專利名稱：一種智能化配電柜的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種供電設備，尤其是指一種智能化配電拒。
背景技術：
隨著科學技術的進步，變頻器、開關電源、不間斷電源、通信設備、醫(yī)療儀器等 用電設備對供電的質量提出了更高的要求，即對供電的可靠性、穩(wěn)定性、電網(wǎng)電壓、
電網(wǎng)的缺相與4斜目、防雷防過載電壓、防諧波干4脈電磁兼容等問題,都有嚴格的要 求。但目前生產(chǎn)的普通變壓器綜合配電則不具備或不完全具備以上防護功能,輸配電
保護大部^l亭留在電磁保護和熱保護的水平上。當供電分濟u^生故障時反映遲鈍動作
不準確。拒動、誤動現(xiàn)象較為^i4,給安全供用電留下諸多的隱患。普通配電拒的自
動外hf嘗電路由切換電容a^妻觸器、自動4M嘗控制器、電容、交^y妻觸器組成。這種配 電柜向上述用電i殳M電時，由于保護功能不完善所以一但供電質量不能滿足要求， 配電拒不能作出有效的a，久而久《^i^用電設備的損壞，甚至影響整個電網(wǎng)的 供電。
實用新型內(nèi)容
本實用新型需要解決的技術問^A提供一種在^W普通配電柜的差j出上加裝智 負fe化功肯財狹而成的智能化配電拒,可實現(xiàn)隨時^^則、監(jiān)控電網(wǎng)的^^貞質量指標,向負 栽端提供安全電能，從而避免用電設備的損壞，進而避免it^整個電網(wǎng)供電質量不穩(wěn) 定一類事件的n。
為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是
一種智能化配電拒，包括電源引4置、計量采樣回路、電負fe計費回路、主開關、 測量采樣回路、電流電壓監(jiān)視回路、it^保護回路、饋電保護開關、饋電隔離開關、4M嘗回路,其特^^于它還包括置于主開關內(nèi)部的智能化功能才狹K，智能化功肯^莫 塊K包括隔離信號調理電路l、同步信號;f^則電路2、 A/D轉換電路3、基準電路4、 具有可編程看門狗的串行E2 PROM電路5 、 CPU電路6 、實時鐘電路7 、 I/0擴展電路8 、 鍵盤9、輸出電路IO、 LCD液晶顯示電路ll、 RS232和RS485接口電路12和電源供 應電路13,其中
隔離信號調理電路1和基準電路4各與A/D轉換電路3相連；
I/O擴展電路8分別與鍵盤9、輸出電路10和實時鐘電路7相連；
CPU電路6分別與A/D轉換電路3、具有可編程看門狗的串行E7R0M電路5、同 步信號檢測電路2、 LCD液晶顯示電路ll、 RS232和RS485接口電路12相連。
作為本實用新型的優(yōu)化，所述^M嘗回路為智能無功4W嘗回路J，包括智能控制器 14和復合itl^:切開關15。
作為智能無功4M嘗回路J的P艮定,所述智能控制器14為WKD-V型智能無功^^嘗裝 置，所述復合過^W:切開關15為JD-16B型切換開關。
本實用新型的工作原理如下
電源引4置:用于將電網(wǎng)上的電能引入到主開關上；
計量采樣回路:利用磁壽給方式采集流過導體內(nèi)的電流信號，通過導^l敘送到電 負汰；
電能計費回路:將計量采樣回路的電流信號轉纟械用電量數(shù)據(jù),用于核算電費； 主開關:用于接通或分斷智能化功育M狹K組成中供電回路13的電源； 測量采樣回路:利用電磁^^原理在主開關的出線側獲得一次電流的數(shù)據(jù),并利
用傳輸導線輸劇監(jiān)艦計；
電流電壓監(jiān)視回膝利用測量采樣回路E提供的電量數(shù)據(jù)監(jiān)視電網(wǎng)的運行狀態(tài)； iiB/f呆護回膝矛諷無間隙氧化鋅避雷器， 一端連接于主開關下口的主回路上,一
^!妄入^i也，用于吸收饋電母線上的雷擊過電壓或操作過電壓；智能無功4M嘗回路J:利用智能控制器和先進的復合it^^殳切技術,根據(jù)電網(wǎng)的 功率因數(shù)，適時的進行自動4M嘗；
饋電保護開關:用于對出線回路實現(xiàn)過栽、Mi 各、缺相、漏電等保護，向負載端提
