一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置製造方法
2024-02-11 17:18:15 1
一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其包括：總線斷路器、剩餘電流檢測模塊、總線斷路器電氣位置前的電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊、對各個分路進行電流檢測的負載電流檢測模塊以及負載電流檢測模塊檢測的信號進行放大調離的模擬信號調理模塊、起主控作用的MCU系統及電源模塊、通信模塊、能控制分路通斷的分路斷路控制器以及報警控制驅動模塊，安裝於通用配電箱內的整體低壓電器產品，實現住宅內單相或三相交流電源的智能配電、智能用電保護、智能監測和控制。
【專利說明】一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及住宅配電及低壓用電保護【技術領域】，特別是涉及將低壓用電的多種保護技術集成並構成一個智能的具有家用配電功能的低壓電器裝置的電子【技術領域】，同時也涉及智能家居領域。
【背景技術】
[0002]當前家庭的住宅配電一般是首先在住宅配電箱箱內安裝導軌，然後在導軌上安裝單相或三相的進線總空氣開關(斷路器)，再用不同顏色不同規格的導線連接至規格不同的各個單相或三相的分路空氣開關。進線總斷路器常常配漏電保護器，因此，常使用一體漏電斷路器作為進線總斷路器。這樣的配電箱在技術日益進步、安全要求不斷提高的今天，其存在著愈來愈不容忽視的不足之處:
(1)雖然配電箱是按國標生產的，但配電箱內斷路器和導線是人工安裝的，存在質量不穩定的因素；
(2)現在配電箱內所採用的小型斷路器大多為磁飽和式斷路器，無論瞬時脫扣整定電流還是過載保護的整定電流和整定時間的精度都不高，誤差大，而且產品參數離散性大，有些產品只有過載保護功能；
(3)現行配電方式中沒有配電線路電氣火災監測與保護，只有在進線總線處裝有保護人身的電擊漏電保護器，也就是說在目前的住宅配電中沒有實現剩餘電流的分級保護，容易引起誤動作或保護不到位造成人員、設備的危險和損失，而且大多是AC型剩餘電流保護器，面對愈來愈多的變頻電器和高頻電器，常常不能確保萬無一失；
(4)現行配電方式無法實現智能配電和智能控制，常常是一幢樓一套配電方案。如果某一分路的負載發生變化，需要使斷路器起到切實的用電保護就必須更換相應分路上的斷路器。這就需要花費額外的時間成本和材料成本，因此，目前絕大多數住戶都是不管用電負載的變化將就著用，這就存在著安全隱患；
(5)如果使用現行的住宅配電方案，如住戶要實現住宅智能化，實現監視、控制電器設備，必須另配住宅智能系統，這樣會造成布線和設備的浪費。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是製造一個具有智能配電、用電保護和分路控制功能的低壓電器產品，取代現在採用不同規格的分立空氣斷路器和導線在住宅配電箱內構成的住宅配電系統。
[0004]本發明提供一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其作為一個整體的低壓電器產品安裝於通用家居配電箱內，所述智能家用配電裝置將接入的一路單相或三相交流電源分配成多個單相或三相交流輸出分路；所述智能家用配電裝置包括:總線斷路器、剩餘電流檢測模塊、安裝在總線斷路器電氣前端位置的電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊、對各個分路進行電流檢測的負載電流檢測模塊、對負載電流檢測模塊檢測的信號進行放大調離的模擬信號調理模塊、起主控作用的MCU系統及電源模塊、通信模塊、能控制分路通斷的分路斷路控制器以及報警控制驅動模塊；所述剩餘電流檢測模塊分為設置在總線上的用於線路火災監測的第一級剩餘電流檢測模塊和在分路上的用於防止人體觸電的第二級剩餘電流檢測模塊。
[0005]所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊包括隔離變壓器或隔離電源模塊，並安裝於總線斷路器電氣前端位置。
[0006]所述通信模塊包括任意一種或多種EIB、RS485、Wif1、藍牙、電力載波通信、Zigbee通信方式。
[0007]多個智能家用配電裝置通過電力線進行並聯或級聯時組成的大型住宅配電系統和控制網絡，並在其中具有路由功能。
[0008]所述MCU系統及電源模塊、通信模塊和模擬信號調理模塊組成一個SELV系統。
[0009]發明的有益效果是:安裝於通用配電箱內的整體低壓電器產品，實現住宅內單相或三相交流電源的智能配電、智能用電保護、智能監測和控制；設置在總線上的剩餘電流檢測模塊檢查住宅內電源線的漏電，用以防止因配電線路漏電引起的電氣火災，在牆壁電源插座和連接容易觸及電器外殼的輸出分路上安裝的剩餘電流檢測模塊其主要功能是防止人體觸電危險的發生；易於拓展為智能家居系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的內部結構示意圖。
