CN205811529U - 家用智能配电安全系统 - Google Patents

Abstract

一种家用智能配电安全系统，将总控制电路串接在电源总回路中而分为总电源端和总负载端，变压整流滤波电路的输入端连接总电源端，变压整流滤波电路的输出电压作为过电压欠电压保护电路的采样电压，过电压欠电压保护电路输出连接控制总控制电路，总控制电路则控制总回路中总电源端和总负载端的通断；各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的采样端分别连接在各个支路负载端的电流互感器和零序电流互感器上，各过流短路保护电路和漏电保护电路的输出连接控制各支路控制电路，各支路控制电路输出控制总负载端与各支路负载端的通断。本实用新型安装使用简单，保护功能全面，智能化程度高，性价比好。

Description

家用智能配电安全系统

技术领域

本实用新型涉及一种电气终端用户的智能配电设备，具体涉及一种家用智能配电安全系统。

背景技术

现有电气终端用户的配电箱大多数都是用空气开关和漏电保护器拼装而成，不仅安装麻烦，而且保护功能单一，很容易引发电气安全事故和电气火灾。中国专利201420709331.8虽然对上述问题进行了改进，但没有智能控制功能，特别是不能对各负载支路进行智能控制，而且成本太高，使用太复杂，非专业人员不会操作使用，推广应用很困难。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种具有一路输入多路输出、总回路和各个支路的控制和保护都高度集成为一体的家用智能配电安全系统，本实用新型安装使用简单，保护功能全面，智能化程度高，性价比好。

本实用新型采用的技术方案是：

一种家用智能配电安全系统，总回路因总控制电路串接在中间而分为总回路的总电源端和总负载端，每个支路的负载端都经各自的支路控制电路并接在总回路的总负载端上，变压整流滤波电路输入端连接总电源端，过电压欠电压保护电路的采样端连接变压整流滤波电路的输出端，过电压欠电压保护电路的输出端连接总控制电路的输入端，总控制电路控制总回路中总电源端与总负载端的通断；各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的采样端都分别接在各个支路负载端的中流互感器上，而各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的输出端则分别接至各个支路控制电路，各个支路控制电路控制总负载端与各个支路负载端的通断。

上述技术方案中，所述的过电压欠电压保护电路包括分压电路、电压检测电路、与非门电路和过电压欠电压故障指示电路，分压电路连接在变压整流滤波电路的输出端上，分别进行过电压和欠电压取样，过电压欠电压保护电路的两路输出分别连接总控制电路第一个三极管的基极和第二个三极管的基极，第一个三极管串接在报警闪光回路中，第二个三极管串接在第一继电器回路中，第一继电器控制第二继电继电器的通断，而第二继电器又控制总回路中总电源端和总负载端的通断。

上述技术方案中，所述的总控制电路包括电阻R₉、R₁₁、R₁₂、R₁₄、R₁₅、电容C₃、C₄、C₅、二极管D₆、D₇、闪光报警二极管FD₄、FD₅、FD₆、三极管V₁、V₂、继电器J₁、J₂、报警蜂鸣器Y和电源按钮AN₁，闪光报警二极管FD₆经第十五电阻后和报警蜂鸣器Y并联，其下端并联三个二极管 ，第五个二极管 和第六二极管的负端分别接至各支路的控制电路输出端，同时还接至和WIFI模块对接的第一个插座CP_1-17和CP_1-18；第七个二极管负端接至第一个三极管的集电极，第一个三极管的基极接至过电压欠电压保护电路的一个输出端，第二继电器的两组触点分别串接在总回路的火线中间和零线中间。

上述技术方案中，所述的每一个支路都有一个控制电路，每个支路控制电路都完全相同，第一支路控制电路包括电阻1R₁、电容1C₁、1C₂、二极管1D₁至1D₆，可控硅1T₁、1T₂、1T₃、按钮1AN₁、1AN₂、继电器1J₁和1J₂，1J₂的一组触头串接在第一支路火线的中间，控制第一支路负载端和总回路总负载端的通断，其它支路和第一支路的控制电路完全相同。

