CN117526140B - 一种基于物联网的低压开关柜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低压开关柜技术领域，尤其涉及一种基于物联网的低压开关柜，包括：柜体；若干固定件，用以固定和移动功能件；柜门，安装有能够调节与柜门夹角的若干柜门挡风板；散热底座，通过向柜体内部送风对柜体进行散热；数据采集模组采集各层温度；控制终端，包括，风速控制单元用以根据各层的温度均值调节散热底座的风速，散热控制单元用以根据各层温度调节各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角以分配散热底座输出的风力，固定控制单元用以控制固定件调节各功能件的位置；通过设备分层以及设置柜门挡风板和柜体挡风板对各层送风状态的适应性调整，有效提高了散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及低压开关柜技术领域，尤其涉及一种基于物联网的低压开关柜。
背景技术
低压开关柜是由一个或多个低压开关电器和相应的控制、保护、测量、信号、调节装置，以及所有内部的电气、机械的相互连接和结构部件组成的成套配电装置，低压开关柜种类繁多，使用场所广泛，在整个低压电网的各级配电系统中都要用到，低压开关柜是输配电行业中重要的组成部分，随着制造技术的不断提高，用户对设备的性能也逐步提高，随着用户对设备性能的逐步提高，低压开关柜内部的电器元件也越来越多，进而对温度的有效控制至关重要。
中国专利授权公告号CN113131357B公开了一种基于物联网的高低压开关柜，包括柜体，柜体上下设置有电气层与散热层，电气层与散热层之间通过隔板隔开，散热层的两侧、电气层的顶部与隔板上均设有透气孔，电气层内部设有与其顶部大小相同的防尘板；散热层内设有两个罩设于对应层两侧的透气孔的防尘盒，防尘盒内设置有过滤板、抽气扇、清洁组件与除湿腔，过滤板设于抽气扇与透气孔之间，清洁组件与过滤板的表面接触，防尘盒的顶部设有驱动清洁组件升降的升降驱动装置，防尘盒的底部设有与清洁组件完全正对的落灰孔，防尘盒的底部外壁设有能够完全覆盖落灰孔的底盖，底盖的一侧连接有能够驱动底盖横向移动的移动驱动装置；散热层的底部设有接灰盒与送气扇。
中国专利授权公告号CN218449100U公开一种模块化低压开关柜，包括散热底座，所述散热底座的顶部固定安装有低压开关柜主体，所述低压开关柜主体的内部活动安装有工字型滑条。该模块化低压开关柜，通过设置稳固块，放置电器元件的时候，先拉动放置盒前侧的手拉杆，使放置盒内部的滑槽通过工字型滑条滑动至可以放置的位置，然后将电器元件放置在放置盒内部的放置槽中，再通过两个电动推杆相对伸长带动移动板移动，使移动板移动带动稳固块移动至与电器元件相贴，同时移动板移动带动连接板移动，使连接板移动带动固定盘至与电气元件相贴，通过L型的稳固块和固定盘同时对电器元件进行固定，防止电器元件在放置盒内部滑动或者倾倒而造成损坏。
但上述开关柜缺乏对设备散热的分层监测和控制，进而导致低压开关柜的散热效率较低。
发明内容
为克服现有技术缺乏对设备散热的分层监测和控制，进而导致低压开关柜的散热效率较低的问题，本发明提供一种基于物联网的低压开关柜，其包括：
柜体，其提供有用以容纳功能件的区域；
若干固定件，其分别安装于所述柜体内部的不同高度，用以固定和移动所述功能件，且各固定件将所述柜体内部的区域分为底层、中层和上层；
柜门，其安装于所述柜体的前侧，且柜门朝向柜体的一侧安装有能够调节与柜门夹角的若干柜门挡风板；
其中，各柜门挡风板分别位于所述底层、中层和上层在柜门上对应的区域，且所述柜体与所述柜门相对的内表面安装有与柜门上的各柜门挡风板镜像布置的若干柜体挡风板；
散热底座，其设置于所述柜体外侧的底部，散热底座通过向所述柜体内部送风对柜体进行散热；
数据采集模组，包括分别设置在所述底层、中层和上层对应的柜体的内表面用以检测各层温度的温度传感器；
控制终端，其分别与所述柜体、所述柜门、所述各固定件、所述散热底座和所述数据采集模组连接，包括，
风速控制单元，其用以根据各层的温度均值调节所述散热底座的风速；
散热控制单元，其用以根据各层温度调节各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角以分配所述散热底座输出的风力；
固定控制单元，其用以在各柜门挡风板和各柜体挡风板的不同状态下控制所述固定件调节各功能件的位置，以及根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角和散热底座的风速调节各固定件对于各功能件的固定力。
进一步地，所述固定件包括能够伸缩的推杆、设置于推杆末端的用以固定功能件的限位件以及为功能件的移动提供轨道的滑轨。
进一步地，所述固定控制单元设置有各功能件的初始分布状态；
其中，所述初始分布状态满足位于底层的设备的发热系数大于位于中层的设备的发热系数大于位于上层的设备的发热系数，且底层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，上层和中层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧。
进一步地，所述风速控制单元将所述柜体的底层、中层和上层的温度均值与预设的温度阈值比对以判定是否调节所述散热底座的风速；
其中，所述风速控制单元在所述温度均值大于所述温度阈值时判定调高所述散热底座的风速且风速的调节量与所述温度均值成正相关。
进一步地，所述散热控制单元响应于第一预设条件控制所述底层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与所述底层的温度成正相关，与其余各层的温度成负相关；
所述第一预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述底层的温度最高。
进一步地，所述散热控制单元响应于第二预设条件控制所述中层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与中层和所述底层的温度成正相关，与所述上层的温度成负相关，同时所述固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先中层状态；
