CN106856335A - 一种用于高压电能表的供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电源领域，更具体地，涉及一种用于高压电能表的供电电路，包括三台高压电容分压器，三台高压电容分压器的一次接线端子分别接到与配电网匹配的三相馈线上，高压电容分压器的接地端子接到配电网的地网上；三相变压器，三相变压器的一次绕组与二次绕组按相别分别套在三相变压器铁心的三个芯柱上，所述高压电容分压器的二次分压端子对应接到三相变压器一次绕组的三相输入端子，一次绕组分别与二次绕组、整流二极管、滤波电容及泄放电阻组成三相全波整流电路，三相全波整流电路输出的直流电压经变换后作为高压电能表电子电路板的供电电源，本发明公开的高压电能表的供电电路结构简单，容易与配电网现有的开关设备融为一体。

Description

一种用于高压电能表的供电电路

技术领域

本发明涉及电子电源领域，更具体地，涉及一种用于高压电能表的供电电路。

背景技术

根据高压电能表国家标准要求，高压电能表需要接入到6kV～35kV的配电网给高压电能表供电。

目前国内生产的高压电能表从配电网取得电能有三种方法，第一种是使用磁饱和型电流互感器从高压电流回路取得二次电压和二次电流，第二种是使用电磁式电压互感器从相间电压取得二次电压与电流，第三种是从相间高压电容分压器取得二次电压和电流。

其中，第一种方法的主要缺点是存在供电死区，通常在5％额定一次电流以下时不能保证正常供电，必须配备大容量的可充电电池，第二种方法是传统的方法，等同于使用降压变压器供电，主要缺点是体积和重量都难以减小，阻碍了高压电能表的小型化，而第三种方法适用于不超过10W的功率输出，具有体积小，重量轻，造价低的优点，容易与现有的开关设备融为一体。

但是，根据第三种方法生产的高压电容供电电路，有一个使用上的限制，就是只能给安装在高电位端即三相馈线上的电子电路供电，高压电能表不能使用在地电位工作的电子电路板上，原因是中国大陆的配电网属于中性点非有效接地的三相电网，当配电网发生中性点位移时，相电压可能是接近于零的电压与额定电压因数电压之间的某一电压，以10kV配电网为例，相电压最低可能是数十伏，最高可能是12kV，如果使用相电压供电，高压电能表的供电可靠性就不能保证，上述的使用条件使高压电容供电技术在高压电能表的应用受到限制，阻碍了高压电能表技术向传感器与集成电路一体化的方向发展转化。

因此，提出一种解决上述问题的用于高压电能表的供电电路实为必要。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于高压电能表的供电电路。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种用于高压电能表的供电电路，包括

三台高压电容分压器，所述三台高压电容分压器的一次接线端子分别接到与配电网匹配的三相馈线上，高压电容分压器的接地端子接到配电网的地网上；

三相变压器，所述三相变压器的一次绕组与二次绕组按相别分别套在三相变压器铁心的三个芯柱上，所述高压电容分压器的二次分压端子对应接到三相变压器一次绕组的三相输入端子，所述一次绕组分别与二次绕组、整流二极管、滤波电容及泄放电阻组成三相全波整流电路，三相全波整流电路输出的直流电压经DC/DC变换后作为高压电能表电子电路板的供电电源，利用该高压电容供电电路的高压电能表，适用于不超过10W的功率输出，具有体积小，重量轻，造价低的优点，容易与中国大陆的配电网现有的开关设备融为一体，而且，在与中国大陆的配电网现有的开关设备进行一次与二次设备融合设计时，可以把电子电路板安装在配电网的二次地电位，对于拓宽高压电能表的应用空间具有重要意义，同时，也能使得高压电能表的供电性能更加可靠。

进一步的，所述三相馈线中至少两相与三相全波整流电路连通，供电电路的直流功率输出设计为在三相馈线发生单相断线状态下，能够满足高压电能表电子电路板正常工作需要，在使用中当电源单相断电的情况下，也不会对三相全波整流电路的供电产生影响。

进一步的，所述三相变压器各相二次绕组之间采用三角型的接线或星型接线的方式相互连接。

更进一步的，所述三台高压电容分压器与一次绕组之间采用星型接线的方式相互连接。

进一步的，所述二次绕组的数量是一次绕组数量的两倍。

更进一步的，所述整流二极管的数量与二次绕组数量相匹配，所述整流二极管与二次绕组相串联，通过整流二极管导通后，电容电流进行整流，给滤波电容器充电并流向泄放电阻和供电负荷。当二极管截止时，滤波电容器向泄放电阻和供电负荷放电。

进一步的，所述滤波电容及泄放电阻相互并联后与三相变压器相连接，通过滤波电容及泄放电阻，使得整流后的电流更加稳定。

更进一步的，所述三相变压器各相的二次绕组上设有中心抽头，中心抽头在信号传送中产生了一个中心点，中心点上下的两组线圈严格对称，匝数相等、阻抗相同，避免造成信号失真。

进一步的，所述高压电容分压器包括高压电容、压敏电阻和低压电容，所述高压电容一端连接在三相馈线上，另一端与低压电容串联后接到配电网的地网上，所述压敏电阻与低压电容相并联，通过高压电容与低压电容，使得高压电能表能通过高压电路获取电能。

更进一步的，所述压敏电阻为氧化锌避雷器，氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器，能更好的保护低压电容，利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，由于氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，使得泄流的效果更加显著。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)本发明公开的用于高压电能表的供电电路，利用该高压电容供电电路的高压电能表，适用于不超过10W的功率输出，具有体积小，重量轻，造价低的优点，容易与中国大陆的配电网现有的开关设备融为一体，而且，在与中国大陆的配电网现有的开关设备进行一次与二次设备融合设计时，可以把电子电路板安装在配电网的二次地电位，对于拓宽高压电能表的应用空间具有重要意义，同时，也能使得高压电能表的供电性能更加可靠性。

(2)本发明公开的用于高压电能表的供电电路，通过高压电容与低压电容，使得高压电能表能通过高压电路获取电能。

(3)本发明公开的用于高压电能表的供电电路，通过滤波电容及泄放电阻，使得整流后的电流更加稳定。

(4)本发明公开的用于高压电能表的供电电路，由于采用氧化锌避雷器作为压敏电阻，因此可以利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，由于氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，使得泄流的效果更加显著。

附图说明

图1是现有技术中，从相间高压电容分压器取得二次电压和电流的第一种高压电容供电原理线路图；

图2是现有技术中，从相间高压电容分压器取得二次电压和电流的第二种高压电容供电原理线路图；

图3是本发明中10kV高压电能表安装在二次侧地电位的电子电路板供电的供电电源电路图。

图中，1为高压电容器、2为低压电容器、3为压敏电阻、4为全波整流桥、5为滤波电容器、6为泄放电阻、7为小型变压器、8为ab相一次绕组、9为bc相一次绕组、10为ca相一次绕组、11为ab相二次绕组、12为bc相二次绕组、13为ca相二次绕组、14为ab相整流二极管、15为bc相整流二极管、16为ca相整流二极管。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本实施例公开了一种用于高压电能表的供电电路，包括三台高压电容分压器，三台高压电容分压器的一次接线端子分别接到与配电网匹配的三相馈线上，高压电容分压器的接地端子接到配电网的地网上；

三相变压器，三相变压器的一次绕组与二次绕组按相别分别套在三相变压器铁心的三个芯柱上，所述高压电容分压器的二次分压端子对应接到三相变压器一次绕组的三相输入端子，所述一次绕组分别与二次绕组、整流二极管、滤波电容及泄放电阻组成三相全波整流电路，三相全波整流电路输出的直流电压经DC/DC变换后作为高压电能表电子电路板的供电电源，利用该高压电容供电电路的高压电能表，适用于不超过10W的功率输出，具有体积小，重量轻，造价低的优点，容易与中国大陆的配电网现有的开关设备融为一体，而且，在与中国大陆的配电网现有的开关设备进行一次与二次设备融合设计时，可以把电子电路板安装在配电网的二次地电位，对于拓宽高压电能表的应用空间具有重要意义，同时，也能使得高压电能表的供电性能更加可靠。

在本发明中三相馈线中至少两相与三相全波整流电路连通，供电电路的直流功率输出设计为在三相馈线发生单相断线状态下，能够满足高压电能表电子电路板正常工作需要，在使用中当电源单相断电的情况下，也不会对三相全波整流电路的供电产生影响。

在本实施例中，三相变压器各相二次绕组之间采用三角型的接线或星型接线的方式相互连接，而三台高压电容分压器与一次绕组之间采用星型接线的方式相互连接，二次绕组的数量是一次绕组数量的两倍，整流二极管的数量与二次绕组数量相匹配，所述整流二极管与二次绕组相串联，通过整流二极管导通后，电容电流进行整流，给滤波电容器充电并流向泄放电阻和供电负荷。当二极管截止时，滤波电容器向泄放电阻和供电负荷放电。

此外，滤波电容及泄放电阻相互并联后与三相变压器相连接，通过滤波电容及泄放电阻，使得整流后的电流更加稳定，三相变压器各相的二次绕组上设有中心抽头，中心抽头在信号传送中产生了一个中心点，中心点上下的两组线圈严格对称，匝数相等、阻抗相同，避免造成信号失真，而高压电容分压器包括高压电容、压敏电阻和低压电容，所述高压电容一端连接在三相馈线的其中一相上，三台高压电容分压器分别连接a相、b相和c相，高压电容分压器的另一端与低压电容串联后接到配电网的地网上，所述压敏电阻与低压电容相并联，通过高压电容与低压电容，使得高压电能表能通过高压电路获取电能，其中，压敏电阻为氧化锌避雷器，氧化锌避雷器是具有良好保护性能的避雷器，能更好的保护低压电容，利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，由于氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，使得泄流的效果更加显著。

如图1所示，高压电容器1与低压电容器2串联组成电容分压器，接在相电压馈线A和B上，压敏电阻3与全波整流桥4的交流输入端子并接在低压电容器两端，全波整流桥的直流输出端子并接滤波电容器5和泄放电阻6，当低压电容器两端电压绝对幅值超过滤波电容器的电压加上整流二极管的正向压降电压时，二极管导通，电容电流流入整流桥，给滤波电容充电并流向泄放电阻和供电负荷。当低压电容器两端电压绝对幅值低于滤波电容器5的电压时，二极管截止，滤波电容向泄放电阻和供电负荷放电。

现有设计的电路，可以提供高达数百伏的直流电压输出，而实际需要的直流供电负荷只有10V量级，为了提高供电效率，需要使用高压DC/DC模块作为图1的供电负荷，把数百伏的直流电压变换为10V量级的直流电压，如果有足够的安装空间，也可以如图2所示，在整流桥交流输入端口与电容分压输出端口之间插入一台小型变压器7，使得整流效果更好，但是，上述的高压电容供电电路有一个使用上的限制，就是只能给安装在高电位端即三相馈线上的电子电路供电，高压电能表不能使用在地电位工作的电子电路板。

如图3所示，本发明公开的用于高压电能表的供电电路，使用Y0接线的三台高压电容分压器配合一台Δ/Y0接线的小型三相变压器供电，三台高压电容分压器的一次接线端子分别接到配电网的A、B、C相馈线上，接地端子N接到配电网的地网上，二次分压端子对应接到三相变压器一次绕组的三相三线输入a、b、c端子，三相变压器各相二次绕组有中心抽头，6个二次绕组与6只整流二极管和一只滤波电容及一只泄放电阻组成三相全波整流电路，其中，高压电容器1是额定电压10kV，额定电容量10nF的金属箔有机膜电力电容器，低压电容器2是额定电压1kV，额定电容量100nF的金属箔有机膜电力电容器，压敏电阻3是额定电压2kV的氧化锌避雷器，滤波电容器5是一只额定电压50V，标称电容量2000μF的电解电容器，泄放电阻6是一只阻值2kΩ，功率1W的金属膜电阻器，额定功率25W的小型三相变压器的ab相一次绕组8、bc相一次绕组9、ca相一次绕组10与ab相二次绕组11、bc相二次绕组12、ca相二次绕组13按相别分别套在三相变压器铁心的三个芯柱上，各相的一次与二次绕组额定电压比均为1000V/20V，而ab相整流二极管14与ab相二次绕组11相连接、bc相整流二极管15与bc相二次绕组12相连接、ca相整流二极管16与ca相二次绕组13相连接，按以上参数制造的10kV三相高压电容供电电源的直流电压输出范围是12V～23V，最大输出功率5W，单相断线时仍可输出3W功率，能够满足高压电能表电子电路板对工作电源的要求。

在实际应用中，三相馈线的相线一端与高压电容器相连接，低压电容器一端与高压电容器连接，另一端与高压电容器相连，而压敏电阻3并联在低压电容器外侧，压敏电阻3通过与低压电容并联，使得高压电能表能通过高压电路获取电能，在本发明中，压敏电阻能更好的保护低压电容，利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果，由于氧化锌避雷器没有放电间隙，利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用，使得泄流的效果更加显著，可以达到稳定供电的目的，而ab相一次绕组8、bc相一次绕组9、ca相一次绕组10与压敏电阻相连后，在确保三相馈线的其中两相通电的情况下，也可保证馈线向电子电路板提供的交流电满足工作需要的电源。

在三相变压器各相二次绕组有中心抽头，6个二次绕组与6只整流二极管和一只滤波电容及一只泄放电阻组成三相全波整流电路，其中，每两个二次绕组感应一个一次绕组的电力，而分别与二次绕组相连接的整流二极管，分别对三相馈线所输出的电压进行单向导通，确保电流的输送，而额定电压为50V的滤波电容器5，可以对电路中波峰过高或过低的电容实现过滤，只选取波峰适中的电流进行供电，起到滤波的作用，交流电经过滤波后，转化为直流电，泄放电阻6对滤波电容的电量进行泄放控制，使其根据需要释放电量，提供高压电容供电电路的供电。

图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高压电能表的供电电路，其特征在于，包括

三台高压电容分压器，所述三台高压电容分压器的一次接线端子分别接到与配电网匹配的三相馈线上，高压电容分压器的接地端子接到配电网的地网上；

三相变压器，所述三相变压器的一次绕组与二次绕组按相别分别套在三相变压器铁心的三个芯柱上，所述高压电容分压器的二次分压端子对应接到三相变压器一次绕组的三相输入端子，所述一次绕组分别与二次绕组、整流二极管、滤波电容及泄放电阻组成三相全波整流电路，三相全波整流电路输出的直流电压经DC/DC变换后作为高压电能表电子电路板的供电电源。

2.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述三相馈线中至少两相与三相全波整流电路连通。

3.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述三相变压器各相二次绕组之间采用三角型的接线或星型接线的方式相互连接。

4.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述三台高压电容分压器与一次绕组之间采用星型接线的方式相互连接。

5.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述二次绕组的数量是一次绕组数量的两倍。

6.根据权利要求5所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述整流二极管的数量与二次绕组数量相匹配，所述整流二极管与二次绕组相串联。

7.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述滤波电容及泄放电阻相互并联后与三相变压器相连接。

8.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述三相变压器各相的二次绕组上设有中心抽头。

9.根据权利要求1所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述高压电容分压器包括高压电容、压敏电阻和低压电容，所述高压电容一端连接在三相馈线上，另一端与低压电容串联后接到配电网的地网上，所述压敏电阻与低压电容相并联。

10.根据权利要求9所述的用于高压电能表的供电电路，其特征在于，所述压敏电阻为氧化锌避雷器。