CN106501716B - 基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路及方法，包括负载、与负载连接的空气开关和电能表，电能表包括MCU、与MCU连接的表计继电器以及与MCU连接的空开检测电路，空开检测电路并联表计继电器，表计继电器的一端连接火线；表计继电器的另一端连接空气开关，空气开关分别连接零线和负载；通过空开检测电路中的单相计量芯片的第六、七引脚接收不同压降的电压信号，MCU从单相计量芯片得到检测状态信息；表计继电器合闸前需在空开检测电路检测到不同压降信号，即用户需确认合闸一次空气开关才能使表计继电器合闸；保证在用户知晓负载端电路状态情况下，进行表计继电器合闸，增强用户的用电安全性；且检测电路简单，可靠性高，易于实现。

Description

基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路及方法

技术领域

本发明涉及空开信号检测领域，具体为基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路及方法。

背景技术

空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关；空气开关是低压配电网络和电力拖动***中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。

而在电能表之后负载之前通常设有空气开关，但是电能表没有负载侧空气开关状态检测功能，在电能表继电器拉闸情况下，电能表就无法获知负载端电路的通断情况，在这一状态下电能表继电器切换到合闸状态，就可能导致人员在疏忽情况下对负载端线路带电操作，从而引发触电，造成用电事故。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种保证在用户知晓负载端电路状态情况下，进行表计继电器合闸，从而提高用户用电安全性的基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路及方法。

本发明通过以下技术方案实现：基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，包括负载、与负载连接的空气开关以及电能表，所述电能表包括MCU、与MCU连接的表计继电器以及与MCU连接的空开检测电路，所述空开检测电路还并联表计继电器，所述表计继电器的一端还连接至火线；所述表计继电器的另一端还连接至空气开关的第一引脚，所述空气开关中与第一引脚对应设置的第二引脚连接至负载的一端，所述负载的另一端连接至空气开关的第四引脚，所述空气开关中与第四引脚对应设置的第三引脚连接至零线；所述空开检测电路包括单相计量芯片、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻；所述表计继电器的另一端至表计继电器的一端之间依次串联第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；所述第九电阻的一端还连接第十一电阻的一端，所述第九电阻的另一端还连接第十二电阻的一端，所述第十一电阻的另一端连接第一电容的一端，所述第十二电阻的另一端连接第二电容的一端，所述第一电容和第二电容的另一端都接地；所述第一电容的一端还连接至单相计量芯片的第六引脚，所述第二电容的一端还连接至单相计量芯片的第七引脚；所述空开检测电路还包括VCC电源、第十电容、第十一电容、第十二电容和第十六电阻，所述单相计量芯片的第一引脚和第二引脚相互连接并且还连接至第十二电容的一端，所述第十二电容的一端还连接第十六电阻的一端，所述第十二电容的另一端连接第十一电容的一端，所述第十六电阻的另一端连接第十一电容的另一端，所述第十一电容的另一端连接VCC电源，所述第十一电容的另一端还连接第十电容的一端，所述第十电容的另一端和所述第十一电容的一端都接地；所述空开检测电路还包括第三电容、第四电容、第十三电阻、第十四电阻、第五电容、第六电容、第十五电阻、第七电容和VCC电源，所述单相计量芯片的第九引脚连接第十三电阻的一端，所述第十三电阻的另一端连接第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接单相计量芯片的第十引脚，所述第四电容的一端还接地，所述第十三电阻还并联有第三电容，所述单相计量芯片的第十二引脚还连接第十四电阻的一端，所述第十四电阻的另一端连接第五电容的一端，所述第五电容的一端还连接第六电容的一端，所述第六电容的一端还连接VCC电源，所述第五电容和第六电容的另一端接地；所述单相计量芯片的第十三引脚连接第十五电阻的一端，所述第十五电阻的另一端连接第七电容的一端，所述第七电容的另一端接地；所述空开检测电路还包括第八电容、第九电容、晶振和VCC电源，所述单相计量芯片的第十七引脚接地，所述单相计量芯片的第十八引脚接VCC电源，所述单相计量芯片的第十九引脚连接晶振的一端，所述单相计量芯片的第二十引脚连接晶振的另一端，所述晶振的一端还连接第八电容的一端，所述晶振的另一端还连接第九电容的一端，所述第八电容和第九电容的另一端都接地；所述单相计量芯片的型号为RN8209；所述第九电阻为2KΩ。

基于电阻端采样的单相电表空开信号检测方法：

当空气开关合闸，表计继电器也合闸，空开检测电路就被表计继电器短路，单相计量芯片的第六引脚和第七引脚接收低电平；

当表计继电器合闸，空气开关拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片的第六引脚和第七引脚就接收低电平；

