專利名稱：嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型根據(jù)電氣設(shè)備的工作特點(diǎn)，通過機(jī)電一體化的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對高壓電氣開關(guān)設(shè)備的電能計(jì)量和智能化應(yīng)用，屬于高壓電能計(jì)量、監(jiān)控領(lǐng)域，具體地，提供一種嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前，電力系統(tǒng)中斷路器、開關(guān)設(shè)備、環(huán)網(wǎng)柜等開關(guān)設(shè)備，與高壓電能計(jì)量設(shè)備是串聯(lián)在一起的，存在著共存、互補(bǔ)的工作特點(diǎn)，兩套絕緣，兩套架構(gòu)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，大量體積小，戶外柱上真空斷路器為額定電壓12kV、35kV，三相交流50Hz的戶外配電設(shè)備， 主要用于開斷、關(guān)合電力系統(tǒng)中的負(fù)荷電流、過載電流及短路電流，適用于變電站及工礦企業(yè)配電系統(tǒng)中的保護(hù)和控制，也適用于農(nóng)村電網(wǎng)及頻繁操作場所。如目前在高壓配電控制系統(tǒng)中使用的斷路器，可以實(shí)現(xiàn)電路通斷和短路、過流保護(hù)，與漏電裝置配合實(shí)現(xiàn)漏電、斷線等保護(hù)。但是監(jiān)測電流、電壓、功率因數(shù)、諧波等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)需靠相關(guān)儀器儀表測量配合完成，電能計(jì)量與付費(fèi)管理、電能營銷與電能量控制管理需靠電能表以及電力管理部門售電管理系統(tǒng)配合完成。目前，國內(nèi)外高壓電能的計(jì)量裝置所需要的高壓信號，通常是采用電壓互感器將高電壓變換成標(biāo)準(zhǔn)的低電壓、采用電流互感器將大電流變換成標(biāo)準(zhǔn)的小電流(5A或1A)，再將上述的標(biāo)準(zhǔn)低電壓、標(biāo)準(zhǔn)小電流送入相應(yīng)的計(jì)量裝置，以完成相應(yīng)的計(jì)量工作。電磁式電流互感器體積大、重量大、成本高、鐵芯易飽和，而電磁式電壓互感器除上述缺點(diǎn)外，電磁諧振、高次諧波、操作過電壓均會(huì)給電壓互感器的安全運(yùn)行造成威脅，成為難以解決的問題；同時(shí)，PT的導(dǎo)線截面非常小，屬電力系統(tǒng)應(yīng)用元件中比較脆弱的產(chǎn)品，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)諧振或奇次諧波源時(shí)，極易燒毀PT，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而且PT運(yùn)行時(shí)耗能較高，亦不利于節(jié)能和減少電能的傳輸、計(jì)量損耗。另外，制造PT-CT的材料主要有硅鋼片、銅、鋼、變壓器油以及環(huán)氧樹脂等材料，均是不可再生的、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可缺少的重要材料，如何減少高壓計(jì)量裝置自身的電量損耗、減小其體積、節(jié)約能源、節(jié)約材料、節(jié)省投資、降低計(jì)量成本、確保其電磁兼容性好以及環(huán)保性能、方便產(chǎn)品的安裝、使用、維護(hù)，均已成為計(jì)保行業(yè)從業(yè)人員一直在研究、關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著數(shù)字智能型電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，電能用戶終端對電能質(zhì)量的需求不僅僅滿足于可靠、安全，而是提供高效、快捷的電能服務(wù)。具有自我采集、識別、分析判斷、智能處理和信息傳送網(wǎng)絡(luò)共享的數(shù)字化、自動(dòng)化程度高的多功能“智能電器”將被廣泛應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是適應(yīng)電網(wǎng)自動(dòng)化的需要，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高壓電氣開關(guān)設(shè)備智能化的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，即如何在原斷路器、高壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等高壓電氣開關(guān)設(shè)備外形尺寸、結(jié)構(gòu)不變的前提下，通過將小型化設(shè)計(jì)后的高壓電流傳感器、高壓電壓傳感器嵌入設(shè)備相應(yīng)的位置，從而獲取與通過斷路器、開關(guān)設(shè)備、環(huán)網(wǎng)柜的實(shí)際負(fù)荷電流、電壓成正比的mV、mA級標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無線發(fā)送。