一种集成式三相电流监测系统的制作方法

本发明涉及电流检测，特别是涉及一种集成式三相电流监测系统。

背景技术：

1、目前低压配电柜中，每个塑壳断路器的出线端回路都安装外置电流互感器测量每相回路电流，通过外置电流互感器的二次侧输出端子接线连接至低压配电柜前面板上三相电流表的三相电流输入端子，以监测该回路三相电流；对于每个低压配电柜配置多个塑壳断路器回路时，普遍存在如下问题：1)、安装外置电流互感器数量太多，不便于配电柜内电器元件布局；2)、外置电流互感器二次侧输出连接线较多，人工接线装配时间较长，加工效率低；3)、低压配电柜后期检修维护也不方便。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种集成式三相电流监测系统。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

3、本发明提供一种集成式三相电流监测系统，其特征在于，其包括主模块、显示模块、连接线和声光报警器，主模块的进线端连接塑壳断路器的出线端，主模块的出线端连接用电设备的供电端，主模块在低压配电柜中安装在塑壳断路器的出线端的正下方，显示模块嵌入式安装在低压配电柜的前面板上，显示模块与主模块通过连接线进行电气连接，主模块与声光报警器进行电气连接；

4、主模块包括内置式三相电流测量电路、soc计量电路、报警电路、隔离rs485电路和开关电源电路；

5、内置式三相电流测量电路用于测量每相回路电流，将每相几百安交流电流变换成交流毫安电流信号；soc计量电路用于计量各相回路电流大小，并通过隔离rs485电路将三相电流参数传送至远程监控系统，并将三相电流参数超过设定的电流参数阈值范围的数据信息通过报警电路和声光报警器报警输出；开关电源电路为主模块和显示模块提供工作电源；显示模块用于与主模块进行数据通信，对三相电流参数进行就地显示；连接线用于实现主模块对显示模块提供的工作电源和数据通信线路。

6、本发明的积极进步效果在于：

7、本发明提供的集成式三相电流监测系统，该监测系统内部集成三相电流互感器，最大测量电流可以达到ac630a，无需再安装外置电流互感器，可以极大优化低压配电柜内安装空间，方便电器元件布局；节省外置电流互感器的二次接线，提高加工效率，降低生产成本，也方便配电柜后期维修检测。

技术特征：

1.一种集成式三相电流监测系统，其特征在于，其包括主模块、显示模块、连接线和声光报警器，主模块的进线端连接塑壳断路器的出线端，主模块的出线端连接用电设备的供电端，主模块在低压配电柜中安装在塑壳断路器的出线端的正下方，显示模块嵌入式安装在低压配电柜的前面板上，显示模块与主模块通过连接线进行电气连接，主模块与声光报警器进行电气连接；

2.如权利要求1所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，内置式三相电流测量电路包括a相进线端、b相进线端、c相进线端、a相出线端、b相出线端、c相出线端、a相铜排、b相铜排、c相铜排、a相电流互感器、b相电流互感器和c相电流互感器；a相进线端、b相进线端和c相进线端分别为a相回路进线端ua_in、b相回路进线端ub_in和c相回路进线端uc_in，a相回路进线端ua_in连接塑壳断路器的a相出线端，b相回路进线端ub_in连接塑壳断路器的b相出线端，c相回路进线端uc_in连接塑壳断路器的c相出线端；a相出线端、b相出线端和c相出线端分别为a相回路出线端ua_out、b相回路出线端ub_out、c相回路出线端uc_out，a相回路出线端ua_out连接三相用电设备的a相进线端，b相回路出线端ub_out连接三相用电设备的b相进线端，c相回路出线端uc_out连接三相用电设备的c相进线端，或，a相回路出线端ua_out连接第一个单相用电设备的进线端，b相回路出线端ub_out连接第二个单相用电设备的进线端，c相回路出线端uc_out连接第三个单相用电设备的进线端；a相进线端、b相进线端、c相进线端和a相出线端、b相出线端、c相出线端之间分别通过a相铜排、b相铜排、c相铜排连接，a相铜排、b相铜排和c相铜排的宽度与塑壳断路器上对应的a相铜排、b相铜排和c相铜排的宽度一致，a相铜排、b相铜排和c相铜排分别承受最大交流电流为630a；a相铜排、b相铜排和c相铜排之间的间距同塑壳断路器上对应的a相铜排、b相铜排、c相铜排之间间距一致，a相铜排cu_a穿过a相电流互感器ct_a的方形内孔，当a相铜排cu_a有大电流流过时，a相电流互感器ct_a的二次侧输出毫安电流信号，b相铜排cu_b穿过b相电流互感器ct_b的方形内孔，当b相铜排cu_b有大电流流过时，b相电流互感器ct_b的二次侧输出毫安电流信号，c相铜排cu_c穿过c相电流互感器ct_c的方形内孔，当c相铜排cu_c有大电流流过时，c相电流互感器ct_c的二次侧输出毫安电流信号；a相电流互感器ct_a、b相电流互感器ct_b和c相电流互感器ct_c的二次侧输出端连接soc计量电路。

