PL230232B1

PL230232B1 - Electric junction box

Info

Publication number: PL230232B1
Application number: PL414325A
Authority: PL
Inventors: Piotr Ryba; Paweł Ludowski; Jerzy Wąsacz
Original assignee: Abb Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Abb Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2018-10-31
Also published as: PL414325A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest elektryczna puszka instalacyjna zaopatrzona w układ elektroniczny do monitorowania parametrów elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc czynna, bierna, pozorna, współczynnik mocy oraz zużycie energii elektrycznej, w odbiornikach energii elektrycznej. Opcjonalnie, monitorowane mogą być również parametry środowiskowe, takie jak temperatura, wilgotność powietrza, czy ciśnienie atmosferyczne. Wynalazek ma zastosowanie do wewnętrznych pomieszczeń w budynkach różnej klasy. Puszka instalacyjna przeznaczona jest do zamontowania jej na ścianie budynku lub wewnątrz ściany.The subject of the invention is an electrical installation box provided with an electronic system for monitoring electrical parameters such as current, voltage, active, reactive, apparent power, power factor and electricity consumption in electric energy receivers. Optionally, environmental parameters such as temperature, air humidity and atmospheric pressure can also be monitored. The invention is applicable to interior spaces in buildings of various classes. The installation box is designed to be mounted on the wall of the building or inside the wall.

Monitorowanie parametrów elektrycznych pozwala na identyfikacje odbiorników o największym poborze mocy, wyznaczenie przedziału czasu, kiedy ten pobór mocy występuje i w razie konieczności jego ograniczenie przez wymianę odbiornika na odpowiednik o mniejszym zużyciu energii. Dodatkowo możliwa jest identyfikacja najbardziej obciążonych obwodów instalacji elektrycznej, co pozwala na takie przełączenie odbiorników energii, aby możliwe było uzyskanie zbalansowanego obciążenia w poszczególnych gałęziach.Monitoring of electrical parameters allows for the identification of receivers with the highest power consumption, determination of the time period when this power consumption occurs and, if necessary, its reduction by replacing the receiver with an equivalent with lower energy consumption. In addition, it is possible to identify the most loaded circuits of the electrical installation, which allows for such switching of energy receivers so that it is possible to obtain a balanced load in individual branches.

Znany jest system monitorowania zużycia energii w gospodarstwach domowych, w których zużycie energii obliczane jest na podstawie pomiaru prądu i napięcia, a cały system składa się z jednostki centralnej i współpracujących z nią sensorów. Przykładem takiego urządzenia jest produkt firmy Fibaro, tzw. FIBARO Wall Pług, stanowiący inteligentny zdalnie sterowany włącznik przeznaczony do włączania i wyłączania sprzętów elektrycznych oraz realizujący funkcję pomiaru zużywanej energii dzięki odpowiednim sensorom zamontowanym we wtyczce. Kryształowy pierścień LED informuje domowników kolorowym światłem o aktualnym obciążeniu podłączonego urządzenia elektrycznego. Wbudowany czujnik temperatury, po przekroczeniu 55°C, zaalarmuje otoczenie migającym czerwonym światłem. Alarm uruchomiony zostanie także po przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego obciążenia wynoszącego 2,5 kW. Sensory wykonane są jako wtyczki do standardowych gniazd elektrycznych. Wtyczka wyposażona jest w gniazdo elektryczne umożliwiające podłączenie do niego odbiornika elektrycznego. We wtyczkę wbudowany jest moduł elektroniczny odpowiedzialny za pomiar energii elektrycznej na podstawie pomiaru napięcia, jak i pobieranego prądu. W przedstawionym produkcie układ pomiarowy zlokalizowany jest w osobnym urządzeniu umiejscowionym między gniazdem elektrycznym a wtyczką, co powoduje, że wtyczka odstaje bardziej od ściany i może powodować kolizję z elementami wyposażenia pomieszczenia. Urządzenie wystające z gniazdka narażone jest na przypadkowe uszkodzenia. Dane pomiarowe z sensorów przesyłane są do jednostki centralnej odpowiedzialnej za przetwarzanie, przechowywanie danych historycznych oraz komunikację z zewnętrznymi urządzeniami. Przesyłanie informacji do jednostki centralnej następuje bezprzewodowo.There is a known system for monitoring energy consumption in households, where energy consumption is calculated on the basis of current and voltage measurements, and the entire system consists of a central unit and sensors cooperating with it. An example of such a device is a Fibaro product, the so-called FIBARO Wall Plow, which is an intelligent remote-controlled switch designed to turn on and off electrical equipment and performs the function of measuring energy consumption thanks to appropriate sensors installed in the plug. The crystal LED ring informs the household members with colored light about the current load of the connected electrical device. Built-in temperature sensor, after exceeding 55 ° C, will alert the environment with flashing red light. The alarm will also be triggered when the maximum permissible load of 2.5 kW is exceeded. The sensors are made as plugs for standard electrical sockets. The plug is equipped with an electrical socket that enables an electrical receiver to be connected to it. The plug has a built-in electronic module responsible for measuring electricity based on the measurement of voltage and current consumption. In the presented product, the measuring system is located in a separate device located between the electrical socket and the plug, which causes the plug to protrude further from the wall and may cause a collision with the room equipment. The device protruding from the socket is exposed to accidental damage. Measurement data from sensors is sent to the central unit responsible for processing, storing historical data and communication with external devices. Information is sent to the central unit wirelessly.