[0011]圖2是較大型住宅中本發明的並聯與級聯的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發明實施例作進一步說明:
如圖1所示，本發明提供一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其作為一個整體的低壓電器產品安裝於通用家居配電箱O內，所述智能家用配電裝置10將接入的一路單相或三相交流電源分配成多個單相或三相交流輸出分路，所述智能家用配電裝置10包括:總線斷路器2、剩餘電流檢測模塊3、在總線斷路器2電氣前端位置的電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊11、對各個分路進行電流檢測的負載電流檢測模塊8以及負載電流檢測模塊檢測的信號進行放大調離的模擬信號調理模塊4、起主控作用的MCU系統及電源模塊6、能控制分路通斷的分路斷路控制器7以及報警控制驅動模塊9。
[0013]電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊11提供的電壓信號、剩餘電流檢測模塊3提供的電流信號和從負載電流檢測模塊8獲取負載電流信號都進入模擬信號調理模塊4，信號進放大調理至適合電平連接到MCU系統6的ADC輸入端，同時，模擬信號調理模塊4還包含了對各個分路負載電流信號進行閾值比較的比較器，此比較器的輸出可以連結到MCU系統6的中斷輸入端，也可以與MCU系統6中輸出驅動信號進行邏輯運算操作後驅動分路斷路控制器7。
[0014]經過模擬信號調理模塊4後連接到ADC輸入端的各分路負載電流信號、總線及分路剩餘電流信號、各AC電壓信號的波形都是全波整流後的呈半個交流波形的脈動直流波形。MCU系統對這些波形進行AD採樣，轉換成數位訊號，並計算這些電信號的有效值及應用快速方法識別瞬時故障電流和畸變剩餘電流，從而實現對分路上的用電器和人身進行各種保護。
[0015]各個分路的額定電流以及過載保護、短路保護、瞬時保護的整定參數都可以由本裝置的MCU系統6使用通信模塊5中的任一介質與外部計算機或智能設備進行通信來設定。
[0016]本發明增加了現行的依靠小型熱磁空氣斷路器構成的住宅配電系統所沒有的瞬時保護功能，並糾正了其各種保護參數離散性大、常常不能正確進行分級保護的缺陷。
[0017]所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊11包括隔離變壓器或隔離電源模塊。電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊11使用一個隔離變壓器(單相或三相)或隔離電源模塊為整個裝置提供浮地的直流電源系統(包括為EIB總線提供所需的24V直流電源)，同時，為過壓欠壓保護、缺相與相序保護提供AC電壓信號。
[0018]本發明在模擬信號調理模塊4中取自隔離變壓器或隔離電源模塊的電壓信號並進行相序判斷，這對於大型住宅中越來越多三相的電器顯得尤為重要，並增加了現行住宅配電系統中所沒有的欠壓過壓保護功能。
[0019]通過單相或三相的總線斷路電器2和單相或三相的輸出分路斷路控制器7以及本裝置內部線路實現住宅家用配電功能；在總線斷路電器2的電氣後端和各輸出分路上都接有剩餘電流檢測模塊3，各個分路的相線上均有負載電流檢測模塊8。
[0020]所述剩餘電流檢測模塊3分別設置在總線上的用於線路火災監測的第一級剩餘電流檢測模塊以及分路上的用於防止人體觸電的負載電流檢測模塊。總線上的剩餘電流檢測主要功能是負責檢查住宅內電源線的漏電，用以防止因配電線路漏電引起的電氣火災，其剩餘不動作電流設置在不大於300mA。在牆壁電源插座和連接容易觸及電器外殼的輸出分路上安裝的剩餘電流檢測其主要功能是防止人體觸電危險的發生，其剩餘不動作電流設置在不大於30mA。
[0021 ] 在剩餘電流有效值的識別算法上，針對由於家庭中變頻電器和高頻電器愈來愈多剩餘電流波形呈現出正弦脈動直流波形或殘缺不規則的脈動直流波形等情況，採用了直流跟蹤、差分閾值判斷和平均功率估計等方法相結合，快速準確地計算出有效值，能夠實現A型剩餘電流保護器的功能，確保剩餘電流保護動作的準確性。
[0022]總線上的第一級剩餘電流檢測模塊所檢測的剩餘電流是某個住宅內的總剩餘電流，是各個安裝了第二級剩餘電流檢測模塊的分路與其他分路(如燈光線路)上所有剩餘電流的總和。因此，本發明裝置能檢測因線路絕緣層破損、接線處接觸不良引起的電弧性短路所產生的剩餘電流，從而全面預防電氣火災的發生。至於引起電氣火災的其他原因如過載、短路、線路過熱，是通過剩餘電流檢測模塊和多段式用電保護機制加以預防的。
[0023]每一個輸出分路的相線上都裝有負載電流檢測模塊，可以精確測量分路的負載電流；同時通過本發明裝置的通信模塊可以設定各分路過載保護、短路保護及瞬時保護的整定參數，因此每個住戶可以根據自己家庭每一分路用電負荷大小精確配置設定各分路的整定參數，並可以在日後負荷變化時及時調整相應分路的整定參數。
[0024]所述通信模塊5包括EIB(是電氣布線領域使用範圍最廣的行業規範和產品標準)、RS485、Wif1、藍牙、電力載波通信、Zigbee通信方式。通信模塊5使用一種或幾種方式和外部設備(外部顯示鍵盤設備、外部燈光操作控制面板、住宅燈光調光設備、一個住宅內的第二個本發明裝置)進行通信和控制。另外，各種臺式、移動計算機及其他智能行動裝置還能通過USB、Wifi和藍牙方式與本發明裝置進行通信，對各個用電保護整定參數的進行設置，同時也能遙控各輸出分路的通斷。