当表计继电器拉闸，空气开关合闸，空开检测电路就会有交流电流通过；当交流电幅值为正时，第九电阻两端的压降不为0，经过第一电容、第二电容、第十一电阻和第十二电阻组成的RC滤波电路，单相计量芯片的第六引脚的电压大于单相计量芯片的第七引脚；当交流电幅值为负时，第九电阻两端的压降不为0，经过第一电容、第二电容、第十一电阻和第十二电阻组成的RC滤波电路，单相计量芯片的第六引脚的电压小于单相计量芯片的第七引脚；

当表计继电器和空气开关都拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片的第六引脚和第七引脚就接收低电平。

单相计量芯片接收到高低电平的检测信号后，单相计量芯片再将检测状态信息传输至与其连接的MCU。

本发明通过空开检测电路中的单相计量芯片的第六引脚和第七引脚接收不同压降的电压信号，MCU从单相计量芯片得到检测状态信息；表计继电器合闸之前需要在空开检测电路检测到不同压降信号，即用户需要确认合闸一次空气开关才能使表计继电器合闸；保证了在用户知晓负载端电路状态情况下，进行表计继电器合闸，增强了用户的用电安全性；并且这检测电路简单，可靠性高，易于实现。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：1）空开检测电路中的单相计量芯片与MCU配合检测，保证了在用户知晓负载端电路状态情况下，进行表计继电器合闸，增强了用户的用电安全性；2）空开检测电路简单，可靠性高，易于实现。

附图说明

图1为现有电能表无负载侧空气开关状态检测的示意图。

图2为本发明实现负载侧空气开关状态检测的示意图。

图3为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。

见图1至图3，基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，包括负载、与负载连接的空气开关以及电能表，所述电能表包括MCU、与MCU连接的表计继电器以及与MCU连接的空开检测电路，所述空开检测电路还并联表计继电器，所述表计继电器的一端还连接至火线；所述表计继电器的另一端还连接至空气开关的第一引脚，所述空气开关中与第一引脚对应设置的第二引脚连接至负载的一端，所述负载的另一端连接至空气开关的第四引脚，所述空气开关中与第四引脚对应设置的第三引脚连接至零线；所述空开检测电路包括单相计量芯片N1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12；所述表计继电器的另一端至表计继电器的一端之间依次串联第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；所述第九电阻R9的一端还连接第十一电阻R11的一端，所述第九电阻R9的另一端还连接第十二电阻R12的一端，所述第十一电阻R11的另一端连接第一电容C1的一端，所述第十二电阻R12的另一端连接第二电容C2的一端，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端都接地；所述第一电容C1的一端还连接至单相计量芯片N1的第六引脚，所述第二电容C2的一端还连接至单相计量芯片N1的第七引脚。

本实施方式中，所述空开检测电路还包括VCC电源、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12和第十六电阻R16，所述单相计量芯片N1的第一引脚和第二引脚相互连接并且还连接至第十二电容C12的一端，所述第十二电容C12的一端还连接第十六电阻R16的一端，所述第十二电容C12的另一端连接第十一电容C11的一端，所述第十六电阻R16的另一端连接第十一电容C11的另一端，所述第十一电容C11的另一端连接VCC电源，所述第十一电容C11的另一端还连接第十电容C10的一端，所述第十电容C10的另一端和所述第十一电容C11的一端都接地；所述空开检测电路还包括第三电容C3、第四电容C4、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五电容C5、第六电容C6、第十五电阻R15、第七电容C7和VCC电源，所述单相计量芯片N1的第九引脚连接第十三电阻R13的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接第四电容C4的一端，所述第四电容C4的另一端连接单相计量芯片N1的第十引脚，所述第四电容C4的一端还接地，所述第十三电阻R13还并联有第三电容C3，所述单相计量芯片N1的第十二引脚还连接第十四电阻R14的一端，所述第十四电阻R14的另一端连接第五电容C5的一端，所述第五电容C5的一端还连接第六电容C6的一端，所述第六电容C6的一端还连接VCC电源，所述第五电容C5和第六电容C6的另一端接地；所述单相计量芯片N1的第十三引脚连接第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端连接第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地；所述空开检测电路还包括第八电容C8、第九电容C9、晶振G1和VCC电源，所述单相计量芯片N1的第十七引脚接地，所述单相计量芯片N1的第十八引脚接VCC电源，所述单相计量芯片N1的第十九引脚连接晶振G1的一端，所述单相计量芯片N1的第二十引脚连接晶振G1的另一端，所述晶振G1的一端还连接第八电容C8的一端，所述晶振G1的另一端还连接第九电容C9的一端，所述第八电容C8和第九电容C9的另一端都接地；所述单相计量芯片N1的型号为RN8209；所述第九电阻R9为2KΩ；通过单相芯片的周边电路以及晶振确保将检测状态信息发送至电能表的MCU。

