CN101639492A - 导轨式安装三相电能表 - Google Patents

Abstract

本发明公开的导轨式安装三相电能表，在壳体背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将所述导轨槽卡在现有配电柜中的35mm标准导轨上。数据处理电路对输入的信号进行处理、存储、显示和管理；通讯回路可与上位机进行数据交换；信号输出电路为其他配电智能设备的电能采集提供接口；导轨式安装三相电能表内有三个电路板组成，上板、中板和下板，上板上包括数据处理电路、液晶显示电路，中板包括通讯回路、数据采集电路，下板包括电源电路和信号输出电路。三个电路板通过插针连接。实现了电能表结构的小型化、智能化，安装方便。

Description

导轨式安装三相电能表

技术领域

本发明涉及一种电能表，具体为一种导轨式安装三相电能表。

背景技术

电力作为一种能源在国民经济生产中，占据极其重要、不可替代的地位，目前，电能计量方面有两个发展趋势：1、在我国由于电力供需矛盾十分突出，国家提倡能源节约，尤其是电能节约，同时也为了合理的使用电能，各地都积极推行分时电价；2、电能计量仪表将不再是简单电能计量，而是集计量、电能管理、智能抄表功能于一体，向综合化、小型化、网络化、模块化、一体化方向发展。

众所周知，目前在三相电能计量仪表中，主要有嵌入式安装三相电能表和挂壁式安装三相电能表两种。嵌入式安装三相电能表虽然能和其他配电设备一起安装，但需在开关柜面板上单独开孔且接线也很不方便。而挂壁式安装是在开关柜面板上安装，安装接线非常不便、总体成本也较高且影响整个配电箱的布局、美观。正是由于现有的电能表体积和结构的限制，使它不能直接方便地安装在终端配电箱中或电气开关柜内，而且在配电设计施工中，除需要配置终端配电箱或电气开关柜外，还要额外再配置安装电能表的电表柜，显然这样一来，造成配电施工的难度和成本大副增加，且增加电表箱占用空间大、不美观、也给抄表工作带来不便，增加日后的维护难度，更重要的是不易实现电力一体化设计、管理。

目前用户往往要求电能表要安装简便、抄表简单、低成本、体积小、网络化、智能化，特别是那些要求在配电终端计量中，在不增加额外成本和不影响整个配电设施美观的前提下能方便抄录、查看用户自己所消费的电能，方便用户管理自己的用电。在建筑电气中这种应用已成为一种理想的电能计量方案，如学校宿舍、写字楼的配电终端的电能计量。对于这种大规模应用，显然现有的嵌入式安装三相电能表和挂壁式安装三相电能表都是无法完全满足的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在配电柜中标准安装方式的电能表-导轨式安装三相电能表，该导轨式安装三相电能表采用导轨式安装、模数化设计，可与微型断路器或其他配电设备一起安装在配电箱中，可实现一次直接接入或二次互感器接入、宽温液晶显示器、带现场总线接口通讯的智能化电能表。

本发明所要解决的技术问题可以通过如下技术方案来实现：

导轨式安装三相电能表，由壳体和设置在所述壳体内的数据采集电路、数据处理电路、通讯回路、信号输出电路、液晶显示器和电源供电部分组成，其特征在于，所述壳体背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将所述导轨槽卡在现有配电柜中的35mm标准导轨上。

导轨式安装三相电能表内有三个电路板组成，上板、中板和下板，上板上包括数据数据处理电路、液晶显示电路，中板包括通讯回路、数据采集电路，下板包括电源电路和信号输出电路。三个电路板通过插针连接。

导轨式安装三相电能表包括的进线接线端子、出线接线端子，均为压嵌式接线端子。

在本发明中，所述导轨式安装三相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，所述导轨式安装三相电能表宽度为模数值的整数倍，优选为模数值的7倍。

所述电源供电部分包括A相线性变压器、B相线性变压器、C相线性变压器，分别连接A相整流滤波电路、B相整流滤波电路、C整流滤波电路，组成三个独立的电源电路，三个电源电路分别独立为电源管理芯片供电，电能管理芯片具有两路相对电气隔离的电源输出端，一路电源输出端为通讯回路供电，另一路电源输出端数据采集电路和数据处理电路供电；数据采集电路通过电能计量芯片得到有功电能脉冲输出信号；数据处理电路对电能计量芯片输入的信号进行处理、存储、显示和管理；

采用三个电源电路分别独立供电，可以保证任意一相有电时，本发明的导轨式安装三相电能表都能正常工作。电能管理芯片具有两路相对电气隔离的电源输出端，可以保证电压输出稳定，增加本发明工作的稳定性。

