CN2588634Y

CN2588634Y - 一种智能化配电柜

Info

Publication number: CN2588634Y
Application number: CN 02261701
Authority: CN
Inventors: 沙万乾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2012-11-20

Abstract

一种智能化配电柜，由普通配电柜加装智能化功能模块组合而成，其中，智能化功能模块包括隔离信号调理电路、同步信号检测电路、A/D转换电路、基准电路、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路、CPU电路、实时钟电路、I/O扩展电路、键盘、输出电路、LCD液晶显示电路、RS232和RS485接口电路和电源供应电路。本实用新型具有随时检测、监控供电电网的各项质量指标，一旦供电电网的供电质量降低(如电压过高或过低，断相或错相，等等)，则随时记录并通过声光报警信号或干接点或232通信接口通知用户，及时采取纠正措施，使供电过程恢复正常化，如果供电电网的供电质量降低到用户设备不能承受的时候(如故障断相)，则由智能化电路给出强制切断供电电源，防止故障进一步扩大化。

Description

一种智能化配电柜

(1)技术领域

本实用新型涉及一种智能化配电柜。

(2)背景技术

随着人类科学技术的进步，信息时代的今天，用电设备(如变频器、开关电源、不间断电源、通信设备、医疗仪器，……)对供电的质量提出了很高的要求，即对供电的可靠性，稳定性，电网电压，对电网的缺相，错相问题，对防雷防过电压、防谐波干扰和电磁兼容的问题，等等，都有严格的要求，用目前生产的普通配电柜向上述用电设备供电的时候，一旦供电质量不能满足要求，配电柜不能作出有效的反应，久而久之，会造成用电设备的损坏，甚至影响整个电网的供电。

(3)实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有随时检测、监控供电电网的各项质量指标的智能化配电柜，从而避免用电设备的损坏，以及避免影响整个电网的供电事件的发生。

本实用新型所提供的一种智能化配电柜，由普通配电柜加装智能化功能模块组合而成，其特征在于，所述的智能化功能模块包括隔离信号调理电路、同步信号检测电路、A/D转换电路、基准电路、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路、CPU电路、实时钟电路、I/O扩展电路、键盘、输出电路、LCD液晶显示电路、RS232和RS485接口电路和电源供应电路，其中：隔离信号调理电路和基准电路各与A/D转换电路相连；I/O扩展电路分别与键盘、输出电路和实时钟电路相连；CPU电路分别与A/D转换电路、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路、同步信号检测电路、LCD液晶显示电路、RS232和RS485接口电路相连；电源供应电路分别向上述各电路供电；又：隔离信号调理电路，用于对交流电压或电流信号进行隔离、整流、滤波转换成适宜A/D芯片输入的直流信号；同步信号检测电路，用于对交流正弦波转换为所需频率的脉冲方波，供本模块对三相相序进行鉴别；A/D转换电路，用于将模拟信号转为数字信号；基准电路，用于给A/D转换电路提供电压基准；具有可编程看门狗的串行E2PROM电路，用于监控CPU电路的运行状态，片内的E2PROM用于存贮每个时间间隔的电压和电流的最大值和最小值；CPU电路，是整个智能化功能模块的核心，能运行内部贮存的程序；实时钟电路，为系统提供实时钟信号；I/O扩展电路，用于提供键盘接口和输出接口；键盘，使使用者可通过键盘对系统进行操作；输出电路，由继电器干接点和蜂鸣器构成，提供跳闸控制和报警信号。LCD液晶显示电路，能提供给用户直观的数值、报警信息和操作辅助信息；接口电路，使系统具备与上位机通讯的能力，并或多相联网，以组成完善的监控网络。

上述的智能化配电柜，其中：隔离信号调理电路包括变压器TB、电阻R1～R9、二极管D1～D2、以及放大器IC1A、IC1B。

上述的智能化配电柜，其中：同步信号检测电路包括电阻R10～R17、二极管D3～D4、以及放大器IC1C、IC1D。

由于采用了上述的技术解决方案，具有随时检测、监控供电电网的各项质量指标，一旦供电电网的供电质量降低(如电压过高或过低，断相或错相，谐波量过大……等等)，则随时记录并通过声光报警信号或干接点或232通信接口通知用户，及时采取纠正措施，使供电过程恢复正常化，如果供电电网的供电质量降低到用户设备不能承受的时候(如故障断相等)，则由智能化电路给出强制切断供电电源，防止故障进一步扩大化。