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，包括高壓電氣開關(guān)設(shè)備和高壓智能電能計(jì)量單元，其特征是所述高壓智能電能計(jì)量單元包括取樣單元、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊，取樣單元連接電能計(jì)量模塊，電能計(jì)量模塊的通訊端設(shè)置無線傳輸模塊；高壓智能電能計(jì)量單元的取源單元、電能計(jì)量模塊、高壓電流取樣裝置、高壓電壓取樣裝置和無線傳輸模塊，利用高壓電氣開關(guān)設(shè)備的絕緣進(jìn)行電氣隔離，嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部; 所述取樣單元包括高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置，高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置的輸出端分別連接電能計(jì)量模塊；所述取源單元包括為電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊供電的I/P電源供電回路和電池組。將高壓智能電能計(jì)量單元整體嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，利用高壓電流取樣裝置獲取與設(shè)備電流成正比的mA級標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號；利用高壓電壓取樣裝置獲取與設(shè)備電壓成正比的mV級標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號；將標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號輸入電能計(jì)量模塊完成信號處理和電能計(jì)量；將電能計(jì)量模塊輸出信號送至無線傳輸模塊無線發(fā)送；進(jìn)一步地，所述的電能計(jì)量模塊和取樣單元、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其中取樣單元和取源單元分別同高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部負(fù)荷線路導(dǎo)線電氣連接，取樣單元設(shè)計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號并與電能計(jì)量模塊之間電信號連接，取源單元的輸出和電能計(jì)量模塊及無線傳輸模塊之間供電連接，電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊之間電信號連接。其中優(yōu)選方案是所述取樣單元的高壓電流取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部并與高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相出線采用貫穿式連接，即一只或多只貫穿式微型電流傳感器，一次繞組制作成單匝或穿心式承擔(dān)被測電流，二次繞組輸出正比于設(shè)備電流的mA級電流信號與電能計(jì)量模塊的電流信號輸入端連接。所述取樣單元的高壓電壓取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部包括在高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線之間分別跨接由一個(gè)一次阻抗、一個(gè)二次阻抗、一個(gè)微型電流傳感器和一個(gè)電位器構(gòu)成的mV級電壓高壓傳感器；其一次阻抗與微型電流傳感器的輸入端串聯(lián)后與被測電壓之兩端連接，微型電流傳感器的輸出端與其二次阻抗并聯(lián)并串接其電位器后與電能計(jì)量模塊的電壓信號輸入端連接。所述取源單元嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其I/P電源供電回路利用與高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線貫穿式連接的微型電流傳感器，通過將設(shè)備電流流過微型電流傳感器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流、濾波取出需要的電能后和電池組并聯(lián)，提供電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊所需電源。[0019]所述無線傳輸模塊采用現(xiàn)有技術(shù)的無線模塊建立電能計(jì)量模塊輸出信號的數(shù)據(jù)無線傳輸方式。所述電能計(jì)量模塊包括A/D轉(zhuǎn)換、電能計(jì)量及信號處理芯片組，電能計(jì)量模塊的輸出一路送至無線傳輸模塊，還有一路送至高壓電氣開關(guān)設(shè)備動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行電氣驅(qū)動(dòng)。所述電能計(jì)量模塊還包括一數(shù)字補(bǔ)償芯片，數(shù)字補(bǔ)償芯片內(nèi)嵌補(bǔ)償軟件，用于對所取得電能量進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償和誤差修正。