专利名称：防窃电电能表的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量用户使用的电能(千瓦时数)的电能表，的防窃电技术方案。
背景技术：
电能表在使用过程中可能会遇到窃电的情况，有效的防止窃电，对节约能源，保护供电部门的权益都有很重要的意义。不断完善电能表的防窃电技术也是供电部门和大众所关心的问题。
发明内容
本发明正是为了解决现有技术中的上述问题而完成的，其目的是提供一种有效的防止窃电的电能表。为了解决上述任务，本发明采用的技术方案是一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；电抗，连接在电力线上；信号输出部，向电力线输出信号；检测部，从电力线上检测信号输出部输出的信号，确定有无旁路元件。一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；电抗，连接在电力线上，该电抗的表面有不同电阻率的导电层；信号输出部，向电力线输出信号；检测部，从电力线上检测信号输出部输出的信号，确定有无旁路元件。一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；电抗，连接在电力线上；信号输出部，向电力线输出信号；检测部，从电力线上检测信号输出部输出的信号，确定有无旁路元件；交流电检测部，用于检测交流电波形的指定点。一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；线圈，连接在电力线上；信号输出部，向线圈输出信号；检测部，检测线圈上的信号，确定有无旁路元件；该电能表还可以包括交流电检测部，用于检测交流电波形的指定点。一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；线圈，连接在电力线上，该线圈的导线的表面有不同电阻率的导电层；信号输出部，向线圈输出信号；检测部，检测线圈上的信号，确定有无旁路元件；该电能表还可以包括交流电检测部，用于检测交流电波形的指定
点O一种电能表，包括电力线，连接在电能表上；线圈，连接在电力线上；电容，与线圈组成谐振电路；信号输出部，向线圈输出信号；检测部，检测线圈上的信号，确定有无旁路元件。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样端；通过变换电压采样端来变换电压采样源；在电压采样源中还可以有限制电压值的电压采样源，还可以有频率振荡电路；该电能表还可以包括电流/电压转换器。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，供电压采样端采样；频率振荡电路，是电压采样源中的一种电压采样源；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源；该电能表还可以包括转换开关，转换开关与电压采样端连接，用于切换电压采样源。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；转换开关，与电压采样端连接，用于切换电压采样源。当失压检测部检测到预定电压值时，转换开关切换电压采样源。一种电能表，包括失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；电流/电压转换器，用于把电力线中的电流转换成电能表内供逻辑电路用的电源电压； 当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源；该电能表还可以包括转换开关，转换开关与电压采样端连接，用于切换电压采样源。
图1是电能表的示意图；图2是实施例1中防旁路窃电方案示意图；图3是实施例1中防旁路窃电方案示意图；图4是实施例1中防旁路窃电方案示意图；图5是旁路窃电的常见连接方式示意图；图6是实施例2中防旁路窃电方案示意图；图7是电能表的示意图；图8是实施例3中防接地窃电方案示意图；图9是实施例3中防接地窃电方案示意图；图10是实施例3中防接地窃电方案示意图；图11是实施例4中防旁路窃电方案和防接地窃电方案示意图。
具体实施例方式本发明的实施例1:现有技术的单相电能表一般如图1所示，电能表100的外壳上有4个接线端子 110，这4个接线端子110分别是端子11、端子12、端子13和端子14。端子11接电力线的火线L(Live)的进线；端子12接火线L的出线，再接负载IUd的一端。端子13接电力线地线N(Neutral)的进线；端子14接地线N的出线，再接负载IUd的另一端。火线L的进线和地线N的进线连接电网电压，例如220V。电能表100的内部有电源120，电源120将电网电压(即火线L与地线N之间的电压)降压和整流后，输出电源电压Vcc，Vcc给计量部130 和显示器140供电即给电能表100供电。计量部130采样用户负载IUd的电压(可以参看图7)。计量部130分别采样锰铜分流器Rid和电流互感器CT，采样流经火线L和地线N的用户负载电流，如图1所示。