其中所述第二预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述中层的温度最高；
所述优先中层状态满足中层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，上层和底层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧。
进一步地，所述散热控制单元响应于第三预设条件控制各层的柜门挡风板和柜体挡风板分别以不同角度倾斜，同时所述固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先上层状态；
其中，所述第三预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述上层的温度最高；
所述优先上层状态满足上层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，底层和中层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧；
所述底层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于所述中层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于所述上层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度。
进一步地，所述固定控制单元根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾斜角度和所述风速的调节量对所述固定件对于功能件的固定力进行调节；
所述固定力与对应层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度和所述风速的调节量成正相关。
进一步地，所述散热底座内部安装有风扇，所述散热底座和所述柜体表面设置有若干出风孔。
进一步地，所述控制终端能够与显示屏连接，外接显示屏显示功能件的电性能参数、温度参数和状态，且能够通过用户交互进行对开关柜各组件工作状态的主动调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过设置能够移动和固定功能件的固定件、能够汇聚风力的柜门挡风板和柜体挡风板以及对功能设备根据发热系数的分层和对各层送风状态的适应性调整，进而有效提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
进一步地，本发明的固定件能够调节功能件的位置，柜门挡风板和柜体挡风板能够优化散热底座的风力的对各层功能件施加的针对性，通过固定件、柜门挡风板和柜体挡风板的结合，能够有效提高风力优化效果，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
进一步地，本发明固定控制单元设置有各功能件的初始分布状态，将发热系数较高的功能件置于靠近散热底座的位置，且正对于送风方向，实现了对于不同发热系数的功能件的模块化分层针对性散热，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
进一步地，本发明通过数据采集模组分层采集温度，散热控制单元根据温度进行对送风状态进行不同的适应性调整，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
进一步地，本发明针对各层的不同送风状态，对固定件的固定力进行调节，且风力越大，所需固定力越大，有效避免了设备振动对工作状态造成的影响，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
附图说明
图1为本发明实施例的基于物联网的低压开关柜的结构框图；
图2为本发明实施例的低压开关柜的结构示意图；
图3为本发明实施例的柜门的结构示意图；
图4为本发明实施例的固定件的结构示意图；
图中，1：柜体挡风板，2：柜门挡风板，3：柜门，4：柜体，5：第一位置，6：第二位置，7：第三位置，8：散热底座，9：功能件，10：滑轨，11：推杆，12：限位件。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1以及图2所示，图1为本发明实施例的基于物联网的低压开关柜的结构框图，图2为本发明实施例的低压开关柜的结构示意图，本发明的基于物联网的低压开关柜，包括：
柜体4，其提供有用以容纳功能件的区域；
若干固定件，其分别安装于柜体内部的不同高度，用以固定和移动功能件，且各固定件将柜体内部的区域分为底层、中层和上层；
柜门3，其安装于柜体4的前侧，且柜门3朝向柜体4的一侧安装有能够调节与柜门夹角的柜门挡风板2；
其中，各柜门挡风板分别位于底层、中层和上层在柜门3上对应的区域，且柜体4与柜门3相对的内表面安装有与柜门上的各柜门挡风板镜像布置的柜体挡风板1；
请参阅图3所示，其为本发明实施例的柜门的结构示意图，在一些实施例中，柜门3与柜门挡风板2通过转动轴连接，且柜门挡风板2绕转动轴转动以调整倾角，柜体挡风板同理；
在实施中，柜体挡风板和柜门挡风板采用绝缘材料且设有最大倾角，最大倾角根据功能件的尺寸确定。
散热底座8，其设置于柜体4外侧的底部，散热底座通过向柜体内部送风对柜体进行散热；
数据采集模组，包括分别设置在底层、中层和上层对应的柜体的内表面用以检测各层温度的温度传感器；
本发明对数据采集模组的具体结构不作限定，能满足温度的分层采集功能且不影响低压开关柜的工作即可，且温度传感器在符合相关标准的前提下也可以直接安装于功能件的表面。
控制终端，其分别与柜体、柜门、各固定件、散热底座和数据采集模组连接，包括，
风速控制单元，其用以根据各层的温度均值调节散热底座的风速；
散热控制单元，其用以根据各层温度调节各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角以分配散热底座输出的风力；
固定控制单元，其用以在各柜门挡风板和各柜体挡风板的不同状态下控制固定件调节各功能件的位置，以及根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角和散热底座的风速调节各固定件对于各功能件的固定力。
