CN102946083A - 一种智能家庭断路器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种智能家庭断路器，包括：漏电保护模块，用于感应供电线上的工频电流，根据所述的工频电流生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块；过流保护模块，用于感应火线上的电流，根据所述的电流生成过流保护信号，将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块；中央处理模块，用于根据所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号生成控制信号，并将所述的控制信号传输至所述的断路开关；断路开关，用于根据所述的控制信号进行断开操作。实现了智能电网中智能用电与智能家居电器间的信息交互，完成了户内通信网络与电力通信网的数据格式转换以及信息的双向传输。

Description

一种智能家庭断路器

技术领域

本发明关于电力通信技术领域，特别是关于家庭电力通信技术，具体的讲是一种智能家庭断路器。

背景技术

随着三网技术的融合，利用数字信息技术激活其中任何一个环节，通过某种协议使得三网的三个方面实现信息资源的共享和互联互通，从而满足人们在任何时间、任何地点通过信息关联应用来方便自己的生活。人们对于生活质量的要求日益提高，在许多方面要求家庭智能化，充分以用户为中心，令用户感受科技带来的强大功能。

随着数字技术和信息技术的迅猛发展，消费电子、通讯与计算机之间的互联互通突破了原有的范围。在现有技术中，鉴于3C融合和三网融合的发展趋势，现有的断路器不能很好地实现智能电网中智能用电与家庭电器之间的信息交互，无法很好的完成户内通信网络与广域网络（电力通信网、互联网、广电网、通信网）的数据格式转换以及通信数据的双向传输，降低了用户体验。

发明内容

本发明实施例提供了一种智能家庭断路器，解决了现有的断路器不能很好地实现智能电网中智能用电与家庭电器之间的信息交互，无法很好的完成户内通信网络与广域网络（电力通信网、互联网、广电网、通信网）的数据格式转换以及通信数据的双向传输，降低了用户体验的问题。

本发明的目的是，提供一种智能家庭断路器，包括：漏电保护模块、过流保护模块、断路开关以及中央处理模块，

其中，所述的漏电保护模块，用于感应供电线上的工频电流，根据所述的工频电流生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块；

所述的过流保护模块，用于感应火线上的电流，根据所述的电流生成过流保护信号，将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块；

所述的中央处理模块，用于根据所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号生成控制信号，并将所述的控制信号传输至所述的断路开关；

所述的断路开关，用于根据所述的控制信号进行断开操作。

本发明的有益效果在于，解决了现有的断路器不能很好地实现智能电网中智能用电与家庭电器之间的信息交互，无法很好的完成户内通信网络与广域网络（电力通信网、互联网、广电网、通信网）的数据格式转换以及通信数据的双向传输的问题，提高了用户体验，实现了智能电网中智能用电与智能家居电器间的信息交互，完成了户内通信网络与电力通信网的数据格式转换以及信息的双向传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中高频滤波电路的电路图；

图3为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中漏电保护模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中工频同步倍频时钟发生器的电路图；

图5为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中中央处理模块的芯片图；

图6为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中A/D采样电路的电路图；

图7为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中漏电保护电路的电路图；

图8为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中过流保护模块的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中过流保护电路的电路图；

图10为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器的实施方式二结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中放大电路的电路图；

图12为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中电能计量模块的电路图；

图13为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中通信模块的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中485通信接口的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器的结构框图，由图1可知，所述的智能家庭断路器包括：漏电保护模块100、过流保护模块200、断路开关300以及中央处理模块400，

其中，所述的漏电保护模块100，用于感应供电线上的工频电流，根据所述的工频电流生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块400。本发明的漏电保护功能模块可采用电磁式漏电保护器设计，符合GB18499标准要求，并能抵抗10~500kHz传导骚扰。

所述的过流保护模块200，用于感应火线上的电流，根据所述的电流生成过流保护信号，将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块400。本发明的过流保护模块为电流互感器式过电流采样，将采样值与电流阈值进行比较，当采样值过大时，由中央处理模块控制断路开关跳开。

所述的中央处理模块400，用于根据所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号生成控制信号，并将所述的控制信号传输至所述的断路开关300；

所述的断路开关300，用于根据所述的控制信号进行断开操作。

图3为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中漏电保护模块的结构示意图。由图3可知，所述的漏电保护模块具体包括：

磁环感应器101，用于感应供电线上的工频电流，即感应主回路供电线L、N线上的工频不平衡电流，并将所述的工频电流传输至二次回路；

所述的二次回路102，用于将所述的工频电流耦合后传输至滤波电路；

所述的滤波电路103，用于将所述的工频电流滤波后传输至AD采样电路。在具体的实施方式中，滤波电路103可通过高频滤波电路实现，图2智能家庭断路器中高频滤波电路的电路图，此处仅为举例。

所述的AD采样电路104，用于将所述的工频电流转换为数字信号后传输至所述的漏电保护电路。图6为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中A/D采样电路的电路图。

所述的漏电保护模块除了上述电路部件外还包括与A/D采样电路相连接的晶振800以及时钟发生器700，用于提供时钟信号。在具体的实施方式中，时钟发生器诸如可为工频同步倍频时钟发生器，图4为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中工频同步倍频时钟发生器的电路图。

