CN201345506Y - 一种智能化配电柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化配电柜，是在现有普通配电柜的基础上加装智能化功能模块而成的，另外还以智能无功补偿回路替代原有的自动补偿回路。该配电柜可实现随时检测、监控电网的各项质量指标，向负载端提供安全电能，从而避免用电设备的损坏，提高整个电网供电质量的稳定性和可靠性，本配电柜具有数据远传，事故及运行状况记录功能，集供电、配电保护、无功补偿、用电监控和用电管理于一体，可有效地提高电网的传输能力，降低线路损耗，减少运行管理成本，适用于农村电网的三相四线制系统中，做为户外变压器侧的输配电设备。

Description

一种智能化配电柜

技术领域

本实用新型涉及一种供电设备，尤其是指一种智能化配电柜。

背景技术

随着科学技术的进步，变频器、开关电源、不间断电源、通信设备、医疗仪器等用电设备对供电的质量提出了更高的要求，即对供电的可靠性、稳定性、电网电压、电网的缺相与错相、防雷防过载电压、防谐波干扰和电磁兼容等问题，都有严格的要求。但目前生产的普通变压器综合配电则不具备或不完全具备以上防护功能，输配电保护大部分停留在电磁保护和热保护的水平上。当供电分流发生故障时反映迟钝动作不准确。拒动、误动现象较为普遍，给安全供用电留下诸多的隐患。普通配电柜的自动补偿电路由切换电容器接触器、自动补偿控制器、电容、交流接触器组成。这种配电柜向上述用电设备供电时，由于保护功能不完善所以一但供电质量不能满足要求，配电柜不能作出有效的反应，久而久之，会造成用电设备的损坏，甚至影响整个电网的供电。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种在现有普通配电柜的基础上加装智能化功能模块而成的智能化配电柜，可实现随时检测、监控电网的各项质量指标，向负载端提供安全电能，从而避免用电设备的损坏，进而避免造成整个电网供电质量不稳定一类事件的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种智能化配电柜，包括电源引入装置、计量采样回路、电能计费回路、主开关、测量采样回路、电流电压监视回路、过压保护回路、馈电保护开关、馈电隔离开关、补偿回路，其特征在于它还包括置于主开关内部的智能化功能模块K，智能化功能模块K包括隔离信号调理电路1、同步信号检测电路2、A/D转换电路3、基准电路4、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、CPU电路6、实时钟电路7、I/O扩展电路8、键盘9、输出电路10、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12和电源供应电路13，其中

隔离信号调理电路1和基准电路4各与A/D转换电路3相连；

I/O扩展电路8分别与键盘9、输出电路10和实时钟电路7相连；

CPU电路6分别与A/D转换电路3、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、同步信号检测电路2、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12相连。