上述技术方案中，所述的每个支路都有一个过流短路保护电路，每一个过流短路保护电路都完全相同，第一支路的过流短路保护电路包括电流互感器1CL₁、电阻1R₃、1R₄、1W、电容1C₅、1C₆、二极管1D₉和1D₁₀，电流互感器安装在第一支路负载端的火线上，电流互感器次级经整流，滤波，分压后连接至第一支路控制电路的第三可控硅控制极，第三可控硅串接在第一支路控制电路的第一继电器1J₁回路中，而第一继电器1J₁又控制第二继电器1J₂的工作状态，第二继电器1J₂控制第一支路负载端与总回路中总负载端的通断，其它各支路和第一支路的过流短路保护电路完全相同。

上述技术分案中，所述的每个支路都有一个漏电保护电路，每个漏电保护电路都完全相同，第一支路的漏电保护电路包括零序电流互感器1CL₂、电阻1R₂、电容1C₃、1C₄、二极管1D₇和1D₈连接构成，第一支路负载端的火线和零线同时穿过1CL₂初级，1CL₂次级输出经整流后接至第一支路控制电路的第二可控硅控制极，而第二可控硅串接在第一支路控制电路的第一继电器回路中，第一继电器控制第二继电器的工作状态，第二继电器则控制第一支路负载端与总回路中总负载端的通断；其它各支路和第一支路的漏电保护电路结构完全相同。

优点及效果：

本实用新型对总回路发生的过电压故障，欠电压故障进行自恢复式断路保护，对各个支路发生的过流，短路故障，漏电故障，分别进行断路保护，在总回路和各个支路发生故障时能现场报警，告知故障内容。本实用新型智能化程度高，保护功能全面，安装简单，性价比高，值得大力推广应用。

附图说明

图1为本实用新型电原理框图；

图2为本实用新型箱体盖板装配图；

图3为本实用新型底座装配图；

图4为本实用新型实施例电路图。

图中所用集成电路的型号为

IC₁、IC₂：HT7033A-1；IC₃：CD₄₀₁₁；IC₄：LM₂₅₇₆；IC₅、IC6:74HC573；IC₇：STC15W404S;IC8:ESP-12E。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步说明：

参见图1，一种家用智能配电安全系统，总回路因总控制电路串接在中间而分为总回路的总电源端和总负载端，每个支路的负载端都经各自的支路控制电路并接在总回路的总负载端上，变压整流滤波电路输入端连接至总电源端，过、欠电压保护电路的采样端连接至变压整流滤波电路的输出端，过电压欠电压保护电路的输出端连接总控制电路的输入端，总控制电路控制总回路中总电源端与总负载端的通断；各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的采样端都分别接在各个支路负载端的电流互感器上，而各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的输出端则分别接至各个支路控制电路，各个支路控制电路控制总负载端与各个支路负载端的通断。

参见图2、图3，本实用新型是一种具有过电压、欠压保护，过流、短路保护、漏电保护、故障声光报警，既能现场监控家庭的用电情况，还能远程监控家庭的用电情况等功能的家用智能配电箱。它主要由箱体，箱体上的总电源控制开关、各支路电源控制开关、WIFI初始化按钮、复位按钮、电压表、指示灯、蜂鸣器、电流互感器、零序电流互感器、磁保持继电器、进出接线端子和智能电控板电联接构成。它的特点是：箱体盖1上设有电压表2、电源指示灯3、报警闪光灯4、欠压故障指示灯5、过压故障指示灯6、漏电故障指示灯7、过流、短路故障指示灯8、信号指示灯9、初始绑定按钮10、复位按钮11、各支路接通电源的轻触开关12、各支路断开电源的轻触开关13、总电源控制开关14、箱体底座15内设有电源进线端子16、各支路电流互感器18、各支路磁保持继电器19、各支路零序电流互感器20、各支路出线端子21、蜂鸣器22、总回路磁保持继电器23和智能电控板17、智能电控板17上设有变压整流滤波电路，过电压欠电压保护电路，总控制电路，各支路控制电路，各支路过流、短路保护电路，各支路漏电保护电路。

