CN208013377U - 低压断路器用电压监视与电压保护装置 - Google Patents
低压断路器用电压监视与电压保护装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN208013377U CN208013377U CN201820339494.XU CN201820339494U CN208013377U CN 208013377 U CN208013377 U CN 208013377U CN 201820339494 U CN201820339494 U CN 201820339494U CN 208013377 U CN208013377 U CN 208013377U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- low
- circuit breaker
- module
- analog
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 7
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000588769 Proteus <enterobacteria> Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
Abstract
低压断路器用电压监视与电压保护装置，包括：第一变压模块、第二变压整流模块、模数转换器、分析控制单元、数字通信接口模块和报警模块；第一变压模块与模数转换器连接；分析控制单元与模数转换器连接，模数转换器将输入的电压信号转换成数字信号并输出到分析控制单元；分析控制单元与数字通信接口模块、报警模块连接；第二变压整流模块用于将输入的交流电压转换成直流电压，为模数转换器、分析控制单元和数字通信接口模块供电；装置与低压断路器连接。本实用新型实现了对供电电压偏差和电压谐波畸变率的监视并实现电压保护，避免了电压偏差较大或谐波电压超限对用户设备正常运行和使用寿命的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及低压配电领域，尤其涉及低压断路器用电压监视与电压保护装置。
背景技术
以往的《供电营业规则》规定：“在供电企业规定的电网高峰负荷时：100kVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，否则应增添无功补偿装置(1996年颁布的电力工业部第8号令，现已改行2016年颁布的国务院令第196号《电力供应与使用条例》)。因此，配网末端配置了大量并联电容器等无功补偿设备。同时，又由于供电企业对工业用户等实行“两部电费制”：(1)基本电费，每月按所装主变容量(kVA)计缴费；(2)电能电费，按每月耗用电能(kWh)计算电费，并根据月平均功率因数的高低乘一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定值的，可减交一定电费。水利电力部、国家物价局文件——(83)水电财字第215号《功率因数调整电费办法》允许按用户每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数。因此，相当多的工矿企业配置的并联电容器往往***偏高。
另一方面，由于近年来环境与能源安全问题越来越受到关注，在国家法规政策的推动下，用户侧的可再生能源发电应用正逐步快速增加。由于原有配网规划及运行并没有考虑到这一种情况，因此，配网中大量接入可再生能源发电时，配网运行时由以往的单侧电源电网变成多电源电网，又由于可再生能源发电出力变化随机性较大以及需采用电力电子装置经整流逆变后并网，可能会给配网的电能质量、供电可靠性、继电保护的配置与整定等带来一系列影响，原有的配网运行的控制措施可能发挥不出其应有的效用。
目前，电能质量监测和控制主要集中在电网供电侧，若将目前的电能质量监测方案应用到用户侧时，投资过高，同时多指标、高精度、大容量的电能质量监测对于一般用户而言也没有实际意义。对于低压用户而言，影响其用电质量的主要因素为供电电压偏差和谐波电压超过允许值。电压偏差较大或谐波电压超限时均会影响用户设备的正常运行和使用寿命，供电***内部故障造成供电电压升高而导致大范围用户电器设备损毁的案例也屡见不鲜。而广泛应用于低压配电***终端的小型断路器中集成了短路保护、过负荷保护以及漏电保护等，但并未考虑电压偏高或偏低以及谐波电压超限时的情况。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供低压断路器用电压监视与电压保护装置。因此，本实用新型采用以下技术方案。
低压断路器用电压监视与电压保护装置，所述装置包括：第一变压模块、第二变压整流模块、模数转换器、分析控制单元、数字通信接口模块和报警模块；
所述第一变压模块与所述模数转换器连接，所述第一变压模块将输入的交流电压转换为适合输入到所述模数转换器的电压信号；
所述分析控制单元与所述模数转换器连接，所述模数转换器将输入的电压信号转换成数字信号并输出到所述分析控制单元；
所述分析控制单元与所述数字通信接口模块、所述报警模块连接；
所述第二变压整流模块用于将输入的交流电压转换成直流电压，为所述模数转换器、所述分析控制单元和所述数字通信接口模块供电；
所述装置与低压断路器连接。
优选的，所述第一变压模块包括电压互感器、电压幅值衰减电路和直流电位偏置电路。
优选的，所述第二变压整流模块包括变压器、整流电路和稳压电路。
优选的，所述数字通信接口模块与低压断路器连接。
优选的，所述装置还包括电压保护控制模块，所述电压保护控制模块与低压断路器连接。
优选的，所述电压保护控制模块包括输出驱动放大电路、中间继电器和与所述中间继电器对应的中间继电器触点，所述中间继电器触点与低压断路器的跳闸线圈连接。
优选的，所述数字通信接口模块为RS232通信接口模块或RS485通信接口模块。