计量部130根据负载电压和负载电流计算出负载消耗的功率及电能供显示器140显示。当有窃电发生时，例如，在火线L的进线与火线L的出线之间连接了旁路线Sbpl (如图5所示)，旁路线Sbpl短路了火线L流经电能表100的电流。这种情况下，电能表100能检测出流经地线N的电流大于流经火线L的电流，根据电流不平衡能检测出有旁路窃电发生。但是，当在火线L和地线N上都连接了旁路线Sbpl和Sbpn时(如图5所示)，这时无论在火线L还是在地线N都没有电流流经电能表100，这种情况下电能表无法检测出有窃电发生。本实施例的防窃电电能表的示意图如图2所示。本实施例是介绍防旁路窃电 (By-pass)。在图2中的电能表100还应包括图1的传统的电能表所需的部件，即包括电能表的计量和显示部件，但这里为了说明图示的方便，没画出这部分部件。在图2中，在电能表100的外壳上有4个接线端子110，这4个接线端子110分别是端子11、端子12、端子13和端子14。端子11接电力线火线L(Live)的进线；端子12接电力线火线L的出线，再接负载IUd的一端。端子13接电力线地线N(Neutral)的进线；端子14接电力线地线N的出线，再接负载IUd的另一端。火线L的进线和地线N的进线连接电网电压，例如220V。本实施例的窃电检测模块包括电抗Rspl，检测部200，信号输出部210，过零检测部220，控制部230。电抗Rspl与锰铜分流器Rid串联，即电抗Rspl的一端经由锰铜分流器Rid连接端子11，电抗Rspl的另一端接端子12。锰铜分流器Rid是传统的电能表(图1)中的用户负载电流采样电阻，如果传统的电能表没有锰铜分流器Rid，则本实施例将不用锰铜分流器 Rid，这样，电抗Rspl的一端连接端子11。电抗Rspl可以是一条电阻率比较大的导线，例如一条锰铜导线。在图2中，检测部200的两个输入端PBl和PB2分别接电抗Rspl的两个端头。检测部200检测电抗Rspl两端的电压信号；即从电力线上在电抗Rspl的两端，检测部200检测信号输出部210输出的信号。检测部200的输出端PB3接发光二极管LED，点亮或熄灭LED。检测部200经由双向数据线与控制部230连接，用于双方传输控制信号和数据信号。检测部200由处理器的I/O 口，信号放大器、模拟比较器或A/D转换器组成。检测部200也可以由信号放大器和处理器的I/O 口组成。信号输出部210的两个输出端PAl 和PA2分别接电抗Rspl的两端。信号输出部210向电抗Rspl的两端输出检测电压信号； 由于电抗Rspl是连接在电力线上，所以信号输出部210向电力线输出信号，经由电力线向电抗Rspl输出信号。信号输出部210通过双向数据线与控制部230连接，用于双方传输控制信号和数据信号。信号输出部210由微处理器的I/O 口及输出驱动电路组成。交流电检测部在本实施例中是过零检测部，当然也可以是交流电的波峰检测部等。过零检测部220 的输入端PCl与电力线的地线N连接；也可以与窃电检测模块的供电电源Vcc (图1中电源120)的整流电路之前的交流电端连接，检测电网交流电的过零点。过零检测部220通过双向数据线与控制部230连接，用于双方传输控制信号和数据信号。过零检测部220由微处理器的I/O 口和输入缓冲电路组成。检测部200，信号输出部210，过零检测部220和控制部 230可以由同一块微处理器芯片来实现，例如一片单片机来实现，该单片机可以包括数据储存器、程序储存器、非易失性数据储存器、定时器，A/D转换器、模拟比较器、I/O 口等。在图2中，检测部200的两个输入端PBl和PB2之中，有一个输入端可以是窃电检测模块的公共线(GND)；例如，检测部200由单片机来实现的话，则PB2是单片机的PB2管脚，PBl是单片机的地线管脚GND。信号输出部210的两个输出端PAl和PA2之中有一个输出端可以是窃电检测模块的公共线(GND)；例如，信号输出部210由单片机来实现的话，则 PA2是单片机的PA2管脚，PAl是单片机的地线管脚GND。火线L也可以是窃电检测模块的公共线(GND)，例如，电抗Rspl的一端是窃电检测模块的公共线(GND)。当要检测窃电时，控制部230控制过零检测部220检测电网交流电的过零点。在电网交流电的过零点，控制部230控制信号输出部210在电抗Rspl的两端输出检测电压， 信号输出部210输出的电压可以是单个脉冲电压或多个脉冲电压。信号输出部210还可以是恒流源，即输出恒定的电流信号在电抗Rspl上产生电压。控制部230同时控制检测部 200在电网交流电的过零点，检测电抗Rspl两端的电压。当在火线L的进线(端子11)和火线L的出线(端子12)之间没有旁路线Sbpl (或没有旁路元件)时，检测部200检测到的，信号输出部210输出的电压在，电抗Rspl两端的电压Vrp将大于预定值Vp，因为这时没有旁路线Sbpl (或没有旁路元件)并联在电抗Rspl的两端分流。如果有旁路线Sbpl (或旁路元件)，如图5所示，由于旁路线Sbpl (或旁路元件)并联在电抗Rspl的两端分流，所以检测部200检测到的，信号输出部210输出的电压在，电抗Rspl两端的电压Vrp将小于预定值Vp。