一種電網數據採集裝置

2023-06-06 18:57:58 1

1.本實用新型涉及數據採集設備技術領域，特別是一種電網數據採集裝置。


背景技術：

2.在電力領域中，為了保證安全用電，用電客戶(比如生產廠家、個人用戶等等)一般會安裝各種保護器一類的電氣設備，在用電區域發生短路等時斷開電源，對用電設備及人員起到安全保護作用。雖然現有的保護設備能對人員及用電設施起到一定的安全作用，但是由於結構所限，或多或少還存在一定的問題，具體體現如下。其一：不在現場的情況下，用電方不能了解到供電電壓的電流及電壓數據，由於不能了解到具體的供電質量，也就無法為進一步採用其他輔助設備起到技術支持(比如使用者了解到現場供電區域某個時間段經常出現電壓不穩，那麼使用者就可及時配套穩壓器一類的電氣設備，對相應的用電設備起到保護作用)。其二：不能在現場電壓過低或過高影響用電設備正常工作前斷開電源，這樣，當現場電壓波動過大時，增加了用電設備損壞的機率。綜上所述，現有的用電保護設備還存在很大的改進餘地。


技術實現要素：

3.為了克服現有電氣保護設備因結構所限，無法採集供電區域的用電數據，以及不能在電壓異常波動時斷開用電設備電源的弊端，本實用新型提供了在相關機構及電路共同作用下，能實時採集供電區域的電流及電壓數據，且數據還可經無線行動網路遠傳，不在現場的用電方人員能實時了解各種用電數據，為制定相關預案起到了有利技術支持，當現場供電電壓過高或過低時能及時斷開用電設備的電源，且使用者還能方便修改電壓控制閾值的高低，由此儘可能減少了用電設備出現損壞機率的一種電網數據採集裝置。
4.本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：
5.一種電網數據採集裝置，包括穩壓電源、蓄電池，其特徵在於還具有電壓採集電路、電流採集電路、控制機構、比對電路、數據發送電路；所述穩壓電源、蓄電池、電壓採集電路、電流採集電路、控制機構、比對電路、數據發送電路安裝在元件盒內；所述比對電路的控制電源輸出端和穩壓電源、電壓採集電路以及用電設備的電源輸入端分別電性連接；所述電流採集電路配套有電流互感器，電流互感器內圈套在供電區域的相線外側端，電流採集電路、電壓採集電路的信號輸出端和數據發送電路以及比對電路的信號輸入端分別電性連接；所述控制機構包括無線控制電路和電機減速機構，無線控制電路的電源輸出端和電機減速機構的電源輸入端電性連接；所述電機減速機構的動力輸出軸和比對電路的可調電阻的調節手柄分別安裝在一起。
6.進一步地，所述電流採集電路包括電性連接的整流橋堆、電阻、可調電阻、電容，並和電流互感器連接，電流互感器的電源輸出兩端和整流橋堆的電源輸入兩端分別連接，整流橋堆的正極電源輸出端和電容正極、第一隻電阻一端連接，第一隻電阻另一端和第二隻電阻一端、可調電阻一端連接，第二隻電阻另一端和電容負極、整流橋堆的負極電源輸出端
連接。
7.進一步地，所述無線控制電路包括電性連接的無線遠程控制模塊和繼電器，無線遠程控制模塊的四路輸出端和四隻繼電器正極電源輸入端分別連接，無線遠程控制模塊的正極電源輸入端和四隻繼電器正極控制電源輸入端連接，無線遠程控制模塊的負極電源輸入端和四隻繼電器負極電源輸入端及負極控制電源輸入端連接。