W europejskim zgłoszeniu patentowym numer 15 460 020.9 opisane jest urządzenie elektryczne do monitorowania parametrów elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc czynna, bierna, pozorna, współczynnik mocy oraz zużycie energii elektrycznej, w odbiornikach energii elektrycznej. Opisane urządzenie zawiera płytkę PCB, która umieszczona jest w obudowie instalacyjnej lub obudowie przedłużacza elektrycznego. Na płytce PCB umieszczony jest układ elektroniczny zawierający, co najmniej jeden czujnik pomiarowy, połączony poprzez obwód elektryczny płytki PCB z mikrokontrolerem. Mikrokontroler połączony jest obwodami elektrycznymi płytki PCB z trwałą pamięcią, zapamiętującą dane mierzone i dane historyczne oraz z przetwornicą AC/DC, które połączone są ze sobą elektrycznie. Mikrokontroler połączony jest poprzez obwód elektryczny płytki PCB z modułem komunikacyjnym, połączonym obwodem elektrycznym płytki PCB z przetwornicą AC/DC oraz połączonym bezprzewodowo z odbiornikiem zewnętrznym modułu komunikacyjnego. Odbiornik zewnętrzny umieszczony jest poza gniazdem elektrycznym urządzenia. W przedstawionym urządzeniu płytka PCB, która umieszczona jest wewnątrz obudowy, zajmuje dodatkowe miejsce w tej obudowie, co może utrudniać prowadzenie przewodów. Ponadto, może się zdarzyć, że pytka PCB może być narażona na uszkodzenie podczas jej montażu w obudowie.European Patent Application No. 15 460 020.9 describes an electrical device for monitoring electrical parameters such as current, voltage, active, reactive, apparent power, power factor and electricity consumption in electric energy consumers. The described device comprises a PCB which is placed in an installation housing or an electrical extension housing. An electronic circuit is placed on the PCB, containing at least one measurement sensor, connected via the electric circuit of the PCB with the microcontroller. The microcontroller is connected by electric circuits of the PCB with a permanent memory that remembers measured and historical data and with an AC / DC converter, which are electrically connected to each other. The microcontroller is connected via the circuit of the PCB with the communication module, connected with the electric circuit of the PCB with the AC / DC converter and connected wirelessly with the receiver of the external communication module. The external receiver is located outside the device's electrical socket. In the presented device, the PCB, which is placed inside the housing, occupies additional space in this housing, which may make it difficult to route the wires. In addition, it may happen that the PCB board may be exposed to damage during its installation in the housing.

Istotą puszki instalacyjnej według wynalazku, zaopatrzonej w dno oraz ściany boczne, zawierającej układ elektroniczny do monitorowania parametrów elektrycznych jest to, że dno puszki wykonane jest z co najmniej dwóch warstw, warstwy zewnętrznej oraz warstwy ochronnej, przy czym na wewnętrznej stronie warstwy zewnętrznej umieszczony jest układ elektroniczny, który wbudowany jest w warstwę ochronną tak, że warstwa ochronna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego.The essence of the installation box according to the invention, provided with a bottom and side walls, containing an electronic system for monitoring the electrical parameters, is that the bottom of the box is made of at least two layers, an outer layer and a protective layer, and on the inner side of the outer layer there is a system electronic, which is built into the protective layer so that the protective layer completely covers the components of the electronic circuit.

PL 230 232 Β1PL 230 232 Β1

Korzystnie, jeden z wypustów puszki wykonany jest z dwóch warstw, warstwy obwodowej, stanowiącej fragment ściany bocznej puszki i warstwy wewnętrznej, przy w warstwie wewnętrznej umieszczony jest dodatkowy układ elektroniczny, który wbudowany jest w warstwę wewnętrzną tak, że warstwa wewnętrzna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego.Preferably, one of the can projections is made of two layers, a peripheral layer constituting a part of the side wall of the can and an inner layer, with an additional electronic circuit embedded in the inner layer, which is built into the inner layer, so that the inner layer completely covers the components of the electronic system. .

