CN1126852A - 固定到配电系统导线上的监测装置 - Google Patents

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Abstract

用于监测交流配电系统(1)中，沿导线(11)任何地点所消耗电能的装置(15)，包括带有通道(27)的外壳(21)，导线(11)从通道中通过。在外壳(21)中安放的环形线圈(33)与通道(27)同心，检测导线(11)中的电流。细长导电螺丝固定器(45)旋入外壳(21)内装在印刷电路板(41)上的支撑块(39)，该固定器径向伸进通道(27)，以刺穿导线(11)上的绝缘(53)，并与导线电气上连接，机械上夹紧导线(11)，因而同时提供一个电压接头，并将外壳(21)固定到导线(11)上。

Description

固定到配电系统导线上的监测装置
本发明涉及监测在交流配电系统的分支上的电流和电压，特别涉及可固定到沿交流配电系统的导线上任何地点的装置。
1991年8月15日提交的美国专利申请07/746,018采用从中心站抽点打印，终端设备定时询问的多个本地站用的电能监测系统。
1994年1月21日提交的美国专利申请08/185,668采用从中心站抽点打印，终端设备定时询问的多个本地站用的电能监测系统，该申请是专利号07/746,018的分案申请。
上述参照的相关申请及美国专利号5,315,531公开了通常由电力公司在供电给用户的主要电力线上安装的电表以下的多个地点监测用电量的系统。该系统使用户可以确定在电能表下面的各个地点的用电量，并且根据要求可以确定出相应的电费。
电能监测系统包括在每个监测地点的一个模块单元。每个模块单元有一个环形线圈，将导线穿过线圈，使线圈与交流配电系统的每相导线电感性耦合。这些线圈装在带有多路通道的一个外壳中，这些通道穿过环形线圈。因此导线可以完全地穿过该外壳。在通道边上由外壳伸出的抽头与交流导线一起连接到断路器上的端头上，为单元提供抽取电压，并将该单元固定到断路器上。因为这些单元是被安装到断路器上，称这些单元为分段单元。
这些分段单元包括将由环形线圈和抽头分别测得的模拟量电流和电压数字化的电路，并且用一个单板微处理器算出所消耗的功率和电能。该电能监测系统还包括一个中心，即一台个人计算机(PC)。它通过这些单元与PC机之间用简单的双线同步通信线组成的菊花链，连到每个分段单元。该PC机汇集由各个本地单元得出的计算结果，用以确定收费账单。
这些分段单元的尺寸与断路器的尺寸相配合，并且可以安装到位于负荷中心的断路器上，不需要对断路器和负荷中心做修改。但是，有要求能够把监测单元接到不是导线终端的其它一些地点，如同目前为电压的抽取所要求的。
进一步要求监测装置能够监视沿配电系统导线上任何点的电流和电压，并不需要解开电压联接导线。
还要求这样的监测装置可以方便地将监测单元固定在沿导线的任何地点。
本发明可以满足以上及其它一些要求。本发明的目的是监测电流和电压的装置，并由此计算出电能。该装置可固定到交流配电系统中沿电气导线的任何地点。特别是，装置包括有外壳，其具有完全穿过外壳的通道装置。每一根导线有一单独的通道。组合安装和电压检测装置包括细长的导电的固定装置，该固定装置从外壳，水平方向地伸入通道。这些固定器的端部是尖的，它可刺入导线的绝缘，从而与穿过通道的电气导线电气上连接，并且机械上夹紧该电气导线。外壳包括环形线圈装置，每个环形线圈供一根导线通过，电气导线从线圈中穿过，线圈便可以检测导线中的电流。外壳还包括连接到一环形线圈的电路，以测量电流，以及连接到导电的固定器的电路，以测量电压。最好是该电路包括模数转换器装置，将环形线圈和固定器分别测得的模拟量电流和电压变为数字量，以及包括一个数定处理装置用来计算电能消耗量。此外，还希望该装置包括一个与遥控单元通信的通信线路。
细长导电的固定器最好是穿进凹进外壳内开口的导电支撑块中，并且敷以可移去的绝缘外套，以防止人触到具有线路电压的固定器。
一个电气绝缘套管放入通道，环绕较小直径的导线。细长导电的固定器的尖端穿透该套管以及导线的绝缘。
本发明提供一个简单紧凑的监测器，它可以简单、快速地固定到交流配电系统的沿导线的任何地点，用以监测电流和电压。
参阅附图，由以下对最佳实施例的描述，可以全面理解本发明，其中：
图1为使用了本发明的交流配电系统的示意图，
图2为装在配电系统三相导线上的根据本发明监测单元的正视图，
图3为图2所示监测单元的底视图。
图4为沿图2中4—4线取的监测单元纵剖面视图，其中导线被移去。
图5为表示组合安装和电压接头的局部视图，该电压接头为图2至图4所示监测单元的一部分，它被安装在印刷电路板(PCB)上，并且嵌入配电系统的一根导线。
图6是沿图5所示组件中6—6线的纵向剖面图。
图7是监测单元的印刷电路板PCB的透视图，示出电流检测线圈，电压接头及装在上面的电路。
