CN110954823A - 一种单ct充电及采样的跌落开关监测终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端。该终端包括固定在熔断器外侧的外壳，所述外壳内设有状态检测单元、处理器、无线通信模块、电源模块和电流互感器。本发明实现采用一个电流互感器兼顾电流采样和充电功能，使得产品的尺寸较小，并采用充电电池和备用电池两种供电方式，使供电及工作稳定性提供，通过用开关检测、角度检测和电流检测三种检测方式，提高判断的准确性，通过时钟芯片还定时唤醒处理器主动检测，避免开关检测单元异常无法正常监测，主动检测时也可通过对比开关检测和角度检测的结果，判断开关检测单元和角度检测单元是否异常，大幅提高了熔断器监测的准确性，并可延长电池的使用时间。

Description

一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端

技术领域

本发明涉及电力监测设备领域，具体涉及一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端。

背景技术

跌落式熔断器具有经济、操作方便、适应户外环境性强等特点，被广泛应用于10kV配电线路和配电变压器上，作为保护和进行设备投、切操作之用的部件。由于传统上没有对跌落式熔断器进行监测，当跌落式熔断器出现过流熔断时检修人员无法及时知道熔断器出现故障，造成检修人员不能及时处理故障，导致相关区域长时间停电。

近几年开始出现了一些跌落式熔断器的监测手段，如申请号为：201620582342.3的发明专利公开了一种跌落式熔断器的位置信号无源辅助监控***，其采用滚珠开关或水银开关等判跌落式断熔断器有无出现跌落，然后通过无源接点信号输出模块以有线方式将信号输出，由于跌落式熔断器的上下两端均有高压线路，以有线的方式输出信号存在较大的安全隐患，不利于推广使用。再如申请号为201410256187.1的发明专利申请文件中公开了一种智能跌落式熔断器，其通过重力感应检测电路检测到跌落式熔断器出现跌落时，触发将单片机唤醒，这种工作方式可靠性较低。具体来说，当重力感应检测电路出现故障时，在跌落式熔断器出现跌落时不能感应到跌落事件，或者不能将跌落事件信息发出，这样就无法对跌落式熔断器正常监测。

跌落式熔断器在熔丝熔断时即跌落是一种理想状态，但现实使用时，由于跌落式熔断器的质量、安装不正、杂物阻塞或环境恶劣等造成的转轴转动的阻力较大时，在熔丝熔断时会出现不能正常跌落，在这种情况下，仅仅通过开关检测和角度检测等手段，就无法检测到跌落式熔断器当前处于熔断未跌落状态，检修人员也无法及时知道熔断器出现故障，造成故障不能及时处理，导致相关区域长时间停电。

另外，现有电力终端在需要充电和电流采样时，一般采用两个电流互感器分别执行充电和采样工作，本终端需要安装在跌落式熔断器，采用两个电流互感器会使产品的较大，不利于使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端。

为实现上述目的，本发明提供了一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端，包括固定在熔断器外侧的外壳，所述外壳内设有状态检测单元、处理器D4、无线通信模块、电源模块和电流互感器，所述状态检测单元与处理器D4连接，用以检测跌落式熔断器的位置状态，所述电流互感器和处理器D4分别与第一开关芯片D2连接，所述电源模块包括充电电路和与充电电路连接的充电电池，所述第一开关芯片D2与电流采样电路和充电电路分别连接，所述处理器D4通过第一开关芯片D2控制电流互感器与电流采样电路或充电电路接通，以进行电流采样或对充电电池充电，所述处理器D4与无线通信模块连接，以控制无线通信模块将采集的跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。

进一步的，所述电源模块还包括备用电池，所述充电电池和备用电池分别与第二开关芯片D3连接，所述第二开关芯片D3从备用电池获取工作电压，所述处理器D4与充电电池之间连接有电量反馈电路，当所述充电电池的电量高于设定阈值时，所述处理器通过第二开关芯片D3控制充电电池向终端供电，当所述充电电池的电量低于设定阈值时，所述处理器D4通过第二开关芯片D3控制备用电池向终端供电。

