CN103516053B - 一种室外照明配电柜保护控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了照明***领域内的一种室外照明配电柜保护控制器，包括电源输入端连接在电源电路上的MCU控制单元，电源电路的电源输出端连接在浸水检测电路和GPRS远程通讯电路，MCU控制单元的信号输入端分别与浸水检测电路和电压采样电路相连，MCU控制单元通过GPRS远程通讯电路与控制中心进行远程通信，MCU控制单元的信号输出端与控制路灯亮灭以及配电柜供电的继电器模组相连，MCU控制单元的信号输入端还连接有漏电检测回路，漏电检测回路上设置有用以检测漏配电柜输入线缆处电流的互感器，电源电路连接市电上，本发明解决现有技术中的配电柜安全性较低的问题，避免配电柜漏电，提高配电柜现场的安全性，可用于路灯管理中。

Description

一种室外照明配电柜保护控制器

技术领域

本发明涉及一种照明***，特别涉及一种照明配电柜。

背景技术

随着我国城市化进程的推进，相应基础配套设施也得以发展，道路照明和景观照明点缀着城市繁华的夜景。然而，这些照明***并不安全，常有大量暴雨后路灯漏电致人身伤亡案例。这些事故通常是由于暴雨后配电柜浸水或其它原因水淹导致漏电所造成的，究其深层次原因，可以归咎于施工问题、线路老化问题、自然灾害等问题。这些问题通常是不易发现或很难预测的，一旦发生，恐怕已经造成事故。所幸，有些城市路灯主管部门已经有所重视并采取一些措施。

第一种措施是在路灯配电柜使用了漏电保护开关，这些开关的漏电容许电流一般为30mA以内，但在实际的使用过程中，开关时常跳脱，造成整条路段路灯熄灭。路灯管理人员则需紧急赶至现场进行重新合闸。使得路灯维护工作量、工作成本进一步加大。

路灯配电***漏电情况之所以会这么严重，这与路灯的配电的环境相关。首先这些装置安装在户外，夏季的炎热与冬季的寒冷易使导线绝缘遭到破坏；其次，高温、高湿环境除了能加速金属的氧化外，也能破坏绝缘，而绝缘一旦被破坏，就会日趋严重，最终失去绝缘；再有，与施工水平和施工质量相关，在线路穿管敷设时，封闭不严会导致穿线管内进水，导线长时间泡在水里，绝缘很难保证。特别在有些地区，这些导线甚至根本就没有穿管敷设；第四，道路施工、园林施工、供热、供气管道施工等等也会破坏原有已敷设好的线路的绝缘。

基于上述原因，30mA的漏电跳脱控制根本无法满足路灯配电现状。即以漏电流是否大于30mA作为切断该条线路的供电是科学的，但却是与国内路灯供电现状不相适应，不定期的大规模更换线缆需要资金与人力，不宜在室外路灯配电***中得以广泛推广。

第二种措施是在配电柜（箱）的各输出支路中加装可调节的剩余电流保护装置，通过检测各支路瞬时流入和流出电流差值来判断是否漏电，它与第一种措施的区别在于：

第一种措施的漏电流保护阈值为定值，通常小于30mA;

第二种措施的漏电流保护阈值可人为设定，通常为100mA以上。

第二种措施的优点在于：

可以通过调整漏电流保护阈值使该装置仍能在***中使用，虽然是一个折中方案，但仍可以通过此装置甄别严重漏电的线路。

其缺点在于：

1.此类型漏电保护装置多为本地设定，超过设定阈值后，开关跳脱，需要人为干预，到现场手动闭合开关。

2.漏电流值未远传到控制中心，不利于对总体输配电情况的掌控与管理。

因此，第二种措施还处于初级的漏电保护措施，需要进一步完善。再者，分析众多事故，触电的原因多数为暴雨后水淹配电柜或水浸地面以上的线缆裸露处。所以我们应该着手解决配电柜进水后的检测和切断电源问题，并辅以漏电流检测，这样才能更现实的解决配电柜漏电问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种室外照明配电柜保护控制器，解决现有技术中的配电柜安全性较低的问题，避免配电柜漏电，提高配电柜现场的安全性。