作为本实用新型的优化，所述补偿回路为智能无功补偿回路J，包括智能控制器14和复合过零投切开关15。

作为智能无功补偿回路J的限定，所述智能控制器14为WKD-V型智能无功补偿装置，所述复合过零投切开关15为JD-16B型切换开关。

本实用新型的工作原理如下：

电源引入装置：用于将电网上的电能引入到主开关上；

计量采样回路：利用磁耦合方式采集流过导体内的电流信号，通过导体输送到电能表；

电能计费回路：将计量采样回路的电流信号转换成用电量数据，用于核算电费；

主开关：用于接通或分断智能化功能模块K组成中供电回路13的电源；

测量采样回路：利用电磁耦合原理在主开关的出线侧获得一次电流的数据，并利用传输导线输送到监视表计；

电流电压监视回路：利用测量采样回路E提供的电量数据监视电网的运行状态；

过压保护回路：利用无间隙氧化锌避雷器，一端连接于主开关下口的主回路上，一端接入大地，用于吸收馈电母线上的雷击过电压或操作过电压；

智能无功补偿回路J：利用智能控制器和先进的复合过零投切技术，根据电网的功率因数，适时的进行自动补偿；

馈电保护开关：用于对出线回路实现过载、短路、缺相、漏电等保护，向负载端提供安全电能；

馈电隔离开关：是为保障检修安全而增设的明显断开点；

智能化功能模块K：对主开关的运行状态进行监控，其组成中

隔离信号调理电路1，用于对交流电压或电流信号进行隔离、整流、滤波转换成适宜A/D芯片输入的直流信号；

同步信号检测电路2，用于对交流正弦波转换为所需频率的脉冲方波，供本模块对三相相序进行鉴别；

A/D转换电路3，用于将模拟信号转为数字信号；

基准电路4，用于给A/D转换电路提供电压基准；

具有可编程看门狗的串行E2PROM电路5，用于监控CPU电路的运行状态，芯片内的E2PROM用于存贮每个时间间隔的电压和电流的最大值和最小值；

CPU电路6，是整个智能化功能模块的核心，能运行内部贮存的程序；

实时钟电路7，为系统提供实时钟信号；

I/O扩展电路8，用于提供键盘接口和输出接口；

键盘9，使用者可通过键盘对系统进行操作；

输出电路10，由继电器干接点和蜂鸣器构成，提供跳闸控制和报警信号；

LCD液晶显示电路11，能提供给用户直观的数值、报警信息和操作辅助信息；

接口电路12，使系统具备与上位机通讯的能力，并可多相联网，以组成完善的监控网络；

电源供应电路13向各电路供电。

由于采用了上述的技术方案，本实用新型所提供的智能化配电柜具有如下功能：

①供电电网电压检测、控制功能；

a.检测电网电压的即时值并予以显示；

b.当供电电网电压大于额定值+5％±10％(其值由用户按需调整)的时候，延时接通报警电路，发出声光报警，提供远距离控制干接点或232接口，通知用户及时处理。如果供电电网电压进一步升高，达到用户设定的警戒值(其值与额定值的+5％±20％，由用户设定)自动延时切断电源，并发出声光报警干接点和232接口电路通知用户及时处理断电事故；

c.当供电电网电压低于额定报警电压，发出声光报警，提供远距离控制干接点或232接口，通知用户及时处理。如果供电电网电压进一步下降，达到用户设定的警戒值(其值为额定值的-5％～-25％由用户设定)自动延时切断电源，并发出声光报警、干接点报警和232接口电路通知用户及时处理断电事故；

d.当供电电网电压高于额定值的50％，或低于额定值的50％，则在0.5秒时间内切断电源并发出报警信号；

e.按时钟整点为准，记录当前及过去24小时内每小时时间段内的最高电压值和最低电压值及它们出现的准确时间，这些数值可以按需显示，也可以按需打印出来。以供用户研究供电电网电压质量的变化规律和提供纠正措施；

f.模块内时钟的走时精度每24小时不得大于10秒，且允许校正误差，重新设定时间值。内设电池保证断电时走时仍然准确且确实存储的信息不会丢失。

②配电柜输出电流的检测和控制功能：

a.配电柜输出电流的检测和控制要求：

配电柜输出电流的检测和控制的要求和普通高低压电器，供电变压器的电流检测和控制的要求是不相同。配电柜输出电流的检测和控制的要求取决于它的负载，不同的负载(如恒定负载电流的负载、直接起动的鼠笼型电机负载、非线性的电力电子负载等)有不同的要求。对恒定负载电流型用电设备而言，工作电流超出设定值很小的一个数值，比方说±5％，就认为有故障，超出±5％可认为用电设备已遭损坏。对直接起动的鼠笼式交流电动机而言，起动电流可达额定值的7倍左右，电流的检测、控制必须对大电流冲击有一个双曲线型的延时保护特性，所以具体生产机械的具体要求，只能由设备本身去解决，智能化电路很难作统一的规定，智能化配电柜对输出电流的检测和控制功能主要由以下b，c，d三方面的功能：

b.检测配电柜输出电流的即时值并加以显示；

c.当配电柜的输出电流超出用户设定值的±1-±5％的时候延时(延时量为1-99分钟由用户设定)接通声光报警电路提供远距离报警干接点或232接口，通知用户及时分析原因，酌情处理。

当配电柜的输出电流超出用户设定值的2-8倍，则延时1-5分钟(设定值由用户定)报警，报警后5分钟内(其值由用户定)没有恢复到设定值以下则自动切断电源。当配电柜的输出电流超出用户设定值的10倍以上，则认定用户端出现短路故障，立即切断电源，并记录断电时间值；

d.按时钟整点为标准，记录当前及过去24小时内每小时时间段内的最大电流和最小电流值以及它们出现的准确时间值，这些数值可按需显示出来或打印出来，用户可根据此分析电网负荷的变化规律和提供合理使用的方法。

③供电电网错相、断相、三相严重不平衡的检测和控制：

智能化配电柜能够自动识别供电电网的进线相序，可以检测断相和三相严重不平衡的故障，一旦出现错相、断相或三相不平衡度大于10％的故障，立即发出声光报警信号通过干接点信号或通过232接口，通知用户酌情处理，也可以立即切断电源，该功能的选择，由用户相据用电设备的具体情况择宜选用最合适的方法。

