CN104374964B - 可测量剩余电流的电能表 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可测量剩余电流的电能表,包括壳体、接线端子座、相线、零线、继电器、相线电流采样电阻、剩余电流互感器和电路装置;继电器、相线电流采样电阻和剩余电流互感器均设置在壳体内;相线和零线穿过剩余电流互感器;电路装置包括电压采样模块、信号处理模块、A/D转换模块、电能计量模块、单片机处理模块、继电器控制模块、通信模块、LCD显示模块、按键模块和电源模块。本发明可实现对用户线路中的剩余电流进行实时测量、记录,并具有剩余电流超限报警事件和事件记录功能;本发明只需在现有的智能电表上进行改进,改进成本不高,且不影响现有电能表的功能和外形尺寸,便于大面积推广。

Description

可测量剩余电流的电能表
技术领域
[0001] 本发明涉及智能电能表,具体涉及一种可测量剩余电流的电能表。
背景技术
[0002] 剩余电流是指配电线路中各相电流矢量和不为零的电流,大部分情况下是由设备 或线路的漏电引起的,漏电严重时会烧毁电气设备或线路,引起火灾。因此在低压电网中进 行剩余电流检测和安装剩余电流动作保护器是防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏的 一种有效的防护措施。世界各国和国际电工委员会通过制订相应的电气安装规程和用电规 程在低压电网中大力推广使用剩余电流动作保护器。但是剩余电流保护器只能在剩余电流 发生超限故障时进行跳闸保护,无法进行预警及实时监测。
[0003] 现在的电能表虽然可以进行相线电流、零线电流测量,但都没有剩余电流的测量 功能。申请号为200420018274.5、名称为“单相电子式漏电检测智能电能表”的中国专利文 献,其公开了一种可以对漏电流进行检测识别的电能表,但该电能表却无法对漏电流值进 行实时测量,且无法对用户线路中的漏电流进行记录。
发明内容
[0004] 本发明的目的是:为解决用户线路中剩余电流的实时测量问题,本发明提供一种 可以对用户侧的剩余电流进行实时测量、预警和报警功能的电能表,并且具有节省成本、安 装方便、可以大面积推广等优点。
[0005]本发明的技术方案是:本发明的可测量剩余电流的电能表,包括壳体、接线端子 座、相线、零线;上述的接线端子座包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子和第四 接线端子;接线端子座固定安装在壳体上;相线和零线安装在壳体内;零线的一端与第三接 线端^电连接;零线的另一端与第四接线端子电连接;其结构特点是:还包括继电器、相线 电流采样电阻、剩余电流互感器和电路装置;
[0006]上述的继电器、相线电流采样电阻和剩余电流互感器均设置在壳体内;
[0007]相线电流采样电阻的一端与第一接线端子电连接;相线电流采样电阻的另一端与 继电器电连接;相线的一端与第二接线端子电连接;相线的另一端与继电器电连接;零线与 相线相靠近,且零线与相线相靠近处折弯成口字形;剩余电流互感器设置于相线和零线相 靠近处,且相线和零线穿过剩余电流互感器;
[0008]上述的电路装置包括电压采样模块、信号处理模块、A/D转换模块、电能计量模块、 单片机处理模块、继电器控制模块、通信模块、LCD显示模块、按键模块和电源模块; _9] %路装動电压采样模块、信号处理模块、A/D转换模块、电能计量模块、单片机处 理模块、继电器控制模块、通信模块和电源模块设置在壳体内; 二0,信号输出端;信号处理觀设有电压采样信号输入端、相线电 ^流信号输人端_号输出端;纟/贈_块设有信号输入端、第 - f曰*出%_二丨目号输出端;电能计量類财信号输人端_号输出端;单片机处 理模块设有采样信号输入端、用电量信号输入端、继电器控制信号输出端、通信端、显示信 号输出端和按键信号输入端;继电器控制模块设有信号输入端和控制信号输出端;通信模 块设有对内通信端和对外通信端;LCD显示模块设有信号输入端;按键模块设有信号输出 端;