图1示出使用了本发明的一个二次交流配电系统1，该二次交流配电系统1包括一个主交流线，它提供由电力公司发出的电力。电力公司在主交流线上安装了一个电能表5，用以测量由配电系统1消耗的电能。主交流线3连到数个装在配电盘或负荷中心9的断路器7—1至7—3。每个断路器7提供一个回路的保护。该回路包括向负荷13供电的负荷导线11。
为简化表示，导线3和11均用一单线表示，但应理解到所有这些导线都可能是多相的，如以下清楚地表明这一点。为了能监测由单个负荷13所消耗的电能，单个的监测单元15—1至15—3被安放到供给13—11至13—33的每根负荷的导线11—1至11—3上。根据本发明，这些监测单元15—1至15—3可以安放在配电系统的任何地点，包括沿导线11—1至11—3的任何地点，由于不同于在上述美国专利申请及美国专利5,315,531中的早期监视单元，监测单元15—1至15—3并不必须直接安装到断路器7—1至7—3上。因此，如从图1可见，监测单元15—1可以安放在配电盘或负荷中心9，来监测由单个断路器7—1保护的所有负荷13—11至13—12所消耗的电能。另一方面，如果对单个负荷例如负荷13—21所消耗的电能有兴趣，监测单元15—2可以安放到负荷附近。很明显，本发明提供很大的灵活性，例如监测单元15—3可以监测多个负荷13—31至13—32，但不是一条特定回路上的所有负荷(不包括13—33)。
监测单元15—1至15—3以下述方式监测它们耦合的导线内的电流和电压并计算功率和电能消耗15—1至15—3与美国专利5,315,531中所叙述的相同，该专利在这里被作为参照。如在该专利所述，单个监测单元15—1至15—3通过通讯线路19(在所示实施例中为一个INCOM系统)连接到一个中心单元，例如在图1中由个人计算机(PC)17代表。该INCOM通信系统采用简单双线同步通信线，成菊花链接到几个监测器15—1至15—3及PC17。该PC17以主一从关系数字访问每个监测单元15—1至15—3，以收集各个监测单元产生的数据供集中处理，并且确定出电能表5定出的总费用账单中各本地用户负担的适当部分。
转到图2和图3，监测单元15由一个外壳21组成，它包括一个有模制盖子25的模制箱子23。通道27A至27C为导线11的每一相提供完全通过外壳21的通道。如图4所示，箱子23的管状部分29及盖子25上配对的管状部分31组成通道27。环形线圈33A至33C装在外壳21内部，与每个通道27A至27C同心。这些环形线圈33A至33C安放在一个印刷电路板(PCB)35上。组合安装和电压接头37在图5和图6中看得最清楚，它由导电支撑块39组成。该块钉住或焊接到第二个PCB41，它有开口41A、41B和41C，与开口27A至27C对准。支撑块39上有一个螺纹通孔43。细长螺纹固定器45旋进螺纹孔43，并且通常是径向进入相关的通道27。细长螺旋固定器45有一个尖端47。固定器45及支撑块39最好是用镀银铜制成，以便保证良好的导电性。
如图4至图6所示，被监测负荷的各相导线11穿过通道27A至27C。因此，也通过环形线圈33A至33C。这些线圈分别检测在导线中流过的电流。在每个细长的固定器45上49处开槽，它可以通过在外壳21上的开口51进行操作。用一螺丝刀嵌入槽49，旋转固定器穿过支撑块39进入通道27A至27C。固定器45的尖端47穿透导线11上的绝缘53，并且到达导电芯线55，与芯线55电气接触。固定器45还在通道27中机械上夹紧导线11，使监测单元15固定到导线上。通常通道51用一个绝缘的塑料孔塞57塞住，以防止与处在线路电位的固定器45意外接触。
通道27的尺寸设计可安放不同规格的导线，对于小于所能安放的最大尺寸的导线，提供一个绝缘套管59，使得较小尺寸的导线也能在与环形线圈33同心轴上被夹紧(见图3)。尖端47也穿透该套
如图7所示，装在PCB41上的导电支撑块39经电阻61连接到安装线圈33A至33C的PCB35上，如在专利5,315,531中详细叙述的那样，由组合安装和电压接头37得到的模拟电压信号，及由环形线圈33产生的模拟电流信号，经过带状电缆连接器63传输到PCB41，在那里它们被转换为数字信号，通常由标号为65的电路计算出消耗的电能。电路65可包括美国专利5,270,898所叙述的定制的Sure Plus集成电路芯片(IC)。该专利在此作为参照。该IC包括一个模—数转换器，一个微处理器以及一个通讯接口。通过该接口，将算出的电能消耗量通过外壳21中的连接器67送到通讯线路
尽管对本发明的一些特定实施例已做了详细叙述，对于精通本技术的人来说，他们能理解到经过上述对本发明全部讲解，便可以对那些细节做各种修改和变更。因此，所公开的特定配置只是做为例证，并不限制本发明的范围。本发明的范围将在所附专利要求中给出全部的广度，以及任何和所有的同等物。