本實(shí)用新型具有以下的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的核心設(shè)計(jì)之一是將高壓智能電能計(jì)量單元所包含的取樣單元、電能 計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入如高壓斷路器、高壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)了高壓電氣開關(guān)設(shè)備的智能化，相當(dāng)于提供了一種智能化的高壓電氣開關(guān)設(shè)備，其設(shè)備本身從功能設(shè)計(jì)上能夠直接提供并發(fā)送運(yùn)行電能質(zhì)量參數(shù)、電能計(jì)量參數(shù)而無需再配套電能計(jì)量(電能表)、付費(fèi)管理、電能量監(jiān)控管理等裝置或系統(tǒng)，省去了常規(guī)的分體獨(dú)立式CT、PT，節(jié)約了大量材質(zhì)，同時(shí)適應(yīng)了電網(wǎng)自動(dòng)化大量智能電氣設(shè)備的需要。本實(shí)用新型的取樣單元在設(shè)計(jì)上由于其高壓電流取樣裝置采用了貫穿式微型電流傳感器，利用了原有高壓隔離設(shè)置，其高壓電壓取樣裝置同樣借助微型電流傳感器采用電流法來測量高壓電壓，容易做到小型化，大大縮小了取樣單元的體積，體積小到可在原斷路器、高壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等高壓電氣開關(guān)設(shè)備外形尺寸、結(jié)構(gòu)不變的前提下，將小型化設(shè)計(jì)后的取樣單元嵌入并在設(shè)備內(nèi)部相應(yīng)的位置以貫穿或跨接方式合理布置；二是不必另外使用箱體，節(jié)省安裝空間，成本低，節(jié)約制作材料，環(huán)保性能好，無電噪、電暈聲，便于設(shè)計(jì)、安裝、使用和維護(hù)；三是采用電流法測量高壓電壓，使得電能計(jì)量和控制直接在高壓側(cè)完成，不需要傳統(tǒng)的電壓互感器進(jìn)行一次側(cè)和二次側(cè)之間的高低電壓轉(zhuǎn)換，無鐵磁諧振、抗沖擊能力強(qiáng)，電流互感器只承受相間過電壓，絕緣要求大幅度降低。本實(shí)用新型由于將高壓智能電能計(jì)量單元所包含的取樣單元、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入等高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，不需要另外設(shè)置主絕緣，無線傳輸模塊采用無線模塊建立輸出信號的無線傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了高壓和低壓之間真正的電隔離，巧妙解決了高壓傳輸系統(tǒng)中傳輸與隔離的矛盾，通過通信功能，使得電力管理部門對電能的質(zhì)量計(jì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理延伸到高壓配電線，將電能付費(fèi)計(jì)量及質(zhì)量控制與高壓電氣開關(guān)設(shè)備的通斷保護(hù)功能在電能計(jì)量模塊中進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)了斷路器等高壓開關(guān)設(shè)備對輸出電能量的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量通斷。本實(shí)用新型采用軟件補(bǔ)償處理，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

圖I是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法的示意框圖。圖2是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法應(yīng)用于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理框圖。圖3是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法應(yīng)用于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的電氣線路連接示意圖。圖4是本實(shí)用新型的高壓電流取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備的三相四線Y-y接法電氣原理圖。圖5是本實(shí)用新型的高壓電壓取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備的三相四線Y-y接法電氣原理圖。圖6是本實(shí)用新型的取源單元嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備的I/P電源供電電路原理圖。圖7是本實(shí)用新型的高壓電流取樣裝置嵌入于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的三相三線V-V接法電氣原理圖。圖8是本實(shí)用新型的高壓電壓取樣裝置嵌入于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的三相三線V-V接法電氣原理圖。圖9是本實(shí)用新型的電能計(jì)量模塊及無線傳輸模塊嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備的電氣連接原理圖。上述圖中T1_T13微型電流傳感器;U1電能計(jì)量模塊；U2穩(wěn)壓單元；U3儲能元件；Rl-RlO電阻；RP1-RP6電位器；D1-D6 二極管；E1電池組
