷器10。典型的安裝具有單相或雙相側枝40、60。

對于與電流波形圖31相同時間周期的電壓波形圖33被以秒為單位的時間相對于千伏示出。在報告熔斷器10或電壓傳感器的位置處的電壓測量的約0.35秒處在相b中有電壓微降(dip)。

電流相量分析35圖表是從以已知方式在熔斷器測量點處測得的電流值確定的。顯示在移動設備上的示例性電流相量繪圖在約0.35秒在相b上具有尖峰41。電壓相量分析圖表是使用以已知方式在熔斷器位置處測得的電壓值確定的。示例性電壓相量圖表被描繪成在約0.35秒處在相b上正經(jīng)歷微降43。

現(xiàn)在參照圖4，描繪了功率分配系統(tǒng)的示例性網(wǎng)絡模型70。功率網(wǎng)絡模型70是在功率網(wǎng)絡上的設備、功率網(wǎng)絡上的事件與對于功率網(wǎng)絡上的設備的操作的控制設置之間的關系的邏輯表示。功率網(wǎng)絡模型70由分配變電站或對功率網(wǎng)絡或多個變電站負責的ncc來維持。功率網(wǎng)絡模型70可以代表整個配電網(wǎng)絡或者功率網(wǎng)絡的感興趣的部分。功率網(wǎng)絡模型可以包括作為配電網(wǎng)絡的空間表示的gis數(shù)據(jù)。

由公用事業(yè)工作人員36根據(jù)需求或定期地在移動設備32上下載或更新網(wǎng)絡模型70。安裝在用戶的移動設備32上的計算機應用程序110讀取網(wǎng)絡模型70并接著從網(wǎng)絡模型70上的熔斷器10中的每一個的電子電路16重新得到特征值。由用戶的移動設備32上的應用程序創(chuàng)建地圖130，通過具有測得的在預定閾值外的振蕩值在網(wǎng)絡模型70上的疊置的故障位置37或準確指出的位置描繪了功率網(wǎng)絡40、60的操作狀態(tài)。圖4是其上指定有故障位置37的網(wǎng)絡模型的示例并且將在下面更詳細地描述。

在圖4中示出的示例性功率網(wǎng)絡模型中，有變電站44和以虛線包圍的多個饋線器51。分配饋線器線纜51、53是來自分配變電站44的輸出。安裝在變電站44中的是變壓器46、諸如熔斷器10和斷路器等的電路保護裝置和包括但不限于控制相關聯(lián)的設備的操作的繼電器58的智能電子裝置(ied)。

由變電站44處的ied58捕獲的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信介質66被發(fā)送至數(shù)據(jù)庫82。數(shù)據(jù)庫82可以駐留在饋線器管理系統(tǒng)、ncc服務器或scada上。從熔斷器10的網(wǎng)絡、ied58和具有數(shù)據(jù)通信能力的其他裝置接收到的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)被儲存在數(shù)據(jù)庫82之前通過數(shù)據(jù)處置與處理模塊84被集聚。數(shù)據(jù)處置與處理模塊84可操作成將各種形式的數(shù)據(jù)轉換成用于存儲在數(shù)據(jù)庫82中的常見格式或結構。

來自變電站44的第一饋線器纜線51輸出將電力供給至工業(yè)負載73。來自變電站44的第二饋線器線纜53輸出將電力供給至次級配電網(wǎng)絡45的高架和地下分支40、60和相應的負載77。高架和地下功率網(wǎng)絡40、60和相應的單相和三相負載73、77、78由熔斷器10、斷路器48和自動重合開關56來保護。當對于高架電路40來說有必要提供備用功率給地下電路60或反之亦然時，高架和地下功率網(wǎng)絡40、60可以在發(fā)生故障時通過連結斷路器59連接。在高架功率網(wǎng)絡40中，環(huán)路中的常開點典型地是自動開關。

熔斷器10被連接在高架40和地下60側枝連接至第二饋線器53所在的位置處。次級分配網(wǎng)絡45的高架電路40具有兩個負載類型77、78，并且負載77中的每一個由相應的熔斷器10保護。所有熔斷器10可以是智能的，并且在故障37發(fā)生時或者在存在或不存在故障事件的情況下以預定的每日間隔將熔斷器所連接的各個電路的特征值記錄發(fā)送至移動設備32或數(shù)據(jù)庫82。應該理解的是，可以由用戶設置諸如每隔一天發(fā)生的時間間隔等的其他間隔用于導體42和周圍環(huán)境的特征值的收集。

地下功率網(wǎng)絡60經(jīng)由地下線纜將電力提供至多個負載77、78。示例性故障37存在于位于熔斷器10a的上游的地下電路60上。應該理解的是，本公開的熔斷器10、10a、10b中的所有在結構和功能上都等效，但是指定為諸如用以準確指出所操作的熔斷器10的10a和用以描述直接保護負載75、78的熔斷器10的操作的10b等。