3.如权利要求2所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量电路包括：a相电流互感器ct_a的二次侧输出ma信号经过采样电阻第四电阻r4和采样电阻第六电阻r6组成的差分采样电路后输出采样差分mv信号，a相电流互感器ct_a的二次侧正输出端ia*连接采样电阻第四电阻r4的一端，a相电流互感器ct_a的二次侧负输出端ia连接采样电阻第六电阻r6的一端，采样电阻第四电阻r4的另一端和采样电阻第六电阻r6的另一端连接信号地gnd，a相电流互感器ct_a的二次侧正输出端ia*连接第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端连接第四电容c4的一端，第四电容c4的另一端连接信号地gnd，第二电阻r2和第四电容c4组成rc滤波电路，a相电流互感器ct_a的二次侧正输出端ia*经该rc滤波电路后连接soc计量芯片u1的up引脚，a相电流互感器ct_a的二次侧负输出端ia连接第八电阻r8的一端，第八电阻r8的另一端连接第七电容c7的一端，第七电容c7的另一端连接信号地gnd，第八电阻r8和第七电容c7组成rc滤波电路，a相电流互感器ct_a的二次侧负输出端ia经该rc滤波电路后连接soc计量芯片u1的un引脚，soc计量芯片u1的up引脚和un引脚组成差分模拟输入采集a相电流互感器ct_a二次侧对应的采样差分mv信号并计算a相电流大小；

4.如权利要求3所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量电路还包括2个旋转编码开关sw1和sw2，当旋转编码开关sw1和sw2都旋转至0位置时，隔离rs485电路的对外通信地址由显示模块设置，当旋转编码开关sw1和sw2任一开关旋转至非0位置时，隔离rs485电路的对外通信地址由旋转编码开关sw1和sw2组合设置；旋转编码开关sw1的引脚1经第一电阻r1和第三电容c3组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg20引脚，soc计量芯片u1的seg20引脚通过上拉电阻r30连接+3.3v，旋转编码开关sw1的引脚2经第五电阻r5和第六电容c6组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg21引脚，soc计量芯片u1的seg21引脚通过上拉电阻r29连接+3.3v，旋转编码开关sw1的引脚4经第七电阻r7和第九电容c9组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg22引脚，soc计量芯片u1的seg22引脚通过上拉电阻r28连接+3.3v，旋转编码开关sw1的引脚8经第十电阻r10和第十电容c10组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg23引脚，soc计量芯片u1的seg23引脚通过上拉电阻r27连接+3.3v，旋转编码开关sw1的2个c引脚连接信号地gnd；旋转编码开关sw2的引脚1经第十二电阻r12和第十三电容c13组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg24引脚，soc计量芯片u1的seg24引脚通过上拉电阻r26连接+3.3v，旋转编码开关sw2的引脚2经第十五电阻r15和第十四电容c14组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg25引脚，soc计量芯片u1的seg25引脚通过上拉电阻r25连接+3.3v，旋转编码开关sw2的引脚4经第十八电阻r18和第十九电容c19组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg26引脚，soc计量芯片u1的seg26引脚通过上拉电阻r24连接+3.3v，旋转编码开关sw2的引脚8经第二十电阻r20和第二十四电容c24组成的rc电路连接soc计量芯片u1的seg27引脚，soc计量芯片u1的seg27引脚通过上拉电阻r23连接+3.3v，旋转编码开关sw2的2个c引脚连接信号地gnd。

5.如权利要求3所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量电路还包括复位芯片u2的引脚3通过第二十九电容c29的一端连接+3.3v工作电源，第二十九电容c29的另一端连接信号地gnd，复位芯片u2的引脚2通过下拉电阻r36连接信号地gnd，第三十三电阻r33和第三十四电容c34组成rc滤波电路，第三十三电阻r33的一端连接复位芯片u2的引脚2，第三十三电阻r33的另一端连接soc计量芯片u1的rstn引脚；

