CN207742326U - 一种防窃电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防窃电电路，包括有电压采样电路、电流采样电路、除法电路、阈值比较电路、容错电路及结果显示电路，所述的电压采样电路设置于电能表电流接线端用于采集电能表电流接线端电压并将交流电压转换为有效值，所述的电流采样电路用于采集电流互感器二次回路电流并将交流电流转换为有效值电压信号，由除法电路将采集到的电压信号和电流信号做除法，得到电能表电流线圈电阻的等效电压信号，阈值比较电路与除法电路相连以将测量的电阻等效信号与设定阈值比较，判断是否有短接窃电的情况，本实用新型的优势是可以准确区分短接电能表窃电和用户未用电的情况,利用短接电能表时的电阻变化进行短接电流互感器判断。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种防窃电电路，特别是一种用于检测短接电能表的防窃电电路。
背景技术
在经济的高速发展的形势下，用电的需求量与日俱增，而电力销售市场的扩大又刺激了整个电力生产的发展。但是随着经济的发展和用电量的增大，尤其伴随着市场经济体系的建立，窃电问题变得越来越突出，国家为此蒙受了巨大的经济损失。窃电问题不仅困扰电力企业的发展，也严重影响了国家的经济建设和社会的稳定。
计量的电能取决于电压、电流、功率因数三者与时间的乘积，改变以上任一要素，都可达到窃电的目的。现存的窃电手法种类很多，归纳起来主要有：
(1)将电流互感器二次接线反接(电流移相法窃电)；
(2)在电流互感器二次侧回路串接二极管；
(3)开路电流互感器二次侧回路；
(4)短接电能表。
其中将电流互感器二次接线反接(电流移相法窃电)可以通过考虑正常接线极限负载(负载是纯感性或纯容性)时的电压互感器检测的线电压和电流互感器检测的相电流的相位关系，设定阈值来判断是否有窃电行为的发生。电流互感器二次回路串接二极管可以通过检测二次回路电流正负半波是否对称进行判断。而开路电流互感器二次回路可以通过检测电流互感器二次侧电压是否异常进行判断，但对于短接电能表，由于容易与用户不用电情况混淆，因此尚无稳定可靠的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种可以准确区分短接电能表窃电和用户未用电的情况，结构简单，运行可靠的，不会对电能表计量产生影响的一种防窃电电路。
一种防窃电电路，包括有电压采样电路、电流采样电路、除法电路、阈值比较电路、容错电路及结果显示电路，所述的电压采样电路设置于电能表电流接线端用于采集电能表电流接线端电压并将交流电压转换为有效值，所述的电流采样电路用于采集电流互感器二次回路电流并将交流电流转换为有效值电压信号，电压采样电路与电流采样电路将采集到的电压信号及电流信号发送给除法电路，由除法电路将采集到的电压信号和电流信号做除法，得到电能表电流线圈电阻的等效电压信号，阈值比较电路与除法电路相连以将测量的电阻等效信号与设定阈值比较，判断是否有短接窃电的情况，所述的检测短接电能表防窃电电路还包括有容错电路，容错电路分别与阈值比较电路及结果显示电路相连，容错电路用于避免在用户不用电时电流采样电路采集到零的情况，其在用户不用电时关闭结果显示电路，用户用电时开启结果显示电路，结果显示电路用于显示用户是否窃电。
本实用新型采集电流互感器二次回路电流有效值以及电能表电流接线端子电压有效值，使用除法电路计算电能表两端电阻值，使用阈值比较电路判断若电阻值小于正常值则说明有短接电能表窃电，同时引入容错电路，排除用户不用电时，不进行短接电能表窃电判断。
所述的电压采样电路利用单电源运放实现整流。
所述的电流采样电路利用运放采集电流互感器的信号，同时利用运放还将采集到的交流信号转换为有效值。
