CN211653120U - 电能表用故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低压电器技术领域，具体涉及一种电能表用故障检测装置，其包括主控MCU，以及分别与主控MCU相连的电信号检测模块和电能表控制电平检测模块；所述电信号检测模块的输入端与前端电源相连，电信号检测模块输出端与主控MCU相连；所述电能表控制电平检测模块包括电能表费控指示灯和用于控制电能表费控指示灯工作状态的故障指示控制开关，主控MCU与故障指示控制开关相连；本实用新型可通过直观显示方式提示线路故障并进行断电保护，便于用户及时发现并采取相应措施，而且基于现有电路进行设计，结构简单，易于实行。

Description

电能表用故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及低压电气技术领域，具体涉及一种电能表用故障检测装置。

背景技术

随着智能电网的建设的推进，智能电表作为智能电网的终端，已经广泛应用在低压配电系统中，为了提升智能电表的安全性，一般采用外置断路器的方式对电表进行保护，同时实现费控功能。

目前大多数智能电表外置低压断路器可解决需要频繁手动操作的难题，能够与智能电表配合达到自动合闸和分闸的功能，同时可以实现对线路的过电流保护和预付费，但是无法对线路运行的电压故障进行相应的保护动作及故障提示，导致断路器故障情况下使用者操作存在安全隐患，而且后端电器设备在电压故障状态下长时间运行，容易损坏。Q/GDW 11421标准要求电能表外置断路器需具备红色指示灯，用于指示费控状态，然而为了满足其他指示需求，往往需要增加指示，不仅累赘而且与标准要求不相符。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种电能表用故障检测装置，可通过直观显示方式提示线路故障并进行断电保护，便于用户及时发现并采取相应措施，而且基于现有电路进行设计，结构简单，易于实行。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种电能表用故障检测装置，其包括主控MCU 2，以及分别与主控MCU 2相连的电信号检测模块15和电能表控制电平检测模块4；

所述电信号检测模块15的输入端与前端电源相连，电信号检测模块15 输出端与主控MCU 2相连；所述电能表控制电平检测模块4包括电能表费控指示灯3和用于控制电能表费控指示灯3工作状态的故障指示控制开关6，主控MCU 2与故障指示控制开关6相连。

优选的，还包括与电源串接的电能表和串接在电能表的出线端的电能表外置断路器，电能表外置断路器与主控MCU 2相连；

所述电信号检测模块15包括电压检测模块1和电流检测模块5，电压检测模块1和电流检测模块5的输出端与主控MCU2相连。

优选的，所述电能表电平控制检测与指示模块4包括与电能表相连用于输入电平信号的input端、与主控MCU2相连的Bill_Ctrl端，以及依次串接在input端和Bill_Ctrl端之间的整流二极管D10、限流电阻R24、故障指示控制开关6、发光二极管D9和滤波电路；所述整流二极管D10的阳极与input端相连，阴极与限流电阻R24相连，发光二极管D9的阳极与故障指示控制开关6相连，阴极与滤波电路相连，电能表费控指示灯3是发光二极管D9，故障指示控制开关6与主控MCU 2相连。

优选的，所述滤波电路包括电阻R26、稳压二极管D19、电容C8、电阻 R28、电容C9，电阻R26串接在发光二极管D9和Bill_Ctrl端之间，稳压二极管D19的阴极与发光二极管D9和电阻R26之间的节点相连，稳压二极管D19阳极接地，电容C8的一端、电阻R28的一端、电容C9的一端均与电阻R26和Bill_Ctrl端之间的节点相连，电容C8的另一端、电阻R28的另一端、电容C9的另一端均接地。

优选的，所述指示控制开关6为三极管Q1，三极管Q1的集电极与电阻 R24相连，发射极与发光二极管D9的阳极相连，基极与主控MCU 2相连。

优选的，还包括用于控制电能表外置断路器闭合/断开的驱动机构，主控MCU 2通过驱动机构与电能表外置断路器相连。

优选的，所述驱动机构包括电机206，电机206与主控MCU2相连，主控MCU 2和电机206之间设有用于驱动电机206动作的电机驱动模块201。

优选的，所述驱动机构包括电机驱动模块201和传动结构，所述传动结构包括与电机驱动模块201电连的电机206，电机206与传动齿轮组驱动相连，传动齿轮组包括第三传动齿轮2073，第三传动齿轮2073与合闸驱动件204、脱扣驱动件205驱动相连，合闸驱动件204与电能表外置断路器的操作手柄联动连接；

