CN113447703A - 一种电流监测装置 - Google Patents

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董郁
朱金保
李勇
章龙
吕毅华
吴国亮
于雷
谷春雷
张小霞
张晓璟
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Abstract

本发明公开一种电流监测装置，包括电子控制器(1)、至少一个电压采集模块(2)、至少一个电流采集模块(3)及绝缘外壳(4)，电子控制器(1)、电压采集模块(2)和电流采集模块(3)置于绝缘外壳(4)内，电压采集模块(2)给电子控制器(1)提供电压信号和电源，电流采集模块(3)给电子控制器(1)提供电流信号；所述电子控制器(1)根据一段时间内发生的正常电压信号和突然失压信号、正常电流信号和畸变电流信号特征判断电流回路发生了过载故障或短路故障，电子控制器(1)记录、报警或通过通信方式(11)向外输出报警信号。

Description

一种电流监测装置
技术领域
本发明涉及配电监测领域，尤其具体涉及一种置于配电支路开关进线端安装的电流监测装置。
背景技术
随着国家电网不断推进泛在电力物联网计划，电力系统中的各个产品不断改造升级，对现有存量计量箱的改造项目日益紧迫。考虑现有台区存量基数大，需要控制改造费用，在现有计量箱的普通热磁式进线开关或隔离开关上加装智能监测装置，实现智能化改造，提升台区监控水平，基于泛在物联技术实现台区拓扑识别、线损管理、窃电监测、负载不平衡治理等功能。
为了实现上述功能，智能监测装置需要精确配电支路的电压、电流、配电导线温度以及故障事件等基础电量和非电量信息，以便进一步计算电能损耗、故障识别和上报。
基于现有技术，能够实现精确测量的监测装置往往由于电流采集模块测量范围限制而不能检测故障电流，无法实现故障识别和上报；能够检测故障电流的监测装置，往往电流采集模块又不能实现精确测量，无法实现基于电能精确测量的拓扑识别和线损分析；需要同时实现精确电能测量和宽电流范围故障检测的监测装置，由于现有技术限制，需要两套电流采集模块，两个信号处理系统，该方案导致监测器体积大、成本高、技术复杂、开发周期长，给现有台区技术提升改造带来困难。
发明内容
为了解决以上问题的至少之一，本发明提出一种电流监测装置，具体方案如下：
一种电流监测装置，包括电子控制器、至少一个电压采集模块、至少一个电流采集模块及绝缘外壳，所述电子控制器、所述电压采集模块和所述电流采集模块置于所述绝缘外壳内，所述电压采集模块给电子控制器提供电压信号和电源，电流采集模块给电子控制器提供电流信号，所述电流采集模块在实际电流在其测量范围内时可正常输出电流信号，其精度达到0.5S级以上；当实际电流超出其测量范围时，所述电流采集模块会产生磁饱和，输出电流信号畸变；所述电流采集模块的测量范围为其额定电流的0.04％～120％或以上但不超过150％。
优选的，所述电子控制器包括内置电源，当所述电流监测装置的出线端发生过载或短路故障，所述电子控制器可选择性地由电压采集电源模块或由所述内置电源提供电源，所述电子控制器根据一段时间内发生的正常电压信号和突然失压信号、正常电流信号和畸变电流信号特征判断电流回路发生了过载故障或短路故障，并记录、报警或通过通信方式向外输出报警信号。
优选的，所述电子控制器包括内置电源，当所述电流监测装置的出线端发生三相短路故障时，电压采集器无信号和电源输出给电子控制器，电子控制器由内部的电源提供电源。
优选的，当流过所述监测装置的电流小于额定电流的0.04％或为0时，所述电压采集模块向电子控制器提供正常电源，所述电流采集器无法采集到电流信号时，所述电子控制器判断为下方负载为零，并记录、报警和通过通信方式向外输出信号。
优选的，所述电流采集模块在输出信号饱和时，其输出信号每个周期从零开始沿正弦波趋势向正半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本半周期结束，下半个周期从零开始沿正弦波趋势向负半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本周期结束，周而复始直至过载或短路故障电流消除。
优选的，所述通信方式包括有线或无线的通信方式，所述无线通信方式包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，所述有线通信方式包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
优选的，报警方式包括声、光或声光组合。
优选的，所述声、光或声光组合的方式包括蜂鸣器发声和/或指示灯和/或数码管和/或液晶屏显示等，上述报警方式所发出的报警信号包含故障类型的信息，便于维护人员快速识别和检修。
优选的，所述电流采集模块内孔里穿有导电体，所述导电体伸出所述绝缘外壳与外部连接。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种电流监测装置，包括电子控制器、至少一个电压采集模块、至少一个电流采集模块及绝缘外壳，电子控制器、电压采集模块和电流采集模块置于绝缘外壳内，电压采集模块给电子控制器提供电压信号和电源，电流采集模块给电子控制器提供电流信号，所述电流采集模块在实际电流在其测量范围内时可正常输出电流信号，其精度达到0.5S级以上；当实际电流超出其测量范围时，电流采集模块会产生磁饱和，输出电流信号畸变；电流采集模块的测量范围为其额定电流的0.04％～120％或以上但不超过150％。
当电流监测装置的出线端发生过载或短路故障，电子控制器可选择性地由电压采集电源模块或由内部的电源提供电源，电子控制器根据一段时间内发生的正常电压信号和突然失压信号、正常电流信号和畸变电流信号特征判断电流回路发生了过载故障或短路故障，电子控制器记录、报警或通过通信方式向外输出报警信号。
当电流监测装置的出线端发生三相短路故障时，电压采集器无信号和电源输出给电子控制器，电子控制器由内部的电源提供电源。
当流过监测装置的电流小于额定电流的0.04％或为0时，电压采集模块向电子控制器提供正常电源，电流采集器无法采集到电流信号时，电子控制器判断为下方负载为零，记录、报警和通过通信方式向外输出信号。
