CN104459241B - 防误抄表的智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防误抄表的智能电表，包括外壳，设于外壳内的隔离变压器T1和线路板；隔离变压器T1的输入端接进线端子，输出端接线路板；外壳采用导磁材料，并且外壳内壁上涂有导电薄膜；外壳内壁上的导电薄膜用于连接现场地线；线路板上数字芯片的接地端均连接线路板数字地GND2，数字芯片均设于静电屏蔽罩内，所述静电屏蔽罩连接线路板数字地GND2；线路板上的电路还包括电源退耦滤波电路和用于线路板供电的电源单元；隔离变压器T1的输出端通过电源退耦滤波电路连接电源单元输入端，电源单元的接地端连接线路板模拟地GND1；线路板模拟地GND1和线路板数字地GND2用磁珠连接；该智能电表的进线采用浮地屏蔽结构。该智能电表的反馈的读数稳定准确。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统，尤其是一种能够防干扰的智能电表。
背景技术
智能电表是电力营销部门专用仪器,以往台区集中器抄表的时候，经常能抄到其他台区的电表信息，造成数据统计混乱。在同一配电室内的台区距离较近,同频率载波信号通过变压器和高压电力线在各台区间串扰，造成台区抄表成功率很低.同时部分台区存在载波孤岛现象，即集中器无法抄表，因而需要通过中继器传递信号。
智能电表正在如火如荼的改造之中，低压用户的“全覆盖，全采集”将在4-5年内全部实现，随着低压自动采集的逐步实现将大大减少供电部门抄表人力、物力的投入。但在实际使用中发现，由于低压台区某些24小时运行的三相设备，如：高频水泵等，抄表效率将会有所下降，为了应对干扰，集中器会不断补招，改变路由，即利用不同智能表中继抄表，会有一定改善。但由于高频水泵等强干扰设备干扰强度大，而且24小时热备，会对载波通讯产生致命影响，现有的抄表系统每天晚上零点集中器通过低压电源有线传输抄收集中器下所有的智能电表，一般在300个智能电表左右，集中器会不断的循环抄表，每天凌晨4点集中器定时将抄到的数据通过GPRS信道发给主站也可以通过有线发给主站。主站将数据存储下来，通过局域网登录网页可以登录主站，浏览相关数据，进行操作。在上传数据中 由于线路中所带设备存在干扰，集中器的补招和中继机制也不能起到很好的效果，抄到率将大大下降一般只有60％左右，经查阅资料，发现此类问题在低压载波领域普遍存在，传统的治理方法主要是增加集中器和中继器，不仅提高了后续资金投入，并且只对存在轻扰源台区有一定效果，对存在重扰源台区无能为力，目前在国内尚无有效解决办法。
传统的电表抗干扰设计,如中国专利文献CN201120473990具有防载波干扰的智能电表自动抄表系统，该专利采用在三相智能电表与电力用户终端的线缆上加装三相交流接触器，该三相交流接触器通过时空开关与三相智能电表连接，使用时需要和电力用户终端签订分时供电协议，对重点干扰设备采用该技术定时停供电，通过对这类设备不使用时段的停电，以消除抄表时间段的干扰，从而提高台区的抄到率。该专利未对干扰的成因做分析并采取针对性措施，实施的时候，用户停电协议的签署是难以实现的事情，因为电力公司推行峰谷电价,夜间电价低于白天，所以大型电力设备都在夜间工作，这样可以大幅度节省电费。在夜间用户停电也会干扰用户的正常运行。
中国专利文献CN201310008166抗干扰的智能电表以及智能电表的抗干扰方法，包括继电器、分流器以及电表线路板，分流器包括两侧的导电片和锰铜采样片，一侧的导电片连接继电器，锰铜采样片的两端分别与两侧的导电片相连接，锰铜采样片的两端分别设有接线柱，两端的接线柱分别通过两绞股的采样线连接电表线路板，锰铜采样片具有在空间中呈两两相垂直的三个基准面，锰铜采样片两端呈以一个基准面为中心的两侧对称分布，锰铜采样片在该中心基准面上的投影面积大于锰铜采样片在另两个基准面上的投影面积。该发明提供降低磁场干扰的技术构思，空间中的三个基准面是虚拟的概念，意在表达在空间中存在的三个两两之间都垂直的虚拟的平面，而这三个平面都分别与来自于三个方向的变化的磁场相互垂直，这样通过在正对着最大的变化磁场方向设置一个垂直于它的基准面，并且将锰铜采样片以该基准面为中心设置其对称两端，并且该对称两端的每端相对锰铜采样片而言在空间中延伸面积是最大的，那么由于最大变化磁场在其两端产生的感应电动势可以相互抵消，从而降低最大变化磁场方向上带来的磁干扰，进而降低对其整 体的干扰程度，相比现有的智能电表，在截面积、体积以及电阻值等基本参数不变的前提下，只通过对锰铜采样片的整体形态进行变化，便能降低对锰铜分流器的干扰，使智能电表得到精确的测量数值。该发明只是解决了抗外部干扰的一种方法,但是对于电表自身产生的串扰信号无从抑制,无法解决信号串扰问题；同时最大变化磁场方向也是经常变化的，这取决于现场安装环境，调整装置基准面是比较困难的。
以往的智能电表的电磁兼容设计,仅对常见的电磁兼容指标如快速瞬变脉冲群抗扰度等作设计,以为解决这些常见电磁兼容测试指标通过型式试验就足够了,所以出现信号串扰问题后,都没有再从电磁兼容的角度去考虑分析解决问题,智能电表遇到的电磁干扰是多种类型的,有外界辐射的,有来自电源的脉冲干扰,也有电表自身产生的干扰信号,针对不同类型的干扰,需要采用不同的针对性措施,才能彻底解决智能电表遇到的电磁干扰问题。信号串扰问题长期存在于电力营销类仪表中,如智能电表,抄表采集器,集中器等,在现场出现台区串扰严重,一个集中器可能上报数倍于本区的表,造成数据混乱,可见信号串扰是个长期悬而未决的技术问题。因而抗外界强电磁干扰和解决信号串扰,是同样需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种能够抑制外界强电磁干扰功能的智能电表，从而避免外界干扰和信号串扰对于电表的影响，使得智能电表抄表更加准确。本发明采用的技术方案是：
一种防误抄表的智能电表，包括外壳，设于外壳内的隔离变压器T1和线路板；隔离变压器T1的输入端接进线端子，输出端接线路板；
外壳采用导磁材料，并且外壳内壁上涂有导电薄膜；外壳内壁上的导电薄膜用于连接现场地线；
线路板上数字芯片的接地端均连接线路板数字地GND2，数字芯片均设于静电屏蔽罩内，所述静电屏蔽罩连接线路板数字地GND2；
线路板上的电路还包括电源退耦滤波电路和用于线路板供电的电源单元；隔离变压器T1的输出端通过电源退耦滤波电路连接电源单元输入端，电源单元的接地端连接线路板模拟地GND1；
线路板模拟地GND1和线路板数字地GND2用磁珠连接；
该智能电表的进线采用浮地屏蔽结构。
进一步地，在外壳的外部开盖缝隙处、进线端子周边缝隙处填塞有导电橡胶泥。
进一步地，外壳的导磁材料为铁镍合金1J76。
进一步地，隔离变压器T1初级线圈外部包绕有接线路板模拟地GND1的静电屏蔽层。
电源退耦滤波电路包括电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和C2；电阻R1和R2串联成第一支路，电阻R3和R4串联成第二支路，第一支路和第二支路的一端分别接隔离变压器T1的两个输出端，第一支路和第二支路的另一端分别接电源单元；电容C1接在电阻R1和R2连接节点与电阻R3和R4连接节点间；电容C2接在第一支路另一端和第二支路另一端间。
进线的浮地屏蔽结构包括：信号源的信号地连接进线电缆屏蔽层，进线电缆屏蔽层连接线路板数字地GND2；静电屏蔽罩接线路板数字地GND2作为智能电表的内屏蔽层，外壳内壁上的导电薄膜接现场地线作为智能电表的外屏蔽层。
本发明的优点在于：采用多种防干扰措施，该智能电表的抗干扰能力强，反馈的读数稳定准确，有效避免误抄表的情况发生。
附图说明
图1为本发明的外部示意图。
图2为本发明的内部电原理图。
图3为本发明的电源退耦滤波电路结构示意图。
图4为本发明的进线的浮地屏蔽结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明所提出的防误抄表的智能电表，首先对于智能电表的外壳做了良好的电磁屏蔽处理。如图1所示，防误抄表的智能电表包括外壳1、显示屏2、进线端子3、各种功能键4、LED灯5等；
外壳1采用高导磁材料构成低磁阻通路,让低频干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽层通过,使得电表内部电路免受低频磁场耦合干扰的影响，高导磁材料使磁路闭合,可减少大电机、电抗器、磁力开关和大电流载流导线等磁场干扰源的电磁干扰。外壳1的导磁材料为高镍含量的铁镍合金1J76。
外壳1内壁上涂有导电薄膜，使得电表内部的电路元件处于封闭的全屏蔽空间，外壳1双重的屏蔽设计，使得外界的电磁干扰很难进入其内。
为了进一步增加外壳1的电磁屏蔽效果，还可以进一步在外壳1的外部开盖缝隙101处、进线端子3周边缝隙301处填塞导电橡胶泥；导电橡胶泥是以高弹性体橡胶为基料,采用高分子材料制成的终生不固化自粘型导电胶泥,导电颗粒在树脂粘合剂中均匀分布。
智能电表内部的电路如图2所示，包括隔离变压器T1和线路板；隔离变压器T1的输入端接进线端子3，输出端接线路板；隔离变压器T1的初级次级线圈比例为1:1，阻断交流信号中的直流干扰，共模干扰电压由于不能形成回路而得到抑制。为了抑制共模干扰，消除谐波，隔离变压器T1初级线圈外部包绕有接线路板模拟地GND1的静电屏蔽层。
线路板上的元件包括载波芯片、计量芯片、主控MCU等数字芯片，其中载波芯片用于和上位机通信；数字芯片的接地端均连接线路板数字地GND2；这些数字芯片外面均罩有静电屏蔽罩；为防止外界强电干扰,将易受干扰的数字芯片用静电屏蔽罩密封起来；静电屏蔽罩底部焊接在线路板上覆铜走线上，从而连接线路板数字地GND2；
线路板上的电路还包括电源退耦滤波电路和用于线路板供电的电源单元（内含降压、整流、稳压等）；隔离变压器T1的输出端通过电源退耦滤波电路连接电源单元输入端，电源单元的接地端连接线路板模拟地GND1。当多个电表使用同一进线电源时,电源内阻会成为多个电表电路的公共电阻,当某一电路中电流发生变化,在公共阻抗上产生的电压就成了对其他电路的干扰源。电源退耦滤波电路就滤除来自进线电源内阻抗的耦合干扰。
电源退耦滤波电路如图3所示，包括电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和C2；电阻R1和R2串联成第一支路，电阻R3和R4串联成第二支路，第一支路和第二支路的一端分别接隔离变压器T1的两个输出端，第一支路和第二支路的另一端分别接电源单元；电容C1接在电阻R1和R2连接节点与电阻R3和R4连接节点间；电容C2接在第一支路另一端和第二支路另一端间。
线路板模拟地GND1和线路板数字地GND2用磁珠连接，磁珠采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成，专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。
最后对照图4，分析本发明进线的浮地屏蔽结构。信号源Us的信号地连接进线电缆屏蔽层，进线电缆屏蔽层连接线路板数字地GND2；数字芯片上的静电屏蔽罩接线路板数字地GND2作为智能电表的内屏蔽层，外壳1内壁上的导电薄膜接现场地线作为智能电表的外屏蔽层；现场地线是电表安装现场直接与大地连接的地线。上述结构中，输入信号的信号地浮空，并不接现场地线，使共模输入阻抗大为提高,共模电压在输入回路中引起的共模电流大大减少,从而抑制了共模干扰的来源,使共模干扰降至最低。静电屏蔽罩焊接在线路板上的数字地覆铜线上，而进线的电缆屏蔽层也焊接在线路板上的数字地覆铜线上，形成了浮地，对磁场干扰衰减可达到55DB。
本发明的接地结构能够抑制共地干扰，则基本解决了载波信号串扰问题；良好的屏蔽结构可以起到抑制辐射干扰的效果，则解决了外界强电磁干扰问题。
Claims (6)
1.一种防误抄表的智能电表，包括外壳(1)，其特征在于，还包括设于外壳(1)内的隔离变压器T1和线路板；隔离变压器T1的输入端接进线端子(3)，输出端接线路板；
外壳(1)采用导磁材料，并且外壳(1)内壁上涂有导电薄膜；外壳(1)内壁上的导电薄膜用于连接现场地线；
线路板上数字芯片的接地端均连接线路板数字地GND2，数字芯片均设于静电屏蔽罩内，所述静电屏蔽罩连接线路板数字地GND2；
线路板上的电路还包括电源退耦滤波电路和用于线路板供电的电源单元；隔离变压器T1的输出端通过电源退耦滤波电路连接电源单元输入端，电源单元的接地端连接线路板模拟地GND1；
线路板模拟地GND1和线路板数字地GND2用磁珠连接；
该智能电表的进线采用浮地屏蔽结构。
2.如权利要求1所述的防误抄表的智能电表，其特征在于：
在外壳(1)的外部开盖缝隙(101)处、进线端子(3)周边缝隙(301)处填塞有导电橡胶泥。
3.如权利要求1所述的防误抄表的智能电表，其特征在于：
外壳(1)的导磁材料为铁镍合金1J76。
4.如权利要求1所述的防误抄表的智能电表，其特征在于：
隔离变压器T1初级线圈外部包绕有接线路板模拟地GND1的静电屏蔽层。
5.如权利要求1所述的防误抄表的智能电表，其特征在于：
电源退耦滤波电路包括电阻R1、R2、R3、R4，电容C1和C2；电阻R1和R2串联成第一支路，电阻R3和R4串联成第二支路，第一支路和第二支路的一端分别接隔离变压器T1的两个输出端，第一支路和第二支路的另一端分别接电源单元；电容C1接在电阻R1和R2连接节点与电阻R3和R4连接节点间；电容C2接在第一支路另一端和第二支路另一端间。
6.如权利要求1所述的防误抄表的智能电表，其特征在于：
进线的浮地屏蔽结构包括：信号源的信号地连接进线电缆屏蔽层，进线电缆屏蔽层连接线路板数字地GND2；静电屏蔽罩接线路板数字地GND2作为智能电表的内屏蔽层，外壳(1)内壁上的导电薄膜接现场地线作为智能电表的外屏蔽层。
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