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。實(shí)施例I :如圖I所示是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法的示意框圖。嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，包括高壓電氣開關(guān)設(shè)備和高壓智能電能計(jì)量單元，其中高壓智能電能計(jì)量單元包括取樣單元、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊，進(jìn)一步地，取樣單元包括高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置，取源單元包括為電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊供電的I/P電源供電回路和電池組將所述高壓智能電能計(jì)量單元整體嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部；利用所述高壓電流取樣裝置獲取與設(shè)備電流成正比的mA級標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號；利用所述高壓電壓取樣裝置獲取與設(shè)備電壓成正比的mV級標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號；將標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號輸入電能計(jì)量模塊完成信號處理和電能計(jì)量；將電能計(jì)量模塊輸出信號送至無線傳輸模塊無線發(fā)送。本實(shí)用新型電能計(jì)量模塊的輸出信號可送至無線傳輸模塊通過無線發(fā)送實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方抄表，根據(jù)斷路器等高壓電氣開關(guān)設(shè)備的電路控制相數(shù)，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)顯示瞬時(shí)電流、電壓、電能累計(jì)電量、電能剩余電量、各費(fèi)率電能量等電能質(zhì)量計(jì)量參數(shù)，減少了人工測量和其他電工儀器儀表的使用及配合設(shè)置安裝，減少了工作量和成本，通過無線通信功能，使得電力管理部門對電能的質(zhì)量計(jì)量、遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理延伸到高壓配電線路設(shè)備。還可在發(fā)生不安全因素時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警或者將電能計(jì)量模塊輸出的控制信號送至高壓電氣開關(guān)設(shè)備的動(dòng)作機(jī)構(gòu)控制如斷路器操作觸頭和通斷機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，通過將電能付費(fèi)計(jì)量及質(zhì)量控制與斷路器的通斷保護(hù)功能進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)斷路器對輸出電能量的自動(dòng)監(jiān)控與計(jì)量通斷。如圖2所示是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法應(yīng)用于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理框圖現(xiàn)有技術(shù)的高壓電氣開關(guān)設(shè)備通常包括電源側(cè)進(jìn)線端子、負(fù)荷側(cè)出線端子、觸頭及控制通斷的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，本實(shí)用新型的高壓智能電能計(jì)量單元所包含的取樣單元、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入如高壓斷路器、高壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部的電源側(cè)進(jìn)線端子和負(fù)荷側(cè)出線端子之間(圖中所示為置于高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部負(fù)荷側(cè)工作線路上，同樣亦可布置在電源側(cè)工作線路上)。如圖3所示是本實(shí)用新型嵌入式電能計(jì)量方法應(yīng)用于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的電氣線路連接示意圖電能計(jì)量模塊和取樣單元、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其中取樣單元和取源單元分別同高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部負(fù)荷線路導(dǎo)線電氣連接，取樣單元設(shè)計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號并與電能計(jì)量模塊之間電信號連接，取源單元的輸出和電能計(jì)量模塊及無線傳輸模塊之間供電連接，電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊之間電信號連接。