[0025]通過智能家用配電裝置10的通信模塊5中的一個或多個介質與智能家用配電裝置10相聯接的外部設備可以是運行了本智能家用配電裝置10製造商發布的APP的智能通用分路(如智慧型手機、平板電腦等)，也可以是與智能家用配電裝置10配套的專用外設。
[0026]多個智能家用配電裝置10通過電力線進行並聯或級聯時組成的大型住宅配電系統和控制網絡中具有路由功能。
[0027]本發明在通過電力線進行並聯或級聯時組成的大型住宅配電系統和控制網絡中具有路由功能，即一個本發明下總線設備的操作控制信號可以傳輸到另一個本發明下總線操作顯示設備或控制另一個本發明中某一分路的通斷。
[0028]在較大型的住宅內，為了使室內電力線布置得更為安全和簡潔，可以採用多個智能家用配電裝置10使用並聯或級聯的方式連接，如圖2所示。在這種方式下，智能家用配電裝置10的MCU系統和通信模塊，充當了路由器的作用。即通過操作某一區域內EIB或RS485總線上的顯示操作設備，可以控制另外區域內的用電分路、分路上的智能設備(如調光設備、電動窗簾、智能通風設備)或與另一智能家用配電裝置10相連的EIB或RS485總線上的顯示操作設備。
[0029]所述MCU系統、電源模塊、通信模塊及模擬信號調理模塊組成一個SELV系統。SELV系統也就是SELV電路指安全特低電壓電路，即作了適當的設計和保護的二次電路，使得在正常條件下或單一故障條件下，任意兩個可觸及的零部件之間，以及任意的可觸及零部件和設備的保護接地端子(僅對I類設備)之間的電壓，均不會超過安全值。
[0030]此系統內最高電壓是EIB總線所需要的直流24V電源。本發明裝置10還向使用RS485方式連接本裝置通信模塊5的外部設備(外部顯示鍵盤設備、外部燈光操作控制面板)提供5~12V直流電源。
[0031]本發明在實現一路單相或三相接入交流源轉換成多個單相或三相交流輸出分路的配電過程中，同時實現了以下多種用電保護功能:二級剩餘電流檢測和保護、總迴路和(部分或全部)分路的過負荷反時限特性保護、短路特性保護、瞬時特性保護、線路火災檢測報警、欠電壓、過電壓及缺相保護、相序檢測或相線零線錯位保護。本發明以嵌入式MCU為核心包含剩餘電流檢測模塊、各個分路負載電流檢測模塊、電壓檢測、相序及錯位檢測模塊、電源模塊和通信模塊。通信模塊具有多種通信介質，外部設備通過通信模塊可以設置本發明的各個保護參數。另外，本發明可以和多種不同的外部設備相連，構成智能家居系統，也可以和其他智能家居系統相連，從而實現對各分路的遙控、遙測、遙感。
[0032]實施例不應視為對本發明的限制，但任何基於本發明的精神所作的改進，都應在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其特徵在於:其作為一個整體的低壓電器產品安裝於通用家居配電箱(O)內，所述智能家用配電裝置(10)將接入的一路單相或三相交流電源分配成多個單相或三相交流輸出分路；所述智能家用配電裝置(10)包括:總線斷路器(2)、剩餘電流檢測模塊(3)、安裝在總線斷路器電氣前端位置的電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊(11)、對各個分路進行電流檢測的負載電流檢測模塊(8)、對負載電流檢測模塊檢測的信號進行放大調離的模擬信號調理模塊(4)、起主控作用的MCU系統及電源模塊(6)、通信模塊(5)、能控制分路通斷的分路斷路控制器(7)以及報警控制驅動模塊(9);所述剩餘電流檢測模塊(3)分為設置在總線上的用於線路火災監測的第一級剩餘電流檢測模塊和在分路上的用於防止人體觸電的第二級剩餘電流檢測模塊。
2.根據權利要求1所述的一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其特徵在於，所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測模塊(11)包括隔離變壓器或隔離電源模塊，並安裝於總線斷路器電氣前端位置。
3.根據權利要求1所述的一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其特徵在於，所述通信模塊(5)包括任意一種或多種EIB、RS485、Wif1、藍牙、電力載波通信、Zigbee通信方式。
4.根據權利要求1所述的一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其特徵在於，多個智能家用配電裝置(10)通過電力線進行並聯或級聯時組成的大型住宅配電系統和控制網絡，並在其中具有路由功能。
5.根據權利要求1所述的一種具有多種用電保護功能的智能家用配電裝置，其特徵在於，所述MCU系統及電源模塊、通信模塊和模擬信號調理模塊(4)組成一個SELV系統。
【文檔編號】H02H7/22GK104466736SQ201410738347
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】徐煒, 尤佳 申請人:溫州醫科大學