基于电阻端采样的单相电表空开信号检测方法：

当空气开关合闸，表计继电器也合闸，空开检测电路就被表计继电器短路，单相计量芯片N1的第六引脚和第七引脚接收低电平；

当表计继电器合闸，空气开关拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片N1的第六引脚和第七引脚就接收低电平；

当表计继电器拉闸，空气开关合闸，空开检测电路就会有交流电流通过；当交流电幅值为正时，第九电阻R9两端的压降不为0，经过第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11和第十二电阻R12组成的RC滤波电路，单相计量芯片N1的第六引脚的电压大于单相计量芯片N1的第七引脚；当交流电幅值为负时，第九电阻R9两端的压降不为0，经过第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11和第十二电阻R12组成的RC滤波电路，单相计量芯片N1的第六引脚的电压小于单相计量芯片N1的第七引脚；

当表计继电器和空气开关都拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片N1的第六引脚和第七引脚就接收低电平。

单相计量芯片N1接收到高低电平的检测信号后，单相计量芯片N1再将检测状态信息传输至与其连接的MCU。

本实施方式中，用户正常断开空气开关，检测回路无电流通过，表计计量芯片依旧接收低电平；由于欠费、过电流等情况，表计继电器拉闸，空气继电器保持合闸，检测电路有电流通过，单相计量芯片第六引脚和第七引脚接收不同压降的电压信号，MCU从单相计量芯片N1得到检测状态信息；由于故障排除、电费充值等，电表接收到表计继电器合闸信号，此时电表并不执行合闸命令，需等待用户拉闸空气开关，单相计量芯片N1接收到低电平，MCU接到单相计量芯片N1传输的检测状态，之后用户重新合闸空气开关，MCU两引脚接收不同压降的电压信号，电表执行继电器合闸，主电路恢复正常工作。

本实施方式中，表计继电器合闸之前需要在空开检测电路检测到不同压降信号—低电平—不同压降信号，即用户需要确认拉合闸一次空气开关才能使表计继电器合闸；本发明所提出的空开检测电路通过单相计量芯片N1与MCU的配合工作，保证了在用户知晓负载端电路状态情况下，进行表计继电器合闸，增强了用户的用电安全性。

