CN205942318U - 电能表外置断路器动作电流的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电能表外置断路器动作电流的控制装置，包括控制器、电流互感器和温度传感器；温度传感器、电流互感器均与控制器连接；温度传感器检测电能表外置断路器工作时的环境温度并传入控制器；电流互感器测量电能表的出线电流并传入控制器；控制器根据接收到的温度信息和电流信息控制电能表外置断路器断开或接通电能表的出线。本实用新型采用温度传感器采样环境温度，采用电流互感器采样电流，并将事先设定好的环境温度‑动作电流数据信息存储在控制器内，从而使得控制器能够精确控制电能表外置断路器在不同温度下的动作电流；应用本实用新型的电能表外置断路器，反应速度快，动作精度高，而且动作电流可以任意设置，灵活性好。

Description

电能表外置断路器动作电流的控制装置

技术领域

本实用新型的目的在于提供一种电能表外置断路器动作电流的控制装置。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生活中必不可少的二次能源之一。

同时，随着智能电网和自动控制技术的日益发展，费控智能电能表和已经广泛普及。目前市场上使用的费控智能电表大量采用了外置断路器来控制通断电，其结构如图1所示：电能表外置断路器包括两个部分，即电动操作机构部分和断路器部分，费控智能电表的出线端通过电能表外置断路器的断路器部分出线并连接低压用电户，电能表外置断路器的电动操作机构部分与费用智能电表连接， 获取费用智能电表的控制信号并控制断路器部分断电。

由于费控智能电能表的断电功能主要是通过电能表的外置断路器实现，因此对于电能表外置断路器有着一系列的技术规范。其中，国家电网公司标准《电能表外置断路器技术规范》中，对于额定电流大于63A的断路器，有如下规定：

脱扣特性（30℃条件下）：试验电流为额定电流的1.13 倍，各级串联不脱扣状态至少保持2h；试验电流为额定电流的1.45倍，在2h 内脱扣。

低温脱扣试验（-40℃条件下）：试验电流为额定电流的1.58 倍，各级串联不脱扣状态至少保持2h；试验电流为额定电流的2.03倍，在2h 内各级串联脱扣。

从上可以看出，脱扣特性与低温特性试验电流曲线没有交叉点，即两个脱扣特性试验和低温脱扣试验的动作电流不一样。目前电能表外置断路器的过载保护和低温特性保护是通过双金属片来实现：双金属片的弯曲度与电能表外置断路器的动作电流一一对应；通过调节螺钉来调节双金属片的弯曲度，从而控制电能表外置断路器的动作电流的大小。双金属片的弯曲度越小，电能表外置断路器的动作电流越大。

但是，在电能表外置断路器生产时，在30℃的环境下，通过调节双金属片的调节螺钉，将电能表外置断路器的动作电流阀值调整为额定电流的1.45倍。但是，在实际应用中却发现，在-40℃时电能表外置断路器的动作电流却并不是准确的额定电流的2.03倍。或者，在-40℃的环境下，将动作电流阀值调整为额定电流的2.03倍时，在30℃状态下，其动作电流阀值也不一定准确的为额定电流的1.45倍。

经过分析发现，由于双金属片之间有热传导效应，因此在温度降低、双金属片通过同等电流的情况下，双金属片的弯曲度比在30℃下的弯曲度要小。所以，在过同等电流的情况下，随着温度的降低，双金属片的弯曲度会越来越小，从而动作电流阀值会随着温度的降低而增大，而且动作电流阀值的变换与温度的变化并不成线性比例关系。而且，双金属片的热传导效应是一个非常不好控制的参变量，在考虑成本因素的条件下，电能表外置断路器内的双金属片的热传导效应几乎不可控。所以，上述原因将导致电能表外置断路器在进行上述的脱扣特性与低温特性试验时，经常不能同时满足两项测试要求，使得电能表外置断路器的性能无法符合国家电网公司标准的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够精确控制电能表外置断路器在不同温度下的动作电流，从而保证电能表外置断路器能够通过国家电网公司标准要求的脱扣特性试验与低温特性试验，而且在电能表负载电流大于设定值时电能表外置断路器能够可靠断开电能表出线，保护输电线路和低压用电户的用电安全的电能表外置断路器动作电流的控制装置。