通过设置能够移动和固定功能件的固定件、能够汇聚风力的柜门挡风板和柜体挡风板以及对功能设备根据发热系数的分层和对各层送风状态的适应性调整，进而有效提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
请参阅图4所示，其为本发明实施例的固定件的结构示意图，固定件包括能够伸缩的推杆11、设置于推杆11末端的用以固定功能件9的限位件12以及为功能件9的移动提供轨道的滑轨10。固定件能够调节功能件的位置，柜门挡风板和柜体挡风板能够优化散热底座的风力的对各层功能件施加的针对性，通过固定件、柜门挡风板和柜体挡风板的结合，能够有效提高风力优化效果，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
请继续参阅图2所示，固定控制单元设置有各功能件的初始分布状态；
其中，初始分布状态满足位于底层的设备的发热系数大于位于中层的设备的发热系数大于位于上层的设备的发热系数，且底层的功能件的几何中心垂直于散热底座的送风方向，上层和中层的功能件分别位于柜体的左右两侧，在初始分布状态下底层的功能件位置为第三位置7，中层的功能件位置为第二位置6，上层的功能件位置为第一位置5。
可以理解的是，功能件为低压开关柜内部的电器元件，其包括但不限于断路器、接触器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和保护继电器。
在实施中，发热系数为功能件在额定工作状态下的单位时间发热量；固定控制单元设置有各功能件的初始分布状态，将发热系数较高的功能件置于靠近散热底座的位置，且正对于送风方向，实现了对于不同发热系数的功能件的模块化分层针对性散热，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
具体而言，风速控制单元将柜体的底层、中层和上层的温度均值与预设的温度阈值比对以判定是否调节散热底座的风速；
其中，风速控制单元在温度均值大于温度阈值时判定调高散热底座的风速且风速的调节量与温度均值成正相关。散热控制单元在温度均值小于等于温度阈值时不进行进一步的调节。
可以理解的是，温度阈值能够根据实际场景、标准或技术文件进行设置，或者设置为可变化的若干确定值，只需能够满足判定要求即可，在此不再赘述。
具体而言，散热控制单元响应于第一预设条件控制底层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与底层的温度成正相关，与其余各层的温度成负相关；
第一预设条件满足调高散热底座的风速后温度均值仍高于温度阈值，且底层的温度最高。
可选的，第一预设条件下对应柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度θ1通过式（1）确定；
（1）
其中，T1为底层温度，T2为中层温度，T3为上层温度，v为散热底座的风速，α为角度转换系数，T0为温度阈值。
具体而言，散热控制单元响应于第二预设条件控制中层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与中层和底层的温度成正相关，与上层的温度成负相关，同时固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先中层状态；
其中第二预设条件满足调高散热底座的风速后温度均值仍高于温度阈值，且中层的温度最高；
优先中层状态满足中层的功能件的几何中心垂直于散热底座的送风方向，上层和底层的功能件分别位于柜体的左右两侧。
可选的，第二预设条件下对应柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度θ2通过式（2）确定；
（2）
具体而言，散热控制单元响应于第三预设条件控制各层的柜门挡风板和柜体挡风板分别以不同角度倾斜，同时固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先上层状态；
其中，第三预设条件满足调高散热底座的风速后温度均值仍高于温度阈值，且上层的温度最高；
优先上层状态满足上层的功能件的几何中心垂直于散热底座的送风方向，底层和中层的功能件分别位于柜体的左右两侧；
底层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于中层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于上层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度。
第三预设条件下上层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度θ3、中层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度θ4、底层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度θ5通过式（3）、式（4）和式（5）确定；
（3）
（4）
（5）
具体而言，固定控制单元根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾斜角度和风速的调节量对固定件对于功能件的固定力进行调节；
固定力与对应层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度和风速的调节量成正相关。
针对各层的不同送风状态，对固定件的固定力进行调节，且风力越大，所需固定力越大，有效避免了设备振动对工作状态造成的影响，进一步提高了低压配电柜的散热效果和散热效率。
可选的固定力F通过式（6）确定；
（6）
其中，F0为初始固定力，∆v为风速的调节量，θ0为对应的挡板倾角，θm为最大倾角。且F小于功能件的最大固定力，功能件的最大固定力根据功能件的结构强度确定。
具体而言，散热底座内部安装有风扇，散热底座和柜体表面设置有若干出风孔。
具体而言，控制终端能够与显示屏连接，外接显示屏显示功能件的电性能参数、温度参数和状态，且能够通过用户交互进行对开关柜各组件工作状态的主动调整。