所述驱动机构的电机驱动模块201通过电机206驱动第三传动齿轮2073向一侧旋转，带动合闸驱动件204使断路器100的操作手柄摆动实现电能表外置断路器的合闸；所述电机驱动模块201通过电机206驱动第三传动齿轮2073向另一侧转动，带动脱扣驱动件205触发电能表外置断路器脱扣实现电能表外置断路器的分闸。

优选的，所述电压检测模块1包括输入端Uin、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C100和接地端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18依次串接在输入端Uin和接地端之间，电容 C100一端与电阻R17和电阻R16之间的节点相连，另一端与接地端相连；所述电阻R16和电阻R17之间的节点与检测端Ucheck相连，电阻R18和电阻R17之间的节点与检测端Uover相连，检测端Ucheck和检测端Uover均与主控MCU 2相连。

优选的，所述电流检测模块5是电流互感器或锰铜分流器。

本实用新型的电能表用故障检测装置，其电信号检测模块将检测到的电信号传输给主控MCU，主控MCU判断线路中发生过欠压、过载等故障时，通过故障指示控制开关控制电能表费控指示灯由常亮状态改变为闪烁状态，以利于用户及时发现线路故障情况，及时采取措施，避免后端的电器设备在故障状态下长时间工作发生损坏，提高了用户的用电安全性。此外，本实用新型的电能表用故障检测装置还包括电能表外置断路器，其电信号检测模块将检测的电信号传输给主控MCU，主控MCU判断线路中发生过欠压、过载等线路故障时，控制电能表外置断路器断开，有利于提高本实用新型的电能表用故障检测装置的自动化程度。

附图说明

图1是本实用新型电能表用故障检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型电能表控制电平检测与指示电路拓扑图；

图3是本实用新型驱动机构的结构示意图；

图4是本实用新型驱动机构的另一结构示意图；

图5是本实用新型驱动机构的第三结构示意图；

图6是本实用新型电压检测模块的电路拓扑图；

图7是本实用新型电能表控制电平检测与指示的另一电路拓扑图。

具体实施方式

以下结合附图1-7给出的实施例，进一步说明本实用新型的本实用新型的电能表用故障检测装置的具体实施方式。本实用新型的本实用新型的电能表用故障检测装置不限于以下实施例的描述。

本实用新型的电能表用故障检测装置，其包括主控MCU 2，以及分别与主控MCU 2相连的电信号检测模块15和电能表控制电平检测模块4；

所述电信号检测模块15的输入端和前端电源相连，所述电压检测模块 1和电流检测模块5的输出端和主控MCU 2相连，所述电能表控制电平检测模块4包括电能表费控指示灯3和用于控制电能表费控指示灯3工作状态的故障指示控制开关6，主控MCU 2与故障指示控制开关6相连。

现有的大多数电能表，只要电能表控制电平检测模块4给出的费控信号正常，其电能表费控指示灯3即保持常亮，不能指示电路内线路是否产生故障。

本实用新型的电能表用故障检测保护装置，其电信号检测模块15将检测到的电信号传输给主控MCU 2，主控MCU 2判断电路中发生线路故障时，通过故障指示控制开关6控制电能表费控指示灯3由常亮改变为闪烁状态，以利于用户及时发现线路故障情况，及时采取措施，避免后端相连的电器设备在故障状态下长时间工作发生损坏，提高了用户的用电安全性。

如图1所示为本实用新型的电能表用故障检测装置的一个实施例。

本实用新型的电能表用故障检测装置，其包括电能表、用于控制电路通断的电能表外置断路器、主控MCU 2，以及与主控MCU 2相连的电信号检测模块15和电能表控制电平检测模块4；所述电信号检测模块15包括分别与主控MCU 2相连的电压检测模块1和/或电流检测模块5，电能表控制电平检测模块4包括电能表费控指示灯3和故障指示控制开关6，主控MCU 2 通过故障指示控制开关6与电能表费控指示灯3相连以控制其工作状态，主控MCU2与电能表外置断路器相连以控制其闭合或断开。

优选的，本实用新型的电能表用故障检测装置还包括用于控制电能表外置断路器闭合/断开的驱动机构，驱动机构与主控MCU 2相连。

优选的，所述驱动机构包括电机，主控MCU 2通过用于驱动电机动作的电机驱动模块与电机相连。

所述电压检测模块1将信号传输给主控MCU 2，由主控MCU 2判断前端电压是否满足外置断路器动作需要。所述电流检测模块5将信号传输给主控MCU 2，由主控MCU 2判断电路电流是否正常。所述电能表控制电平检测模块4用于检测费控信号是否正常并传输给主控MCU 2。所述电能表费控指示灯3用于指示费控信号是否正常和电路中是否存在线路故障情况。所述故障指示开关6用于控制电能表费控指示灯3的工作状态。所述主控MCU 2 用于判断电路中是否发生线路故障，控制故障指示控制开关6的工作及电能表费控指示灯3的工作状态，以及控制电能表外置断路器的闭合/断开。