检测部200根据检测到的，信号输出部210输出的电压在，电抗Rspl两端的电压Vrp是否小于预定值Vp，可以确定有无旁路线Sbpl (或旁路元件)连接在电力线上，可以确定有无旁路窃电。即，检测部200根据检测到的电抗Rspl两端的电压Vrp是否小于预定值Vp，可以确定有无旁路线Sbpl (或旁路元件)连接在电力线上，可以确定有无旁路窃电。 检测部200检测到有窃电发生时，通过输出线PB3点亮LED，发出窃电报警。如图2所示，信号输出部210将频率为ficn(例如40KHz)的脉冲电压信号输出给电抗Rspl的两端。或信号输出部210将频率为ficn (例如40KHz)的脉冲恒流信号在电抗 Rspl两端产生的电压。检测部200只要在电抗Rspl的两端能检测到大于预定电压值Vp的频率为ficn的电压信号(由信号输出部210输出)，则可以确定无窃电发生。如果检测部 200检测不到频率为ficn的电压信号，或者检测到的频率为ficn的电压信号低于预定值 Vp，说明有旁路窃电发生。检测部200的两根输入线PBl和PB2也可以接在锰铜分流器Rid的两端，如图3所示。如果有旁路线Sbpl(或旁路元件)窃电时，锰铜分流器Rid经由旁路线Sbpl(或旁路元件)并联在电抗Rspl的两端，如图5所示，所以检测部200可以检测锰铜分流器Rid两端的电压，等效于检测电抗Rsp 1两端的电压，来判断有无旁路窃电发生。电抗可以是电阻抗，即电阻；电感抗，即电感，或感抗；线圈电抗，即线圈；电容抗， 即电容，或容抗。在图4中，线圈Lspl与锰铜分流器Rid串联后连接在端子11和端子12之间。锰铜分流器Rid是传统的电能表(图1)中的用户负载电流采样电阻，如果传统的电能表没有锰铜分流器Rid，则本实施例将不用锰铜分流器Rid，这样，线圈Lspl的两端分别连接在端子11和端子12上。在图4中，信号输出部210通过线圈Lsp2向线圈Lspl输出检测电压， 信号输出部210的两个输出端PAl和PA2分别与线圈Lsp2的两端连接。检测部200通过线圈Lsp3检测线圈Lspl上的电压，检测部200的两个输入端PBl和PB2分别与线圈Lsp3 的两端连接。线圈Lspl，线圈Lsp2和线圈Lsp3通过电磁场互相耦合。图4的原理与图2 相同。在图2或图4中，信号输出部210将频率为ficn(例如40KHz)的脉冲电压信号输出给线圈Lspl，检测部200只要在线圈Lspl上能检测到大于预定电压值Vp的频率为ficn 的电压信号(由信号输出部210输出)，则可以确定无窃电发生。如果检测部200检测不到频率为ficn的信号，或者检测到的频率为ficn的电压信号低于预定值Vp，说明有旁路窃电发生。在图4中，也可以不用线圈Lsp3，检测部200的两个输入端PBl和PB2分别与线圈Lspl的两端连接。检测部200直接检测线圈Lspl的两端的电压。同样，也可以不用线圈Lsp2，信号输出部210的两个输出端PAl和PA2分别与线圈Lspl的两端连接。电抗的表面可以有不同电阻率的导电层，例如，电抗Rspl是由在铜导线的表面电镀了锰铜层的导线制成。由于锰铜的电阻率大于铜导线的电阻率，锰铜的电阻大于铜导线， 所以电抗Rspl的表面层的电阻大于其中心部分的电阻。根据集肤效应，当频率较高的交流电流过一导线时，电流集中在导线的表面层。这样，当信号输出部210将频率为ficn(例如40KHz)的脉冲电压信号输出在电抗Rspl的两端时，如图2所示，根据集肤效应，频率为 ficn的脉冲电压信号产生的电流流经电抗Rspl的表面层，由于表面层电阻较大，在电抗 Rspl两端产生的压降较大。而频率较低的50Hz的负载电流流经电抗Rspl时在其中心部分流过，电抗Rspl的中心部分电阻较小(几乎为零)，压降较小(几乎为零)。这样，检测部 200更容易检测出信号输出部210输出在电抗Rspl两端的频率为ficn的检测信号。线圈的导线的表面可以有不同电阻率的导电层，例如，线圈Lspl是由在铜导线的表面电镀了锰铜层的导线绕制成。由于锰铜的电阻率大于铜导线的电阻率，锰铜的电阻大于铜导线，所以线圈Lspl的表面层的电阻大于导线的中心部分的电阻。根据集肤效应，当频率较高的交流电流过一导线时，电流集中在导线的表面层。这样，当信号输出部210将频率为ficn (例如40KHz)的脉冲电压信号输出在线圈Lspl的两端时，如图2和图4所示，根据集肤效应，频率为ficn的脉冲电压信号产生的电流流经线圈Lspl的表面层，由于表面层电阻较大，在线圈Lspl两端产生的压降较大。而频率较低的50Hz的负载电流流经线圈 Lspl时在导线的中心部分流过，导线的中心部分电阻较小(几乎为零)，压降较小(几乎为零)。这样，检测部200更容易检测出信号输出部210输出在线圈Lspl两端的频率为ficn 的检测信号。线圈可以由表面有不同电阻率的电抗线绕制而成，即线圈Lspl可以由表面电镀了锰铜层的铜导线制成的电抗线绕制而成。使用了本实施例的窃电检测模块之后，电能表就不需要同时测量火线L和地线N 上的用户负载电流了，例如，在图1中，如果使用了锰铜分流器Rid，就不需要再使用电流互感器CT 了。