本发明的目的是这样实现的：一种室外照明配电柜保护控制器，包括一个模块式MCU控制单元，所述MCU控制单元的电源输入端连接在电源电路上，所述电源电路的电源输出端连接在浸水检测检测电路和GPRS远程通讯电路上，所述MCU控制单元的信号输入端分别与浸水检测电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端相连，所述MCU控制单元通过GPRS远程通讯电路与控制中心进行远程通信，所述MCU控制单元的信号输出端与控制路灯亮灭以及配电柜供电的继电器模组相连，所述MCU控制单元的信号输入端还连接有漏电检测回路，所述漏电检测回路上设置有用以检测漏配电柜输入线缆处电流的互感器，所述电源电路连接市电上。

本发明工作时，电源电路将市电转换成相应直流电源为浸水检测电路、MCU控制单元、继电器模组以及GPRS远程通讯电路供电，使其得电工作，当配电柜进水时，水位上升直至触发浸水检测电路工作，浸水检测电路发出浸水信号给MCU控制单元，MCU控制单元发送断电信号给继电器模组，通过继电器模组关闭路灯；

本发明中的漏电流检测电路用于检测总输入或支路的漏电水平，当漏电流大于设定的阈值时，MCU控制单元会发出命令给继电器模组，通过继电器模组关断配电柜电源输入，将***置为安全状态；

本发明中的电压采样电路用于采集输入电压信号，工作时将交流信号变为MCU控制单元可识别的隔离信号，MCU控制单元通过分析该信号，判别输入电压是否处于额定范围之内，如果输入电压超出额定范围，MCU控制单元会发出命令给继电器模组，控制配电柜电源关断，达到保护配电柜内器件及灯具的目的；

本发明中的GPRS远程通讯电路的作用是把配电柜内的信息发送给远端控制中心，同时，它也接收来自于控制中心的指令，因此，在控制中心可直接对输入电压阈值范围、主回路即各支路漏电流上限值随时进行设定和修改。同时，可通过继电器模组远程控制路灯的开关。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过使用浸水检测电路有效避免由于水淹配电柜而引发的触电安全事故；通过设置漏电流检测回路及时了解线路老化程度，确保用电安全；通过设置电压采样电路及时了解输入电压是否出现欠压、过压、零线丢失的问题，保护了灯具及线路中其它器件，延长其使用寿命；通过设置GPRS远程通讯电路与控制中心进行远程数据通信，经控制中心处的服务器综合分析，为管理人员提供报警信息、数据信息等资料，使路灯的管理更加方便、高效，提高路灯管理的自动化程度，通过根据日出日落时间对路灯配电柜进行远程控制，并可在控制中心直接设定、修改输入电压阈值范围和漏电流上限值，对路灯的管理变得更灵活，节省了大量的人力、物力。本发明可用于路灯管理中。

为了进一步本发明工作时的安全性，简化浸水检测电路结构，所述浸水检测电路包括浸水检测端子、高阻抗电阻、充电电容以及隔离光耦，所述浸水检测电路还包括接地的零线端子和接火线的火线端子，火线端子经熔断器连接至隔离光耦前级，零线端子顺序串接第二二极管、第三十八电阻后接第五三极管的发射极，第五三极管的集电极串接第四十一电阻后接隔离光耦前级，第五三极管的基极分为两路，一路串接第三十九电阻后接第五型三极管发射极，另一路串接第四十电阻后分别接第六三极管的集电极和第十四电容的负极，第六三极管的发射极接火线，第十四电容的正极接火线，浸水检测端子串接高阻抗电阻和第四十三电阻后接第六三极管的基极，第四十三电阻、第六三极管基极两者之间的电极点与火线之间串接有并联的充电电容和第四十四电阻，第四十二电阻、第四十三电阻之间的电极点与火线之间串接第三二极管，第五三极管发射极、高阻抗电阻之间的电极点与之间串接有并联的稳压管和第十二电容，第二二极管、零线端子之间的电极点与火线之间串接并联的压敏电阻和第十一电容。工作时只要有水进入配电柜，且水位到达一定高度，触碰到浸水检测端子，浸水端子变为零电位，通过隔离电容、高阻抗电阻以0.4mA以下的电流对检测电路的内部电容充电，该电容达到一定电压后，通过光耦隔离，发信号给MCU控制单元，MCU控制单元立即发送切断总电源指令，有效避免由于水淹配电柜而引发的触点安全事故。