参见图4，本实用新型实施例的电路组成是：过、欠电压保护电路由电阻R₁至R₁₀，电容C₁至C₂，发光二极管FD₂、FD₃，电压检测器IC₁、IC₂和与非门电路IC₃构成，过、欠电压保护电路的采样端接至变压整流滤波电路的输出端，总控制电路由电阻R₁₁、R₁₂、R₁₄、R₁₅、电容C₃、C₄、C₅，二极管D₇，发光二极管FD₄、FD₅、闪光二极管FD₆、蜂鸣器Y、三极管V₁、V₂，继电器J₁、J₂构成，J₂的两组触点J_2-1和J_2-2分别串接在总回路的火线中间和零线中间；第一支路的控制电路由电阻1R₁、电容1C₁、1C₂，二极管1D₁至1D₆，可控硅1T₁、1T₂、1T₃，继电器1J₁、1J₂,轻触开关1AN₁、1AN₂构成，其它各支路和第一支路的控制电路相同。第一支路的过流、短路保护电路由电阻1R₃、1R₄，可调电阻1W、电容1C₅、1C₆，二极管1D₉、1D₁₀，电流互感器1CL₁构成，其它各支路和第一支路的过流短路保护电路相同。交流电压表U并联在总电源端，电源变压器B的初级经总电源控制开关K接至总电源端，次级接至整流滤波电路，电源指示灯FD₁经限流电阻R₁后跨接在变压整流滤波电路的输出端。

当合上总电源控制开关K后，变压器B通电工作，B次级输出的交流低电压经二极管D1-D4整流，电容C₆ 滤波后给本实用新型提供直流工作电源，在总回路总电源端无过、欠电压故障的情况下，用于欠电压保护的电压检测器IC₁第1输入脚电压高于IC₁的转换电压，IC₁第2输出脚为高电平，与非门IC_3b第6脚也为高电平，用于过电压保护的电压检测器IC₂第1输入脚电压低于IC₂的转换电压，IC₂第2输出脚为低电压，与非门IC3a第8、第9输入脚为低电平，第10输出脚为高电平，IC_3b第5输入脚也为高电平，第4输出脚为低电平，与非门IC3c第1、第2输入脚都为低电平，第3输出脚为高电平，此高电平经电阻R₁₀对电容C₃充电，再经电阻R₁₁对电容C₄充电，随着C₃、C₄上端电压的上升，三极管V2延时导通，继电器J₁通电吸合，J₁的两组触点J_1-1和J_1-2转换，J_1-1的常开触点闭合，电容C₃经电阻R₁₂快速放电，为下一次充电使三极管V₂延时导通做好准备，J_1-2的常开触点闭合，第二继电器J₂因加上正脉充电压而转换为闭合状态，J₂的两组触点J_2-1和J_2-2由断开状态转换为闭合状态，在J2没有加负脉冲电压之前将一直保持这一闭合状态，总回路的总电源端和总负载端接通，与非门IC3c第3输出为高电压时，IC3d第11输出脚为低电平，三极管V₁处于截止状态。当合上总电源控制开关K后，第一支在没有轻触1AN₁触发可控哇1T₁导通之前，继电器1J₁没有导通吸合，其常闭触1J_1-1使磁保持继电器1J₂加上正脉冲电压，1J₂的常开触点1J_2-1闭合，将第一支路负载端和总负载端接通，在总负载端和总电源端接通后，第一支路负载开始通电运行，其它各个路和第一支路的工作原理相同。