优选的，所述报警模块为声光报警。
优选的，所述数字通信接口模块与支持数字控制方式的低压断路器的连接为有线连接或无线连接。
优选的，所述装置还包括按键和显示屏，所述按键和显示屏与所述分析控制单元连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型设计提供了数字式低压断路器用电压监视与电压保护装置，实现对供电电压偏差和电压谐波畸变率的监视并实现电压保护，避免了电压偏差较大或谐波电压超限对用户设备正常运行和使用寿命的影响。另外，本实用新型的装置的整流稳压输入回路与待测电压信号回路各采用一组变压器，以避免整流稳压输入回路对待测电压信号的干扰。
附图说明
图1是本实用新型的低压断路器用电压监视与电压保护装置的结构图。
图2是本实用新型的支持数字控制方式的低压断路器用电压监视与电压保护装置的结构图。
图3是本实用新型的带有电压保护控制模块的低压断路器用电压监视与电压保护装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
低压断路器用电压监视与电压保护装置，包括：第一变压模块、第二变压整流模块、模数转换器、分析控制单元、数字通信接口模块、报警模块和电压保护控制模块；第一变压模块与模数转换器连接，第一变压模块将输入的交流电压转换为适合输入到模数转换器的电压信号；分析控制单元与模数转换器连接，分析控制单元可以是单片机也可以是MCU，模数转换器将输入的电压信号转换成数字信号并输出到分析控制单元，分析控制单元计算电压偏差和电压谐波畸变率；分析控制单元与数字通信接口模块、报警模块和电压保护控制模块连接，数字通信接口模块与支持数字控制方式的低压断路器连接；第二变压整流模块用于将输入的交流电压转换成直流电压，为模数转换器、分析控制单元、数字通信接口模块和电压保护控制模块供电。
下面对本实用新型进行详细的说明。
电压偏差又称电压偏移，对电网而言，供电电压偏差是指实际运行电压对***标称电压的偏差相对值，以百分数表示；对用电设备而言，电压偏差是指给定瞬间设备的端电压U与设备额定电压UN之差对额定电压的百分值，即：
根据GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》的规定，20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％，220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％、-10％，特殊情况的用户由供、用电双方协议确定。
参照电网供电电压偏差的测量方法进行统计，即获得电压有效值的基本的测量时间窗口应为10周波，并且每个测量时间窗口应该与紧邻的测量时间窗口不重叠，连续测量并计算电压有效值的平均值，计算获得供电电压偏差值。
电压谐波畸变率通过电压总谐波畸变率THDV、电压第h次谐波含有率HRVh指标度量：
式中的上标h表示谐波次数，上标为1表示该参数为基波量。
GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》与谐波电压有关的指标如下表所示：
表1电压谐波畸变率限值
如图1至图3所示，供电电压经电压互感器变换得到0～5V交流电压信号(即输入交流回路)；该电压经由R1、R2、R3组成的无源衰减电路进行降幅，再加上基于基准电压源(TL431)的直流偏置，以保证输入A/D转换器的电压信号在0～+5V之间，A/D转换器通过采样计算将模拟电压信号转换成数字信号(即A/D采样转换电路)并输出到单片机或MCU，单片机或MCU因此得到离散的电压数据(也可采用自带A/D转换功能的单片机)，再基于FFT算法实现对工频及相关次谐波电压(2～25次谐波电压)的提取以及电压偏差和电压谐波畸变率的计算。FFT算法通过单片机或MCU来实现。当计算的电压偏差大于预设值时(如±20％)或电压谐波畸变率超限时，单片机或MCU可以改变对应的引脚的状态(置0)，以启动相连接的报警模块或/和电压保护控制模块，以发出声光报警提示或/和进行相应的跳闸控制输出。数字通信接口可以采用RS232数字通信接口或RS485数字通信接口，RS232或RS485数字通信接口可发送数字控制信号，上传数据等(也可作为智能控制的预留通信接口)，可以将电压监视情况上传。通信接口采用MAX485芯片或MAX232芯片时，可分别构成RS485或RS232通信接口。装置的直流电源通过全波整流并加上7805稳压电路获得，为A/D转换器、MCU和数字通信口提供直流电源，为避免对待测电压信号的干扰，整流稳压输入回路采用另一个供电变压器(即供电电压的整流稳压回路)。
通过按键可实现是否允许电压报警、跳闸设置，电压报警、跳闸阈值设置值的设置，电压报警信号及跳闸控制信号的解除，是否允许通过RS232或RS485数字通信口发送电压报警、跳闸控制信号，是否允许通过RS232或RS485数字通信口将电压合格率、最高/最低电压、电压谐波畸变率等数据上传等；液晶屏可显示当前电压值及电压偏差值、电压谐波畸变率、信号解除前的最高/最低电压值和电压谐波畸变率，是否允许报警、跳闸设置情况，电压报警、跳闸阈值设置值；允许报警设置时，当电压偏差和/或电压谐波畸变率超过允许值，通过声光报警提示；允许跳闸设置时，可根据用电设备工作电压和/或电压谐波畸变率允许范围设置跳闸控制阈值(如1.2UN等)。
单片机引脚电流驱动能力不足，单片机的管脚与电阻R5连接，电阻R5与PNP三极管连接，通过一个PNP三极管增加驱动电流。二极管与中间继电器KM并联。电阻R5、PNP三极管和二极管构成输出驱动放大电路。供电电压超过跳闸阈值且允许跳闸设置时，接中间继电器KM的单片机引脚电平从高电平变为低电平，PNP三极管此时为饱和导通，从而接通中间继电器所在回路，该继电器动合触点KM闭合，接通与之相配合的低压断路器的跳闸线圈，实现低压断路器的跳闸，从而实现电压保护。若低压断路器支持数字控制方式，则只需将数字通信接口模块与该低压断路器的数字控制接口连接即可实现电压保护。