在本发明中，所述壳体的正面设置有一LCD液晶显示屏和电能脉冲指示灯、A相有电指示灯、B相有电指示灯、C相有电指示灯、反向计量指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯。

通讯回路采用半双工的RS485通讯方式，可对多个导轨式安装三相电能表进行组网，且上位机可通过RS485总线与导轨式安装三相电能表，进行数据交换实现电能计量的一体化、网络化和智能化管理。

本发明还包括信号输出电路，信号输出电路输出无源的电能脉冲和时钟脉冲信号，用于校正本发明的导轨式安装三相电能表或为其他配电智能设备的电能采集提供接口，从而实现了电力智能化管理中的遥测、遥信、遥控的“三遥”功能。

在本发明中，在所述壳体上还设置有电能脉冲输出接口和秒脉冲输出接接口，以便于校正本发明的导轨式安装三相电能表。

在本发明中，所述导轨式安装三相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，所述导轨式安装三相电能表宽度为模数值的整数倍，优选为模数值的7倍。可与微断路器和其他电力控制设备一起安装在标准的35mm导轨上，不需再额外配置电表箱，使配电成本更低，配电设施更美观；壳体的下侧设置有进线接线端子，在所述壳体的上侧设置有出线接线端子。在应用时的接线将变得非常方便，使安装工作更简洁。所述进线接线端子、出线接线端子均为压嵌式接线端子，可适用于多种线径的导线；使应用更广泛；带现场总线接口485总线，使电能管理更加智能化。

本发明的导轨式安装三相电能表主要功能：

1、计量

可计量正、反向有功电能(反向电能按正向计量)并具有功率方向自动识别和指示功能；电能可按不同费率分别累计、存储。可实现电量数据冻结日电量冻结功能，电能表内可以存储3个月的电量冻结数据，在电能表完全断电情况下，所有存储数据不丢失，并能保持10年以上，保障电能数据安全。

2、显示

在本发明中，采用宽温LCD液晶显示屏7位数据显示可按轮显时间循环显示各时段电能、时间、日期和表号数据，轮显间隔时间为4s。在面板的正面还有电能脉冲指示灯、A、B、C三个断相指示灯、电能反向指示灯、尖、峰、平和谷四个费率指示灯，用于指示电表的当前运行状态。使电表工作状态一目了然。

4、输出

所述电表提供两路脉冲输出，接线端子9、10采用无源光隔离型输出秒脉冲信号用于时钟校准。接线端子11、12采用无源光电隔离型输出电能脉冲信号用于电量校准或为其他电力设备提供电能计量接口。

5、通信

本表通信采用的是半双功RS485现场总线，通信协议为MODBUS-RTU，通信速率为9600bps，根据其标准上位机可实现自动秒表或进行电表地址、时间日期、费率时段和电量底数清零设置功能，实现电表的网络化、智能化管理。

本发明的导轨式安装三相电能表实现了电能表结构的小型化、智能化。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明导轨式安装三相电能表的正视图。

图2为本发明导轨式安装三相电能表的侧视图。

图3为本发明导轨式安装三相电能表的后视图。

图4为本发明导轨式安装三相电能表直接接入的示意图。

图5为本发明导轨式安装三相电能表经CT二次接入的示意图。

图6为本发明导轨式安装三相电能表的面板示意图。

图7为本发明导轨式安装三相电能表的LCD显示图。

图8为本发明导轨式安装三相电能表的原理框图。

图9为本发明导轨式安装三相电能表的电源供电部分电原理图。

图10为本发明导轨式安装三相电能表的电压采集电路的电原理图。

图11为本发明导轨式安装三相电能表的电流信号采集电路的电原理图。

图12为本发明导轨式安装三相电能表通信连接的线形连接方式示意图。

图13为本发明导轨式安装三相电能表通信连接的环形连接方式示意图。

图14a-图14h为本发明导轨式安装三相电能表显示示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1、图2和图3，导轨式安装三相电能表，由壳体100和设置在壳体100内的信号采集电路、信号处理电路、通讯回路、液晶显示电路和电源供电部分组成，在壳体100的背面设置有一导轨槽110和一弹性卡钩120，弹性卡钩120将导轨槽110卡在现有配电柜中的35mm标准导轨200上。该导轨式安装三相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，其宽度优选为为模数值的7倍。

导轨式安装三相电能表内有三个电路板组成，上板、中板和下板，上板上包括数据数据处理电路、液晶显示电路，中板包括通讯回路、数据采集电路，下板包括电源电路和信号输出电路。三个电路板通过插针连接。采用插针插接的方式可以减小整个装置的占用面积，并且有利于散热。