进一步的，所述状态检测单元包括与处理器D4连接的开关检测单元。

进一步的，所述开关检测单元在未检测到跌落式熔断器跌落时，所述处理器D4以休眠状态运行，所述开关检测单元在检测到跌落式熔断器跌落时唤醒处理器D4，所述处理器D4和备用电池还连接有时钟芯片D5，所述时钟芯片D5以设定时间间隔唤醒处理器D4，所述状态检测单元包括还包括角度检测单元，所述处理器D4在唤醒状态下控制角度检测单元和第一开关芯片D2工作，并控制无线通信模块将跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。

进一步的，所述电流采样电路包括电阻R15和电阻R16，所述电阻R15和电阻R16的一端分别与电流互感器的两端连接，且其另一端之间连接有电阻R18，所述电阻R15的另一端与电阻R21的一端连接，所述电阻R21和电阻R16的另一端分别与处理器D4连接。

进一步的，所述电阻R18并联有电容C27，所述电阻R21和电阻R16的另一端之间连接有电容C29。

进一步的，所述开关检测单元包括位置开关Q4，所述位置开关Q4的一端通过电阻R46与电源模块的正极连接，且其另一端与处理器D4连接，所述位置检测开关Q4包括水银开关或滚珠开关。

进一步的，所述角度检测单元包括与处理器D4连接的角度传感器D1以及连接在角度传感器D1与处理器D4之间的电源控制电路。

进一步的，所述电源控制电路包括发射极与处理器D4连接的三极管VT1，所述三极管VT1的基极通过电阻R11与处理器D4连接，三极管VT1的集电极依次通过电阻R13和电阻R5与角度传感器D1连接。

进一步的，所述角度传感器D1与电阻R5之间还与电容C18的一端连接，所述电容C18的另一端接地，所述三极管VT1发射极与地之间连接有电容C24，且其集电极与地之间还连接有电容C23。

有益效果：1、本发明采用一个电流互感器，通过第一开关芯片切换电流互感器与电流采样电路或充电电路连通，从而可切换进行电流采样和对充电电池充电，与常规采用两个电流互感器相比，可缩小产品的尺寸；

2、采用充电电池和备用电池两种供电方式，可提高供电及工作的稳定性，比延长电池的更换时间；

3、本发明通过固定在跌落式熔断器上，当熔断器出现熔断跌落时，状态检测单元可检测到跌落事件，当熔断器出现熔断但未能正常跌落时，可通过电流采集单元采集的数据发现；

4、处理器具有休眠状态和唤醒状态两种工作方式，节省电量；

5、通过开关检测、角度检测和电流检测三种检测方式，提高了熔断器状态判断的准确性；

6、时钟芯片定时唤醒处理器对熔断器进行主动检测，从而避免开关检测单元异常造成无法检测到熔断器出现跌落，主动检测时也可通过对比开关检测、角度检测和电流检测的结果，判断开关检测单元、角度检测单元和电流采样是否异常。

附图说明

图1是本发明实施例的单CT充电及采样的跌落开关监测终端的原理框图；

图2是本发明实施例的第一开关芯片的结构示意图；

图3是本发明实施例的第二开关芯片的结构示意图；

图4是本发明实施例的电量反馈电路的结构示意图；

图5是本发明实施例的电流采样电路的结构示意图；

图6是本发明实施例的角度检测单元的结构示意图；

图7是本发明实施例的开关检测单元的结构示意图；

图8是本发明实施例的时钟芯片的结构示意图；

图9是本发明实施例的处理器的结构示意图；

图10是本发明实施例的充电电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1至10所示，本发明实施例提供了一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端，包括固定在熔断器外侧的外壳，外壳优选采用防水的绝缘外壳。在外壳内设有状态检测单元1、处理器D4、无线通信模块2、电源模块3和电流互感器4等，其中，处理器D4优选采用单片机，状态检测单元1与处理器D4连接，用以检测跌落式熔断器的位置状态，并将检测的跌落式熔断器的位置状态以电信号发送给处理器D4，电流互感器4在外壳内呈套设在跌落式熔断器外周设置，进而可采集跌落式熔断器通过的电流信号。