所述的漏电保护电路105，用于根据所述的工频电流、预设的漏电阈值以及时间阈值生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块。图7为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中漏电保护电路的电路图。漏电保护电路根据所述的工频电流、预设的漏电阈值以及时间阈值生成漏电保护信号主要基于如下判据：

判据1：判断工频电流即不平衡电流在幅度上是否超过了预设的漏电阈值；

判据2：判断工频电流即不平衡电流在持续时间上是否达到了预设的时间阈值；

当且仅当上述的两个判据都成立时，漏电保护电路生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块。

图5为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中中央处理模块的芯片图，所述的中央处理模块400，根据所述的漏电保护信号生成控制信号，并将所述的控制信号传输至所述的断路开关；所述的断路开关300，用于根据所述的控制信号进行断开操作。

所述的智能家庭断路器还包括与中央处理模块400、断路开关300相连接的放大电路900，图11为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中放大电路的电路图。当中央处理模块接收到漏电保护装置发送的漏电保护信号时，根据所述的漏电保护信号生成控制信号，通过放大电路向断路开关发出控制信号，所述的控制信号用于控制断路开关跳开主供电回路电闸，防止漏电危害用户人身安全。在发生漏电保护一定时间诸如20分钟后，漏电保护电路将进行间隔为10秒的两次判断，如果在两次判断中，上述两个判据不再同时成立，则漏电状态解除，中心处理模块向断路开关发出合闸信号，恢复主回路供电，否则将保持断电状态。

图8为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中过流保护模块的结构示意图，由图8可知，所述的过流保护模块具体包括：

互感线圈201，用于感应火线上的电流，并将所述的电流传输至过流保护电路；

过流保护电路202，用于根据所述的电流、预设的电流阈值以及过流时间阈值生成过流保护信号，并将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块。图9为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中过流保护电路的电路图。

过流保护电路根据所述的电流、预设的电流阈值以及过流时间阈值生成过保护信号主要基于如下判据：

判据1：判断火线上的电流的幅度是否超过预设的最大电流阈值，如果判据1成立，则进行第二次判断；

判据2：判断火线上的电流持续时间是否超过了过流时间阈值。

当且仅当上述两个判据都成立时，过流保护电路生成过流保护信号，向中心处理模块发送过流保护信号，中心处理模块根据过流保护信号生成控制信号，通过放大电路向断路开关发送控制信号，控制断路开关跳开主供电回路电闸，防止火线过流危害用户人身安全。在发生过流保护一定时间诸如20分钟后，过流保护电路将进行间隔为10秒的两次判断，如果在两次判断中，上述两个判据不再同时成立，则过流状态解除，中心处理模块向断路开关发出合闸信号，恢复主回路供电，否则将保持断电状态。

所述的过流保护模块除了上述电路部件外还包括与过流保护电路相连接的晶振800以及时钟发生器700，用于提供时钟信号。在具体的实施方式中，时钟发生器诸如可为工频同步倍频时钟发生器，图4为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中工频同步倍频时钟发生器的电路图。

图10为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器的实施方式二结构示意图，由图10可知，所述的智能家庭断路器还包括：

电能计量模块500，用于采集供电线上的电压和电流，并将所述的电压和电流传输至所述的中央处理模块。通过电能计量模块，对供电主回路的电压和电流的瞬时值进行测量，测量结果以数字量形式传输给中心处理模块。

所述的中央处理模块400，用于根据所述的电压和电流输出控制信号，并将所述的控制信号发送至所述的断路开关。中央处理模块主要包括接收单元，用于接收所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号、所述的电压和电流；

电费信息生成单元，用于根据所述的电压和电流，以及预设的电价参数生成电费信息。即根据电压和电流进行瞬时有功功率的计量和瞬时无功功率的计量，根据瞬时有功功率的计量和瞬时无功功率进行累计电能消耗量的计量，根据预设的电价参数，进行电费的计量，生成电费信息。

控制信号生成单元，用于根据所述的漏电保护电流、所述的过流保护电流、所述的电费信息生成控制信号。即根据电费信息判断用户剩余金额是否低于预设的保护阈值，若该判断成立，则发出数据告知用户当前电费不足，需要交费，同时询问用户是否需要断电，如果用户选择断电，则发出控制信息，控制断路开关跳开供电主回路，以为用户节约电费。

所述的中央处理模块还用于：分析所述的电压和电流，生成电能质量指标并存储。生成的电能质量指标主要包括谐波、闪变、过压、过流、间谐波、骤升骤降、功率因数，能够实现对谐波、闪变、过压、过流、间谐波、电压骤升骤降、功率因数等电能质量指标的计算，分析用户发送的无功功率。电能质量指标将存储到中心处理模块，并根据用户需求输出给电力用户。