8.進一步地，所述比對電路包括電性連接的電阻、可調電阻、npn三極體和繼電器、可控矽、pnp三極體、二極體；兩隻可調電阻一端和第一隻電阻一端連接，第一隻可調電阻另一端和第二隻電阻一端、第三隻電阻一端連接，第三隻電阻另一端和第一隻npn三極體基極連接，第一隻npn三極體集電極和二極體負極連接，第二隻可調電阻另一端和第四隻電阻一端、第五隻電阻一端連接，第五隻電阻另一端和第二隻npn三極體基極連接，第一隻電阻另一端和第二隻npn三極體集電極、第三隻npn三極體基極連接，第三隻npn三極體集電極和第二隻二極體負極連接，三隻npn三極體發射極和第二隻電阻另一端、第四隻電阻另一端、繼電器負極電源輸入端連接，兩隻二極體正極和pnp三極體基極連接，pnp三極體發射極和可控矽陽極連接，可控矽陰極和繼電器正極電源輸入端連接，可控矽控制極和第六隻電阻一端連接，第六隻電阻另一端和pnp三極體集電極連接。
9.本實用新型有益效果是：本新型電壓採集電路、電流採集電路能分別採集供電區域的電壓及電流數據，各數據能經數據發送電路通過無線行動網路傳輸出去，遠端使用者經現有成熟的物聯網數據收發技術就能實時了解各種用電數據，為制定相關預案起到了有利技術支持；比對電路能對供電區域的電壓高低進行監測，當電壓過高或過低時，比對電路能及時斷開用電設備的電源，且使用者還能方便修改電壓控制閾值的高低，儘可能減少了用電設備出現損壞的機率。基於上述，所以本新型具有好的應用前景。
附圖說明
10.下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。
11.圖1是本實用新型整體結構示意圖；
12.圖2是本實用新型電路圖。
具體實施方式
13.圖1、2中所示，一種電網數據採集裝置，包括穩壓電源a1、蓄電池g，還具有電壓採集電路1、電流採集電路2、控制機構、比對電路4、數據發送電路5；所述穩壓電源a1、蓄電池g、電壓採集電路1、電流採集電路2、控制機構、比對電路4、數據發送電路5安裝在元件盒6內電路板上。控制機構包括無線控制電路3和兩套電機減速機構m1及m2，兩套電機機構m1及m2的動力輸出軸下端和比對電路的兩隻可調電阻rp3及rp4的調節手柄分別焊接在一起、且電機減速機構m1及m2(供電電壓直流12v的同軸電機齒輪減速器成品，其動力輸出軸每分鐘轉速6轉，功率5w，其殼體下端兩側安裝在元件盒上端外)的動力輸出軸下端位於元件盒6上端中部兩個開孔外，動力輸出軸位於元件盒6上端外橫向焊接有指示條7，指示條7側端的元件盒6上環形分布印製有連續的電壓數字。
14.圖1、2所示，穩壓電源a1是型號220v/12v/1kw的交流220v轉直流12v開關電源模塊成品；蓄電池g是型號12v/5ah的鋰蓄電池。電壓採集電路包括經電路板布線連接的整流橋
堆a2、電阻r1及r2、可調電阻rp1、電容c1和二極體vd1，整流橋堆a2的正極電源輸出端3腳和電容c1正極、第一隻電阻r1一端連接，第一隻電阻r1另一端和第二隻電阻r2一端、可調電阻rp1一端連接，可調電阻rp1另一端和二極體vd1正極連接，第二隻電阻r2另一端和電容c1負極連接。電流採集電路包括經電路板布線連接的整流橋堆a3、電阻r3及r4、可調電阻rp2、電容c2和電流互感器m，電流互感器m的電源輸出兩端和整流橋橋堆a3的電源輸入兩端1及2腳分別連接，整流橋堆a3的正極電源輸出端3腳和電容c2正極、第一隻電阻r3一端連接，第一隻電阻r3另一端和第二隻電阻r4一端、可調電阻rp2一端連接，第二隻電阻r4另一端和電容c2負極、整流橋堆a3的負極電源輸出端4腳連接。無線控制電路包括無線遠程控制模塊a6和繼電器k、k1、k2、k3，無線遠程控制模塊a6的四路輸出端3、4、5、6腳和四隻繼電器k、k1、k2、k3正極電源輸入端分別連接，無線遠程控制模塊a6的正極電源輸入端1腳和四隻繼電器k、k1、k2、k3正極控制電源輸入端連接，無線遠程控制模塊a6的負極電源輸入端2腳和四隻繼電器k、k1、k2、k3負極電源輸入端及負極控制電源輸入端連接。