[0011] 信号处理模块的电压采样信号输入端、相线电流采样信号输入端和剩余电流信号 输入端分别与电压采样模块的信号输出端、相线电流采样电阻和剩余电流互感器对应电连 接;A/D转换模块的信号输入端与信号处理模块的信号输出端电连接;电能计量模块的信号 输入端与A/D转换模块的第一信号输出端信号电连接;单片机处理模块的采样信号输入端 与A/D转换模块的第二信号输出端信号电连接;单片机处理模块的用电量信号输入端与电 能计量模块信号输出端信号电连接;继电器控制模块的信号输入端与单片机处理模块的继 电器控制信号输出端信号电连接;继电器控制模块的控制信号输出端与继电器的控制端电 连接;通信模块的对内通信端与单片机处理模块的通信端双向信号电连接;LCD显示模块的 信号输入端与单片机处理模块的显示信号输出端信号电连接;按键模块的信号输出端与单 片机处理模块的按键信号输入端信号电连接;电源模块提供工作电源。
[0012] 进一步的方案是:上述的电路装置的通信模块包括红外通信接口、RS485通信接口 和载波通信接口;红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口分别设有对内通信端和对 外通信端;红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口的对内通信端共同构成上述的通 信模块的对内通信端;红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口的对外通信端共同构 成上述的通信模块的对外通信端。
[0013] 进一步的方案是:上述的电路装置的LCD显示模块包括安装在壳体上用于显示用 电量、实时剩余电流值以及剩余电流超限时报警信息的LCD显示屏;按键模块包括安装在壳 体上供用户查阅信息交互用的按键。
[0014] 进一步的方案还有:上述的继电器为JML82型磁保持的继电器;剩余电流互感器为 HLTY1型电流互感器;相线电流采样电阻为锰铜采样电阻。
[0015] 本发明具有积极的效果:(1)本发明的可测量剩余电流的电能表,可以实现对用户 线路中的剩余电流进行实时测量、记录,当检测的剩余电流超过预置的报警阀值时能够自 动报警,并形成剩余电流超限报警事件记录;所有的剩余电流测量数据和记录可通过 RS4S5、载波等通信接口上传到监控后台的数据采集系统,由监控后台对所有用户的剩余电 流事件进行统计分析,并最终对用户的剩余电流事件进行预警。(2)本发明的可测量剩余电 流的电能表,在现有的智能电表上进行改进,改进成本不高,且不影响现有电能表的功能和 外形尺寸,便于大面积推广。
附图说明
[0016]图1为本发明的结构示意图,图中壳体省略了前盖未画出;
[0017]图2为本发明的电路结构示意框图。
[0018]上述附图中的附图标记如下:
[0019] 壳体 1,
[0020] 接线端子座2,第一接线端子21,第二接线端子22,第三接线端子23,第四接线端子 24,
[0021] 继电器3,
[0022] 相线电流采样电阻4,
[0023]相线 5,
[0024]零线 6,
[0025] 剩余电流互感器7,
[0026]电路装置8,电压采样模块81,信号处理模块82,A/D转换模块83,电能计量模块84, 单片机处理模块85,继电器控制模块86,通信模块87,LCD显示模块88,按键模块89,电源模 块80。 ’ 〃
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0028](实施例1)
[00291见图1,本实施例的可测量剩余电流的电能表,壳体i、接线端子座2、继电器3、相线 电流采样电阻4、相线5、零线6、剩余电流互感器7和电路装置8组成。
[0030]接线端子座2包括第一接线端子21、第二接线端子22、第三接线端子23和第四接线 端子24,接线端子座2固定安装在壳体1上,且位于壳体丨的下端。
[0031]继电器3固定设置在壳体1内。本实施例中,继电器3优选采用JML82型磁保持继电 器。
[0032]相线电流米样电阻4设置在壳体1内。相线电流采样电阻4本实施例中优选采用锰 铜采样电阻。相线电流采样电阻4的一端与第一接线端子21电连接;相线电流采样电阻4的 另一端与继电器3电连接。