(4)附图说明

图1是本实用新型电路框图；

图2是一路隔离信号调理电路的原理图；

图3是一路同步信号检测电路的原理图；

图4是A/D转换电路和基准电路的原理图；

图5是具有可编程看门狗的串行E²PROM电路的原理图。

(5)具体实施方式

本实用新型智能化配电柜，由普通配电柜加装智能化功能模块组合而成，智能化模块电路如图1所示，其具有测量、控制、显示功能。该智能化功能模块包括隔离信号调理电路1、同步信号检测电路2、A/D转换电路3、基准电路4、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、CPU电路6、实时钟电路7、I/O扩展电路8、键盘9、输出电路10、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12和电源供应电路13，其中：隔离信号调理电路1和基准电路4各与A/D转换电路3相连；I/O扩展电路8分别与键盘9、输出电路10和实时钟电路7相连；CPU电路6分别与A/D转换电路3、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路5、同步信号检测电路2、LCD液晶显示电路11、RS232和RS485接口电路12相连；电源供应电路13分别向上述各电路供电。

隔离信号调理电路1，包括六路隔离信号调理电路，电压信号采用变压器隔离，可根据实际电压范围进行匹配，每相电压信号需一个变压器，此变压器亦是同步信号检测源。电流信号采用5A：200mA电流互感器隔离，使之可与主回路标准电流互感器进行匹配。

如图2所示，隔离信号调理电路对交流电压或电流信号进行隔离、整流、滤波转换成适宜A/D芯片输入的直流信号，包括变压器TB、电阻R1～R9、二极管D1～D2、以及放大器IC1A、IC1B采用LM324通用器件。

如图3所示，同步信号检测电路对交流正弦波转换为100Hz的脉冲方波，供CPU对三相相序进行鉴别，包括电阻R10～R17、二极管D3～D4、以及放大器IC1C、IC1D采用LM324通用器件。

如图4所示，A/D转换电路和基准电路采用高速串行12位分辨A/D芯片TLC2543，最高转换速率可达200kbps，单电源5V供电。基准电路包括电阻R18～R20、二极管D4，可调分流电压稳压器TL431。

如图5所示，具有可编程看门狗(WTG)的串行E²PROM电路，用于监控CPU电路的运行状态，片内的E2PROM用于存贮每个时间间隔(由用户设定)的电压和电流的最大值和最小值；采用具有可编程看门狗的串行E²PROM芯片X5045，每片X5045具有512字节的E²PROM，采用四片可使E²PROM增加到2K字节。

CPU电路，是整个智能化功能模块的核心，能运行内部贮存的程序，采用Winbond的8位处理器W78E54，配以11.0592MHz的晶振。

实时钟电路，为系统提供实时钟信号，采用DALLAS的DS12887芯片，内置锂电池，可为系统提供实时钟信号。

I/O扩展电路采用INTEL的81C55芯片，可提供键盘接口和输出接口，键盘采用薄膜按键，使用者可通过键盘对系统进行操作，输出电路由继电器干接点和蜂鸣器构成，提供跳闸控制和报警信号LCD液晶显示电路。

显示电路能提供给用户直观的数值、报警信息和操作辅助信息。采用以HD44780芯片为核心的液晶显示模块，可显示2行16字符。

RS232和RS485接口电路，其中RS232接口采用MAX232芯片，RS485采用75LBC184芯片，接口电路使系统具备与上位机通讯的能力，并或多相联网，以组成完善的监控网络。

电源供应电路采用LM7812、LM7912和LM7805稳压器分别产生+12、-12V和+5V电源。

本实用新型智能化配电柜的具有：

1、供电电网电压检测、控制功能；

a、检测电网电压的即时值并予以显示；

b、当供电电网电压大于额定值+5％±10％(其值由用户按需调整)的时候，延时接通报警电路，发出声光报警，提供远距离控制干接点或232接口，通知用户及时处理。如果供电电网电压进一步升高，达到用户设定的警戒值(其值与额定值的+5％±20％，由用户设定)自动延时切断电源，并发出声光报警干接点报和232接口电路通知用户及时处理断电事故；

c、当供电电网电压低于额定报警电路，发出声光报警，提供远距离控制干接点或232接口，通知用户及时处理。如果供电电网电压进一步下降，达到用户设定的警戒值(其值为额定值的-5％～-25％由用户设定)自动延时切断电源，并发出声光报警、干接点报警和232接口电路通知用户及时处理断电事故；

d、当供电电网电压高于额定值的50％，或低于额定值的50％，则在0.5秒时间内切断电源并发出报警信号；

e、按时钟整点为标准，记录当前及过去24小时内每小时时间段内的最高电压值和最低电压值及它们出现的准确时间，这些数值可以按需显示，也可以按需打印出来。供用户研究供电电网电压质量的变化规律和提供纠正措施；