为了提高本发明工作的可靠性，所述GPRS远程通讯电路还连接有蓄电池。可保证控制中心与配电柜保持通信，不受现场电源影响，避免现场电源断电后控制中心无法与配电柜通信的问题。

为了使得配电柜现场控制更加方便可靠，所述继电器模组包括一个控制配电柜供电的继电器和若干控制相应路灯亮灭的继电器。

附图说明

图1为本发明电路结构图。

图2为本发明配电箱电气接线原理图。

图3为本发明中浸水检测电路原理图。

具体实施方式

如图1-3所示的一种室外照明配电柜保护控制器，包括一个模块式MCU控制单元，MCU控制单元的电源输入端连接在电源电路上，电源电路的电源输出端连接在浸水检测检测电路和GPRS远程通讯电路，MCU控制单元的信号输入端分别与浸水检测电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端相连，MCU控制单元通过GPRS远程通讯电路与控制中心进行远程通信，MCU控制单元的信号输出端与控制路灯亮灭以及配电柜供电的继电器模组相连，MCU控制单元的信号输入端还连接有漏电检测回路，漏电检测回路上设置有用以检测漏配电柜输入线缆处电流的互感器，电源电路连接市电上，GPRS远程通讯电路还连接有蓄电池，继电器模组包括一个控制配电柜供电的总输入继电器和若干控制相应路灯亮灭的继电器,浸水检测电路包括浸水检测端子CN1-2T、高阻抗电阻R42、充电电容C13以及隔离光耦OP7。

正常情况下，3相380V市电接入到端子X0，通过开关QF0至总输入接触器0KM的进线端，当开灯时间到来后，控制中心发出开灯指令，保护控制器内部的GPRS接收该指令，并传递给保护控制器内部的MCU控制单元，MCU控制单元发出指令给保护控制器内部的继电器KA1，继电器KA1闭合，电流流过接触器0KM的线圈，接触器触点0KM1随之闭合，市电至触点1KM1,2KM1,3KM1的进线端。同上述过程，触点1KM1,2KM1,3KM1也可由控制中心发出指令闭合或断开，使接在相应输出端子所在位置的灯具点亮或熄灭，实现在控制中心远程控制开关灯。

保护控制器的U,V,W,N为控制器的电源接入点，也是市电电压采样点。当输入电压高于设定的上限值或低于下限值时，为保护灯具及配电柜内器件，保护控制器内部的MCU控制单元发出指令，断开继电器KA1，接触器0KM失电，触点0KM1也随之断开，配电柜的输出端子将不再带电。

配电柜中有一根浸水检测线自保护控制器引出，连接到柜体内部输出端子20cm以下处，浸水检测线上连接有浸水检测端子CN1-2T，该浸水检测线连接至保护控制器内部的浸水检测电路中，由于串联电容和电阻的限流作用，其最大电流仅为0.4mA,对人体绝对安全，一旦配电柜浸水后，当水位至该浸水检测端子CN1-2T处，浸水检测端子CN1-2T变为零电位，通过高阻抗电阻R42以0.4mA以下的电流对检测电路的内部充电电容C13充电，该电容C13达到一定电压后，即通过光耦OP7隔离，发信号给MCU控制单元，保护控制器内MCU控制单元识别该信号，发出指令，断开继电器KA1，使接触器0KM失电，触点0KM1断开，配电柜输出端子将不再带电，即使水位淹没到配电柜输出端子处，由于断开了市电输入，确保了在配电柜附近涉水行人的安全。