6.如权利要求3所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量芯片电路通过soc计量芯片u1的串口控制非隔离rs485电路的数据收发功能与显示模块进行数据通信，非隔离rs485电路包括：rs485收发控制芯片u8的di引脚连接soc计量芯片u1的tx1引脚，rs485收发控制芯片u8的di引脚通过第四十电阻r40上拉至+5v工作电源，rs485收发控制芯片u8的ro引脚连接soc计量芯片u1的rx1引脚，rs485收发控制芯片————

7.如权利要求4所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量芯片电路通过soc计量芯片u1的串口控制隔离rs485电路的数据收发功能与远程监控系统进行通信，隔离rs485电路的通信地址可通过主模块的编码开关设置，也可以通过显示模块设置；隔离rs485电路包括数字隔离器u7和rs485收发控制芯片u6，数字隔离器u7的vdd1引脚通过第四十一滤波电容c41的一端连接+3.3v直流工作电源，第四十一滤波电容c41的另一端和数字隔离器u7的两个gnd1引脚连接信号地gnd，数字隔离器u7的inb引脚连接soc计量芯片u1的ain2引脚，数字隔离器u7的inb引脚通过第五十二电阻r52上拉至+3.3v工作电源，当soc计量芯片u1的ain2引脚输出低电平时，隔离rs485电路工作在发送数据状态，当soc计量芯片u1的ain2引脚输出高电平时，隔离rs485电路工作在接收数据状态，数字隔离器u7的inc引脚连接soc计量芯片u1的ain1引脚，数字隔离器u7的inc引脚通过第五十一电阻r51上拉至+3.3v工作电源，数字隔离器u7的outd引脚连接soc计量芯片u1的ain0引脚，数字隔离器u7的outd引脚通过第五十电阻r50上拉至+3.3v工作电源，数字隔离器u7的vdd2通过第四十二滤波电容c42的一端连接dc5v工作电源，第四十二滤波电容c42的另一端和数字隔离器u7的两个gnd2引脚连接隔离rs485电路的信号地g485，数字隔离器u7的outb引脚通过第五十五电阻r55连接npn三极管q2的基极，npn三极管q2的发射极连接隔离rs485电路的信号地g485，数字隔离器u7的outc引脚连接rs485收发控制芯片u6的di引脚并通过上拉电阻r48连接dc5v工作电源，数字隔离器u7的ind引脚连接rs485收发控制芯片u6的ro引脚并通过上拉电阻r47连接dc5v工作电源，rs485————

8.如权利要求4所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，soc计量芯片u1控制报警电路输出的通断，报警电路包括：npn三极管q1的基极通过第三十八电阻r38连接soc计量芯片u1的rtcout引脚，npn三极管q1的发射极连接信号地gnd，npn三极管q1的集电极连接作为开关器件的信号继电器k1的控制线圈的一端，信号继电器k1的控制线圈的另一端连接+5v工作电源，信号继电器k1控制线圈的两端并联二极管d1，二极管d1的阴极连接+5v工作电源，二极管d1的阳极连接npn三极管q1的集电极，信号继电器k1的输出端口带有过压保护电路压敏电阻rv1，压敏电阻rv1的两端并联在信号继电器k1的输出端口上，当三相电流参数超出soc计量芯片u1保存的电流参数阈值范围时，soc计量芯片u1的rtcout引脚输出高电平，报警电路输出导通进行声光报警信号输出。

