便携式电能计量、防触电装置的制造方法
【专利摘要】便携式电能计量、防触电装置，包括与变压器连接的计量箱和与上位机连接的终端箱，所述的计量箱内设置有高压电压互感器、低压电流互感器、智能电表和防触电模块，所述的终端箱内设置有计量终端；高压电压互感器和低压电流互感器的一次侧分别接变压器的低压侧，高压电压互感器和低压电流互感器的二次侧分别智能电表的进线端，防触电模块与智能电表的信号端相连；智能电表的出线端接计量终端，计量终端的信号端与上位机连接；在计量箱外和终端箱外分别设置防水保护罩。本实用新型降低了采集运维难度，提高了工作效率；保持了计量箱和终端箱所处环境的干燥性，防止因潮湿引起的重大事故，而且增加了计量箱和终端箱的使用寿命。
【专利说明】
便携式电能计量、防触电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电能计量技术领域，具体地说是一种便携式电能计量、防触电装置。
【背景技术】
[0002]现有的电能计量装置通常采用的是高供低计的计量方式，且计量终端终端和电能表均在同一个计量箱内，目前大多数用户采用的是1kV线路供电，容易造成其他用户私自进行低压挂接，并且加大了采集运维消缺的难度。一般情况下，采集终端通过RS232进行数据通信，由于受到许多自然条件的限制，使得通信的距离或者是质量都会出现问题。由于计量箱和终端箱一直暴漏在自然环境中，受到自然环境的侵蚀比较严重，容易出现进水等问题。当需要移动计量箱使用时，容易发生触电事故。
【实用新型内容】
[0003]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种便携式电能计量、防触电装置。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是:便携式电能计量、防触电装置，其特征是，包括与变压器连接的计量箱和与上位机连接的终端箱，所述的计量箱内设置有第一高压电压互感器、第二高压电压互感器、第一低压电流互感器、第二低压电流互感器、智能电表和防触电模块，所述的终端箱内设置有计量终端;第一高压电压互感器的一次侧接变压器的A相低压侧，第一高压电压互感器的二次侧接智能电表的A相电压进线端;第二高压电压互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二高压电压互感器的二次侧接智能电表的C相电压进线端;所述的第一低压电流互感器的一次侧接变压器的A相低压侧，第一低压电流互感器的二次侧接智能电表的A相电流进线端，所述的第二低压电流互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二低压电流互感器的二次侧接智能电表的C相电流进线端，B相电接地;所述的防触电模块与智能电表的信号端相连;所述的智能电表的A相电压出线端、C相电压出线端、A相电流出线端和C相电流出线端分别接计量终端，计量终端的信号端与上位机连接;在所述的计量箱外和终端箱外分别设置防水保护罩。
[0005]进一步地，所述的智能电表为三相三线式智能电表，所述的智能电表与计量终端通过485通信线连接。
[0006]进一步地，所述的计量终端包括单片机和无线通讯模块，所述的单片机的I/O输入端口分别与智能电表的A相电压出线端、C相电压出线端、A相电流出线端和C相电流出线端相连，单片机的I/O输出端口分别通过无线通讯模块和/或RS232与上位机相连。
[0007]进一步地，所述的防水保护罩为箱体结构，所述防水保护罩的正面设置一门，背面设置一活动背板，在所述防水保护罩的下侧板的四个角上分别设置有四个支架，在所述防水保护罩的下侧板上设置一进出线孔，在所述的进线孔内设置一吸水环，所述吸水环的内置材料为海绵材料;在所述活动背板的四个角上分别中心对称设置有由梯形凹口和圆柱形阻隔棍组成的背带固定装置。