比對電路包括經電路板布線連接的電阻r6、r7、r8、r9、r10、r11，可調電阻rp3、rp4，npn三極體q1、q2、q3和繼電器k4、可控矽vs、pnp三極體q4、二極體vd3及vd4；兩隻可調電阻rp3、rp4一端和第一隻電阻r10一端連接，第一隻可調電阻rp3另一端和第二隻電阻r6一端、第三隻電阻r7一端連接，第三隻電阻r7另一端和第一隻npn三極體q1基極連接，第一隻npn三極體q1集電極和二極體vd3負極連接，第二隻可調電阻rp4另一端和第四隻電阻r8一端、第五隻電阻r9一端連接，第五隻電阻r9另一端和第二隻npn三極體q2基極連接，第一隻電阻r10另一端和第二隻npn三極體q2集電極、第三隻npn三極體q3基極連接，第三隻npn三極體q3集電極和第二隻二極體vd4負極連接，三隻npn三極體q1、q2、q3發射極和第二隻電阻r6另一端、第四隻電阻r8另一端、繼電器k4負極電源輸入端連接，兩隻二極體vd3、vd4正極和pnp三極體q3基極連接，pnp三極體q3發射極和可控矽vs陽極連接，可控矽vs陰極和繼電器k4正極電源輸入端連接，可控矽vs控制極和第六隻電阻r11一端連接，第六隻電阻r11另一端和pnp三極體q4集電極連接。數據發送電路包括經電路板布線連接的gprs模塊a5和單片機模塊a4，gprs模塊a5和單片機模塊的a4電源輸入兩端1及2腳分別連接，gprs模塊a5的信號輸入端和單片機模塊a4的信號輸出端經rs485數據線連接。
15.圖1、2所示，比對電路的繼電器k4控制電源輸入端和交流220v電源兩極分別經導線連接。比對電路的控制電源輸出端繼電器k4常閉觸點端和穩壓電源a1的電源輸入端1及2腳、電壓採集電路的電源輸入端整流橋堆a2的1及2腳以及供電區域用電設備t的電源輸入端分別經導線連接。穩壓電源a1的電源輸出端3及4腳和蓄電池g兩極、數據發送電路的電源輸入端單片機模塊a4的1及2腳、控制機構的電源輸入端繼電器k正極控制電源輸入端及負極控制電源輸入端、比對電路的電源輸入端可控矽vs陽極及繼電器k4負極電源輸入端分別經導線連接。電流採集電路配套有一隻電流互感器m，電流互感器m套在供電區域的相線外側端，電壓採集電路的信號輸出端二極體vd1負極和比對電路的信號輸入端可調電阻rp3另一端經導線連接。電流採集電路的信號輸出端可調電阻rp2另一端、電壓採集電路的信號輸出端可調電阻rp1另一端和數據發送電路的單片機模塊a4兩路信號輸入端4及3腳分別經導線連接。
16.圖1、2所示，平時正常供電模式下，220v交流電源經繼電器k4兩個控制電源輸入端及兩個常閉觸點端進入穩壓電源a1及電壓採集電路的電源輸入端，並進入供電區域用電設
備t的電源輸入端，上述電路及用電設備t正常得電工作。穩壓電源a1得電後其3及4腳會輸出穩定的直流12v電源進入蓄電池g兩極以及數據發送電路、控制機構、比對電路的電源輸入端，上述電路得電工作，12v電源為蓄電池g充電，保證本新型後續因各種原因斷電後，相關電路還能得電工作。電壓採集電路得電工作，供電區域的電壓信號進入整流橋堆a2的1及2腳後，整流橋堆a2的3及4腳輸出直流電源經電容c1濾波後，再經電阻r1、r2分壓及可調電阻rp1降壓限流通過二極體vd1單向導通進入可調電阻rp3另一端，同時經可調電阻rp1降壓限流進入單片機模塊a4的信號輸入端3腳，當現場供電電壓越高時進入可調電阻rp3另一端及單片機模塊a4的3腳信號電壓相對越高、反之相對越低。電流採集電路得電工作後，供電區域的電流信號作用於電流互感器m，電流互感器m的電源輸出端會輸出交流電源進入整流橋堆a3的1及2腳，進而，整流橋堆a3的3及4腳輸出直流電源經電容c2濾波後，再經電阻r3、r4分壓及可調電阻rp2降壓限流進入單片機模塊a4的信號輸入端4腳，當現場供電電源電流越大時，電流互感器m感應輸出的電流電壓信號越大(電流越大電壓越高、反之越低)，那麼，進入單片機模塊a4的4腳信號電壓相對越高、反之相對越低。