f、模块内时钟的走时精度每24小时不得大于10秒，且允许校正误差，重新设定时间值，内设电池保证断电时走时仍然准确且确实存储的信息不会丢失。

2、配电柜输出电流的检测和控制功能：

a、配电柜输出电流的检测和控制要求：

配电柜输出电流的检测和控制的要求和普通高低压电器，供电变压器的电流检测和控制的要求是不相同。配电柜输出电流的检测和控制的要求取决于它的负载，不同的负载(恒定负载电流的负载、直接起动的鼠笼型电机负载、非线性的电力电子负载……)有不同的要求。对恒定负载电流型用电设备而言，工作电流超出设定值很小的一个数值，比仿说±～5％，就认为有故障，超出±5％可认为用电设备已遭损坏。对直接起动的鼠笼式交流电动机而言，起动电流可达额定值的7倍左右，电流的检测、控制必须对大电流冲击有一个双曲线型的延时保护特性，所以具体生产机械的具体要求，只能由设备本身去解决，智能化电路很难作统一的规定，智能化配电柜对输出电流的检测和控制功能主要由以下b，c，d三方面的功能；

b、检测配电柜输出电流的即时值并加以显示；

c、当配电柜的输出电流超出用户设定值的±1％～±5％的时候延时(延时量为1～99分钟由用户设定)接通声光报警电路提供远距离报警干接点或232接口，通知用户及时分析原因，酌情处理。

当配电柜的输出电流超出用户设定值的2～8倍，则延时1～5分钟(设定值由用户定)报警，报警后5分钟内(其值由用户定)没有恢复到设定值以下则自动切断电源。当配电柜的输出电流超出用户设定值的10倍以上，则认定用户端出现短路故障，立即切断电源，并记录断电时间值；

d、按时钟整点为标准，记录当前及过去24小时内每小时时间段内的最大电流和最小电流值以及它们出现的准确时间值，这些数值可按需显示出来或找印出来，用户可据此分析电网负荷的变化规律和提供合理使用的方法。

3、供电电网错相、断相、三相严重不平衡的检测和控制：

智能化配电柜能够自动识别供电电网的进线相序，可以检测断相和三相严重不平衡的故障，一旦出现错相、断相或三相不平衡度大于10％的故障，立即发出声光报警信号干接点信号或232接口，通知用户酌情处理，也可以立即切断电源，该功能的选择，由用户根据用电设备的具体情况择宜选用最合适的方法。

4、断电自动记录，来电自动恢复供电的功能：

不论配电柜因何种原因断电，智能化配电柜都必须记录断电的准确时间，电网恢复正常供电后，智能化电路具有自动识别供电电网的供电质量(电压、相序、有否断相、不否严重的三相不平衡，……)，当电网的供电质量符合用户设备的要求，则自动延时恢复供电，避开电网恢复供电初瞬的浪涌冲击并记下恢复供电的准确时间。

Claims

1.一种智能化配电柜，由普通配电柜加装智能化功能模块组合而成，其特征在于，所述的智能化功能模块包括隔离信号调理电路、同步信号检测电路、A/D转换电路、基准电路、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路、CPU电路、实时钟电路、I/O扩展电路、键盘、输出电路、LCD液晶显示电路、RS232和RS485接口电路和电源供应电路，其中：

隔离信号调理电路和基准电路各与A/D转换电路相连；

I/O扩展电路分别与键盘、输出电路和实时钟电路相连；

CPU电路分别与A/D转换电路、具有可编程看门狗的串行E²PROM电路、同步信号检测电路、LCD液晶显示电路、RS232和RS485接口电路相连；

电源供应电路分别向上述各电路供电；又：

隔离信号调理电路，用于对交流电压或电流信号进行隔离、整流、滤波转换成适宜A/D芯片输入的直流信号；

同步信号检测电路，用于对交流正弦波转换为所需频率的脉冲方波，供本模块对三相相序进行鉴别；

A/D转换电路，用于将模拟信号转为数字信号；

基准电路，用于给A/D转换电路提供电压基准；

具有可编程看门狗的串行E2PROM电路，用于监控CPU电路的运行状态，片内的E2PROM用于存贮每个时间间隔的电压和电流的最大值和最小值；

CPU电路，是整个智能化功能模块的核心，能运行内部贮存的程序；

实时钟电路，为系统提供实时钟信号；

I/O扩展电路，用于提供键盘接口和输出接口；

键盘，使使用者可通过键盘对系统进行操作；

输出电路，由继电器干接点和蜂鸣器构成，提供跳闸控制和报警信号。

LCD液晶显示电路，能提供给用户直观的数值、报警信息和操作辅助信息；

接口电路，使系统具备与上位机通讯的能力，并或多相联网，以组成完善的监控网络。

2.根据权利要求1所述的一种智能化配电柜，其特征在于：所述的隔离信号调理电路包括变压器TB、电阻R1～R9、二极管D1～D2、以及放大器IC1A、IC1B。

3.根据权利要求1所述的一种智能化配电柜，其特征在于：所述的同步信号检测电路包括电阻R10～R17、二极管D3～D4、以及放大器IC1C、IC1D。