本实施方式中，在空气开光合闸、表计继电器合闸或表计继电器合闸、空气开关拉闸或表计继电器拉闸、空气开关拉闸的情况下，空开检测电路中单相计量芯片N1的第六引脚和第七引脚都只会接收到低电平，单相计量芯片N1再传输检测到的低电平检测状态信息到与其连接的MCU中；在表计继电器拉闸、空气开光合闸的情况下，空开检测电路中就会有交流电经过，交流电幅值为正时第九电阻R9两端压降不为0，经过第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11和第十二电阻R12组成的RC滤波电路的滤波，单相计量芯片N1的第六引脚的电压大于单相计量芯片N1的第七引脚；当交流电幅值为负时，第九电阻R9两端的压降不为0，经过第一电容C1、第二电容C2、第十一电阻R11和第十二电阻R12组成的RC滤波电路的滤波，单相计量芯片N1的第六引脚的电压小于单相计量芯片N1的第七引脚，单相计量芯片N1再传输检测到的低电平检测状态信息到与其连接的MCU中；这样就能使得MCU检测到不同压降信号—低电平—不同压降信号，就需要用户确认拉合闸一次空气开关才能使表计继电器合闸，以防止人员在疏忽情况下对负载端线路带电操作，造成用电事故；通过增加负载端空开检测电路，将负载端线路状态信号引入电表，电表MCU结合该信号与表计继电器合闸命令信号，控制表计继电器的拉闸、合闸动作。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，包括负载、与负载连接的空气开关以及电能表，其特征在于：所述电能表包括MCU、与MCU连接的表计继电器以及与MCU连接的空开检测电路，所述空开检测电路还并联表计继电器，所述表计继电器的一端还连接至火线；所述表计继电器的另一端还连接至空气开关的第一引脚，所述空气开关中与第一引脚对应设置的第二引脚连接至负载的一端，所述负载的另一端连接至空气开关的第四引脚，所述空气开关中与第四引脚对应设置的第三引脚连接至零线；所述空开检测电路包括单相计量芯片（N1）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）；所述表计继电器的另一端至表计继电器的一端之间依次串联第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）；所述第九电阻（R9）的一端还连接第十一电阻（R11）的一端，所述第九电阻（R9）的另一端还连接第十二电阻（R12）的一端，所述第十一电阻（R11）的另一端连接第一电容（C1）的一端，所述第十二电阻（R12）的另一端连接第二电容（C2）的一端，所述第一电容（C1）和第二电容（C2）的另一端都接地；所述第一电容（C1）的一端还连接至单相计量芯片（N1）的第六引脚，所述第二电容（C2）的一端还连接至单相计量芯片（N1）的第七引脚，所述空开检测电路还包括第三电容（C3）、第四电容（C4）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第五电容（C5）、第六电容（C6）、第十五电阻（R15）、第七电容（C7）和VCC电源，所述单相计量芯片（N1）的第九引脚连接第十三电阻（R13）的一端，所述第十三电阻（R13）的另一端连接第四电容（C4）的一端，所述第四电容（C4）的另一端连接单相计量芯片（N1）的第十引脚，所述第四电容（C4）的一端还接地，所述第十三电阻（R13）还并联有第三电容（C3），所述单相计量芯片（N1）的第十二引脚还连接第十四电阻（R14）的一端，所述第十四电阻（R14）的另一端连接第五电容（C5）的一端，所述第五电容（C5）的一端还连接第六电容（C6）的一端，所述第六电容（C6）的一端还连接VCC电源，所述第五电容（C5）和第六电容（C6）的另一端接地；所述单相计量芯片（N1）的第十三引脚连接第十五电阻（R15）的一端，所述第十五电阻（R15）的另一端连接第七电容（C7）的一端，所述第七电容（C7）的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，其特征在于：所述空开检测电路还包括VCC电源、第十电容（C10）、第十一电容（C11）、第十二电容（C12）和第十六电阻（R16），所述单相计量芯片（N1）的第一引脚和第二引脚相互连接并且还连接至第十二电容（C12）的一端，所述第十二电容（C12）的一端还连接第十六电阻（R16）的一端，所述第十二电容（C12）的另一端连接第十一电容（C11）的一端，所述第十六电阻（R16）的另一端连接第十一电容（C11）的另一端，所述第十一电容（C11）的另一端连接VCC电源，所述第十一电容（C11）的另一端还连接第十电容（C10）的一端，所述第十电容（C10）的另一端和所述第十一电容（C11）的一端都接地。

3.根据权利要求1所述的基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，其特征在于：所述空开检测电路还包括第八电容（C8）、第九电容（C9）、晶振（G1）和VCC电源，所述单相计量芯片（N1）的第十七引脚接地，所述单相计量芯片（N1）的第十八引脚接VCC电源，所述单相计量芯片（N1）的第十九引脚连接晶振（G1）的一端，所述单相计量芯片（N1）的第二十引脚连接晶振（G1）的另一端，所述晶振（G1）的一端还连接第八电容（C8）的一端，所述晶振（G1）的另一端还连接第九电容（C9）的一端，所述第八电容（C8）和第九电容（C9）的另一端都接地。

4.根据权利要求1所述的基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，其特征在于：所述单相计量芯片（N1）的型号为RN8209。

5.根据权利要求1所述的基于电阻端采样的单相电表空开信号检测电路，其特征在于：所述第九电阻（R9）为2KΩ。

6.基于如权利要求1-5任一项所述的电阻端采样的单相电表空开信号检测电路的检测方法，其特征在于：

当空气开关合闸，表计继电器也合闸，空开检测电路就被表计继电器短路，单相计量芯片（N1）的第六引脚和第七引脚接收低电平；

当表计继电器合闸，空气开关拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片（N1）的第六引脚和第七引脚就接收低电平；

当表计继电器拉闸，空气开关合闸，空开检测电路就会有交流电流通过；当交流电幅值为正时，第九电阻（R9）两端的压降不为0，经过第一电容（C1）、第二电容（C2）、第十一电阻（R11）和第十二电阻（R12）组成的RC滤波电路，单相计量芯片（N1）的第六引脚的电压大于单相计量芯片（N1）的第七引脚；当交流电幅值为负时，第九电阻（R9）两端的压降不为0，经过第一电容（C1）、第二电容（C2）、第十一电阻（R11）和第十二电阻（R12）组成的RC滤波电路，单相计量芯片（N1）的第六引脚的电压小于单相计量芯片（N1）的第七引脚；

当表计继电器和空气开关都拉闸，空开检测电路就断路，导致没有电流通过；单相计量芯片（N1）的第六引脚和第七引脚就接收低电平；

单相计量芯片（N1）接收到高低电平的检测信号后，单相计量芯片（N1）再将检测状态信息传输至与其连接的MCU。

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