Alternatywnie, w warstwie zewnętrznej puszki wykonana jest wnęka, w której umieszczona jest płytka PCB, zawierająca komponenty układu elektronicznego, a warstwa ochronna przykrywa całkowicie komponenty układu elektronicznego wraz z płytką PCB.Alternatively, a cavity is provided in the outer layer of the can, in which the PCB containing the electronic circuit components is placed, and the protective layer completely covers the electronic circuit components together with the PCB.

Korzystnie, warstwa ochronna utworzona jest z materiału izolacyjnego, a warstwa zewnętrzna lub obwodowa stanowi fragment puszki.Preferably, the protective layer is made of an insulating material and the outer or peripheral layer is a part of the can.

Korzystnie, warstwa wewnętrzna wykonana jest z materiału izolacyjnego.Preferably, the inner layer is made of an insulating material.

Zaletą układu według wynalazku jest uzyskanie możliwości zabezpieczenia układu elektronicznego lub układów elektronicznych umieszczonych wewnątrz puszki. Obwody i komponenty elektroniczne układu lub układów elektronicznych przykryte są izolacyjną warstwą ochronną, która zapobiega uszkodzeniu układu elektronicznego w trakcie montażu. Puszka zaprojektowana jest w taki sposób, aby mogła współpracować ze standardowym gniazdkiem elektrycznym, montowanym na lub w ścianie budynku.The advantage of the system according to the invention is that it is possible to protect the electronic system or electronic systems placed inside the box. Circuits and electronic components of the system or electronic systems are covered with an insulating protective layer that prevents damage to the electronic system during assembly. The box is designed in such a way that it can cooperate with a standard electric socket, mounted on or in the wall of the building.

Urządzenie według wynalazku jest przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia, puszkę w widoku czołowym, fig. 2 - puszkę z fig. 1 w pierwszej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w dnie puszki, w przekroju bocznym A-A, fig. 3 - puszkę z fig. 2 z uwidocznieniem komponentów układu elektronicznego, po odjęciu warstwy ochronnej, w rzucie perspektywicznym, fig. 4 - puszkę z fig. 1 w drugiej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w ścianie puszki, w przekroju poprzecznym B-B, fig. 5 - puszkę z fig. 4 z uwidocznieniem komponentów układu elektronicznego, po odjęciu warstwy ochronnej, w rzucie perspektywicznym, a fig. 6 - puszkę z fig. 1 w trzeciej postaci wykonania wynalazku, zawierającej układ elektroniczny umieszczony w dnie puszki, a fig. 7 - szczegół „a” z fig. 6.The device according to the invention is shown in the drawing, in which fig. 1 shows the can in an end view, fig. 2 - the can of fig. 1 in a first embodiment of the invention, including an electronic circuit located in the bottom of the can, in side section AA, fig. 3 - the box from fig. 2 showing the components of the electronic system, after removing the protective layer, in a perspective view, fig. 4 - the box from fig. 1 in a second embodiment of the invention, containing the electronic circuit located in the wall of the box, cross-section BB, Fig. 5 shows the box of fig. 4 showing the components of the electronic circuit, after removing the protective layer, in perspective view, fig. 6 - the box of fig. 1 in a third embodiment of the invention, containing the electronic circuit located in the bottom of the box, and fig. 7 - detail "a" from fig. 6.

Elektryczna puszka instalacyjna zawiera okrągłe dno 1, ściany boczne 2 usytuowane prostopadle do dna puszki wokół obrzeży dna 1. Na wewnętrznej stronie ściany bocznej usytuowane są boczne wewnętrzne wypusty 3. Boczne wypusty 3 usytuowane są w ścianach puszki 1 naprzeciwległe względem siebie i stanowią integralną całość z puszką. W dnie 1 wykonane są otwory 4 służące do przeprowadzenia przez nie przewodów elektrycznych, nieuwidocznionych na rysunku. Wewnątrz puszki na jej dnie 1 umiejscowiony jest terminal przyłączeniowy 5. Do terminala podłączone są dwa przewody, nie uwidocznione na rysunku, za pomocą, których przeprowadzany jest pomiar napięcia sieciowego i zasilany jest układ elektroniczny puszki.The electrical installation box includes a round bottom 1, side walls 2 situated perpendicular to the bottom of the box around the edge of the bottom 1. On the inside of the side wall there are side internal projections 3. Side projections 3 are located in the walls of the box 1 opposite to each other and constitute an integral whole with tin. Openings 4 are made in the bottom 1 for the passage of electric cables through them, not shown in the drawing. Inside the box, at its bottom 1, there is a connection terminal 5. Two wires are connected to the terminal, not shown in the picture, by means of which the mains voltage is measured and the electronic system of the box is supplied.

