CN218956676U

CN218956676U - 带漏电监测功能的计量电路及其智能电能表

Info

Publication number: CN218956676U
Application number: CN202223199444.1U
Authority: CN
Inventors: 王绍槐; 陈红; 王靖茗; 翁薇; 罗宇翔; 李文斐; 尹一江; 赖俊宏; 戴玉婷
Original assignee: Zhuzhou Power Supply Branch Of State Grid Hunan Electric Power Co ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Power Supply Branch Of State Grid Hunan Electric Power Co ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2032-11-30

Abstract

本实用新型公开了一种带漏电监测功能的计量电路，包括电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路、计量芯片子电路和计量通信子电路；电压采样子电路采样电压信号并上传；零序电流采样子电路采样零序电流信号并上传；火线电流采样子电路采样火线电流信号并上传；计量通信子电路与外部通信和进行数据交互；计量芯片子电路进行电能计量并上传计量通信子电路。本实用新型还公开了一种包括所述带漏电监测功能的计量电路的智能电能表。本实用新型通过创新的电路设计，将零线和火线同时穿过漏电流互感器，不仅实现了正常的计量功能，而且还实现了漏电流的采集和监测功能；而且本实用新型的电路简单，可靠性高，实用性好。

Description

带漏电监测功能的计量电路及其智能电能表

技术领域

本实用新型属于电气自动化领域，具体涉及一种带漏电监测功能的计量电路及其智能电能表。

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生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

目前，台区出线漏电保护断路器跳闸是引起居民户频繁停电投诉的主要原因。跳闸的原因主要有三种：线路接地故障、漏保本身故障和居民户电器漏电引起的越级跳闸。对线路接地故障，可通过巡线排除；漏保本身的故障也能够及时判断维修；但是，居民户电器漏电故障则难以排查，因为一条台区出线往往挂接有几十个用户，无法确定哪一户或哪几户的电器漏电，因此故障隐患一直存在，导致频繁跳闸。

虽然按照规程要求，用户的入户开关(也称家保)都具有漏电保护功能，在漏电流大于30mA时能够自动跳闸，不会越级引起台区出线跳闸。但很多居民户因入户开关频繁跳闸，自行将开关漏电检测功能退出；此外，也存在一些开关漏电检测功能失效的情况。当同一条线路有多户居民同时漏电，或单户居民户漏电流较大时，可能会越级引起台区出线跳闸，造成大量居民户的停电。因此，需要对居民户漏电进行实时监测和记录，在用户漏电引起线路跳闸后，可供事后的查找分析，找出漏电用户。

对于漏电流的监测，目前有两种方案：方案一为在入户开关增加漏电采集功能，或者在表箱增加漏电采集设备；但是，这种方式所增加的设备需要与用电信息采集系统进行连接和结合，实现起来较为困难，而且增加设备和功能后也相应地增加了成本。方案二为将现有的智能表更换为物联网表，如申请号为202010800352.0的专利申请中所提供的物联网电表；但是，该类方案需要在更换电表后对标后的开关进行改造，具体实施起来非常困难。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种可靠性高、实用性好且电路简单的带漏电监测功能的计量电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括了所述带漏电监测功能的计量电路的智能电能表。

本实用新型提供的这种带漏电监测功能的计量电路，包括电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路、计量芯片子电路和计量通信子电路；电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路和计量通信子电路均与计量芯片子电路连接；电压采样子电路用于采样电压信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；零序电流采样子电路用于采样零序电流信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；火线电流采样子电路用于采样火线电流信号，并将采样信号上传计量芯片；计量通信子电路用于将计量芯片子电路的数据对外发送，或者接收外部发送的数据并上传计量芯片子电路；计量芯片子电路用于根据接收的数据，进行电能计量，并将数据上传计量通信子电路。

所述的电压采样子电路为电阻分压式电压采样电路。

所述的零序电流采样子电路包括零序漏电流互感器和零序电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测零线上的电流信号，并将电流信号通过零序电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路。

所述的火线电流采样子电路包括火线漏电流互感器和火线电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测火线上的电流信号，并将电流信号通过火线电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路。

所述的零序漏电流互感器和火线漏电流互感器为同一个漏电流互感器。

所述的计量芯片子电路为由型号为HT7017的计量芯片构成的电路。

所述的计量通信子电路为由光耦构成的隔离通信电路。

本实用新型还提供了一种包括所述带漏电监测功能的计量电路的智能电能表，包括电源电路、所述的带漏电监测功能的计量电路、存储电路、控制电路、通信电路、输出电路和显示电路；带漏电监测功能的计量电路、存储电路、通信电路、输出电路和显示电路均与控制电路连接；电源电路用于给所述智能电能表供电；带漏电监测功能的计量电路用于计量电能，并将数据上传控制电路；存储电路用于存储所述智能电能表的数据；通信电路用于所述智能电能表与外部进行通信和数据交互；输出电路连接外部设备；输出电路用于所述智能电能表输出脉冲信号和控制信号到所连接的外部设备；显示电路用于显示所述智能电能表的数据；控制电路用于控制所述智能电能表的工作。