[0008]进一步地，所述的防水保护罩为透明钢化防水保护罩;所述的四个支架为不锈钢支架，四个支架与防水保护罩通过螺栓连接;所述的吸水环为一圆环状结构，吸水环上设置有多个通孔，吸水环的侧面上设置有一周凹形卡口，用于与进出线孔通过卡槽连接。
[0009]进一步地，在所述的活动背板的左右两个侧边上分别对称设置一倒“L”形的凸槽，在防水保护罩的后开口的左右两侧分别对称设置一“L”形的凹槽。
[0010]进一步地，所述门的一侧与防水保护罩的左侧板或右侧板通过铰接连接，所述的活动背板与箱体的左侧板和右侧板通过卡槽连接。
[0011]进一步地，所述防水保护罩箱体的上侧面上设置有两个螺栓通孔，两个螺栓通孔呈左右对称设置。
[0012]进一步地，所述的防触电模块包括用于检测计量箱内电场强度的场强检测电路、用于处理采集到的数据的主控电路和用于控制线路切断的动作电路;所述场强检测电路的输出端与主控电路的输入端相连，所述的主控电路的输出端与动作电路的输入端相连，所述动作电路的输出端与变压器的二次侧相连。
[0013]进一步地，所述的场强检测电路包括线圈L1、整流桥、电位器VR、运算放大器Ul和电感L2;所述的线圈LI设置在变压器低压侧的一侧，线圈LI的一端与整流桥的a端相连，线圈LI的另一端与整流桥的b端相连;整流桥的c端与运算放大器Ul的同相输入端相连，运算放大器Ul的反相输入端与电位器VR的3号端口相连，电位器VR的2号端口与整流桥的d端相连并接OV电压，电位器VR的I号端口接+12V电压，所述的运算放大器Ul的输出端与电感L2的一端相连；
[0014]所述的主控电路包括STCl 1F16XE单片机及由电阻R1、电容Cl、电容C2、电容C3和晶振Yl组成的外围电路，STC11F16XE单片机的？1.1引脚与电感1^2的另一端相连；
[0015]所述的动作电路包括电阻R2、电阻R3、三极管Q1、二极管Dl和开关SI;所述的电阻R2的一端与STCl 1F16XE单片机的P0.0引脚相连，电阻R2的另一端与三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极分别与电阻R3的一端和二极管Dl的正极相连，三极管Ql的发射极接地，电阻R3的另一端分别与二极管Dl的负极和开关S的I号端口相连并接+12V电压，开关SI的2号端口空接，开关SI的3号端口与变压器的低压侧相连。
[0016]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供的一种便携式电能计量、防触电装置，所用的电能表和计量终端分开设置，有效降低了采集运维难度，极大提高了工作效率。
[0017]在计量箱和终端箱的外面分别设置有防水保护罩，防水保护罩的背面设置有活动背板，防水保护罩的上侧面上设置两个左右对称的螺栓通孔；四个支架为不锈钢材质，四个支架与防水保护罩通过螺栓连接。当计量箱或终端箱悬挂在墙体上时，可将活动背板和四个支架拆下，将防水保护罩通过螺栓通孔与墙体进行螺栓连接;如果计量箱或终端箱设置在路边使用，则可将活动背板和支架安装在防水保护罩上，起到防水和保护的作用。两种情况都可以使用，适用范围较广。在活动背板的两侧分别对称设置有四个背带固定装置，可以通过该背带固定装置设置两根背带，如有需要，可以背负着计量箱去井下使用，方便携带。
[0018]当工作人员背负着计量箱下井使用时，容易发生触电事故，本实用新型在计量箱内设置有防触电模块，通过场强检测电路检测计量箱内的电场强度，通过电场强度反应电流和电压的变化，以此来判断是否发生过电流或过电压的情况，主控电路通过预置的电流大小或电压大小，及时作出判断，如果电流过大或电压过大，则主控电路控制动作电路，动作电路与变压器的低压侧相连，及时将线路切断，及时避免事故的发生。场强检测电路的线圈LI放在变压器低压侧的一侧，用于检测变压器低压侧的电压电流变化，运用整流桥和运算放大器构成直流运算放大电路，相较于交流放大电路来说，直流放大电路的噪声小，放大倍数大，更容易检测到电压电流的突变，使得防触电模块反应更加灵敏，尽量减少安全事故的发生。