W pierwszej postaci wynalazku dno 1 puszki zbudowane jest z dwóch przylegających do siebie warstw: warstwy zewnętrznej 6 o grubości X1 oraz warstwy ochronnej 7 o grubości Y1, wykonanej z materiału izolacyjnego. W warstwie ochronnej 7 zatopiony jest znany układ elektroniczny 8 do monitorowania parametrów elektrycznych odbiorników elektrycznych. Układ elektroniczny 8 przedstawiony jest schematycznie na fig. 3. Warstwa ochronna 7 przykrywa całkowicie układ 8 umieszczony na dnie 1 puszki i zabezpiecza układ 8 przed jego uszkodzeniem. W pierwszej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 utworzone są bezpośrednio na powierzchni dna puszki o grubości X1.In the first embodiment of the invention, the bottom 1 of the can consists of two adjoining layers: an outer layer 6 with a thickness X1 and a protective layer 7 with a thickness Y1, made of an insulating material. The known electronic circuit 8 for monitoring the electrical parameters of electric consumers is embedded in the protective layer 7. The electronic circuit 8 is shown schematically in Fig. 3. The protective layer 7 completely covers the system 8 placed on the bottom 1 of the can and protects the system 8 against damage. In a first embodiment of the invention, the electronic circuits and components of the electronics 8 are formed directly on the surface of the can bottom with the thickness X1.

W drugiej postaci wykonania wynalazku puszka zawiera dwa układy elektroniczne 8 i 8a. Układ 8 umieszczony jest na dnie puszki, tak jak w pierwszej postaci wykonania wynalazku, a drugi układ 8a umieszczony jest na ścianie bocznej 2 puszki, korzystnie na powierzchni jednego z wypustów 3. Wypust 3 wykonany jest z dwóch przylegających do siebie warstw: warstwy wewnętrznej 9 o grubości X2, wykonanej z materiału izolacyjnego oraz warstwy obwodowej 10 o grubości Y2, stanowiącej fragment ściany bocznej 2. W warstwie wewnętrznej 9 zatopiony jest całkowicie układ elektroniczny 8a. Warstwa wewnętrzna 9 zabezpiecza układ 8a przed jego uszkodzeniem. W drugiej postaci wykonania wynalazku obwód elektroniczny układu elektronicznego 8a przykryty jest całkowicie warstwą wewnętrzną o grubości Y2, a obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 usytuowane są w warstwie ochronnej 7, na powierzchni warstwy zewnętrznej 6 dna puszki 1, tak jak w pierwszym przykładzie wykonania.In a second embodiment of the invention, the can comprises two electronics 8 and 8a. The arrangement 8 is located at the bottom of the can, as in the first embodiment of the invention, and the second arrangement 8a is located on the side wall 2 of the can, preferably on the surface of one of the projections 3. The projection 3 is made of two adjacent layers: the inner layer 9 with the thickness X2, made of insulating material and the peripheral layer 10 with the thickness Y2, constituting a part of the side wall 2. The electronic circuit 8a is completely embedded in the inner layer 9. The inner layer 9 protects the system 8a against its damage. In the second embodiment of the invention, the electronic circuit of the electronics 8a is completely covered by the inner layer Y2 thick, and the circuits and electronic components of the electronic circuit 8 are located in the protective layer 7 on the surface of the outer layer 6 of the can bottom 1, as in the first embodiment.

W trzeciej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 umiejscowione są na dodatkowej płytce PCB 11 o grubości Z, która umieszczona jest w dnie 1 puszki we wnęce 12 o grubości Z, wykonanej w warstwie zewnętrznej 6 dna 1. Płytka 11 umiejscowiona jest pomiędzy warstwą zewnętrzną 6, stanowiącą dno puszki a warstwą wewnętrzną 7.In the third embodiment of the invention, the electronic circuits and components of the electronic system 8 are placed on an additional Z-thick PCB 11, which is placed in the bottom 1 of the can in a cavity 12 with a thickness of Z, made in the outer layer 6 of the bottom 1. The board 11 is placed between the outer layer 6, constituting the bottom of the can, and the inner layer 7.