17.圖1、2所示，當現場動態變化的電壓及電流數據進入單片機模塊a4的3及4腳後，單片機模塊a4將輸入的動態變化電壓信號經ad轉換(模數轉換)後輸出到gprs模塊a5信號輸入端，gprs模塊a5將信號通過無線行動網路遠傳，遠端使用者經身邊智慧型手機或pc機接收到數據後，就能直觀了解到現場電壓及電流數據(手機或pc機的顯示界面通過數字方式或者波形圖方式分別顯示的電壓、電流數據越高時，那麼代表現場電壓信號或電流信號相對越高，反之越低)。需要說明的是，單片機模塊採集現場傳感器輸出的動態變化電壓信號(比如水壓傳感器採集的自來水壓力信號)，並將模擬電壓信號轉換為數位訊號通過gprs模塊遠傳，遠端智慧型手機或pc機接收相關數據並將數據通過數字或波形圖方式顯示出來，是現有極為成熟的物聯網技術，因此，本新型只是利用了現有的物聯網數據收發技術實現了電壓及電流數據的遠傳及接收顯示，所以，單片機模塊採集轉換數據，gprs模塊傳輸數據，遠端智慧型手機或pc機2接收顯示數據並不屬於本新型保護範圍之內。
18.圖1、2所示，比對電路得電工作後，如果現場供電處於合適電壓(比如低於235.4v)，經二極體vd1單向導通進入可調電阻rp3的電源，再經電阻r6分壓、電阻r7降壓限流後進入npn三極體q1基極的電壓低於0.7v，那麼npn三極體q1不導通，可控矽vs不會導通現場用電設備正常得電工作。如果現場供電電壓過大(比如高於235.4v)，經二極體vd1進入可調電阻rp3的電源，再經電阻r6分壓、電阻r7降壓限流後進入npn三極體q1基極的電壓高於0.7v，那麼npn三極體q1會導通，可控矽vs會導通進而現場用電設備停止工作。如果現場供電處於合適電壓(比如高於198v)，經二極體vd1進入可調電阻rp4的電源，再經電阻r8分壓、電阻r9降壓限流後進入npn三極體q2基極的電壓高於0.7v，那麼npn三極體q2導通集電極輸出低電平進入npn三極體q3，npn三極體q3基極無合適正向偏壓截止，可控矽vs不會導通現場用電設備正常得電工作。如果現場供電電壓過低(比如低於198v)，經二極體vd1進入可調電阻rp4的電源，再經電阻r8分壓、電阻r9降壓限流後進入npn三極體q2基極的電壓低於0.7v，那麼npn三極體q2截止集電極不再輸出低電平進入npn三極體q3，npn三極體q3基極經由電阻r10降壓限流從二極體vd1負極處獲得合適正向偏壓導通，npn三極體q3導通，可控矽vs會導通進而現場用電設備停止工作。
19.圖1、2所示，當現場供電電壓過高或過低、npn三極體q1或q3導通後，npn三極體q1
或q3集電極輸出的低電平經二極體vd3或vd4單向導通後會進入pnp三極體q4基極，pnp三極體q4導通集電極輸出高電平經電阻r11降壓限流觸發可控矽vs導通，進而繼電器k4得電吸合其控制電源輸入端和常閉觸點端開路，這樣，供電區域用電設備t的電源輸入端就會失電不再工作，直到使用者後續到現場關閉電源開關s1後、可控矽vs才不會導通，繼電器k4才會再次失電其控制電源輸入端和常閉觸點端閉合，供電區域用電設備t再次正常得電工作。