场强检测电路设置有一电位器VR，VR的两端不是连接的电网，而是低压直流电，构成了一电位标准，将检测到的电压电流变化发送为单片机，与标准电位相比较，判断电压电流是否发生突变。动作电路的作用相当与一个继电器，但是继电器动作的条件是线圈的失电和得电，因此本实用新型设计了一个动作电路，不需要断电也可以实现对线路的切断控制，通过动作电路中三极管Ql的导通和截止来对开关SI进行控制，开关SI的2号端口空接，3号端口与变压器的低压侧相连，实现了断开整个线路的输入，实现了断电的效果，防止了触电的发生。
[0019]防水保护罩为透明钢化保护罩，既不影响从外边的观察，也起到防止雨水渗入的功能，并且在防水保护罩底部的四个角上分别设置有四个不锈钢支架，增大了支架的使用寿命O
[0020]在防水保护罩的底部设置有一个电线的进出线孔，防止了雨水的渗入，在进线孔内设置一吸水环，吸水环的内置材料为海绵，海绵具有强的吸水力，当有雨水进入时，海绵将雨水吸收，雨停时，海绵自动晾干，达到了循环使用的目的，海绵外面的吸水环起到保护海绵的作用，减少了海绵的磨损，从而减少了更换海绵的次数;凹形卡口用于与进出线孔固定，当需要更换海绵时，可以拿下吸水环进行海绵更换。吸水环保持了计量箱和终端箱所处环境的干燥性，防止因潮湿引起的重大事故，而且增加了计量箱和终端箱的使用寿命。
[0021]本实用新型的终端箱内的计量终端设置有无线通讯模块，可以通过无线与上位机进行数据交换，当有线通讯线路出现故障时，可以有替换通信方式，减少了维修所浪费的时间，提高了效率，实现了双网模式。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的模块结构连接图；
[0023]图2为本实用新型的防水保护罩的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型的背带固定装置示意图；
[0025]图4为本实用新型图6的B向向视图；
[0026]图5为本实用新型的吸水环结构不意图；
[0027]图6为本实用新型图2中活动背板的A向向视图；
[0028]图7为本实用新型活动背板上的凸槽的结构示意图；
[0029]图8为本实用新型防水保护罩侧面凹槽的结构示意图；
[0030]图9为本实用新型防水保护罩的俯视图；
[0031 ]图10为本实用新型的场强检测电路电路图；
[0032]图11为本实用新型的主控电路电路图；
[0033]图12为本实用新型的动作电路电路图；
[0034]图中:1、防水保护罩，11、螺栓通孔，12、凹槽，2、支架，21、螺栓，3、进出线孔，31、吸水环，311、通孔，312、凹形卡口，4、门，5、活动背板，51、凸槽，6、背带固定装置，61、凹口，62、阻隔棍。
【具体实施方式】
[0035]如图1至图12所示，本实用新型包括与变压器连接的计量箱和与上位机连接的终端箱，计量箱内设置有高压电压互感器、低压电流互感器、智能电表和防触电模块，终端箱内设置有计量终端。为了提高工作效率，降低采集运维难度，本实用新型将智能电表和计量终端分开设置。
[0036]在本实施例中，使用的高压电压互感器为1140/100规格，使用的低压电流互感器为30/5规格，采用3*100V的三相三线智能电表进行计量。
[0037]如图1所示，第一高压电压互感器的一次侧接变压器的A相低压侧，第一高压电压互感器的二次侧接智能电表的A相电压进线端;第二高压电压互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二高压电压互感器的二次侧接智能电表的C相电压进线端;第一低压电流互感器的一次侧接变压器的A相低压侧，第一低压电流互感器的二次侧接智能电表的A相电流进线端，第二低压电流互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二低压电流互感器的二次侧接智能电表的C相电流进线端，B相电接地;防触电模块与智能电表的信号端相连;智能电表的A相电压出线端、C相电压出线端、六相电流出线端和C相电流出线端分别接计量终端，计量终端的信号端与上位机连接;在计量箱外和终端箱外分别设置防水保护罩。