PL 230 232 Β1PL 230 232 Β1

W pierwszej i drugiej postaci wykonania wynalazku obwody i komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8 lub układów 8 i 8a, wytworzone mogą być na wewnętrznej powierzchni zewnętrznej warstwy 6 dna 1 puszki i/lub na wewnętrznej powierzchni warstwy obwodowej 10 za pomocą technologii 3D-MID (Three Dimensional Molded Interconnect Device). Ścieżki przewodzące mogą być nanoszone przez powlekanie metalem uprzednio aktywowanej laserem powierzchni elementu plastikowego puszki. Technika ta nazywana jest z ang. Laser Direct Structuring (LDS). Części, na których wykonywane są obwody elektroniczne wykonane są z polimeru z dodatkiem katalizatora, który jest aktywowany przez laser na powierzchniach, na których mają być naniesione ścieżki. Następnie, ścieżki tworzone są za pomocą np. procesu galwanizacji, podczas którego cząsteczki metalu osadzają się na poprzednio aktywowanych laserem powierzchniach. Na tak przygotowanych ścieżkach w standardowy sposób lutowane są komponenty elektroniczne.In the first and second embodiments of the invention, the electronic circuits and components of the electronic system 8 or the systems 8 and 8a can be produced on the inner surface of the outer layer 6 of the can bottom 1 and / or on the inner surface of the peripheral layer 10 by means of 3D-MID (Three Dimensional Technology) technology. Molded Interconnect Device). Conductive tracks can be deposited by metal coating a previously laser-activated surface of a plastic can component. This technique is called Laser Direct Structuring (LDS). The parts on which the electronic circuits are made are made of a polymer with the addition of a catalyst, which is activated by the laser on the surfaces on which the traces are to be marked. Then, traces are created by means of, for example, an electroplating process, in which metal particles are deposited on previously laser-activated surfaces. Electronic components are soldered in a standard way on the prepared tracks.

Alternatywnie, w pierwszej i drugiej postaci wykonania wynalazku obwody elektroniczne mogą też być nadrukowane na powierzchniach wewnętrznych standardowej puszki. W tym przypadku ścieżki wykonane mogą być na standardowym polimerze bez uprzedniej jego aktywacji. Na tak przygotowanym obwodzie elektronicznym komponenty przyklejane są za pomocą kleju elektrycznie przewodzącego.Alternatively, in the first and second embodiments of the invention, the electronic circuits can also be printed on the inside surfaces of a standard can. In this case, the tracks can be made on a standard polymer without its prior activation. On the electronic circuit prepared in this way, the components are glued with electrically conductive glue.

W trzeciej postaci wykonania wynalazku, układ elektroniczny 8 wykonany jest na standardowej płytce PCB o grubości Z, która zawiera przylutowane komponenty elektroniczne układu elektronicznego 8. Układ ten wraz z płytką 11 umieszczany jest we wnęce 12 na warstwie zewnętrznej 7 dna 1 puszki. Warstwa ochronna 7 przykrywa obwód i komponenty elektroniczne układu 8. Na powierzchni warstwy ochronnej na dnie 1 puszki znajduje się terminal przyłączeniowy 5.In a third embodiment of the invention, the electronic circuit 8 is made on a standard Z-thickness PCB, which contains soldered electronic components of the electronic circuit 8. This circuit, together with the board 11, is placed in a cavity 12 on the outer layer 7 of the bottom 1 of the can. The protective layer 7 covers the circuit and the electronic components of the system 8. On the surface of the protective layer at the bottom 1 of the box there is a connection terminal 5.

Claims

Patent claims

1. An electrical installation box provided with a bottom and side walls, containing an electronic system for monitoring electrical parameters, characterized in that the bottom (1) of the box is made of at least two layers, an outer layer (6) and a protective layer (7), with an electronic circuit (8) is disposed on the inside of the outer layer (6), which is built into the protective layer (7), so that the protective layer (7) completely covers the components of the electronic circuit (8).

2. Can according to claim 3. The wall according to claim 1, characterized in that the side wall (2) is provided with at least one projection (5) is made of two layers, a peripheral layer (10) constituting a part of the side wall (2) and an inner layer (9) at the the inner layer (9) has an additional electronic circuit (8a) which is built into the inner layer (9) so that the inner layer (9) completely covers the components of the electronic circuit (8a).

3. Can according to claim A circuit according to claim 1, characterized in that the outer layer (6) has a cavity (12) in which a PCB (11) containing components of the electronic circuit (8) is placed, and the protective layer (7) completely covers the components of the electronic circuit (8) with the plate (11).

4. Can according to claim A method according to claim 1 or 3, characterized in that the protective layer (7) is made of an insulating material and the outer layer (6) is a part of a can.

5. Can according to claim The method of claim 2, characterized in that the inner layer (9) is made of an insulating material.