9.如权利要求3所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，开关电源电路为集成式三相电流监测系统提供直流工作电源，开关电源电路2路直流电源输出dc12v和dc5v，dc12v电源为soc计量电路以及显示模块提供12v工作电源，dc5v电源为隔离rs485电路提供5v工作电源；开关电源电路的输入可从塑壳断路器三相进线端中任一单相取电，也可由外面控制电源提供，开关电源电路输入范围支持ac 80～270v；过压过流保护电路rv2为开关电源电路提供输入过压过流保护功能，过压过流保护电路rv2的引脚1连接交流供电电源的一端，过压过流保护电路rv2的引脚3连接交流供电电源的另一端，过压过流保护电路rv2的引脚2连接安规电容x2的一端和整流桥br1的交流输入一端，整流桥br1的交流输入另一端连接安规电容x2的另一端和过压过流保护电路rv2的引脚3，第五十电解电容c50、电感l2、第五十一电解电容c51组成π型滤波电路把整流桥br1输出整流电压滤波成稳定直流电压，整流桥br1的输出电压正端连接第五十电解电容c50的正端和电感l2的一端，电感l2的另一端连接第五十一电解电容c51的正端，第五十电解电容c50的负端和第五十一电解电容c51的负端连接整流桥br1的输出电压负端，第五十一电解电容c51的负端连接信号地pgnd，电源控制芯片u9的sw引脚连接变压器t1的原边初级绕组起始脚5，电源控制芯片u9的vdd引脚连接滤波电容第五十三电容c53的一端，第五十三电容c53的另一端和电源控制芯片u9的4个gnd引脚一起连接第五十一电解电容c51的负端，电源控制芯片u9的fb引脚连接第一隔离光耦n1的输出端引脚4，第一隔离光耦n1的输出端引脚3连接第五十一电解电容c51的负端，单向tvs管d4和二极管d5串联组成吸收电路，防止电源控制芯片u9的sw引脚峰值电压过高损坏电源控制芯片u9，单向tvs管d4的阳极连接变压器t1的原边初级绕组结束脚3和第五十一电解电容c51的正端，单向tvs管d4的阴极连接二极管d5的阴极，二极管d5的阳极连接变压器t1的原边初级绕组起始脚5，变压器t1的副边输出绕组起始脚14连接二极管d6的阳极，二极管d6的阴极连接第四十八电解电容c48的正端，第四十八电解电容c48的正端直流电压经电感l3和第四十九电解电容c49组成的lc滤波电路后输出稳定的dc12v工作电源，电感l3的一端连接第四十八电解电容c48的正端，电感l3的另一端连接第四十九电解电容c49的正端，变压器t1的副边输出绕组结束脚13连接第四十八电解电容c48的负端和第四十九电解电容c49的负端，第四十九电解电容c49的负端连接信号地gnd，第一隔离光耦n1的输入端引脚1和输入端引脚2的两端并联第五十九电阻r59，第一隔离光耦n1的输入端引脚1通过第五十七电阻r57连接第四十八电解电容c48的正端，第一隔离光耦n1的输入端引脚2连接基准芯片u10的阴极，第六十一电阻r61和第五十二电容c52组成串联电路，串联电路的一端连接基准芯片u10的阴极，串联电路的另一端连接基准芯片u10的参考端，基准芯片u10的阳极连接信号地gnd，第六十三电阻r63的一端连接信号地gnd，第六十三电阻r63的另一端连接基准芯片u10的参考端，第六十二电阻r62的一端连接第四十九电解电容c49的正端，第六十二电阻r62的另一端连接基准芯片u10的参考端，信号地gnd通过第五十四安规电容c54连接pgnd；开关电源电路输出dc5v工作电源为隔离rs485电路提供5v工作电源，二极管d3的阳极连接变压器t1的副边输出绕组起始脚8，第四十四电容c44和第四十五电容c45组成并联电路，并联电路的一端连接二极管d3的阴极和rs485收发控制芯片u8的in引脚和nc引脚，并联电路的另一端连接变压器t1的副边输出绕组结束脚9和隔离rs485电路的信号地g485，rs485收发控制芯片u8的另一nc引脚连接第四十三电容c43的一端，第四十三电容c43的另一端和rs485收发控制芯片u8的gnd引脚连接隔离rs485电路的信号地g485，rs485收发控制芯片u8的out引脚通过第四十六电容c46滤波输出dc5v工作电源。

10.如权利要求3所述的集成式三相电流监测系统，其特征在于，显示模块工作电源由主模块输出的dc12v电源提供，显示模块通过连接线和主模块中的非隔离rs485电路与主模块进行数据通信，连接线为6芯rj11连接线，显示模块上显示电路中mcu通过串口控制非隔离rs485电路数据收发功能，mcu控制显示电路中显示驱动芯片将三相电流数据就地显示，显示电路中包括led显示和lcd显示。

技术总结
本发明集成式三相电流监测系统包括：主模块、显示模块、连接线和声光报警器，主模块进线端连接塑壳断路器出线端，主模块出线端连接用电设备供电端，显示模块与主模块通过连接线进行电气连接，主模块与声光报警器电气连接；主模块包括：内置式三相电流测量电路测量每相回路电流，将每相几百安交流电流变换成交流毫安电流信号；SOC计量电路计量各相回路电流大小并通过隔离RS485电路将三相电流参数传至远程监控系统，将三相电流参数超过设定的电流参数阈值范围的数据信息通过报警电路和声光报警器报警输出；开关电源电路为主模块和显示模块提供工作电源；显示模块用于与主模块数据通信，对三相电流参数进行就地显示。

技术研发人员：张凤雏,张志宝,许文专,张磊,顾益刚,蒋科慧
受保护的技术使用者：江苏斯菲尔电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22