具体的电路工作原理如下：

过电压欠电压自恢复式保护，合上总电源控制开关K时，如总回路存在过，欠电压故障，本实用新型将拒绝给总负载端合闸送电，在总负端接通总电源端运行后，总回路发生过，欠电压故障，本实用新型将立即切断总负载端的电源，以保证总负载端的用电设备不因电压过低或过高而损坏，从而避负因过，欠电压故障造成的电气安全事故和电气火灾事故，当总回路电压恢复正常后，本实用新型将在15S内自动将总负载端和总电源端接通，以确保正常用电，其工作原理是:当总电源端电压过低时，变压器B次级电压也随之过低，经D₁-D₄.C₆整流滤波后的电压也跟着过低，电压检测器IC₁第1输入脚的电压同样跟着过低，当IC₁第1输入脚电压低于IC₁的转换电压时，IC₁第2输出脚由高电平变为低电平，欠压故障指示灯FD2通电变亮，与非门IC3b第4输出脚由低电平变为高电平，IC3c第3输出脚由高电平变为低电平，IC3d第11输出脚由低电平变为高电平，第一个三极管V₁导通，报警闪光二极管FD6通电闪光报警，蜂鸣器Y也通电发出报警声，在IC3c第3输出脚变为低电平之前，如果第二个三极管V2还未导通，总负载端也未接通总电源端，则使V₂继续保持在截上状态，如果V2已处于导通状态，总负载端已接通总电源端，则使V₂由导通状态变为截上状态，第一继电器J₁断电释放，J₁的两组触点J_1-1和J_1-2转换，J_1-1常闭触点闭合，将延时电容C₃通过电阻R₁₁接入V₂的基报，J_1-2的常闭触点闭合，电容C₅给第二继电器J2放电，J2因加上负脉冲电压而转换状态，J₂的两组触点J_2-1和J_2-2由闭合状态转换为断开状态，本实用新型将总电源端和总负载端切断，根据实际需要确定欠电压动作设定值，再根据欠电压动作设定值合理选择电阻R2、R4的阻值和电压检测器IC₁的转换电压值，当总电源端电压上升到恢复值时，变压整流滤波电路的输出值也随之上升，当电压检测器IC1第1输入脚的电压上升到IC1的转换电压值时，IC₁第2输出脚由低电平变为高电平，欠电压故障指示灯FD₂熄灭，与非门IC3b第4输出脚由高电平变为低电平，IC3c第3输出脚由低电平变为高电平，IC3d第11输出脚由高电平变为低电平，第一个三极管V₁由导通变为截上，闪光报警二极管FD₆断电熄灭，蜂鸣器Y断电停止报警，IC3c第3输出脚由低电平变为高电平后，第二个三极管V₂延时导通，第一个继电器J₁通电吸合 ，J₁的两组触点J_1-1和J_1-2转换，J_1-1的常开触点闭合，使电容C₃经电阻R12放电，J_1-2的常开触点闭合，使第二继电器J₂加上正脉冲电压而转换状态，J₂的两组触点J_2-1和J_2-2由断开状态转换为闭合状态，将总负载端和总电源端接通，当总电源端电压过高时，变压器B次极电压也随之过高，经二极管D₁-D₄、电容C₆整流滤波后的电压也跟着高,用于过电压检测的电压检测器IC2第1输入脚的电压也同样跟着过高，当IC2第一脚电压高于IC₂的转换电压值时，IC₂第2输出脚由低电平变为高电平，与非门IC3a第10输出脚由高电平变为低电平，过电压故障指示灯FD₃通电变亮。IC3b第4输出脚由低电平变为高电平，IC3c第3输出脚高电平变为低电平， IC3d第11输出脚由低电平变为高电平，第一个三极管V1导通，闪光报警二极管FD₆通电闪光，蜂鸣器Y通电发出报警声，在IC3c第3输出脚由高变为低电平之前，如果第二个三极管V2还未导通，总负载端也未接通总电源端，则使V₂继续保持在截止状态，如果V₂已处于导通状态，总负载端已接通电源端，则使V₂由导通状态变为截止状态，第一继电器J₁断电释放，J₁的两组触点J_1-1和J_1-2转换，J_1-1的常闭触点闭合，将延时电容C₃通过电阻R₁₁接入V₂的基极，J_1-2的常闭触点闭合，第二继电器J2因加上负脉冲电压而转换状态，J2的两组触点J_2-1和J_2-2由闭合状态转换为断开状态，本实用新型将总电源端和总负载端切断。根据实际需要确定过电压动作设定值，再根据过压动作设定值合理选择电阻R1、R3的电阻值和电压检测器IC2的转换电压值。当总电源端电压下降到恢复值时，电压检测器IC2第1输入脚电压低于IC2的转换电压值，IC2第2输出脚由高电平变为低电平，与非门IC3a第10输出脚由低电平变为高电平，过电压故障指示灯FD3断电熄灭，IC3b第4输出脚由高电平变为低电平，IC3c第3输出脚由低电平变为高电平，第一个三极管V1由导通变为截止，闪光报警二极管FD₆断电熄灭，蜂鸣器Y断电停止报警。第二个三极管V2延时导通，第一继电器J1通电吸合，第二继电器J2因上正脉冲电压转换状态，J2的两组触点J2-1和J2-2由断开状态转换为闭合状态，将总负载端和总电源端接通。