[0033] 相线5、零线6和剩余电流互感器7均设置在壳体1内。
[0034]相线5的一端与第二接线端子22电连接;相线5的另一端与继电器3电连接。
[0035]零线6的一端与第三接线端子23电连接;零线6的另一端与第四接线端子24电连 接。零线6在壳体1内与相线5相靠近,且零线6与相线5相靠近处折弯成口字形,用于确保剩 余电流互感器7在电表正常接线时能正确采样用户线路中的剩余电流。
[0036]剩余电流互感器7设置于相线5和零线6相靠近处,相线5和零线6穿过剩余电流互 感器7。本实施例中,剩余电流互感器7优选采用HLTH型电流互感器。
[0037] 参见图2,电路装置8主要由电压采样模块81、信号处理模块82、A/D转换模块83、电 能计量模块84、单片机处理模块85、继电器控制模块86、通信模块87、LCD显示模块88、按键 模块89和电源模块80组成。
[0038] 电路装置8的电压采样模块81、信号处理模块82、A/D转换模块83、电能计量模块 84、单片机处理模块85、继电器控制模块86、通信模块87和电源模块80设置在壳体1内。 t〇〇39]电压采样模块81设有信号输出端;信号处理模块82设有电压采样信号输入端、相 线电流采样信号输入端、剩余电流信号输入端和信号输出端;A/D转换模块83设有信号输入 端、第一信号输出端和第二信号输出端;电能计量模块84设有信号输入端和信号输出端;单 片机处理模块85设有采样信号输入端、用电量信号输入端、继电器控制信号输出端、通信 端、显示信号输出端和按键信号输入端;继电器控制模块86设有信号输入端和控制信号输 出端;通信模块87设有对内通信端和对外通信端;LCD显示模块88设有信号输入端;按键模 块89设有信号输出端。
[0040] 信号处理模块82的电压采样信号输入端、相线电流采样信号输入端和剩余电流信 号输入端分别与电压采样模块81的信号输出端、相线电流采样电阻4和剩余电流互感器7对 应电连接;A/D转换模块83的信号输入端与信号处理模块82的信号输出端电连接;电能计量 模块84的信号输入端与A/D转换模块83的第一信号输出端信号电连接;单片机处理模块S5 的采样信号输入端与A/D转换模块83的第二信号输出端信号电连接;单片机处理模块85的 用电量信号输入端与电能计量模块84信号输出端信号电连接;继电器控制模块86的信号 输入端与单片机处理模块85的继电器控制信号输出端信号电连接;继电器控制模块86的控 制信号输出端与继电器3的控制端电连接;通信模块87的对内通信端与单片机处理模块85 的通信端双向信号电连接;通信模块87的对外通信端使用时与监控后台通信;LCD显示模块 88的信号输入端与单片机处理模块85的显示信号输出端信号电连接;按键模块89的信号输 出端与单片机处理模块85的按键信号输入端信号电连接;电源模块80为电能表提供工作电 源。
[0041] 电路装置8的LCD显示模块88包括安装在壳体1上的LCD显示屏;按键模块89包括安 装在壳体1上的按键。LCD显示模块88的LCD显示屏用于正常工作时显示用户的用电量以及 剩余电流超限时的报警信息的显示。按键模块89上的按键用于电力用户查阅用电量信息等 与电能表的交互。
[0042] 通信模块87本实施例中,优选包括红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接 口。红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口分别设有对内通信端和对外通信端;红 外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口的对内通信端共同构成前述的通信模块87的 对内通信端;红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口的对外通信端共同构成前述的 通信模块87的对外通信端。通信模块87的红外通信接口用于工作人员现场设置参数和读取 表内数据。RS485通信接口和载波通信接口主要用于与供电部门的监控后台通信。
[0043] 本实施例的可测量剩余电流的电能表,其工作原理和工作过程简述如下:
[0044] 本实施例的可测量剩余电流的电能表,其使用时,相线电流回路由相线电流采样 电阻4、继电器3和相线5组成;相线电流从接线端子座2的第一接线端子21流入、第二接线端 子22流出;相线电流信号由相线电流采样电阻4上取得。
[0045] 零线电流回路由零线6构成,零线电流从接线端子座2的第四接线端子24流入,第 三接线端子23流出。
[0046]剩余电流信号由剩余电流采样互感器7取得。
[0047]电网电压采样及用电量计算为现有电能表的现有技术。
[0048]电网电压采样信号、相线电流采样信号、剩余电流采样信号送到电路装置8的信号 处理模块82进行放大处理后,经A/D转换模块83转换成相应的数字信号,一路送电能计量模 块84进行实时电量计算。单片机处理模块85实时接收A/D转换模块83和电能计量模块84上 传的电网电压值、相线电流值、剩余电流值、电网频率、功率因素、用电量等信息;单片机处 理模块85通过相线电流值、剩余电流值、电网频率、功率因素等参数,计算出零线电流值,供 监控后台判断用户是否正常用电及是否存在窃电行为。单片机处理模块85将电网电压、相 线电流、零线电流、剩余电流、用电量等信息进行存储并发给LCD显示模块88的LCD显示屏进 行实时显示,通过通信模块87的载波通信接口或RS485接口发送到监控后台供用电信息采 集系统进行统计分析;同时,单片机处理模块85将用户线路上的实时剩余电流值与预置的 剩余电流报警阀值进行比较:若实时剩余电流值超过预置的报警阀值,则通过LCD显示模块 88的LCD显示屏向用户进行报警,并通过载波通信接口或者RS485通信接口主动上报给监控 后台;同时对本次剩余电流超限报警事件进行记录,以监控后台进行统计查询。监控后台通 过对剩余电流超限报警事件的统计分析,可以对用户电路中可能发生的剩余电流超限进行 预测,并通过载波通信接口或RS485通信接口向本用户电能表发出信息,由电能表向用户进 行提前预警。必要时,监控后台通过电路装置8可远程控制继电器3切断用户的电源,以防火 灾等恶性事件的发生。
[0049] 综上,本实施例的可测量剩余电流的电能表,可以实现对用户线路中的剩余电流 进行实时测量、记录,当检测的剩余电流超过预置的报警阀值时能够自动报警,并形成剩余 电流超限报警事件记录;所有的剩余电流测量数据和记录可通过RS4S5、载波等通信接口上 传到监控后台的数据采集系统,由监控后台对所有用户的剩余电流事件进行统计分析,并 最终对用户的剩余电流事件进行预警;而且,其只需要在现有的智能电表上进行改进,改进 成本不高,且不影响现有电能表的功能和外形尺寸,便于大面积推广。
[0050]以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明,而非对本发明的限制,有关技术 领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变换和变化而得 到相对应的等同的技术方案,因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范 围。

Claims (4)

1.一种可测量剩余电流的电能表,包括壳体(1)、接线端子座(2)、相线(5)、零线(6);所 述的接线端子座(2)包括第一接线端子(21)、第二接线端子(22)、第三接线端子(23)和第四 接线端子(24);接线端子座(2)固定安装在壳体(1)上;相线(5)和零线(6)安装在壳体(1) 内;零线(6)的一端与第三接线端子(23)电连接;零线(6)的另一端与第四接线端子(24)电 连接;其特征在于:还包括继电器(3)、相线电流采样电阻(4)、剩余电流互感器(7)和电路装 置⑻; 所述的继电器(3)、相线电流采样电阻(4)和剩余电流互感器(7)均设置在壳体(1)内; 相线电流采样电阻(4)的一端与第一接线端子(21)电连接;相线电流采样电阻(4)的另 一端与继电器(3)电连接;相线(5)的一端与第二接线端子(22)电连接;相线(5)的另一端与 继电器(3)电连接;零线(6)与相线(5)相靠近,且零线(6)与相线(5)相靠近处折弯成口字 形;剩余电流互感器(7)设置于相线(5)和零线(6)相靠近处,且相线(5)和零线(6)穿过剩余 