除法电路将电能表电流接线端电压有效值除以电流互感器二次回路电流信号转换的电压信号有效值得出电能表电流线圈电阻的等效电压值，由于除法电路输出电压值与电能表两端电阻成比例，通过检测uR值的变化即可判断是否有电能表短接窃电。
阈值比较电路有两个作用，首先是记录正常状态下的电能表电流线圈电阻的等效电压值，利用电能表电流线圈电阻的等效电压值作为阈值，当发生短接时，阈值比较电路输出高电平。
综上所述的，本实用新型相比现有技术如下优点：
本实用新型的优势是可以准确区分短接电能表窃电和用户未用电的情况,利用短接电能表时的电阻变化进行短接电流互感器判断。此外本实用新型使用简单的运放电路实现短接判断，没用单片机等设备，结构简单。同时使用了二次回路电压电流信号进行判断，未在二次回路施加额外信号，不会对电能表计量造成影响。此外利用电能表电流线圈的电阻值作为阈值判断，判断结果稳定可靠。
附图说明
图1是本实用新型的防窃电电路的原理图。
图2是电流互感器二次回路电路图。
图3是电压采样电路图。
图4是电流采样电路图。
图5是除法电路。
图6是阈值比较电路图。
图7是容错电路图。
图8是结果显示电路图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型进行更详细的描述。
实施例1
一种防窃电电路，包括有电压采样电路、电流采样电路、除法电路、阈值比较电路、容错电路、结果显示电路，所述的电压采样电路设置于电能表电流接线端用于采集电能表电流接线端电压并将交流电压转换为有效值，所述的电流采样电路用于采集电流互感器二次回路电流并将交流电流转换为有效值电压信号，电压采样电路与电流采样电路将采集到的电压信号及电流信号发送给除法电路，由除法电路将采集到的电压信号和电流信号做除法，得到电能表电流线圈电阻的等效电压信号，阈值比较电路与除法电路相连以将测量的电阻等效信号与设定阈值比较，判断是否有短接窃电的情况，所述的检测短接电能表防窃电电路还包括有容错电路，容错电路分别与阈值比较电路及结果显示电路相连，容错电路用于避免在用户不用电时电流采样电路采集到零的情况，其在用户不用电时关闭结果显示电路，用户用电时开启结果显示电路，结果显示电路用于显示用户是否窃电。
1.判断短接电能表
电流互感器二次回路电路图如图2所示，其中V1为用户用电电源，CT1为电流互感器，R1为电能表电流线圈等效电阻，R2为短接线路电阻。
通过电流互感器测量回路电流i，用电压采样电路测量R1两端电压u，正常情况下,计算电流互感器负载电阻值R＝R1,当电能表被短接则测量负载电阻值R’＝R1//R2，由R’<R即可判断电能表被短接。
2.电压采样
一般有效值采样电路大多是利用二极管的单向导电性构成整流电路，但由于二极管的非线性使得测量有效值精度不高，尤其是测量电能表电流线圈的电压值时，当电压小于二极管的门槛电压时，电流基本过不去，转换误差更为严重。因此在有效值转化时，利用单电源运放代替二极管实现整流作用，可以克服二极管非线性和门槛电压的影响，实现精密整流。具体的电路如图3所示。
图中运放U3A主要用于对电能表两端实现电压的差分测量，根据模电原理可知其输出满足如下关系：
u＝ui1-ui2 (2-1)
当uA输入电压为正半周时，运放U1B构成跟随器输出电压：
运放U1A构成减法器输出电压：
即uA正半周时，输出电压uC与uA幅值相等，且相位相同。
输入电压uA为负半周时，因单电源运放不输出电压，因此运放U1B输出为：
uB＝0 (2-5)
运放U1A构成减法器输出电压：
即uA正半周时，输出电压uC与uA幅值相等，且相位相反。
经过滤波电路，可得电压采样电路输出电压与输入电压关系：
式中u为电能表电流线圈两端电压有效值
3.电流采样
电流采样主要通过运放U3C、运放U3B将电流互感器的信号进行初步采样，然后使用运放U1D、U1C将采集到的交流信号转换为有效值，具体电路如图4所示。
在图4中，使用运放U3C将采集的电流信号转换为电压信号，U3C输出电压为：
uG＝iR21 (2-8)
而运放U3B用于将uG信号进行放大，其输出电压为：