④断电自动记录，来电自动恢复供电的功能：

不论配电柜因何种原因断电，智能化配电柜都必须记录断电的准确时间，电网恢复正常供电后，智能化电路具有自动识别供电电网的供电质量(如电压、相序、有否断相、有否严重的三相不平衡等)，当电网的供电质量符合用户设备的要求，则自动延时恢复供电，避开电网恢复供电初瞬的浪涌冲击并记下恢复供电的准确时间。

综上，本实用新型与现有配电柜相比，所取得的技术进步是：可实现随时检测、监控供电电网的各项质量指标，一但供电电网的供电质量降低如电压过高或过低，断相或错相，谐波量过大等，则随时记录并通过声光报警信号或干接点信号或通过232通讯接口通知用户设备不能承受的时候(如故障断相等)，则由智能化电路给出强制切断供电电源防止故障进一步扩大化。

本实用新型适用于三相四线的低压电网，集安全配电，安全用电，节能降耗，用电检测，用电管理功能于一体，用来对人身触电保护，线路或用电设备的接地故障、通过电流缺相、断零等故障进行保护。

本实用新型下面将结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路方框图；

图2是图1中智能化功能模块K的电原理图；

图3是图2中一路隔离信号调理电路101的原理图；

图4是图2中的一路同步信号检测电路201的原理图；

图5是图2中的A/D转换电路3和基准电路4的原理图；

图6是图2中的具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5的原理图；

图7是图1中智能无功补偿回路J的电原理图。

图中：K--智能化功能模块，J-智能无功补偿回路。

1-隔离信号调理电路，2-同步信号检测电路，3-A/D转换电路，4-基准电路，5-具有可编程看门狗的串行E²PROM电路，6--CPU电路，7-实时钟电路，8--I/O扩展电路，9-键盘，10--输出电路，11--LCD液晶显示电路，12--RS232和RS485接口电路，13--和电源供应电路，14--智能控制器，15--复合过零投切开关，101-一路隔离信号调理电路，201-一路同步信号检测电路的原理图，TB-变压器，R1-R20-电阻，D1-D4-二极管，IC1A、IC1B、IC1C、IC1D--放大器，X5045-芯片。

具体实施方式

以下实施例只用于进一步说明本实用新型，并不限定本实用新型。

实施例

一种智能化配电柜，如图1所示，它包括电源引入装置、计量采样回路、电能计费回路、主开关、测量采样回路、电流电压监视回路、过压保护回路、智能无功补偿回路J、馈电保护开关、馈电隔离开关、智能化功能模块K。

各钮成部分的连接关系如下：

电源引入装置一端连于电网，一端连接于主开关；

计量采样回路接于主开关的进线侧；

电能计费回路于计量采样回路后；

测量采样回路接于主开关的出线侧，其后接电流电压监视回路；

过压保护回路为无间隙氧化锌避雷器，一端连接于主开关下口的主回路上，一端接入大地；

智能无功补偿回路J接于测量采样回路后；

馈电保护开关进线端与主开关相连，出线端与馈电隔离开关相连；

馈电隔离开关一端与馈电开关相连，一端与负载相连；

智能化功能模块K置于主开关内部。参考图2，它包括隔离信号调理电路1、同步信号检测电路2、A/D转换电路3、基准电路4、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、CPU电路6、实时钟电路7、I/O扩展电路8、键盘9、输出电路10、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12和电源供应电路13，其中

隔离信号调理电路1和基准电路4各与A/D转换电路3相连；

I/O扩展电路8分别与键盘9、输出电路10和实时钟电路7相连；

CPU电路6分别与A/D转换电路3、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、同步信号检测电路2、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12相连；

参考图7，智能无功补偿回路J包括智能控制器14和复合过零投切开关15，其中智能控制器14为WKD-V型智能无功补偿装置，复合过零投切开关15为JD-16B型切换开关。

智能化模块电路如图1所示，包括隔离信号调理电路1、同步信号检测电路2、A/D转换电路3、基准电路4、具有可编程看门狗的串行E2PROM电路5、CPU电路6、实时钟电路7、I/O扩展电路8、键盘9、输出电路10、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12、和电源供应电路13。其中：

隔离信号调理电路1和基准电路4各与A/D转换电路3相连；

I/O扩展电路8分别与键盘9输出电路10和实时钟电路7相连；

CPU电路6分别与A/D转换电路3具有可编程看门狗的串行E2PROM电路5、同步信号检测电路2、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12相连；

电源供应电路13分别向上述各电路供电。

其中，隔离信号调理电路1，包括六路隔离信号调理电路101，电压信号采用变压器隔离，可根据实际电压范围进行匹配，每相电压信号需一个变压器，此变压器亦是同步信号检测源。电流信号采用5A∶200mA电流互感器隔离，使之可与主回路标准电流互感器进行匹配。