本实用新型的电能表用故障检测装置至少包括以下三种工作状态:

工作状态一：所述电能表控制电平检测模块4检测到费控信号正常并传输给主控MCU 2，主控MCU 2通过电压检测模块1检测到前端电压满足电能表外置断路器的需要，主控MCU 2通过电流检测模块5检测到前端电流无异常，则主控MCU 2控制电能表外置断路器闭合，电能表费控指示灯3 保持常亮，为后端电器设备供电。

工作状态二：所述电能表控制电平检测模块4检测到费控信号正常并传输给主控MCU 2,主控MCU 2通过电流检测模块5检测到前端电流无异常，主控MCU 2通过电压检测模块1检测到前端线路发生过压，则主控MCU 2 控制电能表外置断路器断开，主控MCU 2通过故障指示控制开关6控制电能表费控指示灯3由常亮状态变为闪烁状态。当所述电压检测模块1检测到前端电压从过压的故障状态中恢复正常，且其他条件不变时，主控MCU 2 控制电能表外置断路器闭合，且电能表费控指示灯3转为常亮状态。

工作状态三：所述电能表控制电平检测模块4检测到费控信号正常并传输给主控MCU 2,主控MCU 2通过电压检测模块1检测到前端电压正常，主控MCU 2通过电流检测模块5检测到前端线路中存在过电流，则电能表外置断路器执行过电流保护断开，主控MCU 2通过故障指示控制开关6控制电能表费控指示灯3由常亮状态变为闪烁状态。当电能表外置断路器再次合闸所述电流检测模块5检测到前端电流正常，则电能表费控指示灯3 转为常亮状态。

需要指出的是，本实用新型的过压保护装置也包括以下工作状态：工作状态四，即费控信号正常，主控MCU2通过电压检测模块1检测到前端电压异常且通过电流检测模块5检测到前端电流存在过流，则主控MCU 2控制电能表外置断路器断开且通过故障指示控制开关6控制电能表费控指示灯3由常亮状态变为闪烁状态，直至前端电压和前端电流均恢复正常，则电能表外置断路器可再次合闸，且电能表费控指示灯3转为常亮状态。

优选的，如图2所示，所述电能表电平控制检测与指示模块4包括input 端、Bill_Ctrl端，以及依次串接在input端和Bill_Ctrl端之间的整流二极管D10、限流电阻R24、故障指示控制开关6、发光二极管D9和滤波电路；所述整流二极管D10的阳极与input端相连，阴极与限流电阻R24相连，发光二极管D9的阳极与故障指示控制开关6相连，阴极与滤波电路相连，发光二极管D9即电能表费控指示灯3，故障指示控制开关6与主控MCU 2 相连，电能表由input端输入电平信号，经过电能表电平控制检测与指示模块4对电平信号进行处理，由Bill_Ctrl端传输给主控MCU 2，主控MCU 2 依据电能表电平控制检测与指示模块4处理后的电平信号控制故障指示控制开关6。

优选的，如图2所示，所述滤波电路包括电阻R26、稳压二极管D19、电容C8、电阻R28、电容C9，电阻R26串接在发光二极管D9和Bill_Ctrl 端之间，稳压二极管D19的阴极与发光二极管D9和电阻R26之间的节点相连，稳压二极管D19阳极接地，电容C8的一端、电阻R28的一端、电容C9 的一端均与电阻R26和Bill_Ctrl端之间的节点相连，电容C8的另一端、电阻R28的另一端、电容C9的另一端均接地。

优选的，如图7所示，为本实用新型电能表电平控制检测与指示模块4 的另一种实施方式。

所述电能表电平控制检测与指示模块4包括input端、Bill_Ctrl端， input端依次与整流二极管D10、电阻R24、故障指示控制开关6、发光二极管D9串联，整流二极管D10的阳极与input端相连，阴极与电阻R24相连，发光二极管D9的阳极与故障指示控制开关6相连，阴极接地；所述整流二极管D10与电阻R24之间的节点依次与滤波电路相连、Bill_Ctrl端串联。