过流短路保护：以第一支路为例，在第一支路通电运行中，如出现过电流、短路故障，第一支路的电流互感器1CL1产生的感应电流就会增大到动作值，此电流经二极管1D₉、1D₁₀、电阻1R₃、1R₄、可调电阻1W、电容1C5、1C6触发第一支路控制电路中第三可控硅1T3导通，过流短路故障指示灯FD5通电发光，蜂鸣器Y通电发出报警声，同时第一继电器1J1通电吸合，1J1的两组触点1J1-1和1J1-2转换，1J_1-2的常开触点闭合，电容1C2对第二继电器1J2放电，1J2因加上负脉冲电压而改变状态，1J2的触点1J2-1由闭合状态变为断开状态，将第一支路负载端和总负载端切断，1J1-2的常开触点闭合，改变可调电阻1W的阻值。就可调整第一支路负载端过电流动作设定值。其它各支路和第一支路的过流、短路保护电路的工作原理完全一样。

漏电保护：以第一支路为例，当第一支路通电运行中发生漏电故障时，第一支路零序电流互感器ICL2产生的感应电流就会增大到动作值，此电流经二极管1D7、1D8、电容1C3、IC4、电阻IR2触发可控硅IT2通导，漏电故障指示灯FD4通电变亮，蜂鸣器Y通电发出报警声，同时第一继电器1J1通电吸合，1J1的两组触点1J1-1和1J1-2转换，1J_1-1的常开触点闭合，1J2因加上负脉冲电压而改变状态，1J2的触点1J2-1由闭合状态变为断开状态，将第一支路负载端和总负载端切断，1J1-2的常开触点闭合，将第一支路负载端已关断的信号送到链接WIFI模块的插座CP1-3，合理选择电阻1R的阻值，就可确定第一支路负载端漏电动作值设定值。其它各支路和第一支路漏电保护电路的工作原理完全一样。

各支路的控制电路：以第一支路为例，在第一支路负载端接通总负载端运行后，当需要关断第一支路负载端电源时，轻触一下轻触开关IAN₁，可控硅1T₁导通，继电器1J₁通电吸合，1J₁的两组触点1J_1-1和1J_1-2转换，1J_1-2的常开触点闭合，1J₂因加上负脉冲电压而改变状态，将第一支路负载端和总负载端断开，1J_I-2的常开触点闭合，将第一支路负载端已关断的信号送到连接WIFI的插座CP_1-3，当需要接通第一支路负载端电源时，轻触一下轻触开关1AN₂，可控硅1T₁由导通状态变为关断状态，继电器1J1断电释放，1J₁的两组触点1J_1-1和1J_1-2转换，1J₂因加上正脉冲电压而改变状态，1J₂的触点1J_2-1由断开状态变为闭合状态，将第一支路负载端和总负载端接通，1J1-2的常闭触点闭合，其它各支路和第一支路的控制电路的工作原理完全相同。

一种家用智能配电方法：将总控制电路串接在电源总回路中而将电源总回路分为总电源端和总负载端，每个支路的负载端分别经由各自的控制电路控制连接在总回路中的总负载端上；变压整流滤波电路的输入端连接总回路中的总电源端，变压整流滤波电路的输出电压除了作为整个电路的工作电源外，还作为过电压欠电压保护电路的采样电压，过电压欠电压保护电路输出连接控制总控制电路，总控制电路则控制总回路中总电源端和总负载端的通断；各个支路的控制电路、过流短路保护电路和漏洞保护电路的结构、连接关系完全相同，各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的采样端都是分别连接在各个支路负载端上的电流互感器和零序电流互感器，各过流短路保护电路和漏电保护电路的输出连接控制各支路控制电路，各支路控制电路输出控制总负载端与各支路负载端的通断。

Claims (6)