饋電隔離開關:是為保障^^妙而增設的明顯斷開點； 智能化功f W莫塊K:對主開關的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，其組成中 隔離信號調理電路l，用于對交流電壓或電流信號進行隔離、整流、濾波轉^^
適宜A/D芯片^T入的直流4言號；
同步信號檢測電路2,用于對交流正弦波轉換為所需頻率的脈沖方波，供;^M
對^4財目序進4亍鑒別；
A/D轉換電路3，用于將才對以信號轉為數(shù)字信號； 基準電路4，用于給A/D轉換電路提供電壓基準；
具有可編程看門狗的串行E2PR0M電路5，用于監(jiān)控CPU電路的運行狀態(tài)，芯片內(nèi) 的E2PR0M用于存貝i每個時間間隔的電壓和電流的最大值和最小值； CPU電路6，是整個智能化功負^狹的核心，肯腿行內(nèi)部!i&存的牙踏； 實時鐘電路7，為系M4^供實時鐘信號； I/O擴展電路8，用于提^MJ:接口和輸出接口 ； 4tt 9, ^^者可通過皿對系統(tǒng)進行才i^乍；
輸出電路10，由繼電器干接點和^^烏器構成,提供跳閘控制和報^f言號； LCD液晶顯示電路11,能提供給用戶直觀的數(shù)值、報^f言息和才剁乍輔助信息； 接口電路12，使系統(tǒng)具備與上^^it訊的能力，并可多相聯(lián)網(wǎng)，以組成完善的監(jiān) 控網(wǎng)絡；
電源^^應電if各13向各電鴻供電。
由于采用了上述的技術方案,本實用新型所提供的智能化配電拒具有如下功能① 供電電網(wǎng)電壓檢測、控制功能；
a. 檢測電網(wǎng)電壓的即時值并予以顯示；
b. 當供電電網(wǎng)電壓大于額定值+5%士10°/ (其值由用戶按需調整)的時候,延時接通 報警電路，發(fā)出聲^艮警,提供i^巨離控制干接點或232接口，通知用戶及時處理。如 果供電電網(wǎng)電壓進一步升高，&訓戶設定的警戒值(其值與額定值的+5%土20%,由用 戶^Jt)自動延時切斷電源，并發(fā)出聲i^艮警干接點和232接口電路通知用戶及時處 理斷電事故；
c. 當供電電網(wǎng)電壓低于額定報警電壓，發(fā)出聲iU艮警，提供i^巨離控制干接點或 232接口，通知用戶及時處理。如果供電電網(wǎng)電壓進一步下降，達到用戶設定的警戒值 (其值為額定值的-5% ~ -25%由用戶設幻自動延時切斷電源,并發(fā)出聲^艮警、干接點 報警和232接口電路通知用戶及時處理斷電事故；
d. 當供電電網(wǎng)電壓高于額定值的50%,或低于額定值的50%，則在0. 5秒時間內(nèi)切 斷電源并發(fā)出報tf言號；
e. 按時鐘整點為準，記錄當前及過去24小時內(nèi)每小時時間段內(nèi)的最高電壓值和 最低電壓U^它們出現(xiàn)的準確時間，這些數(shù)值可以按需顯示,也可以按需打印出來。以 供用戶研究供電電網(wǎng)電壓質量的變化關jy聿和提供糾正4絲；
f. 才狹內(nèi)時鐘的走時精度每24小時不得大于IO秋且允許才汪誤差,重新設定時 間值。內(nèi)設電池保證斷電時走時仍然準確且確實存儲的信息不會丟失。
② 配電拒輸出電流的^^則和控制功能 a.配電拒輸出電流的4&則和控制要求
酉己電拒輸出電流的4&則和控制的要求和扭高^a電器，供電變壓器的電^i&則 和控制的要求是不相同。配電拒輸出電流的檢測和控制的要4^決于它的負載,不同 的負載(如恒定負載電流的負載、直接起動的鼠籠型電機負載、非線性的電力電子負 載等)有不同的要求。對恒定負載電流型用電設備而言,工作電流超出詔文值很小的一
6個數(shù)值，比方說土5%，就認為有故障，超出土5%可認為用電設備已遭損壞。對直接起動的 鼠籠式交流電動機而言，起動電流可達額定值的7倍左右，電流的枱鍘、控制必須對大 電流沖擊有一個雙曲線型的延時保護棒性，所以具體生產(chǎn)機械的具^求，只能由設 備本身去解決,智能化電鴻4MM乍統(tǒng)一的規(guī)定,智能化配電拒對輸出電流的檢測和控 制功能主要由以下b， c， d三方面的功能
b. ^"測酉己電柜輸出電流的即時值并加以顯示；