优选的，所述滤波电路的结构与图2所示的滤波电路相同。

优选的，如图2所示，所述指示控制开关6为三极管Q1，三极管Q1的集电极与电阻R24相连，发射极与发光二极管D9的阳极相连，基极与主控 MCU 2相连。

优选的，如图6所示，所述电压检测模块1包括输入端Uin、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C100和接地端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18依次串接在输入端Uin和接地端之间，电容C100一端与电阻R17和电阻R16之间的节点相连，另一端与接地端相连；所述电阻R16和电阻R17之间的节点与检测端Ucheck相连，电阻R18和电阻R17之间的节点与检测端Uover相连，检测端Ucheck和检测端Uover均与主控MCU 2相连。所述主控MCU 2通过检测端Ucheck检测前端电压是否满足电能表外置断路器的动作需求，满足则控制电能表外置断路器闭合；所述主控MCU 2通过检测端Uover检测电源电压是否发生过压或欠压，若发生过压或欠压，则主控MCU 2控制电能表外置断路器断开。

优选的，所述电流检测模块5是电流互感器或锰铜分流器。

优选的，如图3-图5所示，所述驱动机构包括电机驱动模块201以及与电机驱动模块201相连的传动结构，传动结构包括驱动机构基座，以及设置在驱动机构基座内部的合闸驱动件204、脱扣驱动件205、电机206和与电机206驱动连接的传动齿轮组，驱动机构基座还包括与其配合的驱动机构盖体，传动齿轮组包括与电机206的输出轴齿轮连接的第一传动齿轮 2071、与第一传动齿轮2071齿轮连接的第二传动齿轮2072以及与第二传动齿轮2072齿轮连接的第三传动齿轮2073，电机驱动模块201与电机206 电连，控制电机206动作实现正转、反转或停止，第三传动齿轮2073通过传动杆208与合闸驱动件204驱动相连，第三传动齿轮2073与脱扣驱动件 205驱动连接，合闸驱动件204与电能表外置断路器的操作机构联动。

所述驱动机构驱动电能表外置断路器合闸的动作过程，电机驱动模块 201控制电机206正转，驱动第三传动齿轮2073向一侧旋转，从而带动合闸驱动件204使电能表外置断路器的操作机构动作实现电能表外置断路器的合闸；驱动机构驱动电能表外置断路器分闸的动作过程，电机驱动模块 201控制电机206反转，驱动第三传动齿轮2703向另一侧旋转，第三传动齿轮2703转动至与脱扣驱动件205接触连接，通过脱扣驱动件205触发电能表外置断路器脱扣实践电能表外置断路器分闸。

所述合闸驱动件204和脱扣驱动件205通过共用的传动结构带动，实现电能表外置断路器的合闸/分闸，其结构简单，简化驱动机构的控制结构，整体外壳尺寸小，特别适用于电能表外置断路器，同时自动合闸和分闸过程中合闸驱动件204和脱扣驱动件205往两个相反的方向摆动，保障合闸和分闸的驱动过程可靠且有序，避免发生干涉。

所述脱扣驱动件205在第三传动齿轮2073驱动下可推动电能表外置断路器的脱扣杆，使电能表外置断路器完成脱扣动作。所述合闸驱动件204 与电能表外置断路器的操作机构的操作手柄联动，可以直接或间接连接，在第三传动齿轮2073驱动下可带动电能表外置断路器的操作手柄合闸。

如图3所示，所述第三传动齿轮2073通过传动杆208与合闸驱动件204 驱动相连，其中，传动杆208与合闸驱动件204分离式连接，使合闸动作完成后，合闸驱动件204与传动杆208分离，不影响合闸驱动件204的手动操作和脱扣的复位。具体的，所述传动杆208的一端连接在第三传动齿轮2073上，传动杆208的另一端伸入驱动机构基座的轨迹槽内，合闸驱动件204的一端转动安装在驱动机构基座的底板上，且与电能表外置断路器的操作手柄联动连接，合闸驱动件204的另一端位于轨迹槽的上方，第三传动齿轮2073可带动传动杆208沿轨迹槽滑行至与合闸驱动件204接触连接，从而推动合闸驱动件204摆动。

如图4和图5所示，所述脱扣驱动件205的一端转动安装在驱动机构基座的底板上，且通过复位扭簧2050与驱动机构基座弹性连接，脱扣驱动件205的另一端位于第三传动齿轮2073的下方与第三传动齿轮2073的第二驱动凸起2075配合，且与电能表外置断路器的脱扣杆对应设置，第三传动齿轮2073的第二驱动凸起2075旋转至与脱扣驱动件205接触连接，从而带动脱扣驱动件205推动电能表外置断路器的脱扣杆，以完成电能表外置断路器的脱扣动作。