1.一种家用智能配电安全系统，其特征在于：总回路因总控制电路串接在中间而分为总回路的总电源端和总负载端，每个支路的负载端都经各自的支路控制电路并接在总回路的总负载端上，变压整流滤波电路输入端连接总电源端，过电压欠电压保护电路的采样端连接变压整流滤波电路的输出端，过电压欠电压保护电路的输出端连接总控制电路的输入端，总控制电路控制总回路中总电源端与总负载端的通断；各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的采样端都分别接在各个支路负载端的电流互感器上，而各个支路的过流短路保护电路和漏电保护电路的输出端则分别接至各个支路控制电路，各个支路控制电路控制总负载端与各个支路负载端的通断。

2.根据权利要求1所述的家用智能配电安全系统，其特征在于：所述的过电压欠电压保护电路包括分压电路、电压检测电路、与非门电路和过电压欠电压故障指示电路，分压电路连接在变压整流滤波电路的输出端上，分别进行过电压和欠电压取样，过电压欠电压保护电路的两路输出分别连接总控制电路第一个三极管的基极和第二个三极管的基极，第一个三极管串接在报警闪光回路中，第二个三极管串接在第一继电器回路中，第一继电器控制第二继电继电器的通断，而第二继电器又控制总回路中总电源端和总负载端的通断。

3.根据权利要求1所述的家用智能配电安全系统，其特征在于：总控制电路包括电阻R₉、R₁₁、R₁₂、R₁₄、R₁₅、电容C₃、C₄、C₅、二极管D₆、D₇、闪光报警二极管FD₄、FD₅、FD₆、三极管V₁、V₂、继电器J₁、J₂、报警蜂鸣器Y和电源按钮AN₁，闪光报警二极管FD₆经第十五电阻后和报警蜂鸣器Y并联，其下端并联三个二极管 ，第五个二极管 和第六二极管的负端分别接至各支路的控制电路输出端，同时还接至和WIFI模块对接的第一个插座CP_1-17和CP_1-18；第七个二极管负端接至第一个三极管的集电极，第一个三极管的基极接至过电压欠电压保护电路的一个输出端，第二继电器的两组触点分别串接在总回路的火线中间和零线中间。

4.根据权利要求1所述的家用智能配电安全系统，其特征在于：每一个支路都有一个控制电路，每个支路控制电路都完全相同，第一支路控制电路包括电阻1R₁、电容1C₁、1C₂、二极管1D₁至1D₆，可控硅1T₁、1T₂、1T₃、按钮1AN₁、1AN₂、继电器1J₁和1J₂，1J₂的一组触头串接在第一支路火线的中间，控制第一支路负载端和总回路总负载端的通断，其它支路和第一支路的控制电路完全相同。

5.根据权利要求1所述的家用智能配电安全系统，其特征在于：每个支路都有一个过流短路保护电路，每一个过流短路保护电路都完全相同，第一支路的过流短路保护电路包括电流互感器1CL₁、电阻1R₃、1R₄、1W、电容1C₅、1C₆、二极管1D₉和1D₁₀，电流互感器安装在第一支路负载端的火线上，电流互感器次级经整流，滤波，分压后连接至第一支路控制电路的第三可控硅控制极，第三可控硅串接在第一支路控制电路的第一继电器1J₁回路中，而第一继电器1J₁又控制第二继电器1J₂的工作状态，第二继电器1J₂控制第一支路负载端与总回路中总负载端的通断，其它各支路和第一支路的过流短路保护电路完全相同。

6.根据权利要求1所述的家用智能配电安全系统，其特征在于：每个支路都有一个漏电保护电路，每个漏电保护电路都完全相同，第一支路的漏电保护电路包括零序电流互感器1CL₂、电阻1R₂、电容1C₃、1C₄、二极管1D₇和1D₈连接构成，第一支路负载端的火线和零线同时穿过1CL₂初级，1CL₂次级输出经整流后接至第一支路控制电路的第二可控硅控制极，而第二可控硅串接在第一支路控制电路的第一继电器回路中，第一继电器控制第二继电器的工作状态，第二继电器则控制第一支路负载端与总回路中总负载端的通断；其它各支路和第一支路的漏电保护电路结构完全相同。