更具體地，取樣單元的高壓電流取樣裝置嵌入聞壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部并與聞壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相出線米用貫穿式連接，即一只或多只貫穿式微型電流傳感器，一次繞組制作成單匝或穿心式承擔(dān)被測電流，二次繞組輸出正比于設(shè)備電流的mA級電流信號與電能計(jì)量模塊的電流信號輸入端連接；取樣單元的高壓電壓取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部包括在高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線之間分別跨接由一個(gè)一次阻抗、一個(gè)二次阻抗、一個(gè)微型電流傳感器 和一個(gè)電位器構(gòu)成的mV級電壓高壓傳感器；其一次阻抗與微型電流傳感器的輸入端串聯(lián)后與被測電壓之兩端連接，微型電流傳感器的輸出端與其二次阻抗并聯(lián)并串接其電位器后與電能計(jì)量模塊的電壓信號輸入端連接；取源單元嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其I/P電源供電回路利用與高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線貫穿式連接的微型電流傳感器，通過將設(shè)備電流流過微型電流傳感器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流、濾波取出需要的電能后和電池組并聯(lián)，提供電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊所需電源。如圖4所示是本實(shí)用新型的高壓電流取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的三相四線Y-y接法電氣原理圖微型電流傳感器T1-T3的一次側(cè)為單匝繞組，二次側(cè)連接電能計(jì)量模塊Ul。電流取樣根據(jù)需要將一只或兩只或多只貫穿式微型電流傳感器T1-T3，一只或多只空心電流傳感器制作成一次繞組為單匝或穿心式(需要時(shí)可以用復(fù)匝)能承擔(dān)被測電流及相應(yīng)要求的一次繞組，通過高靈敏度寬負(fù)載特性好的鐵芯在二次輸出適應(yīng)電能計(jì)量模塊控制、計(jì)量需要的mA級標(biāo)準(zhǔn)微電流信號，微型電流傳感器的磁芯根據(jù)被測信號的特性選用適應(yīng)的材料以保證小電流時(shí)靈敏度高，超出測量電流范圍時(shí)具有飽和特性，避免過電流時(shí)故障擴(kuò)大，微型電流傳感器T1-T3的二次輸出形成等比于被測電流I的二次電流i輸入到電能計(jì)量模塊Ul進(jìn)行信號處理和電能計(jì)量，I/i的比值在電能計(jì)量模塊中的數(shù)字補(bǔ)償芯片中通過軟件設(shè)定，對所取得電能量進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償和誤差修正，以滿足計(jì)量精度要求。如圖5所示是本實(shí)用新型的高壓電壓取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的三相四線Y-y接法電氣原理圖采用電流法進(jìn)行電壓取樣A相中，電阻Rl與微型電流傳感器T4的輸入端串聯(lián)后，與被測電壓(A-B相)的兩端連接。微型電流傳感器T4的二次側(cè)輸出端并聯(lián)電阻R4，電阻R4的一端通過電位器RPl連接電能計(jì)量模塊UlB相和C相的連接方式相同。微型電流傳感器T4-T6的輸出電壓輸入電能計(jì)量單元Ul，作為高壓電能模塊的mV級標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，被測電壓V與信號電壓V的變比V/v在電能計(jì)量模塊中的數(shù)字補(bǔ)償芯片中通過軟件設(shè)定，對所取得電能量進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償和誤差修正，以滿足計(jì)量精度要求。[0051]A相、B相和C相之間取樣采用三相四線Y-y接法。如圖6所示是本實(shí)用新型的取源單元嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的I/P電源供電電路原理圖微型電流傳感器17的二次側(cè)設(shè)置公共地，輸出端分別串聯(lián)二極管D1、D2，二極管Dl、D2的公共端通過電位器RP4分別連接穩(wěn)壓單元U2和儲能元件U3。穩(wěn)壓單元U2的輸出端連接電池組E1，輸出端為供電Vcc端。微型電流傳感器T8、T9的接法與微型電流傳感器17相同。通過將負(fù)載電流流過微型電流傳感器I7-T9產(chǎn)生的電壓，進(jìn)行整流、濾波等步驟取出需要的電能，提供電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊所需電源Vcc。