参看图6，壳体100的正面设置有一LCD液晶显示屏1和电能脉冲指示灯2、A相断相指示灯3、B相断相指示灯4、C相断相指示灯5、电能反向指示灯6、尖费率指示灯7、峰费率指示灯8、平费率指示灯9和谷费率指示灯10。LCD液晶显示屏1显示的式样可以参见图7，下面会结合图14a-图14i详细描述。当电能脉冲指示灯2亮时，表示有电能脉冲输出，反之则无。当A相有电指示灯3亮时，表示A相有电，反之则无；当B相有电指示灯4亮时，表示B相有电，反之则无；当C相有电指示灯5亮时，表示C相有电，反之则无；反向指示灯6亮时，表示线接反。

参看图4，在壳体100上设置有RS485通讯接口的接线端子7′、8′，用于时钟校正的秒脉冲输出接口9′、10′，和用于电量校准或为其他电力设备提供电能计量接口的电能脉冲输出接口的接线端子11′、12′。

设置RS485通讯接口的接线端子7′、8′以便于若干个导轨式安装三相电能表进行组网。具体组网时，可以通过连接器SHLD和阻抗匹配电阻R将若干个导轨式安装三相电能表以线形连接方式组网(参见图12)，组网后通过RS232/RS485转换器接至计算机通信口，其中阻抗匹配电阻R的阻值约120Ω。也可以通过连接器SHLD将若干个导轨式安装三相电能表以环形连接方式组网(参见图13)，组网后通过RS232/RS485转换器接至计算机通信口。

继续参看图4并结合参看图5，在壳体100的上侧设置有出线接线端子L1′、L2′、L3′、N′，壳体100的下侧设置有进线接线端子L1、L2、L3、N和1′、2′、3′、4′、5′、6′。图4为直接接入方式，图5为经电流互感器(CT)接入方式。当该导轨式安装三相电能表配用电流互感器二次接入时，计量的电能是二次侧的电能，因此在读取其电能示数后必须乘以电流互感器倍率才是其实际用电量。

上述的进线接线端子、出线接线端子均为压嵌式接线端子，利用螺钉的旋转来带动压线框上下移动，通过接线柱的上表面与压线框内侧下表面上下夹紧导线，通过这种连接方式，导线受压均匀，接触电阻小，从而大大减少大电流时接线端子的损坏，而且这种接线方式比较灵活能兼容各种线径的导线，在使用中会更加方便，另外在压线框内侧下表面冲压出横向直纹，使接线更加牢固，即使在外力的作用下也不易拉出、脱线，从而避免触电和线路故障。

参看图9，电源供电部分包括A相线性变压器T1、B相线性变压器T2、C相线性变压器T3，分别连接A相整流滤波电路311、B相整流滤波电路321、C整流滤波电路331，组成三个独立的电源电路，三个电源电路分别独立为一电源管理芯片300供电。

A相线性变压器T1、B相线性变压器T2、C相线性变压器T3，分别连接半波整流二极管V1、V2、V3，与半波整流二极管V1、V2、V3组成三个独立的电源电路，三个电源电路分别独立为一电源管理芯片301供电。

电源管理芯片300、电源管理芯片301形成两路相对电气隔离的电源输出端，一路电源输出端为通讯回路供电，另一路电源输出端数据采集电路和数据处理电路供电。

本发明的电源供电部分采用三相独立供电方式，可以保证任意一相有电时，本发明的导轨式安装三相电能表都能正常工作，且实现两路电源相互隔离，避免二者间的相互干扰，从而提高系统的抗干扰性。

本发明的三相电流电压采集电路包括电压信号采集电路(参看图10)和电流信号采集电路(参看图11)。

参看图9和图10，电压信号采集电路包括铁氧体磁珠、压敏电阻、热敏电阻、电阻网络分压电路，所述铁氧体磁珠的输入端接三相电压信号，对电网的高次谐波进行过滤，所述铁氧体磁珠的输入端通过压敏电阻、热敏电阻接电阻网络分压电路的输入端，电阻网络分压电路的输出端通过采样电阻输出500毫伏的电压信号至电能计量芯片的电压信号采集口。J1～J8为采样信号进行校准；REFO为基准信号输入端，为电压信号采集提供基准信号。采集到的电压信号由V2N、V2P输出。

参看图11，电流信号采集电路包括电流互感器400、取样电阻R1、取样电阻R2、电阻电容抗混叠滤波电路。所述电流互感器400的一次侧输入三相电流信号，二次侧通过一取样电阻R1、取样电阻R2接电阻电容抗混叠滤波电路完全差分输出至电能计量芯片的电流信号采集口，而且通过电容器C1、C2对电流互感器400的角差进行有效补尝。