本实用新型提供的这种电能表外置断路器动作电流的控制装置，包括控制器、电流互感器和温度传感器；温度传感器、电流互感器均与控制器连接；温度传感器用于检测电能表外置断路器工作时的环境温度，并将检测到的温度信息传入控制器；电流互感器用于测量电能表的出线电流，并将检测到的电流信息传入控制器；控制器存储了设定的环境温度-动作电流数据信息，控制器根据接收到的温度信息、电流信息和事先设定的环境温度-动作电流数据信息，控制电能表外置断路器适时断开电能表的出线。

所述的控制器采用电能表外置断路器的电动操作机构的控制器，以降低所述电能表外置断路器动作电流的控制装置的成本。

所述的温度传感器设置在电能表外置断路器的电动操作机构的外壳的内部，以便温度传感器不受外部电磁环境的干扰，保证温度传感器检测的环境温度的准确性。

所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置还包括滤波电路和放大电路；电流互感器检测到的电流信号通过滤波电路进行滤波后，再通过放大电路进行信号的放大，并最终进入控制器。

所述的电能表为单相电能表。

所述的电流互感器共有两个，分别为火线电流互感器和零线电流互感器；电能表出线中的火线穿过火线电流互感器，火线电流互感器用于检测电能表出线端的火线电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的零线穿过零线电流互感器，零线电流互感器用于检测电能表出线端的零线电流并将检测信号传入控制器。

所述的火线电流互感器和零线电流互感器，可以同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的进线端，或者同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的出线端。

所述的电能表为三相电能表。

所述的电流互感器共有四个，分别为A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器和N相电流互感器；电能表出线中的A相电源线穿过A相电流互感器，A相电流互感器用于检测电能表出线端的A相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的B相电源线穿过B相电流互感器，B相电流互感器用于检测电能表出线端的B相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的C相电源线穿过C相电流互感器，C相电流互感器用于检测电能表出线端的C相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的N相电源线穿过N相电流互感器，N相电流互感器用于检测电能表出线端的N相电流并将检测信号传入控制器。

所述的A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器和N相电流互感器，可以全部同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的进线端，或者全部同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的出线端。

本实用新型提供的这种电能表外置断路器动作电流的控制装置，采用温度传感器采样环境温度，采用电流互感器采样电能表的电流，并将事先设定好的环境温度-动作电流数据信息存储在控制器内，从而使得控制器能够根据存储的环境温度-动作电流数据信息，精确控制电能表外置断路器在不同温度下的动作电流；因此，应用本实用新型的电能表外置断路器，能够准确保证同时通过背景技术中所述的脱扣特性试验与低温特性试验，而且能够在电能表负载电流大于设定值时有效、可靠、准确地断开电能表的出线，从而保护输电线路和低压用电户的用电安全；而且，应用本实用新型的电能表外置断路器，不再利用双金属片的机械结构来设定动作电流，因此反应速度快，动作精度高，而且动作电流可以任意设置，灵活性好；而且在生产时，不再需要对双金属片进行调节和试验，极大的节约了生产和调试的时间和成本。

附图说明

图1为背景技术的费控智能电表和外置断路器的连接示意图。

图2为本实用新型应用于单相电能表时的连接示意图。

图3为本实用新型的电流互感器、滤波电路、放大电路和控制器连接的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示为本实用新型应用于单相电能表时的连接示意图：220V电源进线通过电能表进线普通断路器后进入智能费控电能表，智能费控电能表共有四根出线：费控指示信号线，其连接到电能表外置断路器的电动操作机构部分的控制器上，用于费控指示信号；反馈指示信号线，其连接到电能表外置断路器的电动操作机构部分的控制器上，用于分合闸状态反馈；电源出线火线和电源出线零线，两根电源出线通过电能表外置断路器的断路器部分连接用电户并供电；温度传感器用于检测电能表外置断路器工作时的环境温度，并将检测到的温度信息传入控制器；电流互感器用于测量电能表的出线电流，并将检测到的电流信息传入控制器；控制器存储了设定的环境温度-动作电流数据信息，控制器根据接收到的温度信息、电流信息和事先设定的环境温度-动作电流数据信息，控制电能表外置断路器适时断开电能表的出线。