电流互感器4和处理器D4分别与第一开关芯片D2连接，电源模块3包括充电电路5和充电电池6。充电电路5与充电电池6连接，充电电路5包括由二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3和二极管VD4组成的桥式整流电路，桥式整流电路连接有充电芯片D7等，第一开关芯片D2与电流采样电路7和充电电路5分别连接。仅在需要进行电流采样时，处理器D4控制第一开关芯片D2将电流互感器4与电流采样电路7接通，否则，处理器D4控制第一开关芯片D2将电流互感器4与充电电路5接通，以对充电电池6充电。处理器D4与无线通信模块2连接，以控制无线通信模块2将采集的跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。

在用电较少的时间段，熔断器上通过的电流较小时，可能会出现电流互感器4获取的电流不足以满足充电需求，此时，充电电池6可能会出现电量损耗而不能向终端正常供电，因此，本发明实施例的电源模块还包括备用电池8，充电电池6和备用电池8分别与第二开关芯片D3连接，第二开关芯片D3从备用电池8获取工作电压，从而保证电池切换操作正常进行。处理器D4与充电电池6之间连接有电量反馈电路9，以采集监测充电电池6的电量。当充电电池4的电量高于设定阈值时，处理器D4通过第二开关芯片D3控制充电电池6向终端供电，当充电电池4的电量低于设定阈值时，处理器D4通过第二开关芯片D3控制备用电池8向终端供电。为了适应多种温度环境，备用电池8可采用一个高低压电池，优选采用如电压为3.6V、容量为大于等于1200mAh的高低温电池，无需再设置降压电路，可直接对终端供电。

本发明实施例的状态检测单元1包括与处理器D4连接的开关检测单元11。为了节约充电电池6和备用电池8的电量，处理器D4优选具有休眠状态和唤醒状态两种工作模式，开关检测单元11在未检测到跌落式熔断器跌落时，处理器D4以休眠状态运行，进而减小耗电量。开关检测单元11在检测到跌落式熔断器跌落时唤醒处理器D4，处理器D4还连接有时钟芯片D5，时钟芯片5还与备用电池8连接，以直接从备用电池8上获取工作电压，在电源切换期间，时钟芯片D5不会出现断电。时钟芯片D5以设定时间间隔唤醒处理器D4，状态检测单元1包括还包括角度检测单元12，处理器D4在唤醒状态下控制角度检测单元12和第一开关芯片D2工作，以测量跌落式熔断器的角度和电流，并控制无线通信模块2将跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。处理器D4将跌落式熔断器位置状态信息发出后再次进入休眠状态，直至开关检测单元11或时钟芯片D5再次将其唤醒。

本发明实施例的电流采样电路6包括电阻R15和电阻R16，电阻R15和电阻R16的一端分别与电流互感器5的两端连接，电阻R15和电阻R16的另一端之间连接有电阻R18，电阻R15的另一端与电阻R21的一端连接，电阻R21和电阻R16的另一端分别与处理器D4连接。为了提高提供给处理器D4的信号的稳定性，在电阻R18并联有电容C27，在电阻R21和电阻R16的另一端之间连接有电容C29。

本发明实施例的开关检测单元包括位置开关Q4，位置检测开关Q4可以采用水银开关或滚珠开关。位置开关Q4的一端通过电阻R46与电源模块3的正极连接，且其另一端与处理器D4连接。当跌落式熔断器发生熔断跌落时，位置开关Q4从断开状态闭合，进而提供高电平信号给处理器D4。

本发明实施例的角度检测单元12包括与处理器D4连接的角度传感器D1以及连接在角度传感器D1与处理器D4之间的电源控制电路。具体的，电源控制电路包括一个三极管VT1，三极管VT1的发射极与处理器D4连接，以获取工作电压，三极管VT1的基极通过电阻R11与处理器D4连接，三极管VT1的集电极依次通过电阻R13和电阻R5与角度传感器D1连接。处理器D4在休眠状态下向三极管VT1的基极提供低电平信号，进而使三极管VT1的发射极和集电极处于截止状态，进而角度传感器D1的供电电源被切断，角度传感器D1不工作。处理器D4在唤醒状态下向三极管VT1的基极输入高电平，并触发三极管VT1导通，角度传感器D1得电工作。进而避免在处理器D4处于休眠状态下角度传感器D1浪费电量。