信号输出部210可以向电抗Rspl输出正向或反向电压信号。在本实施例中，电抗Rspl = 300u Ω，是锰铜电阻，可以是一条锰铜导线；也可以是一条在铜导线上电镀了电阻层的导线。在本实施例中，电抗还可以是线圈，即在图2或图3中，电抗Rspl是线圈，线圈直径16mm，圈数是5圈，电感20uH，可以由铜导线上电镀了电阻层的线材绕制成，可以绕在磁性材料上，也可以不绕在磁性材料上。在图4中，线圈Lspl是线圈直径16mm，圈数是5圈，电感20uH，可以由铜导线上电镀了电阻层的线材绕制成，可以绕在磁性材料上，也可以不绕在磁性材料上。也可以不检测电网交流电的过零，信号输出部210将频率为ficn(例如40KHz)的脉冲电压输出给电抗Rspl，如图2或图4所示，检测部200只要在电抗Rspl的两端能检测到大于预定电压值Vp的频率为ficn的电压信号(由信号输出部210输出)，则可以确定无窃电发生。如果检测部200检测不到频率为ficn的电压信号，或者检测到的频率为ficn 的电压信号低于预定值Vp，说明有旁路窃电发生。这样可以不用过零检测部220。检测部200可以和信号输出部210制做在一起，检测部200和信号输出部210的管脚共用，例如，检测部200制做在信号输出部210的内部，检测部200和信号输出部210 都共用管脚PAl和PA2。电抗Rspl和锰铜分流器Rid可以只用其中的一个电阻，即这两个电阻共用一个电阻，例如，共用锰铜分流器Rid，不用电抗Rspl ；这样，计量部130的两个输入端Ilp和Iln， 检测部200的两个输入端PBl和PB2和信号输出部的两个输出端PAl和PA2分别都连接在锰铜分流器Rid的两端。在电能表内部的地线N的进线和地线N的出线之间，即在电能表内部的端子13与端子14之间可以连接一条导线，如图1或图3所示；也可以连接另一个电抗Rspn，如图2所示。电抗Rspn，如图2所示，可以是锰铜电阻(例如300ιιΩ)，也可以是一个线圈；电抗Rspn 是阻止信号输出部210输出在电抗Rspl上的信号被用户负载分流，即阻止信号输出部210 输出的信号流经用户负载。即在火线L的端子上安装电抗Rspl，并且在地线N的端子上安装电抗Rspn。在本实施例中，电抗Rspn是线圈，线圈直径16mm，圈数是5圈，电感20uH，可以由铜导线上电镀了电阻层的线材绕制成，可以绕在磁性材料上，也可以不绕在磁性材料上。检测部200的输入线PB2可以连接在电力线的地线N上，例如，连接在端子14上， 另一根输入线PBl连接窃电检测模块的公共线(GND)。检测部200经由地线N检测电抗 Rspl上的信号，检测信号输出部210输出的信号。因为信号输出部210输出的信号会经由用户负载Rld传输到地线N上。检测部200的两根输入线PBl和PB2也可以分别连接在图 2中的电抗Rspn的两端，即分别连接在端子13和端子14上。窃电检测模块同样可以安装在电力线的地线N的端子13和端子14上。也就是， 将电抗Rspl连接在端子13与端子14之间。不用锰铜分流器Rid (锰铜分流器Rid通常是连接在火线L上)。检测部200的两个输入端PBl和PB2，分别连接在电抗Rspl的两端；信号输出部210的两个输出端PAl和PA2分别连接在电抗Rspl的两端。这样，在电力线的地线N上就有窃电检测功能。在图5中示出了旁路窃电的各种连接方式，例如，在火线L端子11和端子12之间有，旁路线Sbpl，旁路电阻Rbpl，旁路电感Lbpl，旁路电容Cbpl或旁路二极管Dbpl。图2或图4所示的窃电检测检测模块还可以安装在各种三相电能表的各条电力线 (A、B、C、N)的进线和出线上。根据需要，窃电检测模块也可以同时安装在三相电能的全部电力线的进线和出线上。本发明的实施例2:以单相电能表为例说明本发明的防窃电方案。本实施例是介绍防旁路窃电 (By-pass)。如图6所示，本实施例的窃电检测模块包括电容Cspl，线圈Tspl，检测部200， 信号输出部210，过零检测部220和控制部230。如图6所示，电力线的火线L的进线接端头11，火线L的出线接端头12，电力线的地线N的进线接端头13，地线N的出线接端头14。线圈Tspl的绕组Lspl的一端接电容 Cspl的一端并且经由锰铜分流器Rid接端子11。线圈Tspl的的绕组Lspl的另一端接电容Cspl的另一端还接端子12。锰铜分流器Rid是传统的电能表(图1)中的用户负载电流采样电阻，如果传统的电能表没有锰铜分流器Rid，则本实施例将不用锰铜分流器Rid， 这样，线圈Tspl的绕组Lspl的一端接电容Cspl的一端并且连接端子11。检测部200的两个输入端PBl和PB2分别连接线圈Tspl的绕组Lsp3的两个端头。检测部200的输出端 PB3接发光二极管LED。检测部200经由双向数据线与控制部230连接，用于双方传输控制信号和数据信号。检测部200由处理器的I/O 口，信号放大器、模拟比较器或A/D转换器组成。信号输出部210的两个输出端PAl和PA2分别接线圈Tspl的绕组Lsp2的两端。信号输出部210通过双向数据线与控制部230连接，用于双方传输控制信号和数据信号。信号输出部210由微处理器的I/O 口及输出驱动电路组成。