本新型中，使用者可根據需要調節現場電壓控制閾值(比如用電設備在相對低壓下能正常工作，現場電壓相對較低，需要調節低電壓控制閾值)，當使用者經手機發出第一路或第三路閉合信號後，繼電器k或k2會得電吸合其兩個控制電源輸入端和兩個常開觸點端分別閉合，這樣，電機減速機構m1或m2正負兩極會得電，電機減速機構m1或m2會帶動可調電阻rp3或rp4的手柄向左轉動，可調電阻rp3或rp4的電阻值會變小，可調電阻rp3或rp4的電阻值調節到位後(比如對準數字210v或190v)，那麼由於可調電阻rp3或rp4的電阻值變小，後續現場電壓相對低、二極體vd1輸出的電壓相對低時，繼電器k4就會得電吸合，現場用電設備斷電，也就是本新型的電壓判斷閾值減小。當使用者經手機發出第二路或第四路閉合信號後，繼電器k1或k3會得電吸合其兩個控制電源輸入端和兩個常開觸點端分別閉合，這樣，電機減速機構m1或m2負正兩極會得電，電機減速機構m1或m2會帶動可調電阻rp3或rp4的手柄向右轉動，可調電阻rp3或rp4的電阻值會變大，可調電阻rp3或rp4的電阻值調節到位後(比如對準數字240v或210v)，那麼由於可調電阻rp3或rp4的電阻值變大，後續現場電壓相對高、二極體vd1輸出的電壓相對高時，繼電器k4才會得電吸合，現場用電設備斷電，也就是本新型的電壓判斷閾值變大。通過上述所有電路作用，本新型電壓採集電路、電流採集電路能分別採集供電區域的電壓及電流數據，各數據能經數據發送電路通過無線行動網路傳輸出去，遠端使用者經現有成熟的物聯網數據收發技術就能實時了解各種用電數據，為制定相關預案起到了有利技術支持；比對電路能對供電區域的電壓高低進行監測，當電壓過高或過低時，比對電路能及時斷開用電設備的電源，且使用者還能方便修改電壓控制閾值的高低，儘可能減少了用電設備出現損壞的機率。圖2中，電阻r1、r2、r3、r4、r6、r7、r8、r9、r10、r11阻值分別是2m、20k、470k、10k、20k、10k、20k、10k、47k、10k；npn三極體q1、q2、q3型號是9013；pnp三極體q4型號是9012；二極體vd1、vd3、vd4型號是1n4007；電容c1、c2型號是470μf/25v(電解電容)；繼電器k、k1、k2、k3、k4型號是dc12v；gprs模塊a3型號是zlan8100，gprs模塊成品有rs485數據輸入埠，還具有兩個電源輸入端、一路信號輸入端；可調電阻rp1、rp2、rp3、rp4型號分別是47k、47k、2m、2m(本實施例分別調節到14k、8k、1.7m、1.7m)；整流橋堆a2、a3型號是gbu810；可控矽vs型號是mcr100-1；單片機模塊a4的主控晶片型號是stc12c5a60s2，單片機模塊成品a4上有信號接入端腳還有rs485數據輸出埠；電流互感器是型號的bzct30al單向電流互感器成品；無線遠程控制模塊a6是型號cl4-gprs的遠程無線控制器成品u2，其具有兩個電源輸入端1及2腳(，四路控制電源輸出接線端，，使用中，通過現有成熟的手機app技術，使用者可在遠端經手機app通過無線行動網路分別發送出閉合可開路控制指令，無線遠程控制模塊a6接收到控制指令後，會分別控制四路控制電源輸出端輸出或不輸出電源。
20.對於本領域技術人員而言，顯然本新型限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本新型的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本新型的範圍由所附權利
要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本新型內。
21.此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。