而运放U1D、运放U1C用于将信号整流滤波其输出电压为：
4.除法电路
图5中，～out_u点电压uD为电能表电流接线端电压有效值,～out_i点电压uH为电流互感器二次回路电流信号转换的电压信号有效值，～u_R点电压uR为电能表电流线圈电阻的等效电压信号。
对于U1A运放电路分析，其电压信号输入输出满足如下关系：
对于U2A运放电路分析，其电压信号输入输出满足如下关系：
将式(2-7)中uD和(2-10)中uH带入式(2-12)得：
通过式(2-13)可知除法电路输出电压值与电能表两端电阻成比例，通过检测uR值的变化即可判断是否有电能表短接窃电。
5、阈值比较电路阈值比较电路有两个作用，首先是记录正常状态下的uR电压值，通过在首次使用本电路时，调节R18，当～out1刚好输出为高电平时，此时基准电压源TL431的输出电压即为uR，实际情况应适当调节R18,使基准值略小于uR作为阈值，第二个作用是判断是否有短接窃电，若发生短接则本电路输出～out1为高电平。
根据图6中基准电压源电路可知，TL431输出1端电压为：
在首次安装电路时，调节R18使得输出比较器U2B刚好输出高电平，此时比较器两端电压满足：
u1≈uR (2-15)
此时u1即为设定的阈值，同时为了避免干扰的影响可以适当反向调节R18，提高判断的稳定性。
6、容错电路原理容错电路是为了避免电路的错误输出，由于之前使用的除法电路，当用户不用时uH为0，则会导致除法电路输出异常。容错电路可以识别uH为0的情况，用户不用电uT输出低电平关闭结果显示电路，用户用电uT输出高电平开启结果显示电路。
7、结果显示
通过驱动LED灯来显示判断结果，若灯亮则说明有短接电能表窃电，若灯灭则说明无短接电能表窃电。
表1中，～out1为阈值比较电路判断结果，～out2为容错电路判断结果。
表1结果显示电路真值表
具体使用时先设定阈值：在二次回路接线正常状态且二次回路中有电流时，调节阈值比较电路中的R18,观察结果显示电路，当结果显示电路LED灯刚亮时，轻微反向调节R18，使得结果显示电路LED灯灭，此时基准电源输出电压即为阈值。
观察结果显示电路，若LED灯亮则说明有短接电能表窃电，否则无短接电能表窃电。
本实施例未述部分与现有技术相同。
Claims (4)
1.一种防窃电电路，其特征在于：包括有电压采样电路、电流采样电路、除法电路、阈值比较电路、容错电路及结果显示电路，所述的电压采样电路设置于电能表电流接线端用于采集电能表电流接线端电压并将交流电压转换为有效值，所述的电流采样电路用于采集电流互感器二次回路电流并将交流电流转换为有效值电压信号，电压采样电路与电流采样电路将采集到的电压信号及电流信号发送给除法电路，由除法电路将采集到的电压信号和电流信号做除法，得到电能表电流线圈电阻的等效电压信号，阈值比较电路与除法电路相连以将测量的电阻等效信号与设定阈值比较，判断是否有短接窃电的情况，所述的防窃电电路还包括有容错电路，容错电路分别与阈值比较电路及结果显示电路相连，容错电路用于避免在用户不用电时电流采样电路采集到零的情况，其在用户不用电时关闭结果显示电路，用户用电时开启结果显示电路，结果显示电路用于显示用户是否窃电。
2.根据权利要求1所述的防窃电电路，其特征在于：所述的电压采样电路利用单电源运放实现整流。
3.根据权利要求1所述的防窃电电路，其特征在于：所述的电流采样电路利用运放采集电流互感器的信号，同时利用运放还将采集到的交流信号转换为有效值。
4.根据权利要求1所述的防窃电电路，其特征在于：除法电路将电能表电流接线端电压有效值除以电流互感器二次回路电流信号转换的电压信号有效值得出电能表电流线圈电阻的等效电压值，由于除法电路输出电压值与电能表两端电阻成比例，通过检测uR值的变化即可判断是否有电能表短接窃电。
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