本实用新型提供的这种带漏电监测功能的计量电路及其智能电能表，通过创新的电路设计，将零线和火线同时穿过漏电流互感器，不仅实现了正常的计量功能，而且还实现了漏电流的采集和监测功能；而且本实用新型的电路简单，可靠性高，实用性好。

附图说明

图1为本实用新型的计量电路的功能模块示意图。

图2为本实用新型的计量电路的电压采样子电路的电路原理示意图。

图3为本实用新型的计量电路的零序电流采样子电路的电路原理示意图。

图4为本实用新型的计量电路的火线电流采样子电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型的计量电路的计量芯片子电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的计量电路的计量通信子电路的电路原理示意图。

图7为本实用新型的智能电能表的功能模块示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的计量电路的功能模块示意图：本实用新型提供的这种带漏电监测功能的计量电路，包括电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路、计量芯片子电路和计量通信子电路；电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路和计量通信子电路均与计量芯片子电路连接；电压采样子电路用于采样电压信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；零序电流采样子电路用于采样零序电流信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；火线电流采样子电路用于采样火线电流信号，并将采样信号上传计量芯片；计量通信子电路用于将计量芯片子电路的数据对外发送，或者接收外部发送的数据并上传计量芯片子电路；计量芯片子电路用于根据接收的数据，进行电能计量，并将数据上传计量通信子电路。

如图2所示为本实用新型的计量电路的电压采样子电路的电路原理示意图：所述的电压采样子电路为电阻分压式电压采样电路；图2中，N1端连接零线；零线通过电阻jR8、jR9、jR10、jR11、jR23和jR12接地，零线电压通过电阻分压后，最后将电阻jR12上的电压通过电容jC5滤波，然后得到电压采样正极信号V3P并上传计量芯片子电路；

对应的，电压采样负极信号V3N则直接为地信号；V3N通过下拉电阻jR13接地，同时也通过电容jC6接地滤波；电压采样负极信号V3N同样连接到计量芯片子电路。

如图3所示为本实用新型的计量电路的零序电流采样子电路的电路原理示意图：所述的零序电流采样子电路包括零序漏电流互感器和零序电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测零线上的电流信号，并将电流信号通过零序电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路；具体实施时，漏电流互感器检测到的电流信号通过接口jJ1传入电路；漏电流互感器检测到的电流信号通过电阻jR22转换为电压信号，在通过RC滤波电路(包括电阻jR24和电容jC16)接地滤波后，得到零序电流采样信号V2P，并连接计量芯片子电路。

如图4所示为本实用新型的计量电路的火线电流采样子电路的电路原理示意图：所述的火线电流采样子电路包括火线漏电流互感器和火线电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测火线上的电流信号，并将电流信号通过火线电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路；具体实施时，漏电流互感器检测到的电流信号通过接口jMT1传入电路；漏电流互感器检测到的电流信号通过电阻jR3转换为电压信号，电压正极信号通过电阻jR4接地后，再通过RC滤波电路(包括电阻jR6和电容jC3)滤波，然后得到火线电流正极采样信号V1P，并上传计量芯片子电路；电压负极信号通过电阻jR5接地后，再通过RC滤波电路(包括电阻jR7和电容jC4)滤波，然后得到火线电流负极采样信号V1N，并上传计量芯片子电路。

如图5所示为本实用新型的计量电路的计量芯片子电路的电路原理示意图：所述的计量芯片子电路为由型号为HT7017的计量芯片(图中表示jU1)构成的电路；芯片的1脚为电源引脚，其通过电阻jR21连接电源信号VCC_JL；同时电源信号还通过电容jC11～jC14接地滤波；芯片的2脚和3脚为电压采样子电路的输入引脚，其连接电压采样子电路并获取对应的采样信号V3P和V3N，并获取对应的采样信号；芯片的4脚为零序电流采样子电路的输入引脚，其连接零序电流采样子电路输出的采样信号V2P，并获取对应的采样信号；芯片的5脚和6脚为火线电流采样子电路的输入引脚，其连接火线电流采样子电路输出的采样信号V1P和V1N，并获取对应的采样信号；芯片的7脚通过电容jC19接地；芯片的8脚为接地引脚并直接接地；芯片的9脚为脉冲信号输出引脚，其输出脉冲信号到隔离通信电路；芯片的10脚和11脚为串口通信引脚，其信号分别为TX和RX，并通过计量通信子电路与外部连接；芯片的12脚和13脚为晶振信号引脚，其连接晶振器件并获取标准的晶振信号，同时也通过电容jC7和jC8接地；芯片的14脚为电源信号，直接连接电源信号VCC_JL并去电；芯片的15脚为复位引脚，其直接通过上拉电阻jR26连接电源信号，从而保证引脚为高电平；芯片的16脚则直接通过电容jC18接地。