c. 當配電拒的輸出電^^出用戶^^值的±1%—土5%的時^^時(延時量為1—99分 鐘由用戶iK)接通聲^艮警電i l^供超巨離報警干接點或232接口，通知用戶及時 分析原因，酌情處理。
當配電拒的輸出電《J1出用戶it^值的2—8倍，則延時1—5 ^!中(設定值由用戶幻 報警，報警后5分鐘內(nèi)(其值由用戶幻沒有'1^1到設定值以下則自動切斷電源。當配 電拒的輸出電*^出用戶設定值的10倍以上，則認定用戶端出現(xiàn)Mi^故障，立即切斷 電源，^H己錄斷電時間值；
d. 按時鐘整點為標準，記錄當前及過去24小時內(nèi)每小時時間段內(nèi)的最大電^^ 最小電流值以及它們出現(xiàn)的準確時間值，這些凄t值可按需顯示出來或打印出來,用戶 可根據(jù)此分析電網(wǎng)負荷的變化M^和提^^理^^的方法。
③ 供電電網(wǎng)4斜目、斷相、^目嚴重不平衡的^^則和控制
智能化配電拒能夠自動識別供電電網(wǎng)的itt^目序,可以檢測斷相和^目嚴重不平 衡的故障， 一旦出現(xiàn)4斜目、斷相或^目不平衡度大于10%的故障，立即發(fā)出聲^艮^f言 號通過干接點信號或通過232接口 ，通知用戶酌情處理，也可以立即切斷電源,該功能 的選擇,由用戶根據(jù)用電設備的M情況捧宜選用最合適的方法。
④ 斷電自動記錄,來電自動'l^^供電的功能
不論配電拒因何種原因斷電，智能化配電拒都必須記錄斷電的準確時間，電網(wǎng)恢 復正常供電后，智能化電#有自動識別供電電網(wǎng)的供電質量(如電壓、相序、有否斷
7相、有否嚴重的^4目不平衡等)，當電網(wǎng)的供電質量符合用戶設備的要求，則自動延時
't^^供電，避開電網(wǎng)'l^l供電初瞬的浪涌沖擊^i己下十tt供電的準確時間。
綜上，本實用新型與現(xiàn)有配電才封目比,所取得的技 步是可實現(xiàn)隨時枱鍘、監(jiān)
控供電電網(wǎng)的各項質量指標， 一但供電電網(wǎng)的供電質量降低如電壓過高或過低，斷相
或錯相，諧波量過大等，則隨時記錄并通過聲iy艮警信號或千接點信號或通過232
通if^口通知用戶設備不育^c受的時候(^i丈障斷相等)，則由智能化電路給出強制
切斷供電電源防止故障i^一步擴大化。
本實用新型適用于^目四線的低壓電網(wǎng)，集#配電，#用電，節(jié)能降壽毛，用
電枱訓，用電管理功能于一體，用^t人身觸電保護，線路或用電設備的接地故障、
通過電流缺相、斷零等故障進行保護。
本實用新型下面將結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖l是本實用新型實施例的電路方框圖2是圖1中智能化功負^狹K的電原理圖3是圖2中一路隔離信號調理電路101的原理圖4是圖2中的一路同步信號檢測電路201的原理圖5是圖2中的A/D轉換電路3和基準電路4的原理圖6是圖2中的具有可編程看門狗的串行EWROM電路5的原理圖7是圖1中智能無功4hj嘗回路J的電原理圖。
圖中K—智能化功肯^狹,J一智能無功4M嘗回路。
1—隔離信號調理電路，2—同步信號4企測電路，3—A/D轉換電路，4—基準電 路,5—具有可編程看門狗的串行E2PROM電路，6—CPU電路,7—實時鐘電路，8—I/O 擴展電路,9一Mit, 10—輸出電路,ll一LCD液晶顯示電路,12—RS232和RS485才妄口電 路，13—和電源供應電路,14—智肯g控制器，15—復合過^^:切開關，101--路隔離信號調理電路，201——路同步信號檢測電路的原理圖，TB—變壓器，R1-R20 —電 阻，Dl-D4 —^fel管，IC1A、 IC1B、 IC1C、 IC1D—;改大器，X5045—芯片。 l沐實施方式
以下實施例只用于進一步"i兌明本實用新型，并不限定本實用新型。 實施例
一種智能化配電拒，如圖1所示，它包括電源引^置、計量采樣回路、電能計費 回路、主開關、測量采樣回路、電流電壓監(jiān)視回路、ita保護回路、智能無功4M嘗回 路J、饋電保護開關、饋電隔離開關、智能化功育M狹K。
各組成部分的連接關系如下
電源引7^置一端連于電網(wǎng)， 一端連4妄于主開關；