电流采集模块在输出信号饱和时具有明显的特征，其输出信号每个周期从零开始沿正弦波趋势向正半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本半周期结束，下半个周期从零开始沿正弦波趋势向负半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本周期结束，周而复始直至过载或短路故障电流消除。
本发明所提供的电流监测装置，能够准确测量配电支路上的负载电流，在空载、正常负载情况下，测量精度满足1级以上；当发生过载或短路情况时，能够准确判断出故障类型；并且在严重的三相短路、无外部供电情况下，也能够利用装置内的电源持续进行报警和通信上报，便于运检人员现场检查和维修。
在实现上述功能和性能的同时，本发明提供的电流监测装置在结构上实现了一套测量系统的简化设计、小体积外形尺寸、适配所有厂家进线开关的铜排宽度及间距，满足相关标准要求，适配现有计量箱的安装和接线，方便现场施工，缩短现有存量台区改造的时间、成本和对用户的影响。
本发明所提供的电流监测装置，具有丰富的通信接口和就地报警指示，能够方便的与台区上级监控设备组网连接，及时上报配电支路的运行信息和故障信息；具有明显的就地报警指示，方便运维人员快速识别故障并检修，提升恢复供电效率，减少用户的停电时间。
利用本发明所提供的电流监测装置，可以方便的实现现有存量台区的智能化改造，而无需对仍在正常使用的表箱进线断路器或隔离开关进行更换或升级，大大降低了台区升级改造的成本。本发明所提供的电流监测装置具备高精度的电气量测量，对电流、电压和功率、电能的测量精度达到计量1级以上，在此条件下，配合台区其他泛在物联技术设备，能够方便地实现用电信息监测、拓扑识别、线损分析、三相不平衡治理等深度应用，提高了台区运行的管理水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种电流监测装置的原理图。
图2为本发明的一种电流监测装置结构示意图。
图3为本发明的一种电流监测装置另一角度结构图。
图4为本发明的一种电流监测装置电流未超出测量范围时电流采集模块输出波形示意图。
图5为本发明的一种电流监测装置电流超出测量范围时电流采集模块输出波形示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件的任何修改、替换和改进。
如图1，为一种电流监测装置的原理图。本实施例公开了一种电流监测装置100，所述电流监测装置100包括电子控制器1、至少一个电压采集模块2、至少一个电流采集模块3及绝缘外壳4，所述电子控制器1、电压采集模块2和电流采集模块3置于所述绝缘外壳4内，所述电压采集模块2和所述电流采集器模块3分别与所述电子控制器1信号连接，所述电压采集模块2给所述电子控制器1提供电压信号和电源，所述电流采集模块3给所述电子控制器1提供电流信号，所述电流采集模块3在实际电流在其测量范围内时可正常输出电流信号，其精度达到0.5S级以上；当实际电流超出其测量范围时，所述电流采集模块3会产生磁饱和，输出电流信号畸变；所述电流采集模块3的测量范围为其额定电流的0.04％～120％或以上但不超过150％。
如图2，为一种电流监测装置的结构示意图。所述电流监测装置100可以安装在现有计量箱进线开关5的进线端，即可完成现有台区的计量箱智能化升级改造。本电流监测装置的安装对于现有台区计量箱的进线开关、安装方式、导线长度等均不会产生影响。
如图3，为本实施例的一种电流监测装置的另一角度结构示意图。在所述绝缘外壳4内设置电子控制器1、电压采集模块2、电流采集模块3和内置电源1-1。当配电支路发生三相短路时，电压采集器无法为控制器1供电，所述控制器1自动选择内置电源1-1供电，所述电流采集模块3的内孔穿有导电体，所述导电体伸出所述绝缘外壳4并与外部连接。
如图4，为一种电流监测装置的电流采集模块3输出波示意形图(电流未超出测量范围)。以工频50Hz为例，当配电支路中的实际电流在其测量范围内时，所述电流采集装置100的输出信号波形与配电支路实际电流波形相同为正弦波，且输出信号的角差和比差满足0.5S级电流采集模块的要求。
如图5，为一种电流监测装置的电流采集模块3输出波示意形图(电流超出测量范围)。以工频50Hz为例，当配电支路中的实际电流超出其测量范围时，所述电流采集模块100的输出信号波形由于磁饱和的影响，波形发生畸变。所述电流采集模块3在输出信号饱和时具有明显的特征，其输出信号每个周期从零开始沿正弦波趋势向正半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本半周期结束，下半个周期从零开始沿正弦波趋势向负半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本周期结束，周而复始直至过载或短路故障电流消除。
优选的，所述电子控制器1能够根据所述电流采集模块3的输出波形所含有的饱和特征准确的判断出发生过电流故障。其中，如果三相电压均在正常范围时，则发生的为过载故障；如果一相和/或两相和/或三相电压低于正常电压范围下限时，则发生的为短路故障，并且故障相的电压与电流对应，即电压低于正常电压范围下限的相就是电流信号出现饱和特征的相。如果本电流监测装置后至故障发生线路中装有断路器，则故障发生期间可持续监测到故障，当断路器保护跳闸后，故障消除，电压恢复正常范围。
所述电流监测装置100无论在所在的配电支路正常运行或发生故障或负载断电时，均能够通过通信方式11向上级通信设备发送监测信息，所述通信方式包括有线通信或无线通信，无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
所述电流监测装置100在所在的配电支路故障发生故障后，可以通过明显的就地报警指示，方便运维人员快速识别故障并检修，报警指示方式包括声、光或声光组合，优选的有蜂鸣器发声和/或指示灯和/或数码管和/或液晶屏显示等。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (9)