當(dāng)負(fù)載電流I在正常工作電流的5%以下時(shí)，微型電流傳感器I7-T9產(chǎn)生的電壓小于正常Vcc所需電壓時(shí)，儲能元件U3和電池組El起續(xù)流補(bǔ)償作用，由儲能元件U3和電池組El供電Vcc ;當(dāng)負(fù)載電流I達(dá)到5% -50%的正常工作電流時(shí)，微型電流傳感器I7-T9取出電壓，并對儲能元件U3充電,保持儲能元件U3的電能不損耗；當(dāng)負(fù)載電流I大于50%的正常工作電流，且儲能元件U3的電能處在儲滿狀態(tài)時(shí)，微型電流傳感器T7-T9及時(shí)飽和，停微型電流傳感器I7-T9的一次側(cè)可以為單匝導(dǎo)線，也可以是穿心式，也可以根據(jù)需要用多匝。整流所用的二極管D1-D6還可以根據(jù)工作環(huán)境及負(fù)載電流特性選擇不同的整流電路，例如橋式整流、倍壓整流、半波整流等。如圖7所示是本實(shí)用新型的高壓電流取樣裝置嵌入于高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的三相三線V-v接法電氣原理圖將高壓電氣開關(guān)設(shè)備的工作三相交流高壓電，接入兩相進(jìn)行取樣。方法原理與三相四線Y-y接法相同。如圖8所示是本實(shí)用新型的高壓電壓取樣裝置嵌入于高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的三相三線V-v接法電氣原理圖電流法進(jìn)行電壓取樣三相三線V-y接法，高壓電氣開關(guān)設(shè)備的工作三相交流高壓電的任意兩相進(jìn)行取樣。A相和C相的微型電流傳感器T12、T13的一次側(cè)設(shè)置公共端并且連接B相，二次側(cè)連接與三相四線Y-y接法相同。本實(shí)用新型的高壓電流取樣裝置嵌入于高壓電氣開關(guān)設(shè)備的貫穿式電流取樣電路和電流法進(jìn)行電壓取樣，還可以根據(jù)需要接成角-角和單相接法。如圖9所示是本實(shí)用新型的電能計(jì)量模塊及無線傳輸模塊嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備實(shí)施例的電氣連接原理圖電能計(jì)量模塊與微型電流傳感器T1-T6統(tǒng)一設(shè)計(jì)，改變了電能表的傳統(tǒng)連結(jié)方式，把微型電流傳感器的標(biāo)準(zhǔn)電流信號、標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，直接接入電能計(jì)量模塊，不再需要標(biāo)準(zhǔn)電壓信號的二次轉(zhuǎn)換。電能計(jì)量模塊包括A/D轉(zhuǎn)換芯片組、電能計(jì)量及信號處理芯片組；高壓電壓取樣裝置取得與設(shè)備電壓成正比的mV級標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號；高壓電流取樣裝置取得與設(shè)備電流成正比的mA級標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號；標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號分別輸入電能計(jì)量模塊，A/D轉(zhuǎn)換芯片組轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入電能計(jì)量及信號處理芯片組完成信號處理和電能計(jì)量；電能計(jì)量模塊一路輸出至高壓電氣開關(guān)設(shè)備動(dòng)作機(jī)構(gòu)的保護(hù)通斷驅(qū)動(dòng)信號完成電氣驅(qū)動(dòng)，一路輸出電能計(jì)量及遠(yuǎn)程監(jiān)控信號至無線傳輸模塊，無線傳輸模塊采用現(xiàn)有技術(shù)的無線模塊建立電能計(jì)量模塊輸出信號的數(shù)據(jù)無線傳輸方式。所述電能計(jì)量模塊還包括一數(shù)字補(bǔ)償芯片，數(shù)字補(bǔ)償芯片內(nèi)嵌補(bǔ)償軟件，用于對所取得電能量進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償和誤差修正。
權(quán)利要求1.嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，包括高壓電氣開關(guān)設(shè)備和高壓智能電能計(jì)量單元，其特征是: 所述高壓智能電能計(jì)量單元包括取樣單元、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊，取樣單元連接電能計(jì)量模塊，電能計(jì)量模塊的通訊端設(shè)置無線傳輸模塊； 高壓智能電能計(jì)量單元的取源單元、電能計(jì)量模塊、高壓電流取樣裝置、高壓電壓取樣裝置和無線傳輸模塊，利用高壓電氣開關(guān)設(shè)備的絕緣進(jìn)行電氣隔離，嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部; 所述取樣單元包括高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置，高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置的輸出端分別連接電能計(jì)量模塊； 