实际电网中谐波分量通常不大，对在低压家庭、小微企业以及农村电网用户的应用而言，谐波分析只需计算其工频分量及2～25次谐波分量。
如图2所示，当低压断路器支持数字控制方式时，不需要电压保护控制模块，也就没有中间继电器触点和断路器跳闸线圈连接，只需将数字通信接口模块与该低压断路器的数字控制接口连接即可实现电压保护。如图3所示，当低压断路器不支持数字控制方式时，需要电压保护控制模块，电压保护控制模块与低压断路器的跳闸线圈连接。
对于三相交流供电***，有三相三线制(每相分别用A、B、C表示，这就有了A相、B相、C相之别)以及三相四线制(除了A相、B相、C相对应的三线，还有1条中性线，用N来表示)。
图1至图3可以表示供电电压为单相电压的情况，可以分为以下两种情况：
1、单相情况1，以相电压为额定电压(额定电压220V)，则图1或图2或图3中的L1、L2可以为A、N，B、N或C、N中的任意一种；
2、单相情况2，以线电压为额定电压(额定电压380V)，则图1或图2或图3中的L1、L2可以为A、B，B、C或C、A中的任意一种。
另外还可以从图1、图2或图3中扩展到供电电压为三相的情况，可以分为以下两种情况：
1、三相情况1，三相三线制，将第一变压模块扩展为三组，即图1或图2或图3中的电压互感器、电阻R1、R2、R3、R4、电容C3和基准电压源扩展为三组，图1或图2或图3中的L1、L2变为三相三线A、B、C。A、B，B、C，C、A分别对应一组第一变压模块，对输入的三相电压分别进行电压转换；
2、三相情况2，三相四线制，将第一变压模块扩展为三组，即图1或图2或图3中的电压互感器、电阻R1、R2、R3、R4、电容C3和基准电压源扩展为三组，图1或图2或图3中的L1、L2变为三相四线A、B、C和中性线N。A、N，B、N，C、N分别对应一组第一变压模块，对输入的三相电压分别进行电压转换。
本实用新型提出了一种基于单片机设计的低压断路器用电压监视与电压保护装置，开发了基于FFT的电压偏差与电压谐波畸变率分析算法，通过在Proteus平台上的仿真以及装置成本测算，结果表明，该装置能以较低成本且方便地实现低压家庭、小微企业以及农村电网用户侧的电压监视与保护。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述装置包括：第一变压模块、第二变压整流模块、模数转换器、分析控制单元、数字通信接口模块和报警模块；
所述第一变压模块与所述模数转换器连接，所述第一变压模块将输入的交流电压转换为适合输入到所述模数转换器的电压信号；
所述分析控制单元与所述模数转换器连接，所述模数转换器将输入的电压信号转换成数字信号并输出到所述分析控制单元；
所述分析控制单元与所述数字通信接口模块、所述报警模块连接；
所述第二变压整流模块用于将输入的交流电压转换成直流电压，为所述模数转换器、所述分析控制单元和所述数字通信接口模块供电；
所述装置与低压断路器连接。
2.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述第一变压模块包括电压互感器、电压幅值衰减电路和直流电位偏置电路。
3.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述第二变压整流模块包括变压器、整流电路和稳压电路。
4.如权利要求1-3任意一项所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述数字通信接口模块与低压断路器连接。
5.如权利要求1-3任意一项所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述装置还包括电压保护控制模块，所述电压保护控制模块与低压断路器连接。
6.如权利要求5所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述电压保护控制模块包括输出驱动放大电路、中间继电器和与所述中间继电器对应的中间继电器触点，所述中间继电器触点与低压断路器的跳闸线圈连接。
7.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述数字通信接口模块为RS232通信接口模块或RS485通信接口模块。
8.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述报警模块为声光报警。
9.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述数字通信接口模块与支持数字控制方式的低压断路器的连接为有线连接或无线连接。
10.如权利要求1所述的低压断路器用电压监视与电压保护装置，其特征在于，所述装置还包括按键和显示屏，所述按键和显示屏与所述分析控制单元连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820339494.XU CN208013377U (zh) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 低压断路器用电压监视与电压保护装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820339494.XU CN208013377U (zh) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 低压断路器用电压监视与电压保护装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN208013377U true CN208013377U (zh) | 2018-10-26 |
Family