計量采樣回路接于主開關的，側；
電能計費回路于計量采樣回路后；
測量采樣回^4妄于主開關的出線側，其后接電流電壓監(jiān)視回路； it^保護回路為無間隙氧化鋅避雷器， 一端連接于主開關下口的主回3各上， 一端 接入大地；
智能無功4M嘗回路J接于測量采樣回路后； 饋電保護開關ii^端與主開關相連，出線端與饋電隔離開關相連； 饋電隔離開關一端與饋電開關相連， 一端與負勤目連；
智能化功負M狹K置于主開關內(nèi)部。參考圖2，它包括隔離信號調理電路1、同步 信號^:則電路2、 A/D轉換電路3、基準電路4、具有可編程看門狗的串行E1R0M電 路5、 CPU電路6、實時鐘電路7、 1/0擴展電路8、勉9、輸出電路IO、 LCD液晶 顯示電路11、 RS232和RS485接口電路12和電源供應電路13，其中 隔離信號調理電路1和基準電路4各與A/D轉換電路3相連； I/O擴展電路8分別與4錢9、輸出電路10和實時鐘電路7相連；
9CPU電路6分別與A/D轉換電路3、具有可編程看門狗的串行E7R0M電路5、同 步信號檢測電路2、 LCD液晶顯示電路11、 RS232和RS485接口電路12相連；
參考圖7，智能無功州嘗回路J包4^曰。能控制器14和復合過^:切開關15，其中 智能控制器14為WKD-V型智能無功4M嘗裝置，復合it^:切開關15為JD-16B型切換 開關。
智能^f狹電路如圖1所示，包括隔離信號調理電路1、同步信號^^則電路2、A/D 轉換電路3、基準電路4、具有可編程看門狗的串行E2PROM電路5、 CPU電路6、實 時鐘電路7、 I/O擴展電路8、 9、輸出電路10、 LCD液晶顯示電路11、 RS232 和RS485接口電路12、和電源供應電路13。其中
隔離信號調理電路1和基準電路4各與A/D轉換電路3相連； I/O擴展電路8分別與4紐9輸出電路10和實時鐘電路7相連； CPU電路6分別與A/D轉換電路3具有可編程看門狗的串行E2PR0M電路5、同步 信號檢測電路2、 LCD液晶顯示電路ll、 RS232和RS485接口電路12相連； 電源4^應電路13分別向上ii各電贈供電。
其中，隔離信號調理電路1,包括六路隔離信號調理電路101，電壓信號采用變壓 器隔離，可根據(jù)實際電壓范圍進行匹配，每相電壓信號需一個變壓器，此變壓器亦是同 步信號^^r測源。電流信號采用5A: 200mA電流互感器隔離，使之可與主回路標準電流互 感器進行匹配。
隔離信號調理電路1對交流電壓或電流信號進行隔離、整流、濾波轉4械適宜 A/D芯片輸入的直流信號。如圖3所示，^—路隔離信號調理電路101包括變壓器TB、 電阻R1-R9、 二極管D1-D2、以絲用LM324通用器件的放大器IC1A、 IC1B。
進行鑒別。如圖4所示，一路同步信號才&則電路201它包括電阻RIO-R17、 ^^及管 D3-D4、以M用LM324通用器件的方丈大器IC1C、 IC1D。如圖5所示,A/D轉換電路3采用高速串行12位^l碎率A/D芯片TLC2543，最高轉 換速率可達200kbps，單電源5V供電；基準電路4包括電阻R18-R20,還包括^^^及管D4， 為可調分流電壓穩(wěn)壓器TL431。
具有可編程看門狗(WTG)的串行E2PR0M電路5，用于監(jiān)控CPU電路的運行狀態(tài)，片 內(nèi)的E2PR0M用于存貯每個時間間隔(由用戶i殳幻的電壓和電流的最大值和最小值。 如圖5所示，它采用了具有可編程看門狗的串行E2PR0M芯片X5045，每片X5045具有 512字節(jié)的E2PR0M，采用四片可使E2PR0M增加到2K字節(jié)。
另外，CPU電路6，是整個智能化功能才狹的核心，育組行內(nèi)部貯存的程序，采用 Winbond的8位處理器W78E54，配以11. 0592MHz的晶#;
實時鐘電路7，為系鄉(xiāng)A^供實時鐘信號，采用DALLAS的DS12887芯片，內(nèi)置鋰電池， 可為系統(tǒng)提供實時鐘信號；
1/0擴展電路8采用INTEL的81C55芯片，可提^M^接口和輸出接口；
4紐9采用薄膜4斜建，^^者可通過 對系統(tǒng)進^#^乍；