1.一种电流监测装置(100)，包括电子控制器(1)、至少一个电压采集模块(2)、至少一个电流采集模块(3)及绝缘外壳(4)，所述电子控制器(1)、所述电压采集模块(2)和所述电流采集模块(3)置于所述绝缘外壳(4)内，所述电压采集模块(2)给所述电子控制器(1)提供电压信号和电源，所述电流采集模块(3)给电子控制器(1)提供电流信号，所述电流采集模块(3)在实际电流在其测量范围内时可正常输出电流信号，其精度达到0.5S级以上；当实际电流超出其测量范围时，所述电流采集模块(3)会产生磁饱和，输出电流信号畸变；所述电流采集模块(3)的测量范围为其额定电流的0.04％～120％或以上但不超过150％。
2.根据权利要求1所述电流监测装置，其特征在于：所述电子控制器(1)包括内置电源(1-1)，当所述电流监测装置(100)的出线端发生过载或短路故障，所述电子控制器(1)可选择性地由电压采集电源模块(2)或由所述内置电源(1-1)提供电源，所述电子控制器(1)根据一段时间内发生的正常电压信号和突然失压信号、正常电流信号和畸变电流信号特征判断电流回路发生了过载故障或短路故障，并记录、报警或通过通信方式(11)向外输出报警信号。
3.根据权利要求1所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：所述电子控制器(1)包括内置电源(1-1)，当所述电流监测装置(100)的出线端发生三相短路故障时，所述电压采集器(2)无信号和电源输出给所述电子控制器(1)，所述电子控制器(1)由内置电源(1-1)提供电源。
4.根据权利要求1所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：当流过所述电流监测装置(100)的电流小于额定电流的0.04％或为0时，所述电压采集模块(2)向所述电子控制器(1)提供正常电源，所述电流采集器(3)无法采集到电流信号时，电子控制器(1)判断为下方负载为零，并记录、报警和通过通信方式(11)向外输出信号。
5.根据权利要求1所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：所述电流采集模块(3)在输出信号饱和时，其输出信号每个周期从零开始沿正弦波趋势向正半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本半周期结束，下半个周期从零开始沿正弦波趋势向负半波方向增长，达到饱和点后又变为零，之后持续为零直到本周期结束，周而复始直至过载或短路故障电流消除。
6.根据权利要求2或4所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：所述通信方式(11)包括有线通信方式或无线通信方式，所述无线通信方式包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，所述有线通信方式包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。
7.根据权利要求2或4所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：报警方式包括声、光或声光组合的方式。
8.根据权利要求7所述的一种电流监测装置(100)，其特征在于：所述声、光或声光组合的方式包括蜂鸣器发声和/或指示灯和/或数码管和/或液晶屏显示等。
9.根据权利要求1所述的一种电流监测装置，其特征在于：所述电流采集模块(3)内孔里穿有导电体，所述导电体伸出所述绝缘外壳(4)与外部连接。
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