交流电检测部在本实施例中是过零检测部，当然也可以是交流电的波峰检测部等。过零检测部220的输入端PCl与电力线的地线N连接，也可以与窃电检测模块的供电电源Vcc(图1中的电源120)的整流电路之前的交流电端连接，检测电网交流电的过零点。过零检测部220通过双向数据线与控制部230 连接，用于双方传输控制信号和数据信号。过零信号检测部220由微处理器的I/O 口和输入缓冲电路组成。检测部200，信号输出部210过零检测部220和控制部230可以由同一块微处理器芯片来实现，例如一片单片机来实现，该单片机可以包括数据储存器、程序储存器、非易失性数据储存器、定时器，A/D转换器、模拟比较器、I/O 口等。在图6中，检测部200的两个输入端PBl和PB2之中，有一个输入端可以是窃电检测模块的公共线(GND)；例如，检测部200由单片机来实现的话，则PB2是单片机的PB2管脚，PBl是单片机的地线管脚GND。信号输出部210的两个输出端PAl和PA2之中有一个输出端可以是窃电检测模块的公共线(GND)；例如，信号输出部210由单片机来实现的话，则 PA2是单片机的PA2管脚，PAl是单片机的地线管脚GND。火线L也可以是窃电检测模块的公共线(GM))，例如，绕组Lspl的一端是窃电检测模块的公共线(GND)。信号输出部210通过线圈Lsp2向线圈Lspl输出检测电压。如图6所示。检测部 200通过线圈Lsp3检测线圈Lspl上的电压。线圈Lspl，线圈Lsp2和线圈Lsp3通过电磁场互相耦合。当要检测窃电时，如图6所示，控制部230控制信号输出部210输出频率为 ficn (例如40KHz)的脉冲电压Vpl。脉冲电压Vpl经由绕组Lsp2耦合到绕组Lspl。控制部 230控制检测部200通过绕组Lsp3检测绕组Lspl的电压信号Vsg (由信号输出部210输出电压Vpl产生)。当在火线L的进线和火线L的出线之间没有旁路线Sbpl (或没有旁路元件)时，检测部200检测到的电压信号Vsg将大于预定值Vd ；因为这时没有旁路线Sbpl (或没有旁路元件)损耗绕组Lspl的功率。如果有旁路线Sbpl (或旁路元件)，如图5所示，由于旁路线Sbpl (或旁路元件)并联在绕组Lspl上损耗功率，所以检测部200检测到的电压信号Vsg将小于预定值Vd。检测部200根据检测到的电压信号Vsg是否小于预定值Vd,可以确定有无窃电发生。控制部230控制信号输出部210停止输出信号，让绕组Lspl与电容Cspl组成的谐振电路自由振荡，该谐振电路可以维持一段时间的自由振荡，振荡频率为fdf = 1/2 JI V LsplCspl，这是公认LC振荡电路的频率计算公式。如果没有如图5所示的旁路窃电，LsplCspl电路自由振荡的频率的电压将大于预定值Vdf，自由振荡的维持时间将大于预定值Tdf。如果有图5所示的旁路线Sbpl (或旁路元件)，由于旁路线Sbpl (或旁路元件)损耗LsplCspl振荡电路的功率，自由振荡的频率的电压将小于预定值Vdf，自由振荡的维持时间将小于预定值Tdf。这样检测部200根据检测到的自由振荡的信号的频率的电压或自由振荡的维持时间可以确定有无窃电发生。当有图5所示的旁路电容Cbpl或旁路电感Lbpl窃电时，根据谐振频率公式f0 = 1/2 JI V LC，旁路电感Lspl或旁路电容Cbpl并联在绕组Lspl上，会影响绕组Lspl与电容Cspl的振荡频率；检测部200根据检测到的频率偏离了频率fdf，可以确定有旁路窃电发生；例如，检测到的频率是fdf，可以确定没有旁路窃电发生，而检测到的频率大于或小于fdf可以确定有旁路窃电发生。在图6中，也可以不用线圈绕组Lsp3，检测部200的两个输入端PBl和PB2分别与线圈绕组Lspl的两端连接。检测部200直接检测线圈绕组Lspl的两端的电压。同样，也可以不用线圈Lsp2，信号输出部210的两个输出端PAl和PA2分别与线圈Lspl的两端连接。在本实施例中，线圈Lspl = 30uH,圈数是5圈，可以绕在磁性材料上，也可以不绕在磁性材料上，可以由铜导线上镀了锰铜的线材绕制成。电容Cspl = 0. 47uF。图6所示的窃电检测模块也可以安装在电力线的地线N端子(13、14)上。也可以安装在各种三相电能表的各条电力线(A、B、C、N)的进线和出线上。根据需要，窃电检测模块也可以同时安装在三相电能的全部电力线的进线和出线上。本发明的实施例3:以单相电能表为例说明防窃电原理。现有技术的电能表的计量原理图，如图7所示。计量芯片U31的一对电流采样输入端Ilp和IIn连接电流采样锰铜分流器Rid，采样用户负载电流II。计量芯片U31的一对电压采样输入端Vlp和Vln分别接负载电压采样电阻 R32的两端，采样用户负载电压。用户负载电压就是电网电压，例如220V。电阻R31和电阻 R32组成分压电路，对电网电压及负载电压进行分压，电阻R32上的电压V31正比于电网电压及负载电压。计量芯片U31根据采样到的负载电流和负载电压，计算出负载功率和负载使用的电能供显示(图1中显示器140)。