ID=63888674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201820339494.XU Active CN208013377U (zh) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 低压断路器用电压监视与电压保护装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN208013377U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109188181A (zh) * | 2018-09-08 | 2019-01-11 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 电网电压互感器二次回路中性线虚接判断方法 |
| CN114740343A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-12 | 安徽中安昊源电力科技有限公司 | 断路器用实时检测*** |
-
2018
- 2018-03-13 CN CN201820339494.XU patent/CN208013377U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109188181A (zh) * | 2018-09-08 | 2019-01-11 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 电网电压互感器二次回路中性线虚接判断方法 |
| CN109188181B (zh) * | 2018-09-08 | 2020-09-04 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 电网电压互感器二次回路中性线虚接判断方法 |
| CN114740343A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-12 | 安徽中安昊源电力科技有限公司 | 断路器用实时检测*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103501058B (zh) | 基于智能台区的能效管理*** | |
| CN208013377U (zh) | 低压断路器用电压监视与电压保护装置 | |
| CN106451487A (zh) | 一种220kV城市电网无功功率补偿方法 | |
| CN206850446U (zh) | 一种智能负载平衡调压装置 | |
| CN207218249U (zh) | 一种智能平衡调压消谐综合治理装置 | |
| CN204304441U (zh) | 一种无功功率动态补偿*** | |
| CN108490248B (zh) | 一种电压监视与电压保护装置 | |
| CN203289113U (zh) | 一种低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置 | |
| CN207819456U (zh) | 一种基于独立电压注入的配电网三相电压补偿装置 | |
| CN208401529U (zh) | 带有电压监视与电压保护的低压断路器 | |
| CN207939211U (zh) | 分布式发电调压滤波*** | |
| CN204144950U (zh) | 一种补偿式程控线路有载调压*** | |
| CN201466724U (zh) | 智能单相节电保护控制器 | |
| CN208401528U (zh) | 带有电压监视与电压保护以及剩余电流保护的低压断路器 | |
| CN203606404U (zh) | 多变比电流互感器智能控制装置 | |
| CN102237809A (zh) | 一种三相智能电能表用开关电源电路 | |
| CN205509521U (zh) | 光伏发电***电能质量综合调节装置 | |
| Blazic et al. | Analysis of flicker mitigation in a utility distribution network | |
| CN209217729U (zh) | 一种三相负荷不平衡调节*** | |
| CN204086470U (zh) | 一种高性能低压滤波电容器耐压检测装置 | |
| CN208656425U (zh) | 一种智能无功补偿装置 | |
| CN208046239U (zh) | 一种带光伏发电的静止无功发生器装置 | |
| CN206542192U (zh) | 一种新型无功自动补偿装置 | |
| CN206759061U (zh) | 低压三相智能调衡器 | |
| CN206332455U (zh) | 一种面向城市配电网的柱上式电压无功综合补偿装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shengsi County Ruitong Computer Technology Co.,Ltd. Assignor: Zhejiang Ocean University Contract record no.: X2023980045989 Denomination of utility model: Voltage monitoring and protection devices for low-voltage circuit breakers Granted publication date: 20181026 License type: Common License Record date: 20231106 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |