CN111551779A - 一种可拼装式低压智能监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可拼装式低压智能监测装置，属于低压监测技术领域。本发明包括信号采集模块、微处理器、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块，信号采集模块包括隔离芯片、计量芯片、1个剩余电流传感器和3个电量传感器，电量传感器分别测量交流电路的电压、电流和功率因数，剩余电流传感器测量三相交流主电路的剩余电流；本发明设计了一种可拼装式低压智能监测装置，微处理器将从计量芯片得到的电压、电流、功率因数和剩余电流分别和可更改的参考值进行比较，以判断交流电路是否发生电压、电流或交流电路的剩余电流是否发生预警和故障，相比于现有的电路监测装置，具有能根据电路的实际情况调整各项参考值，提高用电安全的优点。

Description

一种可拼装式低压智能监测装置

技术领域

本发明涉及低压监测技术领域，尤其涉及一种可拼装式低压智能监测装置。

背景技术

随着低压配电技术的成熟，用户对低压配电设备的可靠性、安全性和便捷性提出了越来越高的要求，甚至个性化的定制产品，伴随着低压监测技术的日渐成熟，将低压监测技术应用于低压配电设备能够更好地满足用户对低压配电设备提出的可靠性、安全性和便捷性的新要求。

中国专利CN201920768905.1公开了一种物联网低压智能断路器及其物联系统，断路器包括数据采集模块、智能处理模块、合分控制模块，以及物联网通信模块，数据采集模块用于采集线路中的电压、电流、剩余电流以及进出线连接点的温度参数，并以数字量形式发送至智能处理模块，智能处理模块对接收到的运行参数值进行运算和比较，以判断线路是否出现过流、短路、漏电、温度故障，并向合分控制模块传输合分闸控制指令，以控制断路器开关进行合分闸，智能处理模块通过物联网通信模块与配电变压器监测终端联网，完成远程数据采集以及控制断路器远程合分闸。该智能断路器是对传统机械式断路器智能化的进一步升级，能够进行物联网通信，无需布线，有利于低压配电网的物联网化。但是该方案还存在不能判断电路的缺零和缺相故障，参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值不能根据所接电路进行修改的缺陷，此外，将检测模块和执行机构放在同一个设备中，由于体积的限制，导致设备的载流量受到严重的限制。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可拼装式低压智能监测装置。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种可拼装式低压智能监测装置，包括智能检测系统、所述智能检测系统包括信号采集模块、微处理器、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块，所述信号采集模块、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块均与微处理器电性连接；所述信号采集模块将采集的各相电压、电流和三相电路剩余电流信号传送到计量芯片，计量芯片和微处理器电性连接，微处理器将接收到的电压信号、电流信号和剩余电流信号分别和参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值进行比较，判断电路是否出现预警或故障，所述预警包括电压异常预警、电流异常预警和剩余电流异常预警，所述故障包括电压异常故障、电流异常故障和剩余电流故障；对采集的电流信号和电压信号进行分析，判断交流电路是否出现缺零或缺相故障，当电路出现所述故障时，微处理器将控制信号从RS485接口发送到通信接口，当电路发生所述预警或故障时微处理器发出控制信号到报警模块进行报警；微处理器将电路状态信息实时发到显示模块，显示模块实时显示电路状态信息。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述信号采集模块包括隔离芯片、计量芯片和一个套接在三根相线和一根零线出线端并与计量芯片通过采样电阻和滤波电路电性连接的剩余电流传感器，以及三个分别套接在A相、B相和C相上并经采样电阻和滤波电路与计量芯片电性连接的A相电量传感器、B相电量传感器和C相电量传感器，计量芯片电连接隔离芯片，隔离芯片和微处理器电性连接，微处理器分别测量出A相、B相和C相的实时电压、电流、主电路的剩余电流和功率因数。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述智能检测系统还包括电源模块为信号采集模块、微处理器、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块提供电源。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述按键设置模块和显示模块均与微处理器电性连接，微处理器将交流电路各相电压和电流、以及主电路的剩余电流信号和电路的故障状态信息实时传送到显示模块并显示，交流电路出现故障时，显示模块屏幕亮度间歇、交替地提高和降低；按键设置模块对参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值进行在线或离线修改。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述显示模块还包括设置在显示模块与按键设置模块之间并与微处理器电性连接的通信状态指示灯和功率状态指示灯。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述报警模块包括与微处理器电性连接的蜂鸣器，故障状态时，微处理器将报警信号发送到蜂鸣器发出声音信号进行报警。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述电路状态信息包括交流电路的各相实时电压和实时电流，实时功率因数，主电路的实时剩余电流、预警信息以及预警发生的时间、故障信息以及故障发生的时间。

在上述的可拼装式低压智能监测装置中，所述电压异常预警包括过压预警和欠压预警；电流异常预警即过流预警；剩余电流异常预警即剩余电流预警；电压异常故障包括过压故障和欠压故障；电流异常故障即过流故障。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1.设计了一种可拼装式低压智能监测系统，相比于现有的电压检测系统，将信号采集模块采集的电压信号进行分析和计算，分析各相的实时电压和电流值，能够判断三相电路是否存在电压异常、电流异常、剩余电流异常、缺零或缺相故障，还能实时监测电路的功率因数。

2.参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值均可以在按键设置模块进行本地修改。本地修改：按键模块和微处理器模块电性连接，微处理器模块接收按键信号，分别进入电压、电流和剩余电流的修改菜单，修改相应的参考值即可完成参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值的修改；将参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值设为可修改的好处是有利于所检测的交流电路所接负载发生改变时，能够及时修改相应的参考值，使用电更加安全和可靠。

3.将智能检测系统和执行机构不设置在同一个装置内，避免因为电磁干扰和电气规范的限制而导致载流量不高的问题，本智能检测系统的载流量相较于检测和执行机构设置在同一装置内的情况，载流量增加一倍。

附图说明

图1是低压智能监测装置示意图；

图2是智能检测系统示意图；

图3是信息采集模块电路图；

图中，智能检测系统1、信号采集模块2、微处理器3、按键设置模块4、显示模块5、通信接口6、报警模块7、隔离芯片8、计量芯片9、剩余电流传感器10、电源模块11、A相电量传感器12、B相电量传感器13、C相电量传感器14、通信状态指示灯15、和功率状态指示灯16、蜂鸣器17、报警信号灯18、1#采样电阻19、1#电阻20、1#电容21、2#采样电阻22、2#电阻23、2#电容24。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种可拼装式低压智能监测装置，包括智能检测系统、所述智能检测系统包括信号采集模块、微处理器、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块，所述信号采集模块、按键设置模块、显示模块、通信接口和报警模块均与微处理器电性连接；所述信号采集模块将采集的各相电压、电流和三相电路剩余电流信号传送到计量芯片，计量芯片和微处理器电性连接，微处理器将接收到的电压信号、电流信号和剩余电流信号分别和参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值进行比较，判断电路是否出现预警或故障，所述预警包括电压异常预警、电流异常预警和剩余电流异常预警，所述故障包括电压异常故障、电流异常故障和剩余电流故障；对采集的电流信号和电压信号进行分析，判断交流电路是否出现缺零或缺相故障，当电路出现所述故障时，微处理器将控制信号从RS485接口发送到通信接口，当电路发生所述预警或故障时微处理器发出控制信号到报警模块进行报警；微处理器将电路状态信息实时发到显示模块，显示模块实时显示电路状态信息。实现了对三相电路的电压、电流和剩余电流的实时监测和分析，提高了用电的安全性和可靠性，同时还检测了三相电路的实时功率因数，对提高用电效率提供了数据支撑。

现有技术中，检测系统和执行系统是一体式的，由于体积和电气规范的限制，使检测和执行一体式装置的载流量不能超过65A；检测系统不具有判断三相电路缺零或缺相功能；作为判断电路是否出现故障依据的参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值不能根据改变后的电路进行修改，当所检测电路的负载发生改变时，不能有效地改变相关参数，而可能会导致用电的安全风险；传统的检测装置电路都设计在一块电路板上，导致产品的体积大，并限制了量产效率和产品的成品率；由于上述缺点，限制了产品的推广和量产效率。

本实施例中，信号采集模块2、微处理器3、按键设置模块4、显示模块5、通信接口6、报警模块7和电源模块11均采用单独进行生产，组装时只需要将各模块进行焊接或接插件连接，大大提高了生产效率和成品率，此外，相比于将所有功能集中在同一块电路板上的方案，大大减小了整个检测系统装置的体积，当所述模块有损坏情况发生时，直接更换相应模块即可，降低了维护成本，提高了维修效率；各模块单独设计的方案更有利于加快项目的研发进度，并且有利于本智能检测系统的大规模生产。

本监测装置不包括执行系统，将监测装置和执行系统分开的好处是能够提高监测装置的载流量，当将监测装置和执行系统都集中在同一个装置内，由于体积和电气规范的限制，导致整套装置的载流量不能超过65A，而采用将监测装置和执行系统分离的方式，则监测装置的载流量可以达到125A，大大提高了监测装置的应用范围，提高了本监测装置的市场前景。

需要说明的是参考电压值包括参考上限电压值、参考下限电压值、单相参考上限电压值和单相参考下限电压值，参考上限电压预警值、参考下限电压预警值、单相参考上限电压预警值和单相参考下限电压预警值；参考电流值包括参考上限电流值和单相参考上限电流值，参考上限电流预警值和单相参考电流预警值，此外，参考剩余电流值还包括考剩余电流预警值；所述的参考值均可以通过按键设置模块4进行本地修改。

在本方案中，电压异常预警包括过压预警和欠压预警；电流异常预警即过流预警；剩余电流异常预警即剩余电流预警；电压异常故障包括过压故障和欠压故障；电流异常故障即过流故障。

本方案的计量芯片9采用但并不限于三相交流、直流电能计量芯片，该芯片可根据电量传感器采集并经采样电阻和滤波后的信号，测量出三相全波电路的电压和电流的有效值，该芯片还可提供三相全波电路的功率因数的实时测量功能和电量计量功能。

如图3所示，在A、B和C三相分别套接三个电量传感器，剩余电流传感器13套接在三相电路和零线出线端的外面，以A相举例，B相、C相和剩余电流检测电路的实施例与A相类似。

A相的电量传感器12的检测电路为实现电量传感器12感应出的交流信号而设置了对称的电路，电量传感器12与1#采样电阻19、1#电阻20一端电连接，1#采样电阻19的另一端与1#电容21和计量芯片9电连接，1#电阻20和1#电容21的另一端接地；电量传感器12与2#采样电阻22、2#电阻23一端电连接，2#采样电阻22的另一端与2#电容24和计量芯片9电连接，2#电阻23和2#电容24的另一端接地；所以当电量传感器12感应出交流信号，由上述电路可准确地传送到计量芯片9进行测量和计算，根据此电路还可以测得电路的无功功率。

计量芯片9和隔离芯片8电性连接，隔离芯片8和微处理器3电性连接，微处理器3获取得到计量芯片9测量得到的A相、B相和C相的电流和电压，以及主电路的剩余电流。

当对三相电路的各相电流进行检测和判断时，需要根据接入的负载类型分别进行判断，在按键设置模块4进行负载类型的选择，选择接入检测电路的负载是三相负载还是单相负载，检测系统默认是三相故障检测模式。

当监测装置接入的是三相负载，确认当前是否是三相故障检测模式，若不是则需要修改为三相故障检测模式。若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于参考上限电压预警值而小于参考上限电压值，则判断为过压预警；若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于参考上限电压值，则交流电路发生过压故障；如果A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于参考下限电压值且小于参考下限电压预警值时，则判断为欠压预警；如果A相、B相和C相三相中的任意一相的电压小于参考下限电压值，则交流电路发生欠压故障。

如果A相、B相和C相三相中的任意一相的电流大于参考上限电流预警值并且小于参考上限电流值，则判断为过流预警；如果A相、B相和C相三相中的任意一相的电流大于参考上限电流值，则交流电路发生过流故障。

如果微处理器3测得的剩余电流大于参考剩余电流预警值而小于参考剩余电流值，则判断为剩余电流预警；如果微处理器3测得的剩余电流大于参考剩余电流值，则交流电路发生剩余电流故障，可能已经发生漏电风险。

若A相、B相和C相的任意一相的电压小于10伏，而其他相电压大于100伏，则三相交流电路发生缺相故障。

若A相、B相和C相的任意一相的电流小于0.05A，而其他相大于0.2A，则三相电路出现缺零故障。

三相电路一相或多相仅接入单相负载时，首先需要在按键设置模块4将故障判断模式设置为单相故障检测模式，微处理器3将测得的A相、B相和C相的电流和单相参考上限电流值进行比较。

若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于单相参考上限电压预警值且小于单相参考上限电压值，则判断为过压预警；若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于单相参考上限电压值，则该相发生过压故障。

若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压大于单相参考下限电压预警值且大于单相参考下限电压值，则判断为欠压预警；若A相、B相和C相三相中的任意一相的电压小于单相参考下限电压值，则该相发生欠压故障。

若A相、B相和C相三相中的任意一相的电流大于单相参考电流预警值且小于单相参考电流值，则判断为过流预警；若A相、B相和C相三相中的任意一相的电流大于单相参考电流值，则该单相电路出现过流故障。

上述参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值支持通过按键设置模块4在线或离线修改，所述参考值根据接入交流电路的负载以及负载的接入方式确定，参考上限电压值是所在三相电路额定电压的116％-120％；参考下限电压值是所在三相电路额定电压的80％-82％；单相参考上限电压值所在单相电路的额定电压的116％-120％；单相参考下限电压值是所在单相电路额定电压的80％-85％；

参考上限电压预警值是所在三相电路额定电压的110％-115％，参考下限电压预警值是所在三相电路额定电压的83％-85％；单相参考上限电压预警值所在单相电路额定电压的110％-115％，单相参考下限电压预警值所在三相电路额定电压的86％-90％。

参考上限电流值为所在三相电路额定电流的106％-110％；单相参考上限电流值为所在单相电路额定电流的106％-110％；参考上限电流预警值为所在三相电路额定电流的102％-105％；

单相参考电流预警值为所在三相电路额定电流的102％-105％；参考剩余电流值为所在交流电路最大允许的剩余电流值；参考剩余电流预警值为所在交流电路最大允许的剩余电流值的85％-90％。

当确定了负载以及负载的连接方式，需要根据实际情况将参考值修改，确保用电安全。

在出线端将A相、B相、C相和零线一起无接触套接一个剩余电流传感器21a，所述剩余电流传感器21a的信号分别经1#采样电阻21和RC滤波，接入计量芯片9，计量芯片9和隔离芯片8电性连接，隔离芯片8和微处理器3电性连接，剩余电流传感器21a的信号传入微处理器3，微处理器3将测得的剩余电流值和参考剩余电流值进行比较，若剩余电流值大于参考剩余电流值，则三相电路发生漏电故障，若实时剩余电流值大于参考剩余电流预警值而小于参考剩余电流值，则交流电路剩余电流预警。

本监测装置的参考剩余电流值支持通过按键设置模块4进行的本地修改模式。当监测装置所在电路接入的电器个数较多时，各个电器的剩余电流累加在一起常常超过监测装置设定的参考剩余电流值，导致监测装置误报警和执行系统的误动作，对正常用电造成不良影响，所以当监测装置所在电路接入的电器设备较多时，需要及时修改参考剩余电流值，以避免监测装置误报警和执行系统的误动作，当修改了参考剩余电流值后，接入监测装置所在电路的用电设备减少后，需要及时将参考剩余电流值进行及时调整，以保证安全用电要求。

在微处理器3还可以进行电量的实时监测，并在显示模块5的屏幕上显示出来。

当三相电路出现过压、欠压、过流、缺相或缺零故障时，微处理器3将相应的控制信号通过RS485接口发送到通信接口6，通信接口6和执行系统电性连接，从而控制执行系统执行由微处理器3发出的控制信号，同时微处理器3将报警信号实时传送到显示模块5、报警模块7，显示模块5将三相电路的电压、电流、剩余电流实时值和故障信息实时显示出来，并且显示模块5的显示屏幕亮度间歇、交替地提高和降低；报警模块7在接收到微处理器3发出的故障信号时，发出声音信号进行报警，提醒维护人员及时维护。

尽管本文较多地使用了智能检测系统1、信号采集模块2、微处理器3、按键设置模块4、显示模块5、通信接口6、报警模块7、隔离芯片8、计量芯片9、剩余电流传感器10、电源模块11、A相电量传感器12、B相电量传感器13、C相电量传感器14、通信状态指示灯15、和功率状态指示灯16、蜂鸣器17、报警信号灯18、1#采样电阻19、1#电阻20、1#电容21、2#采样电阻22、2#电阻23、2#电容24等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，包括智能检测系统(1)、所述智能检测系统(1)包括信号采集模块(2)、微处理器(3)、按键设置模块(4)、显示模块(5)、通信接口(6)和报警模块(7)，所述信号采集模块(2)、按键设置模块(4)、显示模块(5)、通信接口(6)和报警模块(7)均与微处理器(3)电性连接；

所述信号采集模块(2)将采集的各相电压、电流和三相电路剩余电流信号传送到计量芯片(9)，计量芯片(9)和微处理器(3)电性连接，微处理器(3)将接收到的电压信号、电流信号和剩余电流信号分别和参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值进行比较，判断电路是否出现预警或故障，所述预警包括电压异常预警、电流异常预警和剩余电流异常预警，所述故障包括电压异常故障、电流异常故障和剩余电流故障；对采集的电流信号和电压信号进行分析，判断交流电路是否出现缺零或缺相故障，当电路出现所述故障时，微处理器(3)将控制信号从RS485接口发送到通信接口(6)，当电路发生所述预警或故障时微处理器(3)发出控制信号到报警模块(7)进行报警；微处理器(3)将电路状态信息实时发到显示模块(5)，显示模块(5)实时显示电路状态信息。

2.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述信号采集模块(2)包括隔离芯片(8)、计量芯片(9)和一个套接在三根相线和一根零线出线端并与计量芯片(9)通过采样电阻和滤波电路电性连接的剩余电流传感器(10)，以及三个分别套接在A相、B相和C相上并经采样电阻和滤波电路与计量芯片(9)电性连接的A相电量传感器(12)、B相电量传感器(13)和C相电量传感器(14)，计量芯片(9)电连接隔离芯片(8)，隔离芯片(8)和微处理器(3)电性连接，微处理器(3)分别测量出A相、B相和C相的实时电压、电流、主电路的剩余电流和功率因数。

3.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述智能检测系统(1)还包括电源模块为信号采集模块(2)、微处理器(3)、按键设置模块(4)、显示模块(5)、通信接口(6)和报警模块(7)提供电源。

4.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述按键设置模块(4)和显示模块(5)均与微处理器(3)电性连接，微处理器(3)将交流电路各相电压和电流、以及主电路的剩余电流信号和电路的故障状态信息实时传送到显示模块(5)并显示，交流电路出现故障时，显示模块(5)屏幕亮度间歇、交替地提高和降低；按键设置模块(4)对参考电压值、参考电流值和参考剩余电流值进行在线或离线修改。

5.根据权利要求4所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述显示模块(5)还包括设置在显示模块(5)与按键设置模块(4)之间并与微处理器电性连接的通信状态指示灯(15)和功率状态指示灯(16)。

6.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述报警模块(7)包括与微处理器(5)电性连接的蜂鸣器(17)，故障状态时，微处理器(3)将报警信号发送到蜂鸣器(17)发出声音信号进行报警。

7.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述电路状态信息包括交流电路的各相实时电压和实时电流，实时功率因数，主电路的实时剩余电流、预警信息以及预警发生的时间、故障信息以及故障发生的时间。

8.根据权利要求1所述的可拼装式低压智能监测装置，其特征在于，所述电压异常预警包括过压预警和欠压预警；电流异常预警即过流预警；剩余电流异常预警即剩余电流预警；电压异常故障包括过压故障和欠压故障；电流异常故障即过流故障。

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