当有窃电发生时，例如，电能表的电力线的地线N的进线和地线N的出线都被剪断，使电能表内无电网电压和无负载电压，这是失压的一种情况，简称失压；窃电时，在负载 Rld端再另接大地Earth，如图8所示，这样负载能够正常工作，但是，计量芯片U31采样不到电网电压及负载电压。由于没有电网电压和没有负载电压，电阻R32上的电压V31等于零，如果计量芯片U31的电压采样端Vlp还是按图7连接的话，计量芯片U31采样到的负载电压等于零，计算出来的负载使用的电能等于零，进行窃电。这种窃电称为失压窃电，或称接地窃电(Earthing)。本发明的防窃电方案是，如图8所示，在电能表内的电力线的火线L上安装电流/ 电压转换器I/V，电流/电压转换器ΙΛ可以把负载电流Il转换成电压，再经整流及稳压电路330后输出电能表工作电源电压Vdd。电源Vdd可以在没有电网电压和没有负载电压的情况下给电能表供电，即失压时，使电能表正常工作。电流/电压转换器ΙΛ的一个输出端接整流及稳压电路330的一个输入端，还接电阻R35的一端。电流/电压转换器I/V的另一个输出端接整流及稳压电路330的另一个输入端，还接电能表的公共线GND。电阻R35的另一端接稳压二极管Z31的负极，还接电阻R33的一端。稳压二极管Dl的正极接稳压二极管Vil的正极。稳压二极管Vil的负极接电能表的公共线GND。这两个稳压二极管Dl 和Vil串联，并且彼此的正极相连接，是为了成为无极性的稳压二极管，用做限制交流电的电压值。例如，稳压二极管Z31和Z32的稳压值都为3V，则这两个串联的稳压二极管的稳压值为Vz = 3V+0. 7V = 3. 7V。所以，稳压二极管Dl的负极端的电压Vz是限制电压值的电压源。稳压二极管Z31的负极端的电压Vz是交流电。失压检测部310用于检测电能表内有无电网电压及负载电压。失压检测部310的输入端PDl连接电能表内的电力线的地线N，检测电网电压及负载电压。失压检测部310的输入端PDl也可以连接电源120 (实施例1和图1所示)的整流输出端或稳压输出端Vcc检测电能表内电网电压及负载电压，判断是否失压。失压检测部310的输出端(控制线)PDO 连接转换开关K31的控制端A，控制转换开关K31的端头SO切换到触点Si，或切换到触点 S2 ；PDO还接发光二极管LED1，控制LEDl亮或熄。失压检测部310由微处理器的I/O 口和输入缓冲电路组成。转换开关K31的端头SO与计量芯片U31的电压采样端Vlp连接，触点 Sl与电阻R32的一端连接。电阻R31的一端接电能表内电力线的地线N，电阻R31的另一端接电阻R32的一端还接转换开关的触点Si。电阻R32的另一端接电能表的电力线的火线L，还接电能表的公共线GND (火线L)。电阻R31和电阻R32组成分压电路，对电网电压及负载电压进行分压，电阻R32上的电压V31正比于电网电压及负载电压。V31作为一个电压采样源。当有电网电压及负载电压时，即没有失压时，计量芯片U31的电压采样端Vlp经由转换开关K31的端头SO至触点Sl采样电阻R32上的电压V31，计算负载使用的电能。转换开关K31的触点S2与电阻R34的一端连接。电阻R33的一端接稳压二极管 Z31的负极，电阻R33的另一端接电阻R34的一端还接转换开关的触点S2。电阻R34的另一端接电能表的公共线GND。电阻R33和电阻R34组成分压电路，对稳压二极管Z31的负极端的电压Vz进行分压。由于稳压二极管Dl的负极端的电压Vz是限制电压值的电压，所以电阻R34 —端的电压V32是限制电压值的电压采样源。电阻R34 —端的电压V32是另一个电压采样源，是交流电压。当无电网电压及无负载电压时，也就是失压时，计量芯片U31 的电压采样端Vlp经由转换开关K31的端头SO至触点S2采样电阻R34上的电压V32，计算用户负载使用的电能，防止窃电。电能表出厂前校表时，调整电阻R33使得电阻R34上的电压V32等于电网电压及负载电压是额定电压(例如220V)时电阻R32上的电压V31。艮口， 假设电网电压及负载电压等于额定电压(例如220V)时电阻R32上的电压是V31，调整R33使得V32 = V31。也就是说，出厂前校表时，电能表不接电力线的地线N，使电能表失压，并且假设电能表和负载都是在额定电压(例如220V)下工作，调整电阻R33进行校表。当失压检测部310检测到没失压时，即电网电压及负载电压正常时，通过控制线 PDO控制转换开关K31，使端头SO切换到触点Si，这样计量芯片U31的电压采样端Vlp经由转换开关K31采样电阻R32上的电压V31作为负载电压的采样值；与电流采样端Ilp和 Iln采样到的流经锰铜分流器Rid的负载电流Il的乘积作为负载消耗的功率，并且计算出负载消耗的电能。电能表在没失压时由电源Vcc供电，即由实施例1和图1所述的电源120 {共 ο当失压检测部310检测到失压时，即没有电网电压和没有负载电压时，电能表由电流/电压转换器I/V提供的电源Vdd供电。电能表内部没有负载电压，而有负载电流II， 流过电流/电压转换器Ι/ν即有电源Vdd供电，说明电能表的电力线的地线N的进线和地线N的出线被剪断，并且在负载端连接了大地Earth，说明有接地(Earthing)窃电发生。