如图6所示为本实用新型的计量电路的计量通信子电路的电路原理示意图：所述的计量通信子电路为由光耦构成的隔离通信电路；其中RX和TX信号连接计量芯片子电路的通信引脚，并通过隔离光耦(图中表标识jOP2和jOP3)与外部连接；图中的PF信号为脉冲输出信号，其通过电阻jR16连接到光耦jOP4的原边正极，光耦jOP4的原边负极接地；光耦jOP4的副边正极直接连接电源信号VCC1并去电，光耦jOP4的副边负极输出隔离后的脉冲信号，并通过电阻jR19、jR20以及电容jC10接地滤波；

正常工作时，当PF信号为高电平时，光耦jOP4的原边导通，因此光耦jOP4的副边导通，此时输出信号为高电平；当PF信号为低电平时，光耦jOP4的原边不导通，因此光耦jOP4的副边不导通，此时输出信号为低电平。

类似的，RX为通信引脚中的接收端，当计量串口通信TX为高电平时，光耦jOP2的原边不导通，光耦jOP2的副边不导通，此时RX信号通过上拉电阻jR14连接电源信号，因此RX为高电平；当计量串口通信TX为低电平时，光耦jOP2的原边导通，光耦jOP2的副边导通，此时RX信号通估计光耦副边直接接地，因此RX为低电平；

类似的，TX为通信引脚中的发送端，当TX信号为高电平时，光耦jOP3的原边不导通，光耦jOP2的副边不导通，此时计量串口通信RX信号通过上拉电阻jR18连接电源信号，因此计量串口通信RX为高电平；当TX信号为低电平时，光耦jOP3的原边导通，光耦jOP2的副边导通，此时计量串口通信RX信号通过光耦副边直接接地，因此计量串口通信RX为低电平。

如图7所示为本实用新型的智能电能表的功能模块示意图：本实用新型提供的这种包括所述带漏电监测功能的计量电路的智能电能表，包括电源电路、所述的带漏电监测功能的计量电路、存储电路、控制电路、通信电路、输出电路和显示电路；带漏电监测功能的计量电路、存储电路、通信电路、输出电路和显示电路均与控制电路连接；电源电路用于给所述智能电能表供电；带漏电监测功能的计量电路用于计量电能，并将数据上传控制电路；存储电路用于存储所述智能电能表的数据；通信电路用于所述智能电能表与外部进行通信和数据交互；输出电路连接外部设备；输出电路用于所述智能电能表输出脉冲信号和控制信号到所连接的外部设备；显示电路用于显示所述智能电能表的数据；控制电路用于控制所述智能电能表的工作。

Claims

1.一种带漏电监测功能的计量电路，其特征在于包括电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路、计量芯片子电路和计量通信子电路；电压采样子电路、零序电流采样子电路、火线电流采样子电路和计量通信子电路均与计量芯片子电路连接；电压采样子电路用于采样电压信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；零序电流采样子电路用于采样零序电流信号，并将采样信号上传计量芯片子电路；火线电流采样子电路用于采样火线电流信号，并将采样信号上传计量芯片；计量通信子电路用于将计量芯片子电路的数据对外发送，或者接收外部发送的数据并上传计量芯片子电路；计量芯片子电路用于根据接收的数据，进行电能计量，并将数据上传计量通信子电路。

2.根据权利要求1所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的电压采样子电路为电阻分压式电压采样电路。

3.根据权利要求1所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的零序电流采样子电路包括零序漏电流互感器和零序电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测零线上的电流信号，并将电流信号通过零序电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路。

4.根据权利要求3所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的火线电流采样子电路包括火线漏电流互感器和火线电压转换电路；零线穿过漏电流互感器；漏电流互感器检测火线上的电流信号，并将电流信号通过火线电压转换电路转换为电压信号，并上传计量芯片子电路。

5.根据权利要求4所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的零序漏电流互感器和火线漏电流互感器为同一个漏电流互感器。

6.根据权利要求1所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的计量芯片子电路为由型号为HT7017的计量芯片构成的电路。

7.根据权利要求1所述的带漏电监测功能的计量电路，其特征在于所述的计量通信子电路为由光耦构成的隔离通信电路。

8.一种包括了权利要求1～7之一所述的带漏电监测功能的计量电路的智能电能表，其特征在于包括电源电路、权利要求1～7之一所述的带漏电监测功能的计量电路、存储电路、控制电路、通信电路、输出电路和显示电路；带漏电监测功能的计量电路、存储电路、通信电路、输出电路和显示电路均与控制电路连接；电源电路用于给所述智能电能表供电；带漏电监测功能的计量电路用于计量电能，并将数据上传控制电路；存储电路用于存储所述智能电能表的数据；通信电路用于所述智能电能表与外部进行通信和数据交互；输出电路连接外部设备；输出电路用于所述智能电能表输出脉冲信号和控制信号到所连接的外部设备；显示电路用于显示所述智能电能表的数据；控制电路用于控制所述智能电能表的工作。