應該理解的是，饋線器網(wǎng)絡上的位于故障37的上游的任何熔斷器10、諸如熔斷器10a可操作成提供足夠的信息以計算出到故障位置的距離以及對于各熔斷器10位置和任何相應的故障位置的波形圖。可以由從熔斷器10中的任一個通信的狀態(tài)信息推斷出有故障的位置或區(qū)段65。一個例外是諸如10b等的熔斷器被安裝以保護各個負載75、78和變壓器，所以應該理解的是，熔斷器10b提供了對于網(wǎng)絡的對應于負載75、78的那部分的狀態(tài)。

在熔斷器10a歸因于下游的距離49上的故障37已燒斷或以其他方式發(fā)生故障的場景中，熔斷器10a使用電池備將位置數(shù)據(jù)和正常操作狀態(tài)發(fā)送至移動設備32。電流和電壓至被進一步從熔斷器10a發(fā)送至移動設備32或數(shù)據(jù)庫82。

熔斷器10a和位于故障37上游的任何其他智能熔斷器10感測故障37、感測故障37。在一個實施例中，由響應于高于熔斷器額定值的電流而操作的熔斷器10a做出的故障37的檢測還觸發(fā)電子電路16以詢問并接收來自相應傳感器12的特征值。所操作的熔斷器10a的位置標記由被安裝在所操作的熔斷器10、在該情況中是熔斷器10a的位置處的gps單元(未示出)捕獲，并且坐標被發(fā)送至熔斷器10a電子電路16。

存在有對于熔斷器電子電路16的用以將解析的數(shù)據(jù)發(fā)送至移動設備32的多個觸發(fā)和計劃方法。用于觸發(fā)數(shù)據(jù)的從熔斷器電子電路16至移動設備32的發(fā)送的第一方法是由公用事業(yè)工作人員經(jīng)由計算機應用程序請求熔斷器10和/或熔斷器10被安裝所在的網(wǎng)絡的操作狀態(tài)。第一方法要求公用事業(yè)工作人員的移動設備32位于熔斷器電子電路6通信的預定范圍內(nèi)，如果通信介質30是短程的話。遠程通信介質30的使用可以允許移動設備32位于進一步遠離故障位置或感興趣的現(xiàn)場的地方。

用于觸發(fā)數(shù)據(jù)的從熔斷器電子電路16至移動設備32的發(fā)送的第二方法是觸發(fā)熔斷器10的操作、同時觸發(fā)熔斷器電子電路16記錄電流和電壓數(shù)據(jù)以隨后發(fā)送至分配饋線器管理系統(tǒng)80的數(shù)據(jù)庫82或移動設備32的發(fā)送的故障37。位于有故障的熔斷器10b的上游的熔斷器10記錄由饋線器分支電路40、60上的其他操作熔斷器10發(fā)送的電流和信號值。

用于觸發(fā)數(shù)據(jù)的從熔斷器電子電路16至移動設備32的發(fā)送的第三方法是在計劃的基礎上。移動設備32在諸如每小時或每日在指定時間或期望框架的任何其他時間等的計劃的基礎上接收來自熔斷器10的電流和電壓數(shù)據(jù)。用于接收電流和電壓數(shù)據(jù)的計劃可以在移動設備32或配電網(wǎng)絡饋線器管理系統(tǒng)80中設置。

用于觸發(fā)數(shù)據(jù)的從熔斷器電子電路16至移動設備32的發(fā)送的第四方法是由移動設備32或可操作成與熔斷器10通信以提供各個熔斷器10被安裝所在的網(wǎng)絡電路的實時操作狀態(tài)或實時狀態(tài)的任何其他裝置做出的詢問。熔斷器響應于由其他裝置做出的詢問將電流和電壓數(shù)據(jù)發(fā)送至請求裝置。

熔斷器10電子電路16將電壓、電流和熔斷器位置數(shù)據(jù)發(fā)送至移動設備32、數(shù)據(jù)庫82或至閃存驅動器以供隨后發(fā)送至移動設備32。應該理解的是，閃存驅動器或另一類型的eprom(可擦除可編程只讀存儲器)或eeprom(電可擦除可編程只讀存儲器)可以被用于存儲電壓和電流數(shù)據(jù)以供隨后有線或無線發(fā)送至移動設備32、scada系統(tǒng)、ncc服務器、饋線器管理系統(tǒng)或云34上的數(shù)據(jù)存儲庫。