优选的，所述电机驱动模块201是控制线路板。

需要指出的是，所述电机驱动模块201控制电机206正转、翻转或停转为本领域的常规技术手段，再此就不在赘述。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电能表用故障检测装置，其特征在于：其包括主控MCU(2)，以及分别与主控MCU(2)相连的电信号检测模块(15)和电能表控制电平检测模块(4)；

所述电信号检测模块(15)的输入端与前端电源相连，电信号检测模块(15)输出端与主控MCU(2)相连；所述电能表控制电平检测模块(4)包括电能表费控指示灯(3)和用于控制电能表费控指示灯(3)工作状态的故障指示控制开关(6)，主控MCU(2)与故障指示控制开关(6)相连。

2.根据权利要求1所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

还包括与电源串接的电能表和串接在电能表的出线端的电能表外置断路器，电能表外置断路器与主控MCU(2)相连；

所述电信号检测模块(15)包括电压检测模块(1)和电流检测模块(5)，电压检测模块(1)和电流检测模块(5)的输出端与主控MCU(2)相连。

3.根据权利要求1所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述电能表控制电平检测模块(4)包括与电能表相连用于输入电平信号的input端、与主控MCU(2)相连的Bill_Ctrl端，以及依次串接在input端和Bill_Ctrl端之间的整流二极管D10、限流电阻R24、故障指示控制开关(6)、发光二极管D9和滤波电路；所述整流二极管D10的阳极与input端相连，阴极与限流电阻R24相连，发光二极管D9的阳极与故障指示控制开关(6)相连，阴极与滤波电路相连，电能表费控指示灯(3)是发光二极管D9，故障指示控制开关(6)与主控MCU 2相连。

4.根据权利要求3所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述滤波电路包括电阻R26、稳压二极管D19、电容C8、电阻R28、电容C9，电阻R26串接在发光二极管D9和Bill_Ctrl端之间，稳压二极管D19的阴极与发光二极管D9和电阻R26之间的节点相连，稳压二极管D19阳极接地，电容C8的一端、电阻R28的一端、电容C9的一端均与电阻R26和Bill_Ctrl端之间的节点相连，电容C8的另一端、电阻R28的另一端、电容C9的另一端均接地。

5.根据权利要求3或4所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述指示控制开关(6)为三极管Q1，三极管Q1的集电极与电阻R24相连，发射极与发光二极管D9的阳极相连，基极与主控MCU(2)相连。

6.根据权利要求2所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

还包括用于控制电能表外置断路器闭合/断开的驱动机构，主控MCU(2)通过驱动机构与电能表外置断路器相连。

7.根据权利要求6所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述驱动机构包括电机(206)，电机(206)与主控MCU(2)相连，主控MCU(2)和电机(206)之间设有用于驱动电机(206)动作的电机驱动模块(201)。

8.根据权利要求6所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述驱动机构包括电机驱动模块(201)和传动结构，所述传动结构包括与电机驱动模块(201)电连的电机(206)，电机(206)与传动齿轮组驱动相连，传动齿轮组包括第三传动齿轮(2073)，第三传动齿轮(2073)与合闸驱动件(204)、脱扣驱动件(205)驱动相连，合闸驱动件(204)与电能表外置断路器的操作手柄联动连接；

所述驱动机构的电机驱动模块(201)通过电机(206)驱动第三传动齿轮(2073)向一侧旋转，带动合闸驱动件(204)使断路器(100)的操作手柄摆动实现电能表外置断路器的合闸；所述电机驱动模块(201)通过电机(206)驱动第三传动齿轮(2073)向另一侧转动，带动脱扣驱动件(205)触发电能表外置断路器脱扣实现电能表外置断路器的分闸。

9.根据权利要求2所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述电压检测模块(1)包括输入端Uin、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C100和接地端，电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18依次串接在输入端Uin和接地端之间，电容C100一端与电阻R17和电阻R16之间的节点相连，另一端与接地端相连；所述电阻R16和电阻R17之间的节点与检测端Ucheck相连，电阻R18和电阻R17之间的节点与检测端Uover相连，检测端Ucheck和检测端Uover均与主控MCU(2)相连。

10.根据权利要求2或9所述的电能表用故障检测装置，其特征在于：

所述电流检测模块(5)是电流互感器或锰铜分流器。

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