当失压检测部310检测到失压时，即没有电网电压和没有负载电压时，失压检测部310通过控制线PDO控制转换开关K31，使端头SO切换到触点S2，即切换到限制电压值的电压采样源 V32，这样计量芯片U31的电压采样端Vlp经由转换开关K31采样电阻R34上的电压V32代替负载电压的采样值；与电流采样端IlP和Iln采样到的流经锰铜分流器Rid的负载电流 Il的乘积作为负载消耗的功率，并且计算出负载消耗的电能，这样则防止了窃电。当失压检测部310检测到接地窃电(失压窃电)时点亮LEDl作为接地窃电报警。电能表在失压时由电源Vdd供电。如果计量芯片U31有两个电压采样端，分别是Vlp (Vln)和V2p (V2n)，如图9所示， 这种情况下，则不用转换开关K31。当失压检测部310检测到没失压时，通过控制线PDO控制计量芯片U31，使其使用电压采样端Vlp(Vln)采样一个电压采样源V31的电压。而当失压检测部310检测到失压时，通过控制线PDO控制计量芯片U31，使其变换到另一个电压采样端V2p (V2n)，采样另一个电压采样源V32的电压(可以是限制电压值的电压采样源)。也就是通过变换电压采样端来变换电压采样源。电压采样源Vz (在电阻R33的一端)，还可以是一个频率振荡电路，例如，正弦波频率振荡电路，LC电容三点式正弦波频率振荡电路，简称LC振荡电路。如图10所示，LC 振荡电路；340由电源Vdd供电。LC振荡电路340的频率电压输出端Vlc接电阻R33的一端，即LC振荡电路340的频率电压输出端Vlc作为电压采样源Vz。LC振荡电路340是一个标准的LC电容三点式正弦波振荡电路，振荡频率设置在50Hz (与电网频率相同)。由于 LC振荡电路340的工作电压(Vdd)和元件参数都是固定的，所以，LC振荡电路340的输出端Vlc的输出电压值是固定的，也就是限制电压值的电压采样源。LC振荡电路340的输出端Vlc输出50Hz的正弦波电压。电压采样源Vz使用了 LC振荡电路340的输出频率电压 (Vlc)后就不再需要图8或图9中的稳压二极管Z31和121,不再需要电阻R35 了。在图10 中，除电阻R33的一端连接LC振荡电路340的频率电压输出端Vlc之外，电路的其它部分都和图8或图9相同。频率振荡电路还可以用其它形式振荡电路，只要能输出频率信号。电压采样源Vz(在电阻R33的一端)，还可以是经过稳压的直流电压。本实施例中，R31= 1ΜΩ，R32 = 1. 5ΚΩ，R33 = 15. 3ΚΩ , R34 = 1. 5ΚΩ，R35 = 22ΚΩ，K31 :CD4051。
12
可以在计量芯片U31的采样线Vlp、Vln, V2p、V2n上串联电阻，例如在图8中，在芯片U31的电压采样端Vlp与转换开关K31的端头SO之间串联电阻，这种串联电阻的情况与本实施例中没有串联电阻的情况是等同物。图9中的，失压检测部310、电压采样端V2p(V2n)、电阻R33和电阻R34可以集成在计量芯片U31的内部。本事实例同样可以用于各种三相电能表，防止失压窃电(接地窃电)。本发明的实施例4:本实施例是将实施例1 (图2)所述的防旁路窃电的方案和实施例3 (图8)所述的防接地窃电方案结合起来说明本发明的防窃电方案。如图11所示，电抗Rspl、锰铜电流分流器Rid、检测部200、发光二极管LED、信号输出部210、过零检测部220和控制部230的连接方法和功能在实施例1 (图幻中都已说明。 电阻R31、R32、R33、R34、转换开关K31、计量芯片U31、失压检测部310、发光二极管LED1、整流及稳压电路330、电流/电压转换器I/V、电压采样端Vlp、电压采样源V31和电压采样源 V32的连接方法和功能在实施例3 (图8)中都已说明。在图11中，控制部230通过双向数据线与失压检测部310连接，用于双方传输控制信号和数据信号。失压检测部310的输出线(控制线)PD0连接转换开关K31的控制端 A，失压检测部310的输出线(控制线)PD2连接转换开关K31的控制端B。失压检测部310 通过输出线PDO和PD2控制转换开关K31切换触点Si、S2或S3。电压采样源B 360是电压采样源，可以是限制电压值的电压采样源，例如图8中的由电阻R35，稳压二极管Z31和 Z32组成的电压采样源Vz，也可以是图10中的LC振荡电路340。电压采样源B 360的输出端Vlc连接电阻R36的一端，电阻R36的另一端接电阻R37的一端，还接转换开关K31的触点S3。电阻R37的一端是再另一个电压采样源V33。电阻R37的另一端接电能表的公共线 GND。后备电源350由可充电电池和切换电路组成。当电源电压Vdd低于设定值时，后备电源350中的切换电路把可充电电池切换到(连接)到电源Vdd上，用后备电源350输出的电压Vdd作为电源Vdd，给电能表中的电路供电。当检测部200，图11所示，检测到旁路窃电后，例如有图5中的旁路电阻Rbpl连接在电能表的火线L的进线和出线上时，通过数据线告诉控制部230有旁路窃电发生，控制部230通过数据线控制失压检测部310通过输出线PDO和PD2使转换开关K31切换到触点 S3，使计量芯片U31的电压采样端Vlp经由转换开关K31采样再另一个电压采样源V33的电压。