[0038]计量终端包括单片机和无线通讯模块，单片机的I/O输入端口与电能表连接，单片机的I/O输出端口分别通过无线通讯模块和/或RS232与上位机相连。实现了双网传输模式，当有线通讯线路出现故障时，可以有替换通信方式，减少了维修所浪费的时间，提高了效率。
[0039]计量箱中的高压电压互感器和低压电流互感器分别采集三相电网中的电压和电流，智能电表对用户所用的电量进行计量，终端箱中的计量终端接收智能电表发送过来的电流信息和电压信息，计量终端的单片机对电流信息和电压信息进行处理，测量有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，计算有功电能和无功电能，并将测量的参数和计算的参数通过无线通讯模块或RS232发送给上位机，上位机显示各个站点的电能使用情况。
[0040]如图2所示，为了防止因潮湿容易引起重大事故，在计量箱外和终端箱外分别设置防水保护罩1，防水保护罩I为箱体结构，防水保护罩I的正面设置一门4，背面设置一活动背板5，门4与防水保护罩I的右侧板通过铰接连接。为了既不影响从外边的观察，也起到防止雨水渗入的功能，防水保护罩I为透明钢化保护罩。在防水保护罩I下侧板的四个角上分别设置有四个支架2，为了增加支架的使用寿命，四个支架2为不锈钢支架，支架2与防水保护罩I通过螺栓连接。防水保护罩I箱体的上侧板上设置有两个螺栓通孔11，通过这两个螺栓通孔，可以将防水保护罩I挂在墙壁上，为了平衡重力，使左右平均承重，两个螺栓通孔11呈左右对称设置。当需要计量箱和终端箱安装在墙体上时，可将支架2通过螺栓21拆下，将活动背板5通过卡槽拆下，然后通过设置在防水保护罩上部的两个螺栓通孔11通过螺栓与墙体固定;如果需要计量箱和终端箱安装在路边时，可将支架2通过螺栓21安装，将活动背板5通过卡槽安装，形成一个封闭的箱体，起到防水且保护的作用。
[0041]如图3所示，在活动背板5的四个角上分别中心对称设置有由凹口61和阻隔棍62组成的背带固定装置6，在下井或移动使用计量箱时，可以通过背带固定装置6安装上两根背带，作背负式计量箱使用。
[0042]如图4所示，凹口 61为梯形凹口，阻隔棍62为圆柱形，减小了摩擦阻力。
[0043]如图5所示，为了使线路进出防水保护罩方便，而又不进雨水，在防水保护罩箱体的底部设置一进出线孔3，在进线孔3内设置一内置材料为海绵的吸水环31，即使有少许雨水进入，吸水环31也可以吸收雨水，阻挡雨水进入防水保护罩I。吸水环31为一圆环状结构，吸水环31上设置有多个通孔311，吸水环的侧面上设置有一周凹形卡口312，用于与进出线孔通过卡槽固定。海绵具有强的吸水力，当有雨水进入时，海绵将雨水吸收，雨停时，海绵自动晾干，达到了循环使用的目的，海绵外面的吸水环起到保护海绵的作用，减少了海绵的磨损，从而减少了更换海绵的次数;凹形卡口用于与进出线孔固定，当需要更换海绵时，可以拿下吸水环进行海绵更换。
[0044]如图6至图9所示，在活动背板5的左右两个侧边上分别对称设置一倒“L”形的凸槽51，在防水保护罩的后开口的左右两侧分别对称设置一 “L”形的凹槽12，所述的凸槽51和凹槽12构成卡槽。
[0045]当计量箱背负式使用时，容易发生触电事故，本实用新型设置了防触电模块。
[0046]防触电模块包括用于检测计量箱内电场强度的场强检测电路、用于处理采集到的数据的主控电路和用于控制线路切断的动作电路;场强检测电路的输出端与主控电路的输入端相连，主控电路的输出端与动作电路的输入端相连，动作电路的输出端与变压器的二次侧相连。