电流互感器⑺; 所述的电路装置(8)包括电压采样模块(S1)、信号处理模块(82)、A/D转换模块(83)、电 能计量模块(84)、单片机处理模块(85)、继电器控制模块(86)、通信模块(87)、LCD显示模块 (88)、按键t吴块(89)和电源検块(80); 电路装置(8)的电压采样模块(81)、信号处理模块(82)、A/D转换模块(83)、电能计量模 块(糾)、单片机处理模块(85)、继电器控制模块(86)、通信模块(87)和电源模块(80)设置在 壳体(1)内; 电压采样模块(S1)设有信号输出端;信号处理模块(82)设有电压采样信号输入端、相 线电流采样信号输入端、剩余电流信号输入端和信号输出端;A/D转换模块(83)设有信号输 入端、第一信号输出端和第二信号输出端;电能计量模块(84)设有信号输入端和信号输出 端;单片机处理模块(85)设有采样信号输入端、用电量信号输入端、继电器控制信号输出 端、通信端、显示信号输出端和按键信号输入端;继电器控制模块(86)设有信号输入端和控 制信号输出端;通信模块(87)设有对内通信端和对外通信端;LCD显示模块(88)设有信号输 入端;按键模块(89)设有信号输出端; 信号处理模块(82)的电压采样信号输入端、相线电流采样信号输入端和剩余电流信号 输入端分别与电压采样模块(81)的信号输出端、相线电流采样电阻(4)和剩余电流互感器 (7)对应电连接;A/D转换模块(83)的信号输入端与信号处理模块(82)的信号输出端电连 接;电能计量模块(84)的信号输入端与A/D转换模块(83)的第一信号输出端信号电连接;单 片机处理模块(85)的采样信号输入端与A/D转换模块(83)的第二信号输出端信号电连接; 单片机处理模块(85)的用电量信号输入端与电能计量模块(84 )信号输出端信号电连接; 继电器控制模块(86)的信号输入端与单片机处理模块(85)的继电器控制信号输出端信号 电连接;继电器控制模块(86)的控制信号输出端与继电器(3)的控制端电连接;通信模块 (87)的对内通信端与单片机处理模块(85)的通信端双向信号电连接;LCD显示模块(88)的 信号输入端与单片机处理模块(85)的显示信号输出端信号电连接;按键模块(89)的信号输 出端与单片机处理模块(85)的按键信号输入端信号电连接;电源模块(80)提供工作电源; 使用时,所述的单片机处理模块(85)实时接收A/D转换模块(83)和电能计量模块(84) 上传的电网电压值、相线电流值、剩余电流值、电网频率、功率因素、用电量信息,计算出零 线电流值,并发送给监控后台用于判断用户是否正常用电及是否存在窃电行为; 所述的单片机处理模块(85)将用户线路上的实时剩余电流值主动上报给监控后台;监 控后台通过对剩余电流超限报警事件的统计分析,对用户电路中可能发生的剩余电流超限 进行预测,向用户电能表发出信息,由电能表向用户进行提前预警;监控后台通过电路装置 (8)和继电器⑶可远程控制切断用户电源。
2. 根据权利要求1所述的可测量剩余电流的电能表,其特征在于:所述的电路装置(8) 的通信模块(87)包括红外通信接口、RS485通信接口和载波通信接口;红外通信接口、RS485 通信接口和载波通信接口分别设有对内通信端和对外通信端;红外通信接口、RS485通信接 口和载波通信接口的对内通信端共同构成所述的通信模块(87)的对内通信端;红外通信接 口、RS485通信接口和载波通信接口的对外通信端共同构成所述的通信模块(87)的对外通 信端。
3. 根据权利要求1所述的可测量剩余电流的电能表,其特征在于:所述的电路装置(8) 的LCD显示模块(88)包括安装在壳体(1)上用于显示用电量、实时剩余电流值以及剩余电流 超限时报警信息的LCD显示屏;按键模块(89)包括安装在壳体(0上供用户查阅信息交互用 的按键。
4. 根据权利要求1所述的可测量剩余电流的电能表,其特征在于:所述的继电器⑶为 JML82型磁保持的继电器;剩余电流互感器(7)为HLTY1型电流互感器;相线电流采样电阻 (4)为锰铜采样电阻。
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