移動設備32接收電壓、電流和熔斷器位置數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡模型70整合以準確指出在功率網(wǎng)絡上發(fā)生的發(fā)生故障的位置。以該方式，位于熔斷器10a的下游的故障37在移動設備32上被描繪處于估計位置。移動設備32應用程序執(zhí)行計算機可讀指令以計算出估計的故障位置并將這些故障位置37繪在適用的網(wǎng)絡模型75上，如下面將更詳細地描述的。

當對故障30作出響應時，公用事業(yè)工作人員從ncc、變電站自動化計算機或與感興趣的功率網(wǎng)絡通信的系統(tǒng)的另一數(shù)據(jù)庫下載網(wǎng)絡模型?？商娲兀梢栽谟媱澋幕A上將更新推送給基于其位置并接近感興趣的功率網(wǎng)絡的公用事業(yè)工作人員的移動設備32。

現(xiàn)在參照圖5，描繪了電子電路的方塊圖。電子電路具有傳感器12、信號調制與數(shù)字化單元13、處理器18和通信接口52。傳感器12測量并接收諸如特征值和信號等的輸入被測變量24，并且可以集成至電子電路16或者如上面關于外部儀用變壓器所述的在外部。信號調制與數(shù)字化單元13可操作成使信號放大、提供數(shù)字輸出并將經(jīng)過調制和數(shù)字化的信號存儲作為原始數(shù)據(jù)。

處理器18是被編程為執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和分析的微處理器、集成電路或多個集成電路。處理器18將可以是增值(value-added)的數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)50提供至本地或遠程通信接口并進一步提供至移動設備32。處理器18使用被測變量24的平均或峰值輸出信號水平將增益26調整至合適的水平，使得電子電路16能夠以較寬范圍的輸入信號水平工作。處理器18還提供傳感器控制25。

如先前描述的，電子電路16的組成部件被集成到熔斷器10或可替代的ied內(nèi)。熔斷器10或其他ied具有人機界面(hmi)11?？商娲?，hmi11在遠程位置、諸如在變電站計算機80處與電子電路16通信。

現(xiàn)在參照圖6a和圖6b，通信網(wǎng)絡30可以體現(xiàn)為經(jīng)由網(wǎng)關或經(jīng)由形成了如圖6a所描繪的分層網(wǎng)絡拓撲或如圖6b所描繪的網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲的點對點連接而彼此連接的具有電子電路16的熔斷器10的網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)被收集在各網(wǎng)絡節(jié)點處、任選地被預處理并且被直接或經(jīng)由其他網(wǎng)絡節(jié)點轉發(fā)至ncc88。收集的數(shù)據(jù)可以經(jīng)由網(wǎng)關連接被通信至分配饋線器管理系統(tǒng)80或ncc88。

現(xiàn)在參照圖7，由移動應用程序使用各種方法計算出到故障位置113的距離、標為“估計fl，”。用于計算從測量點或跨多測量點到故障位置的距離的一個方法被公開在美國專利號5,839,093中，該專利的內(nèi)容通過引用全部合并于此。在本公開中，特征值通過在感興趣的功率網(wǎng)絡上的接近故障位置的傳感器12和/或其上安裝有嵌入的傳感器的熔斷器10來測量。特征值通過通信介質30被發(fā)送至公用事業(yè)工作人員36的移動設備32，并且移動應用程序使用美國專利號5,839,093中公開的迭代或直接方法來確定從有故障的熔斷器位置或其他測量點到故障的距離。

用于計算從測量點或有故障的熔斷器位置到故障位置的距離的另一方法是通過使用歐姆定律：

其中v＝故障期間的電壓，以伏特為單位；i＝故障期間的電流，以安培為單位；z1＝線路阻抗，以歐姆/單位長度為單位；和d＝到故障的距離，以諸如英里等的長度單位為單位。應該領會的是，存在有可由發(fā)明人設想到的用于基于在測量點(熔斷器位置)處的特征值來計算到故障的距離的很多方法，并且這里所提供的方法是通過非限制性示例的方式的。

電壓和電流特征值通過位于接近有故障的熔斷器或嵌入熔斷器組件中的電壓和電流傳感器12來測量，如上面提到的。特征值經(jīng)由到移動設備的通信介質被發(fā)送至移動設備。沿著線路的距離使用網(wǎng)絡模型距離和/或測得的特征值的gps坐標來確定。

移動設備運行計算機可讀介質上的計算機應用程序以執(zhí)行指令以執(zhí)行歐姆定律計算、美國專利號5,839,093中公開的迭代或直接方法或另一到故障位置的距離的計算?？商娲?，熔斷器電子電路16捕獲在測量點處的電流和電壓測量并且使用歐姆定律計算、美國專利號5,839,093中公開的迭代或直接方法或另一到故障位置的距離的計算來計算出到故障位置的距離。由電子電路16導出的計算的結果被發(fā)送至諸如移動設備或另一裝置、如變電站或ncc計算機等的接收器，以供呈現(xiàn)給用戶。