在配电柜输入线缆处安装剩余电流检测互感器H1，该互感器H1接到保护控制器的漏电流检测回路1位置，互感器H1用于检测漏电电流，MCU控制单元根据检测到的漏电流进行分级控制，如果漏电流在10-50mA之间时，仅发送到控制中心，作为一般报警显示于控制中心服务器上；如果漏电流在50-100mA之间时，通过数据远传，数据中心服务器上显示的将是严重告警，需派技术人员赴现场解决问题；若漏电流在100mA以上时，保护控制器内的MCU控制单元立即发出指令，断开保护控制器内的继电器KA1，进而使接触器0KM失电，触点0KM1断开，达到切断配电柜电源的目的，同时发送这一严重报警的信息至控制中心，通知技术人员赴现场解决故障。

考虑到各城市或地区对漏电流的要求不同，上述“一般报警”，“严重报警”，故障报警的阈值可以再控制中心远程设定，使控制方案的变更更加灵活。

此外，由于通常我们通常只侦测市电总输入的漏电情况，而漏电的发生很有可能是某一支路漏电造成，判别具体是哪条支路漏电时，可将开口式漏电流互感器接在保护控制器的漏电流检测互感器2位置，依次检查各回路。当然，也可直接安装漏电流互感器于各支路位置，实时对各支路漏电流进行检测。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种室外照明配电柜保护控制器，其特征在于，包括模块式MCU控制单元、电源电路、浸水检测电路、电压采样电路、GPRS远程通讯电路、漏电检测回路以及继电器模组，所述MCU控制单元的电源输入端连接在电源电路上，所述电源电路的电源输出端连接在浸水检测电路和GPRS远程通讯电路上，所述MCU控制单元的信号输入端分别与浸水检测电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端相连，所述MCU控制单元通过GPRS远程通讯电路与控制中心进行远程通信，所述MCU控制单元的信号输出端与控制路灯亮灭以及配电柜供电的继电器模组相连，所述MCU控制单元的信号输入端还连接有漏电检测回路，所述漏电检测回路上设置有用以检测漏配电柜输入线缆处电流的互感器，所述电源电路连接市电上，所述浸水检测电路包括浸水检测端子（CN1-2T）、隔离光耦（OP7）、第三十八电阻（R38）以及充电电容（C13），所述浸水检测电路还包括接地的零线端子（CN1-1N）和接火线的火线端子（CN1-2L），火线端子（CN1-2L）经熔断器（F1）连接至隔离光耦（OP7）前级，零线端子顺序串接第二二极管（D2）、第三十八电阻（R38）后接第五三极管（Q5）的发射极，第五三极管（Q5）的集电极串接第四十一电阻（R41）后接隔离光耦（OP7）前级，第五三极管（Q5）的基极分为两路，一路串接第三十九电阻（R39）后接第五型三极管（Q5）发射极，另一路串接第四十电阻（R40）后分别接第六三极管（Q6）的集电极和第十四电容（C14）的负极，第六三极管（Q6）的发射极接火线，第十四电容（C14）的正极接火线，浸水检测端子（CN1-2T）串接高阻抗电阻（R42）和第四十三电阻（R43）后接第六三极管（Q6）的基极，第四十三电阻（R43）、第六三极管（Q6）基极两者之间的电极点与火线之间串接有并联的充电电容（C13）和第四十四电阻（R44），第四十二电阻（R42）、第四十三电阻（R43）之间的电极点与火线之间串接第三二极管（D3），第五三极管（Q5）发射极、高阻抗电阻（R38）之间的电极点与之间串接有并联的稳压管（Z1）和第十二电容（C12），第二二极管（D2）、零线端子（CN1-1N）之间的电极点与火线之间串接并联的压敏电阻（Rv）和第十一电容（C11）。

2.根据权利要求1所述的一种室外照明配电柜保护控制器，其特征在于，所述GPRS远程通讯电路还连接有蓄电池。

3.根据权利要求1所述的一种室外照明配电柜保护控制器，其特征在于，所述继电器模组包括一个控制配电柜供电的继电器和若干控制相应路灯亮灭的继电器。