輸出電路10由繼電器干接點和^4器構成，提供跳閘控制和報^f言號。
LCD液晶顯示電路ll負^是供給用戶直觀的數(shù)值、報^f言息和4剁乍輔助信息。采 用以HD44780芯片為核心的液晶顯示才狹，可顯示2行16字符；
RS232和RS485接口電路12,其中RS232接口采用MAX232芯片，RS485釆用 75LBC184芯片，接口電路使系統(tǒng)脅與上^4縫訊的能力，并可多相聯(lián)網(wǎng)，以組成完 善的監(jiān)控網(wǎng)絡。
電源供應電路13采用LM7812、 LM7912和LM7805穩(wěn)壓器分別產(chǎn)生+12、 -12V和 +5V電源。
上述實施例經(jīng)濟歲i^和it^^^^^斤
本產(chǎn)品是在原有老式的配電柜勤出Jii口裝智能控制才狹而成，因此生產(chǎn)成本并沒 有太大的增加，生產(chǎn)工藝并沒有發(fā)生改變,原有的工裝^殳備仍可滿足該產(chǎn)品的生產(chǎn)需
ii要,而產(chǎn)品附力口值卻有了較大的提高。該產(chǎn)品^^躺后，^目同負載功率^f牛下，可 降低變壓器的安裝參量，減少纟^ 各^i殳備的有功損粍增大導線的傳輸能力。由于具有
十分明顯的節(jié)能降^^丈果，所以適應國家當前節(jié)能、減排的國情要求;另外，該產(chǎn)品還 具有遠方通訊功能，可以有^b也降低供電部們的運行管理成本。
綜上所述,本產(chǎn)品具有很好的推廣^^)價值， 一但^i文市場,必將取得良好的社會 經(jīng)濟艦。
權利要求1、一種智能化配電柜，包括電源引入裝置、計量采樣回路、電能計費回路、主開關、測量采樣回路、電流電壓監(jiān)視回路、過壓保護回路、饋電保護開關、饋電隔離開關、補償回路，其特征在于它還包括置于主開關內(nèi)部的智能化功能模塊(K)，智能化功能模塊(K)包括隔離信號調理電路(1)、同步信號檢測電路(2)、A/D轉換電路(3)、基準電路(4)、具有可編程看門狗的串行E2PROM電路(5)、CPU電路(6)、實時鐘電路(7)、I/O擴展電路(8)、鍵盤(9)、輸出電路(10)、LCD液晶顯示電路(11)、RS232和RS485接口電路(12)和電源供應電路(13)，其中隔離信號調理電路(1)和基準電路(4)各與A/D轉換電路(3)相連；I/O擴展電路(8)分別與鍵盤(9)、輸出電路(10)和實時鐘電路(7)相連；CPU電路(6)分別與A/D轉換電路(3)、具有可編程看門狗的串行E2PROM電路(5)、同步信號檢測電路(2)、LCD液晶顯示電路(11)、RS232和RS485接口電路(12)相連。
2、 根據(jù)權利要求1所述的智能化配電拒，其特4aL^于:所述^hf嘗回路為智能無功 4hj嘗回路(J ),包括智能控制器(14 )和復合過^t殳切開關(15 )。
3、 根據(jù)權利要求2所述的智能化配電拒，其特^E^于:所述智淑空制器(14)為 WKD-V型智能無功^hj嘗裝置,所述復合過^t殳切開關(15 )為JD-16B型切換開關。
專利摘要本實用新型公開了一種智能化配電柜，是在現(xiàn)有普通配電柜的基礎上加裝智能化功能模塊而成的，另外還以智能無功補償回路替代原有的自動補償回路。該配電柜可實現(xiàn)隨時檢測、監(jiān)控電網(wǎng)的各項質量指標，向負載端提供安全電能，從而避免用電設備的損壞，提高整個電網(wǎng)供電質量的穩(wěn)定性和可靠性，本配電柜具有數(shù)據(jù)遠傳，事故及運行狀況記錄功能，集供電、配電保護、無功補償、用電監(jiān)控和用電管理于一體，可有效地提高電網(wǎng)的傳輸能力，降低線路損耗，減少運行管理成本，適用于農(nóng)村電網(wǎng)的三相四線制系統(tǒng)中，做為戶外變壓器側的輸配電設備。
文檔編號G01R11/56GK201345506SQ20082022761
公開日2009年11月11日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者何彥芬, 燕青志, 郝麗梅 申請人:寧晉縣供電有限責任公司