温度传感器优先设置在电能表外置断路器的电动操作机构的外壳的内部，以便温度传感器不受外部电磁环境的干扰，保证温度传感器检测的环境温度的准确性；温度传感器使用集成式温度传感器DS18B20，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20在与控制器连接时仅需要一条IO线即可实现控制器与DS18B20的双向通讯，实现采集温度数据传输至微处理器。

电流传感器必须检测智能费控电能表的每一根出线的电流，因此对于单相电能表，电流传感器有两台，分别检测火线电流和零线电流；而对于三相电能表，电流传感器应设置四台，分别检测A相电流、B相电流、C相电流和N相电流。所述的电流互感器，应同时全部设置在电能表外置断路器的断路器部分的进线端，或同时全部设置在电能表外置断路器的断路器部分的出线端。

如图3所示为本实用新型的电流互感器、滤波电路、放大电路和控制器连接的电路原理图：图中标示的电阻R2、R4、R6、R8、R10、R12和电容C1、C3、C5和C7构成滤波电路，电阻R14、R18、R15、R19和R22、电容C9和运放AR1构成放大电路；电流互感器检测到电流信号后，输出信号通过电阻R2、R4将电流互感器的电流信号变成对R2、R4之间的电压信号，R2和R4同时也能用于将电流互感器累积电荷释放；电容C1、C3进行一次滤波；电阻R10、R12分别对地分压，使电流互感器的两端对地形成中点；R6、C5和R8、C7分别组成RC型滤波网络，对信号进行滤波；电阻R14、R15、R18、R19和集成运算放大器AR1组成一个差分放大电路，将检测到的电压信号放大；电阻R22、C9再次组成一个RC型滤波网络，同时R22对放大后的电压信号限流，REF1形成电压参考点；控制器对放大后的交流电压信号进行AD采集，再经过计算得到电流互感器的电流值，乘以电流互感器的变流比，即是穿过电流互感器这一线路的电流。

Claims (10)

1.一种电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于包括控制器、电流互感器和温度传感器；温度传感器、电流互感器均与控制器连接；温度传感器用于检测电能表外置断路器工作时的环境温度，并将检测到的温度信息传入控制器；电流互感器用于测量电能表的出线电流，并将检测到的电流信息传入控制器；控制器存储了设定的环境温度-动作电流数据信息，并根据接收到的温度信息、电流信息和事先设定的环境温度-动作电流数据信息，控制电能表外置断路器断开电能表的出线。

2.根据权利要求1所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的控制器采用电能表外置断路器的电动操作机构的控制器，以降低所述电能表外置断路器动作电流的控制装置的成本。

3.根据权利要求1所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的温度传感器设置在电能表外置断路器的电动操作机构的外壳的内部，以便温度传感器不受外部电磁环境的干扰，保证温度传感器检测的环境温度的准确性。

4.根据权利要求1所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置还包括滤波电路和放大电路；电流互感器检测到的电流信号通过滤波电路进行滤波后，再通过放大电路进行信号的放大，并最终进入控制器。

5.根据权利要求1~4之一所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的电能表为单相电能表。

6.根据权利要求5所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的电流互感器共有两个，分别为火线电流互感器和零线电流互感器；电能表出线中的火线穿过火线电流互感器，火线电流互感器用于检测电能表出线端的火线电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的零线穿过零线电流互感器，零线电流互感器用于检测电能表出线端的零线电流并将检测信号传入控制器。

7.根据权利要求6所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的火线电流互感器和零线电流互感器，可以同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的进线端，或者同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的出线端。

8.根据权利要求1~4之一所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的电能表为三相电能表。

9.根据权利要求8所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的电流互感器共有四个，分别为A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器和N相电流互感器；电能表出线中的A相电源线穿过A相电流互感器，A相电流互感器用于检测电能表出线端的A相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的B相电源线穿过B相电流互感器，B相电流互感器用于检测电能表出线端的B相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的C相电源线穿过C相电流互感器，C相电流互感器用于检测电能表出线端的C相电流并将检测信号传入控制器；电能表出线中的N相电源线穿过N相电流互感器，N相电流互感器用于检测电能表出线端的N相电流并将检测信号传入控制器。

10.根据权利要求9所述的电能表外置断路器动作电流的控制装置，其特征在于所述的A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器和N相电流互感器，可以全部同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的进线端，或者全部同时安装在电能表外置断路器的断路器部分的出线端。