[0047]如图10所示，场强检测电路包括线圈L1、整流桥、电位器VR、运算放大器Ul和电感L2;线圈LI设置在变压器低压侧的一侧，线圈LI的一端与整流桥的a端相连，线圈LI的另一端与整流桥的b端相连;整流桥的c端与运算放大器Ul的同相输入端相连，运算放大器Ul的反相输入端与电位器VR的3号端口相连，电位器VR的2号端口与整流桥的d端相连并接OV电压，电位器VR的I号端口接+12V电压，所述的运算放大器Ul的输出端与电感L2的一端相连。线圈LI放在变压器低压侧的一侧，用于检测变压器低压侧的电压电流变化，运用整流桥和运算放大器构成直流运算放大电路，相较于交流放大电路来说，直流放大电路的噪声小，放大倍数大，更容易检测到电压电流的突变，使得防触电模块反应更加灵敏，尽量减少安全事故的发生。场强检测电路设置有一电位器VR，VR的两端不是连接的电网，而是低压直流电，构成了一电位标准，将检测到的电压电流变化发送为单片机，与标准电位相比较，判断电压电流是否发生突变。
[0048]如图11所示，主控电路包括STCl 1F16XE单片机及由电阻R1、电容Cl、电容C2、电容C3和晶振Yl组成的外围电路，STC11F16XE单片机的？1.1引脚与电感1^2的另一端相连。
[0049]如图12所示，动作电路包括电阻R2、电阻R3、三极管Ql、二极管DI和开关SI;所述的电阻R2的一端与STCl 1F16XE单片机的P0.0引脚相连，电阻R2的另一端与三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极分别与电阻R3的一端和二极管Dl的正极相连，三极管Ql的发射极接地，电阻R3的另一端分别与二极管Dl的负极和开关S的I号端口相连并接+12V电压，开关SI的2号端口空接，开关SI的3号端口与变压器的低压侧相连。该动作电路的作用相当与一个继电器，但是继电器动作的条件是线圈的失电和得电，因此本实用新型设计了一个动作电路，不需要断电也可以实现对线路的切断控制，通过动作电路中三极管Ql的导通和截止来对开关SI进行控制，开关SI的2号端口空接，3号端口与变压器的低压侧相连，实现了断开整个线路的输入，实现了断电的效果，防止了触电的发生。
[0050]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
【主权项】
1.便携式电能计量、防触电装置，其特征是，包括与变压器连接的计量箱和与上位机连接的终端箱，所述的计量箱内设置有第一高压电压互感器、第二高压电压互感器、第一低压电流互感器、第二低压电流互感器、智能电表和防触电模块，所述的终端箱内设置有计量终端;第一高压电压互感器的一次侧接变压器的A相低压侧，第一高压电压互感器的二次侧接智能电表的A相电压进线端;第二高压电压互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二高压电压互感器的二次侧接智能电表的C相电压进线端;所述的第一低压电流互感器的一次侦赌变压器的A相低压侧，第一低压电流互感器的二次侧接智能电表的A相电流进线端，所述的第二低压电流互感器的一次侧接变压器的C相低压侧，第二低压电流互感器的二次侧接智能电表的C相电流进线端，B相电接地;所述的防触电模块与智能电表的信号端相连;所述的智能电表的A相电压出线端、C相电压出线端、A相电流出线端和C相电流出线端分别接计量终端，计量终端的信号端与上位机连接;在所述的计量箱外和终端箱外分别设置防水保护罩。2.根据权利要求1所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的智能电表为三相三线式智能电表，所述的智能电表与计量终端通过485通信线连接。3.根据权利要求1所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的计量终端包括单片机和无线通讯模块，所述的单片机的I/O输入端口分别与智能电表的A相电压出线端、C相电压出线端、A相电流出线端和C相电流出线端相连，单片机的I/O输出端口分别通过无线通讯模块和/或RS232与上位机相连。