也就是说，有旁路窃电时，检测部200使转换开关K31切换到再另一个电压采样源V33。设，信号输出部210是恒流源，输出恒流Ics，锰铜分流器Rid和电抗Rspl的阻值都等于300ιιΩ，在没有旁路窃电时，恒流Ics在电抗Rspl的两端产生的电压是Vnd。例如，检测部200检测到的电抗Rspl的两端的电压为Vch = 2Vnd/3，表示有旁路电阻Rbpl连接在Rid与Rspl的串联电路的两端，如图5所示，并且Rbpl = Rspl = Rid。 因为Rid与Rbp 1的串联电路并联在Rsp 1上，如图5所示，所以Rsp 1两端的总电抗Rsp 11 = Rspl (Rid+Rbpl) / (Rspl+Rid+Rbpl)，如果 Rbpl = Rspl = Rid，则 Rspl 两端的总电抗 Rsplt =2Rspl/3。由于有旁路电阻I bpl，使Rspl两端的总电抗Rsplt比Rspl降低了 2/3，所以 Rspl两端的电压也降低了 2/3，即2Vnd/3。也就是说，当Vch = 2Vnd/3，Rspl = Rid时，有 Rbpl = Rspl = Rid。也就是说，测量出了电抗Rspl两端的电压Vch就能够计算出旁路电阻Rbpl的阻值。当有旁路电阻Rbpl时，如图5所示，旁路电阻Rbpl两端的总电阻Rbplt = Rbpl (Rid+Rspl)/(Rbpl+Rid+Rspl)。经旁路电阻Rbpl旁路的电流Ibp与用户负载电流Il 的比值 Ibp/Il= (1/Rbpl)/(1/Rbplt) = 3/2，当 Rbpl = Rspl = Rid 时。由于用户负载消耗的功率P = IV，即等于负载电流I与负载电压V的乘积。可以看出，在负载消耗的功率P中，被旁路电阻Rbpl旁路掉的负载电流的比率，可以通过增加相同比率的电压来补偿被旁路掉的负载功率。例如，被旁路电阻Rbpl旁路掉了 3/2的负载电流，则增加3/2的电压来补偿被旁路掉的负载功率。所以有旁路窃电时，检测部200使转换开关K31切换到触点S3，让计量部U31的电压采样端Vlp采样电阻R37上的电压V33。电压采样源V33大于电压采样源V32。电压采样源V33是为了补偿被旁路电阻Rbpl旁路掉的电流所消耗的用户负载功率，计算出正确的用户负载消耗的电能。根据被旁路电阻Rbpl旁路掉的负载电流的比率，使转换开关K31切换到增加了相应比率的电压采样源。转换开关 K31可以有更多的触点Sn(未示出)切换更多的采样源。一个完整的防窃电电能表应该包括，防旁路窃电和防接地窃电，即包括本发明的实施例1或实施例2和实施例3。本发明的防窃电方案还可以用于电能监测仪和电网监测仪。当然，本专利的保护范围不限于上面所举的实施例子，所有等同技术的替换物，都包括在本专利权利要求的保护范围之内。分解和合并本发明技术特征都属于等同技术的替换物。
权利要求
1.一种电能表，其特征在于， 失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。
2.一种电能表，其特征在于， 失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。
3.一种电能表，其特征在于， 失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压； 至少两个电压采样源，供电压采样端采样； 频率振荡电路，是电压采样源中的一种电压采样源； 当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。
4.一种电能表，其特征在于， 失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；转换开关，与电压采样端连接，用于切换电压采样源； 当失压检测部检测到预定电压值时，转换开关切换电压采样源。
5.一种电能表，其特征在于， 失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，其中至少一个是限制电压值的电压采样源，供电压采样端采样；电流/电压转换器，用于把电流转换成电压； 当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。
全文摘要
一种电能表，其特征在于，失压检测部，用于检测电压；至少一个电压采样端，用于采样电压；至少两个电压采样源，供电压采样端采样；当失压检测部检测到预定电压值时，变换电压采样源。电流/电压转换器I/V和整流及稳压电路，把负载电流转换成电能表内逻辑电路用的电源电压；电压采样源B，是一个交流恒压源；转换开关K31，连接在电压采样端上，切换电压采样源；失压检测部，检测电网电压有无失压，判断有无接地窃电(Earthing)，当有接地窃电时控制转换开关切换到电压采样源B，用电压采样源B输出的电压代替电网电压，防止接地窃电。
文档编号G01R11/24GK102298082SQ20111021315
公开日2011年12月28日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者吴嘉懿 申请人:吴嘉懿