熔斷器電子電路16可以使用先前提到的觸發(fā)方法中的任一個來發(fā)送數(shù)據(jù)，諸如通過前述裝置中的任一個做出的詢問、在計劃的基礎上或者在由熔斷器10檢測到故障狀態(tài)的時候。參照歐姆定律計算，當使用用于電壓、阻抗和電流的復數(shù)值進行無功功率計算時，到故障估計的距離將會產(chǎn)生復數(shù)。實分量是到故障的距離的估計并且虛分量應該接近零。

如本領域普通技術人員已知的那樣，歐姆定律計算的實施要求將各種故障類型考慮在內(nèi)，諸如相到相、相到大地和三相故障等。各故障類型經(jīng)歷到與其他故障類型不同的阻抗。例如，故障電流可能會有偏移或者故障可能會增加阻抗。

到故障位置算法的最關鍵的輸入是阻抗數(shù)據(jù)。因此，使用對應于故障的類型的阻抗、電壓和電流很重要。對于線路到大地故障，使用線路到大地量，如下：

v＝va’i＝ia’z＝zs＝(2z1+z0)/3(2)

對于線路到線路故障、線路到線路到大地故障或三相故障，使用相到相量，如下：

v＝vab’i＝ia-ib’z＝z1。(3)

當公用事業(yè)工作人員執(zhí)行移動設備32上的網(wǎng)絡操作狀態(tài)app110時，處理器執(zhí)行計算機可讀指令以使用橫跨相a、b和c導體、單相或如通過故障類型確定的線路到線路的電壓和電流特征來確定到故障位置的距離，特征值從電子電路16得到。使用上面的計算導出的復量被進一步以已知方式由移動應用程序110使用傅里葉變換從電流和電壓波形變換成復相量，其結果被示出在圖3的電壓和電流相量圖表35、39中。

繼續(xù)參照圖7，示出了移動設備32的顯示屏，在其上運行有斷電位置和有故障區(qū)段標識工具的移動應用程序110。移動應用程序110具有斷電選擇、潛在故障區(qū)段、實地傳感器數(shù)據(jù)和診斷標簽112、114、116、118。移動應用程序110具有允許用戶配置用戶的位置圖和顯示器設置的設置選項。

移動應用程序110允許各標簽中的滾動和地圖130查看上的縮放。移動應用程序110可以使用刷新按鈕124來刷新以更新對于感興趣的位置的當前斷電情形。刷新按鈕124當被選擇時將用新斷電來更新移動設備32因為上一次刷新和任何經(jīng)過修復的故障將被從移動設備32顯示屏上去除。

斷電選擇窗格112允許用戶查看公用事業(yè)工作人員的責任區(qū)中的故障位置。故障位置作為斷電a、b和c列出并且對應于在潛在故障區(qū)段114標簽中繪出的故障或維修位置122。到故障位置a、b和c的距離被提供在斷電選擇窗格112中。到故障位置的距離相對于移動設備32的位置、相對于其他斷電、相對于燒斷的熔斷器或感興趣的熔斷器或者相對于測量點被顯示和計算出，取決于在設定選項中做出的設置。

到故障位置的距離使用前述等式或其他合適的到故障的距離的計算來計算出。在用戶選擇期望的斷電113的時候，移動應用程序110提供從用戶的位置到所選擇的故障或維修位置122的方向和導航。

在選擇實地傳感器數(shù)據(jù)標簽116的時，向用戶呈現(xiàn)期望位置處測得的特征值，諸如故障前電流、如圖3中描繪的在所選擇的時間框架上電流和電壓波形圖表及如從熔斷器10位置處的傳感器接收的包括但不限于溫度、氣壓和濕度的天氣條件。用戶可以在實地傳感器數(shù)據(jù)標簽116中查看如由天氣傳感器捕獲的倒下的導體圖像或視頻。

診斷標簽118提供故障前電流值與實時電流值的比較并且允許用戶將斷電更新為已解決使得斷電被從斷電選擇窗格112和潛在故障區(qū)段查看114中的顯示中去除?？商娲兀脩艨梢酝ㄟ^選擇斷電113并接著是完成功能鍵120而將斷電標記為已修復或已完成。

雖然本申請說明了各種實施例，并且雖然已在一些細節(jié)中描述了這些實施例，但申請人的意圖不是將隨附權利要求的范圍約束或以任何方式限制為這樣的細節(jié)。附加的優(yōu)點和修改將對于本領域技術人員來說是容易顯現(xiàn)的。因此，發(fā)明在其較寬的方面中不限于所示出和描述的具體細節(jié)、代表性實施例和說明性示例。因此，可以從這樣的細節(jié)離開而不脫離申請人的總發(fā)明構思的精神或范圍。