具体而言，本发明对控制终端及其内部的各单元的具体结构不做限定，控制终端及其内部的各单元可以由逻辑部件构成，逻辑部件包括现场可编程处理器、计算机或计算机中的微处理器，且控制终端通过物联网与各部件连接。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网的低压开关柜，其特征在于，包括：
柜体，其提供有用以容纳功能件的区域；
若干固定件，其分别安装于所述柜体内部的不同高度，用以固定和移动所述功能件，且各固定件将所述柜体内部的区域分为底层、中层和上层；
柜门，其安装于所述柜体的前侧，且柜门朝向柜体的一侧安装有能够调节与柜门夹角的若干柜门挡风板；
其中，各柜门挡风板分别位于所述底层、中层和上层在柜门上对应的区域，且所述柜体与所述柜门相对的内表面安装有与柜门上的各柜门挡风板镜像布置的若干柜体挡风板；
散热底座，其设置于所述柜体外侧的底部，散热底座通过向所述柜体内部送风对柜体进行散热；
数据采集模组，包括分别设置在所述底层、中层和上层对应的柜体的内表面用以检测各层温度的温度传感器；
控制终端，其分别与所述柜体、所述柜门、所述各固定件、所述散热底座和所述数据采集模组连接，包括，
风速控制单元，其用以根据各层的温度均值调节所述散热底座的风速；
散热控制单元，其用以根据各层温度调节各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角以分配所述散热底座输出的风力；
固定控制单元，其用以在各柜门挡风板和各柜体挡风板的不同状态下控制所述固定件调节各功能件的位置，以及根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾角和散热底座的风速调节各固定件对于各功能件的固定力。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述固定件包括能够伸缩的推杆、设置于推杆末端的用以固定功能件的限位件以及为功能件的移动提供轨道的滑轨。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述固定控制单元设置有各功能件的初始分布状态；
其中，所述初始分布状态满足位于底层的设备的发热系数大于位于中层的设备的发热系数大于位于上层的设备的发热系数，且底层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，上层和中层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述风速控制单元将所述柜体的底层、中层和上层的温度均值与预设的温度阈值比对以判定是否调节所述散热底座的风速；
其中，所述风速控制单元在所述温度均值大于所述温度阈值时判定调高所述散热底座的风速且风速的调节量与所述温度均值成正相关。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述散热控制单元响应于第一预设条件控制所述底层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与所述底层的温度成正相关，与其余各层的温度成负相关；
所述第一预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述底层的温度最高。
6.根据权利要求4所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述散热控制单元响应于第二预设条件控制所述中层对应的柜门挡风板和柜体挡风板的上部向柜体内部倾斜，且倾斜角度与中层和所述底层的温度成正相关，与所述上层的温度成负相关，同时所述固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先中层状态；
其中所述第二预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述中层的温度最高；
所述优先中层状态满足中层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，上层和底层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧。
7.根据权利要求4所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述散热控制单元响应于第三预设条件控制各层的柜门挡风板和柜体挡风板分别以不同角度倾斜，同时所述固定控制单元将功能件的分布状态调节为优先上层状态；
其中，所述第三预设条件满足调高所述散热底座的风速后所述温度均值仍高于所述温度阈值，且所述上层的温度最高；
所述优先上层状态满足上层的功能件的几何中心垂直于所述散热底座的送风方向，底层和中层的功能件分别位于所述柜体的左右两侧；
所述底层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于所述中层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度小于所述上层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度。
8.根据权利要求4-7任一项所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述固定控制单元根据各柜门挡风板和各柜体挡风板的倾斜角度和所述风速的调节量对所述固定件对于功能件的固定力进行调节；
所述固定力与对应层的柜门挡风板和柜体挡风板的倾斜角度和所述风速的调节量成正相关。
9.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述散热底座内部安装有风扇，所述散热底座和所述柜体表面设置有若干出风孔。
10.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关柜，其特征在于，所述控制终端能够与显示屏连接，外接显示屏显示功能件的电性能参数、温度参数和状态，且能够通过用户交互进行对开关柜各组件工作状态的主动调整。
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