所述取源單元包括為電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊供電的I/P電源供電回路和電池組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述的電能計(jì)量模塊和取樣單元、取源單元和無線傳輸模塊成套設(shè)計(jì)并整體嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其中取樣單元和取源單元分別同高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部負(fù)荷線路導(dǎo)線電氣連接，取樣單元設(shè)計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號和標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號并與電能計(jì)量模塊之間電信號連接，取源單元的輸出和電能計(jì)量模塊及無線傳輸模塊之間供電連接，電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊之間電信號連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述取樣單元的高壓電流取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部并與高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線采用貫穿式連接，即一只或多只貫穿式微型電流傳感器，一次繞組制作成單匝或穿心式承擔(dān)被測電流，二次繞組輸出正比于設(shè)備電流的mA級電流信號與電能計(jì)量模塊的電流信號輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述取樣單元的高壓電壓取樣裝置嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部包括在高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線之間分別跨接由一個(gè)一次阻抗、一個(gè)二次阻抗、一個(gè)微型電流傳感器和一個(gè)電位器構(gòu)成的mV級電壓高壓傳感器；其一次阻抗與微型電流傳感器的輸入端串聯(lián)后與被測電壓之兩端連接，微型電流傳感器的輸出端與其二次阻抗并聯(lián)并串接其電位器后與電能計(jì)量模塊的電壓信號輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述取源單元嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，其I/P電源供電回路利用與高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)單相、兩相或三相導(dǎo)線貫穿式連接的微型電流傳感器，通過將設(shè)備電流流過微型電流傳感器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流、濾波取出需要的電能后和電池組并聯(lián)，提供電能計(jì)量模塊和無線傳輸模塊所需電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述無線傳輸模塊采用現(xiàn)有技術(shù)的無線模塊建立電能計(jì)量模塊輸出信號的數(shù)據(jù)無線傳輸方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述電能計(jì)量模塊包括A/D轉(zhuǎn)換、電能計(jì)量及信號處理芯片組，電能計(jì)量模塊的輸出一路送至無線傳輸模塊，還有一路送至高壓電氣開關(guān)設(shè)備動(dòng)作機(jī)構(gòu)進(jìn)行電氣驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，其特征是所述電能計(jì)量模塊的信號處理芯片組還包括一內(nèi)嵌補(bǔ)償軟件對所取得電能量進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償和誤差修正的數(shù)字補(bǔ)償芯片。
專利摘要嵌入式高壓電能計(jì)量開關(guān)，屬于高壓電能計(jì)量、智能監(jiān)控領(lǐng)域。高壓智能電能計(jì)量單元包括高壓電流取樣裝置、高壓電壓取樣裝置、電能計(jì)量模塊、取源單元和無線傳輸模塊，其特征是將高壓電流取樣裝置和高壓電壓取樣裝置利用現(xiàn)有的隔離措施嵌入高壓電氣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，獲取與設(shè)備電流成正比的mA級標(biāo)準(zhǔn)電流計(jì)量信號及與設(shè)備電壓成正比的mV級標(biāo)準(zhǔn)電壓計(jì)量信號；輸入電能計(jì)量模塊完成信號處理和電能計(jì)量。本實(shí)用新型利用了高壓開關(guān)的電氣隔離，節(jié)約制作材料，減少占地空間，大幅度降低計(jì)量成本，廣泛用于高壓電能計(jì)量、監(jiān)控、高壓電氣開關(guān)設(shè)備的智能化，提高安全運(yùn)行系數(shù)，增加智能、防竊電、數(shù)據(jù)獲取、傳輸功能。
文檔編號G01R15/14GK202494723SQ20122012121
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者徐文超, 榮博, 榮瀟 申請人:山東計(jì)保電氣有限公司