4.根据权利要求1所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的防水保护罩为箱体结构，所述防水保护罩的正面设置一门，背面设置一活动背板，在所述防水保护罩的下侧板的四个角上分别设置有四个支架，在所述防水保护罩的下侧板上设置一进出线孔，在所述的进线孔内设置一吸水环，所述吸水环的内置材料为海绵材料;在所述活动背板的四个角上分别中心对称设置有由梯形凹口和圆柱形阻隔棍组成的背带固定装置。5.根据权利要求4所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的防水保护罩为透明钢化防水保护罩;所述的四个支架为不锈钢支架，四个支架与防水保护罩通过螺栓连接;所述的吸水环为一圆环状结构，吸水环上设置有多个通孔，吸水环的侧面上设置有一周凹形卡口，用于与进出线孔通过卡槽连接。6.根据权利要求4所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，在所述的活动背板的左右两个侧边上分别对称设置一倒“L”形的凸槽，在防水保护罩的后开口的左右两侧分别对称设置一 “L”形的凹槽。7.根据权利要求5所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述门的一侧与防水保护罩的左侧板或右侧板通过铰接连接，所述的活动背板与箱体的左侧板和右侧板通过卡槽连接。8.根据权利要求7所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述防水保护罩箱体的上侧面上设置有两个螺栓通孔，两个螺栓通孔呈左右对称设置。9.根据权利要求1所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的防触电模块包括用于检测计量箱内电场强度的场强检测电路、用于处理采集到的数据的主控电路和用于控制线路切断的动作电路;所述场强检测电路的输出端与主控电路的输入端相连，所述的主控电路的输出端与动作电路的输入端相连，所述动作电路的输出端与变压器的二次侧相连。10.根据权利要求9所述的便携式电能计量、防触电装置，其特征是，所述的场强检测电路包括线圈L1、整流桥、电位器VR、运算放大器Ul和电感L2;所述的线圈LI设置在变压器低压侧的一侧，线圈LI的一端与整流桥的a端相连，线圈LI的另一端与整流桥的b端相连;整流桥的c端与运算放大器Ul的同相输入端相连，运算放大器Ul的反相输入端与电位器VR的3号端口相连，电位器VR的2号端口与整流桥的d端相连并接OV电压，电位器VR的I号端口接+12V电压，所述的运算放大器UI的输出端与电感L2的一端相连； 所述的主控电路包括STCl 1F16XE单片机及由电阻R1、电容Cl、电容C2、电容C3和晶振Yl组成的外围电路，STC11F16XE单片机的？1.1引脚与电感1^2的另一端相连； 所述的动作电路包括电阻R2、电阻R3、三极管Q1、二极管Dl和开关SI;所述的电阻R2的一端与STCl 1F16XE单片机的P0.0引脚相连，电阻R2的另一端与三极管Ql的基极相连，三极管Ql的集电极分别与电阻R3的一端和二极管Dl的正极相连，三极管Ql的发射极接地，电阻R3的另一端分别与二极管Dl的负极和开关S的I号端口相连并接+12V电压，开关SI的2号端口空接，开关SI的3号端口与变压器的低压侧相连。
【文档编号】G01R11/02GK205620447SQ201620190456
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】张来刚, 张振, 张广武, 卢居正, 姜晓, 李庆豪, 杨涛, 姚勇
【申请人】国网山东省电力公司商河县供电公司, 国家电网公司