隔离信号调理电路1对交流电压或电流信号进行隔离、整流、滤波转换成适宜A/D芯片输入的直流信号。如图3所示，每一路隔离信号调理电路101包括变压器TB、电阻R1-R9、二极管D1-D2、以及采用LM324通用器件的放大器IC1A、IC1B。

同步信号检测电路2对交流正弦波转换为100HZ的脉冲方波，供CPU对三相相序进行鉴别。如图4所示，一路同步信号检测电路201它包括电阻R10-R17、二极管D3-D4、以及采用LM324通用器件的放大器IC1C、IC1D。

如图5所示，A/D转换电路3采用高速串行12位分辨率A/D芯片TLC2543，最高转换速率可达200kbps，单电源5V供电；基准电路4包括电阻R18-R20，还包括二极管D4，为可调分流电压稳压器TL431。

具有可编程看门狗(WTG)的串行E2PROM电路5，用于监控CPU电路的运行状态，片内的E2PROM用于存贮每个时间间隔(由用户设定)的电压和电流的最大值和最小值。如图5所示，它采用了具有可编程看门狗的串行E2PROM芯片X5045，每片X5045具有512字节的E2PROM，采用四片可使E2PROM增加到2K字节。

另外，CPU电路6，是整个智能化功能模块的核心，能运行内部贮存的程序，采用Winbond的8位处理器W78E54，配以11.0592MHz的晶振；

实时钟电路7，为系绕提供实时钟信号，采用DALLAS的DS12887芯片，内置锂电池，可为系统提供实时钟信号；

I/O扩展电路8采用INTEL的81C55芯片，可提供键盘接口和输出接口；

键盘9采用薄膜按键，使用者可通过键盘对系统进行操作；

输出电路10由继电器干接点和蜂鸣器构成，提供跳闸控制和报警信号。

LCD液晶显示电路11能提供给用户直观的数值、报警信息和操作辅助信息。采用以HD44780芯片为核心的液晶显示模块，可显示2行16字符；

RS232和RS485接口电路12，其中RS232接口采用MAX232芯片，RS485采用75LBC184芯片，接口电路使系统具备与上位机通讯的能力，并可多相联网，以组成完善的监控网络。

电源供应电路13采用LM7812、LM7912和LM7805稳压器分别产生+12、-12V和+5V电源。

上述实施例经济效益和社会效益分析：

本产品是在原有老式的配电柜基础上加装智能控制模块而成，因此生产成本并没有太大的增加，生产工艺并没有发生改变，原有的工装设备仍可满足该产品的生产需要，而产品附加值却有了较大的提高。该产品投入使用后，在相同负载功率条件下，可降低变压器的安装参量，减少线路和设备的有功损耗，增大导线的传输能力。由于具有十分明显的节能降耗效果，所以适应国家当前节能、减排的国情要求；另外，该产品还具有远方通讯功能，可以有效地降低供电部们的运行管理成本。

综上所述，本产品具有很好的推广使用价值，一但投放市场，必将取得良好的社会经济效益。

Claims (3)

1、一种智能化配电柜，包括电源引入装置、计量采样回路、电能计费回路、主开关、测量采样回路、电流电压监视回路、过压保护回路、馈电保护开关、馈电隔离开关、补偿回路，其特征在于它还包括置于主开关内部的智能化功能模块(K)，智能化功能模块(K)包括隔离信号调理电路(1)、同步信号检测电路(2)、A/D转换电路(3)、基准电路(4)、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路(5)、CPU电路(6)、实时钟电路(7)、I/O扩展电路(8)、键盘(9)、输出电路(10)、LCD液晶显示电路(11)、RS232和RS485接口电路(12)和电源供应电路(13)，其中

隔离信号调理电路(1)和基准电路(4)各与A/D转换电路(3)相连；

I/O扩展电路(8)分别与键盘(9)、输出电路(10)和实时钟电路(7)相连；

CPU电路(6)分别与A/D转换电路(3)、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路(5)、同步信号检测电路(2)、LCD液晶显示电路(11)、RS232和RS485接口电路(12)相连。

2、根据权利要求1所述的智能化配电柜，其特征在于：所述补偿回路为智能无功补偿回路(J)，包括智能控制器(14)和复合过零投切开关(15)。

3、根据权利要求2所述的智能化配电柜，其特征在于：所述智能控制器(14)为WKD-V型智能无功补偿装置，所述复合过零投切开关(15)为JD-16B型切换开关。

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