发送单元，用于将所述的控制信号发送至所述的断路开关。

图12为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中电能计量模块的电路图，即本发明的电能计量模块用以计量智能家庭断路器后端的用户负荷电量，计算生成电能信息、电费信息、功率信息、电价信息，能够实现双向有功、无功功率的计量，可以通过通信功能模块接收电能表的电价信息，设置阶梯电价和分时电价，方便用户了解自身用能情况。此外，电能计量模块还通过采集电力线的电流电压信号，分析供电线路的电能质量，包括谐波、闪变、过压、过流、间谐波、电压骤升骤降、功率因数等电能质量，分析用户反送的无功功率。

通信模块600，用于将输入的数据进行解析、转换后输出。所述的通信模块包括光纤通信接口、电视信号线接口、485总线接口中的任意一种及其组合。即通信模块负责连接电力通信网、广域以太网、有线通信网、广电网，将四网数据打包整合后下行给户内通信网络。户内通信网络的数据经过转换后，根据数据功能分发给电力通信网、广域以太网、有线通信网或广电网，完成户内外数据的双向交互。

图13为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中通信模块的结构示意图，由图13可知，通信模块主要包括本地通信单元、远程通信单元，其中，本地通信单元主要包括适用于智能家庭网络的微功率无线接口、宽带电力线载波信道接口、电视线接口和网线接口等多种通信接口。通过本地通信单元，将接收到的公共网络数据分别发送给户内网络、智能家电、电视、显示终端、通信终端等信息接收节点，供用户使用。

远程通信单元包括光纤信道、低压电力线载波、485总线、网线、电视信号线、GPRS无线通信等多种接口形式，用户可以根据自身小区通信条件，选装必要的通信接口形式。由远程通信单元输入的数据，将在中心处理模块进行数据解析、数据协议转换、数据缓存、数据分包等操作，然后发送给本地通信单元。图14为本发明实施例提供的一种智能家庭断路器中485通信接口的电路图。

综上所述，本发明的有益成果是，提供了一种智能家庭断路器，解决了现有的断路器不能很好地实现智能电网中智能用电与家庭电器之间的信息交互，无法很好的完成户内通信网络与广域网络（电力通信网、互联网、广电网、通信网）的数据格式转换以及通信数据的双向传输，降低了用户体验的问题，实现了智能电网中智能用电与智能家居电器间的信息交互，完成了户内通信网络与电力通信网的数据格式转换以及信息的双向传输。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种智能家庭断路器，其特征是，所述的智能家庭断路器包括：漏电保护模块、过流保护模块、断路开关以及中央处理模块，

其中，所述的漏电保护模块，用于感应供电线上的工频电流，根据所述的工频电流生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块；

所述的过流保护模块，用于感应火线上的电流，根据所述的电流生成过流保护信号，将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块；

所述的中央处理模块，用于根据所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号生成控制信号，并将所述的控制信号传输至所述的断路开关；

所述的断路开关，用于根据所述的控制信号进行断开操作。

2.根据权利要求1所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的漏电保护模块具体包括：

磁环感应器，用于感应供电线上的工频电流，并将所述的工频电流传输至二次回路；

所述的二次回路，用于将所述的工频电流耦合后传输至滤波电路；

所述的滤波电路，用于将所述的工频电流滤波后传输至AD采样电路；

所述的AD采样电路，用于将所述的工频电流转换为数字信号后传输至所述的漏电保护电路；

所述的漏电保护电路，用于根据所述的工频电流、预设的漏电阈值以及时间阈值生成漏电保护信号，并将所述的漏电保护信号传输至所述的中央处理模块。

3.根据权利要求2所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的漏电保护模块还包括晶振以及时钟发生器，用于提供时钟信号。

4.根据权利要求3所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的过流保护模块具体包括：

互感线圈，用于感应火线上的电流，并将所述的电流传输至过流保护电路；

所述的过流保护电路，用于根据所述的电流、预设的电流阈值以及过流时间阈值生成过流保护信号，并将所述的过流保护信号传输至所述的中央处理模块。

5.根据权利要求4所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的过流保护模块还包括晶振以及时钟发生器，用于提供时钟信号。

6.根据权利要求5所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的智能家庭断路器还包括：

电能计量模块，用于采集供电线上的电压和电流，并将所述的电压和电流传输至所述的中央处理模块；

所述的中央处理模块，用于根据所述的电压和电流输出控制信号，并将所述的控制信号发送至所述的断路开关。

7.根据权利要求6所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的中央处理模块还用于分析所述的电压和电流，生成电能质量指标并存储。

8.根据权利要求7所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的中央处理模块具体包括：

接收单元，用于接收所述的漏电保护信号、所述的过流保护信号、所述的电压和电流；

电费信息生成单元，用于根据所述的电压和电流，以及预设的电价参数生成电费信息；

控制信号生成单元，用于根据所述的漏电保护电流、所述的过流保护电流、所述的电费信息生成控制信号；

发送单元，用于将所述的控制信号发送至所述的断路开关。

9.根据权利要求1所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的智能家庭断路器还包括通信模块，用于将输入的数据进行解析、转换后输出。

10.根据权利要求9所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的通信模块包括光纤通信接口、电视信号线接口、485总线接口中的任意一种及其组合。

11.根据权利要求1所述的智能家庭断路器，其特征是，所述的智能家居断路器还包括与所述的中央处理模块、所述的断路开关相连接的放大电路。

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