Claims (5)

1.一种装置(15)用于监测沿交流配电系统(1)中，敷以电气绝缘(53)的电气导线装置(11)任何地点的电压和电流，所述装置包括：
外壳(21)，其带有通道装置(27)，所述导体装置(11)穿过该通道装置完全穿过所述外壳。
组合安装及电压接头装置(37)，由细长导电固定装置(45)组成，该固定装置从所述外壳(21)，水平方向伸入所述通道装置(27)，固定装置有一尖端(47)，它穿透所述电气导线装置(11)外包的电气绝缘(53)，在所述通道装置(27)里面，电气上接触且机械上夹紧所述电气导线装置(11)，以便将所述外壳(21)固定到所述电气导线装置(11)；
在所述外壳(21)内的环形线圈装置(33)，所述的通道装置(27)及所述电气导线装置(11)通过该线圈，该线圈用以检测流经所述电气导线装置(11)的电流；
在所述外壳(21)内的电路装置(65)，它连到所述环形线圈装置(33)，用以监测流经所述电气导线装置(11)的电流，并且连到所述导电固定器装置(45)，以测量在所述电气导线装置(11)上的电压。
2.权利要求1中的装置(15)，其中所述组合安装和电压接头装置(37)进一步还包括在所述通道装置(27)内的电气绝缘套管装置(59)，所述电气导线装置(11)从中穿过，所述细长导电固定器装置(45)刺穿并且延伸穿过所述电气绝缘套管装置(59)。
3.权利要求1中的装置(15)，其中所述交流配电系统(1)是由多根电气导线(11)组成的多相交流系统，每根电气导线包有电气绝缘(53)，其中所述通道装置(27)由圆形通道(27A—27C)组成，供每根所述电气导线穿过所述外壳，其中所述细长导电固定器装置(45)由穿过所述外壳基本上径向地进入每个所述圆形通道(27A—27C)的细长导电固定器(45A—45C)组成，该固定器穿透所述圆形通道的电气导线(11)的电气绝缘(53)，在所述通道内电气上接触，机械上夹紧所述电气导线(11)，以将所述外壳固定到所述导线上，其中所述环形线圈装置(33)由单个环形线圈(33A—33C)组成，每个所述通道(27A—27C)穿过该线圈，其中所述电路装置(65)连到每个环形线圈(33A—33C)以测量每根导线中的电流，并且该电路也连到所述的各细长导电固定器(45A至45—C)，以测量所述电气导线(11)的电压。
4.权利要求3中的装置(15)，其中所述外壳(21)有带有螺纹孔(43)的导电支撑块(39A至39C)，这些螺纹孔基本上径向对准每个所述通道(27A至27C)，其中所述细长导电固定器(45A至45C)包括尖头的螺丝，旋进所述螺纹孔(43)，并且基本上径向伸进所述通道(27A至27C)，其中所述电路装置(65)通过所述导电支撑块(39A至39C)连到所述细长导电固定器(45A至45C)。
5.权利要求4中的装置(15)，其中所述支撑块(39A至39C)可以凹入所述外壳(21)，所述固定器(45A—45C)可以通过所述外壳(21)上的开口(51)进行操作，旋入所述支撑块(39A—39C)，所述外壳还有电气绝缘的可移去的套子(57)用以封闭所述开口。
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