取样电阻R1、取样电阻R2之间连接一基准信号输入端REFO，电容器C1、C2之间连接一基准信号输入端REFO。采集到的电流信号由V1N、V1P输出。

本发明的电能计量芯片为ATT7030电能计量芯片，参看图8，该ATT7030电能计量芯片获取三相电压、电流信号后，对电网消耗的有功功率、瞬时有功功率对时间积分得到有功电能，得到的有功电能经能量脉冲生成器和分频器产生电能脉冲输出信号；得到的电能脉冲输出信号分成两路，一路输出用来校表，另一路电能脉冲输出信号经阻容滤波电路接入微处理器，微处理器对输入的电能脉冲输出信号进行累加、处理，处理后根据实时时钟电路中的数据，对电量数据分别进行保存并通过宽温液晶显示器进行显示。

下面结合图14a至图14h来说明本发明的导轨式安装三相电能表的显示。

在默认状态下，本发明的导轨式安装三相电能表循环显示时间、日期、总电量、尖电量、峰电量、平电量、谷电量相关信息，循环显示间隔时间为4s，液晶显示内容及数据格式说明如下：

图14a显示内容表示当前时间为12点00分00秒，如尖费率指示灯7点亮，表示当前费率为尖费率。

图14b显示表示当前日期为2008年2月1日。

图14c显示内容表示当前总电量为57.52kwh。

图14d显示内容表示当前尖电量为11.20kwh。

图14e显示内容表示当前峰电量为24.12kwh。

图14f显示内容表示当前平电量为12.10kwh。

图14g显示内容表示当前尖电量为10.10kwh。

图14h为通讯状态显示：左下角出现通讯标志闪烁时，表示电表当前正处于通讯状态中。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.导轨式安装三相电能表，由壳体和设置在所述壳体内的数据采集电路、数据处理电路、通讯回路、信号输出电路、液晶显示器和电源供电部分组成，其特征在于，所述壳体背面设置有一导轨槽和一弹性卡钩，所述弹性卡钩将所述导轨槽卡在现有配电柜中的35mm标准导轨上。

2.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，所述导轨式安装三相电能表依据微型断路器的模数化标准进行设计，所述导轨式安装三相电能表宽度为模数值的整数倍。

3.根据权利要求2所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，所述导轨式安装三相电能表宽度为模数值的7倍。

4.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，所述壳体的正面设置有一LCD液晶显示屏和电能脉冲指示灯、A相有电指示灯、B相有电指示灯、C相有电指示灯、反向计量指示灯、尖费率指示灯、峰费率指示灯、平费率指示灯和谷费率指示灯。

5.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，在所述壳体上设置有RS485通讯接口，以便于若干个导轨式安装三相电能表进行组网。

6.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，在所述壳体上还设置有用于电量校准的电能脉冲输出接口和用于时钟校准的秒脉冲输出接口。

7.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，在所述壳体的上设置有出线接线端子，和进线接线端子，所述进线接线端子、出线接线端子均为压嵌式接线端子。

8.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，导轨式安装三相电能表内包括，上板、中板和下板三个电路板，三个电路板通过插针上下固定连接，并通过插针连接电路。

9.根据权利要求8所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，上板上包括数据数据处理电路、液晶显示电路，中板包括通讯回路、数据采集电路，下板包括电源电路和信号输出电路。

10.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，所述电源供电部分包括A相线性变压器、B相线性变压器、C相线性变压器，分别连接A相整流滤波电路、B相整流滤波电路、C整流滤波电路，组成三个独立的电源电路，三个电源电路分别独立为一电源管理芯片供电，电能管理芯片具有两路相对电气隔离的电源输出端，一路电源输出端为通讯回路供电，另一路电源输出端数据采集电路和数据处理电路供电。

11.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，三相电流电压采集电路包括电压信号采集电路和电流信号采集电路，所述电压采集电路包括铁氧体磁珠、压敏电阻、热敏电阻、电阻网络分压电路，所述铁氧体磁珠的输入端接三相电压信号，对电网的高次谐波进行过滤，所述铁氧体磁珠的输入端通过压敏电阻、热敏电阻接电阻网络分压电路的输入端，电阻网络分压电路的输出端通过采样电阻输出500毫伏的电压信号至电能计量芯片的电压信号采集口；所述电流信号采集电路包括电流互感器、取样电阻、电阻电容抗混叠滤波电路，所述电流互感器的一次侧输入三相电流信号，二次侧通过一取样电阻接电阻电容抗混叠滤波电路的输入端，电阻电容抗混叠滤波电路的输出端接电能计量芯片的电流信号采集口；通过电能计量芯片得到有功电能脉冲输出信号；数据处理电路对电能计量芯片输入的信号进行处理、存储、显示和管理。

12.根据权利要求1所述的导轨式安装三相电能表，其特征在于，所述导轨式安装三相电能表的接线方式可以采用直接接入方式和通过电流互感器二次接入方式。

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