为了提高角度传感器D1供电电压的稳定性，在角度传感器D1与电阻R5之间还与电容C18的一端连接，电容C18的另一端接地，三极管VT1发射极与地之间连接有电容C24，且其集电极与地之间还连接有电容C23。

本发明实施例优选采用的无线通信模块2为2.4G无线模块或低功耗LoRa/FSK模块，但不限于以上三种模块，可以根据客户需要进行选择。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，包括固定在熔断器外侧的外壳，所述外壳内设有状态检测单元(1)、处理器(D4)、无线通信模块(2)、电源模块(3)和电流互感器(4)，所述状态检测单元(1)与处理器(D4)连接，用以检测跌落式熔断器的位置状态，所述电流互感器(4)和处理器(D4)分别与第一开关芯片(D2)连接，所述电源模块(3)包括充电电路(5)和与充电电路(5)连接的充电电池(6)，所述第一开关芯片(D2)与电流采样电路(7)和充电电路(5)分别连接，所述处理器(D4)通过第一开关芯片(D2)控制电流互感器(4)与电流采样电路(7)或充电电路(6)接通，以进行电流采样或对充电电池充电，所述处理器(D4)与无线通信模块(2)连接，以控制无线通信模块(2)将采集的跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。

2.根据权利要求1所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述电源模块还包括备用电池(8)，所述充电电池(6)和备用电池(8)分别与第二开关芯片(D3)连接，所述第二开关芯片(D3)从备用电池(8)获取工作电压，所述处理器(D4)与充电电池(6)之间连接有电量反馈电路(9)，当所述充电电池(4)的电量高于设定阈值时，所述处理器(D4)通过第二开关芯片(D3)控制充电电池(6)向终端供电，当所述充电电池(4)的电量低于设定阈值时，所述处理器(D4)通过第二开关芯片(D3)控制备用电池(8)向终端供电。

3.根据权利要求2所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述状态检测单元(1)包括与处理器(D4)连接的开关检测单元(11)。

4.根据权利要求3所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述开关检测单元(11)在未检测到跌落式熔断器跌落时，所述处理器(D4)以休眠状态运行，所述开关检测单元(11)在检测到跌落式熔断器跌落时唤醒处理器(D4)，所述处理器(D4)和备用电池(8)还连接有时钟芯片(D5)，所述时钟芯片(D5)以设定时间间隔唤醒处理器(D4)，所述状态检测单元(1)包括还包括角度检测单元(12)，所述处理器(D4)在唤醒状态下控制角度检测单元(12)和第一开关芯片(D2)工作，并控制无线通信模块(2)将跌落式熔断器位置状态信息及电流数据发出。

5.根据权利要求1所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述电流采样电路(6)包括电阻(R15)和电阻(R16)，所述电阻(R15)和电阻(R16)的一端分别与电流互感器(5)的两端连接，且其另一端之间连接有电阻(R18)，所述电阻(R15)的另一端与电阻(R21)的一端连接，所述电阻(R21)和电阻(R16)的另一端分别与处理器(D4)连接。

6.根据权利要求5所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述电阻(R18)并联有电容(C27)，所述电阻(R21)和电阻(R16)的另一端之间连接有电容(C29)。

7.根据权利要求3所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述开关检测单元包括位置开关(Q4)，所述位置开关(Q4)的一端通过电阻(R46)与电源模块(3)的正极连接，且其另一端与处理器(D4)连接，所述位置检测开关(Q4)包括水银开关或滚珠开关。

8.根据权利要求4所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述角度检测单元(12)包括与处理器(D4)连接的角度传感器(D1)以及连接在角度传感器(D1)与处理器(D4)之间的电源控制电路。

9.根据权利要求8所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述电源控制电路包括发射极与处理器(D4)连接的三极管(VT1)，所述三极管(VT1)的基极通过电阻(R11)与处理器(D4)连接，三极管(VT1)的集电极依次通过电阻(R13)和电阻(R5)与角度传感器(D1)连接。

10.根据权利要求9所述的单CT充电及采样的跌落开关监测终端，其特征在于，所述角度传感器(D1)与电阻(R5)之间还与电容(C18)的一端连接，所述电容(C18)的另一端接地，所述三极管(VT1)发射极与地之间连接有电容(C24)，且其集电极与地之间还连接有电容(C23)。

Images