一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其包括：總線斷路器、剩余電流檢測(cè)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(cè)模塊、對(duì)各個(gè)分路進(jìn)行電流檢測(cè)的負(fù)載電流檢測(cè)模塊以及負(fù)載電流檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)離的模擬信號(hào)調(diào)理模塊、起主控作用的MCU系統(tǒng)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(bào)警控制驅(qū)動(dòng)模塊，安裝于通用配電箱內(nèi)的整體低壓電器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)住宅內(nèi)單相或三相交流電源的智能配電、智能用電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)和控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及住宅配電及低壓用電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及將低壓用電的多種保護(hù)技術(shù)集成并構(gòu)成一個(gè)智能的具有家用配電功能的低壓電器裝置的電子【技術(shù)領(lǐng)域】，同時(shí)也涉及智能家居領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前家庭的住宅配電一般是首先在住宅配電箱箱內(nèi)安裝導(dǎo)軌，然后在導(dǎo)軌上安裝單相或三相的進(jìn)線總空氣開(kāi)關(guān)(斷路器)，再用不同顏色不同規(guī)格的導(dǎo)線連接至規(guī)格不同的各個(gè)單相或三相的分路空氣開(kāi)關(guān)。進(jìn)線總斷路器常常配漏電保護(hù)器，因此，常使用一體漏電斷路器作為進(jìn)線總斷路器。這樣的配電箱在技術(shù)日益進(jìn)步、安全要求不斷提高的今天，其存在著愈來(lái)愈不容忽視的不足之處:
(1)雖然配電箱是按國(guó)標(biāo)生產(chǎn)的，但配電箱內(nèi)斷路器和導(dǎo)線是人工安裝的，存在質(zhì)量不穩(wěn)定的因素；
(2)現(xiàn)在配電箱內(nèi)所采用的小型斷路器大多為磁飽和式斷路器，無(wú)論瞬時(shí)脫扣整定電流還是過(guò)載保護(hù)的整定電流和整定時(shí)間的精度都不高，誤差大，而且產(chǎn)品參數(shù)離散性大，有些產(chǎn)品只有過(guò)載保護(hù)功能；
(3)現(xiàn)行配電方式中沒(méi)有配電線路電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)與保護(hù)，只有在進(jìn)線總線處裝有保護(hù)人身的電擊漏電保護(hù)器，也就是說(shuō)在目前的住宅配電中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)剩余電流的分級(jí)保護(hù)，容易引起誤動(dòng)作或保護(hù)不到位造成人員、設(shè)備的危險(xiǎn)和損失，而且大多是AC型剩余電流保護(hù)器，面對(duì)愈來(lái)愈多的變頻電器和高頻電器，常常不能確保萬(wàn)無(wú)一失；
(4)現(xiàn)行配電方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(fù)載發(fā)生變化，需要使斷路器起到切實(shí)的用電保護(hù)就必須更換相應(yīng)分路上的斷路器。這就需要花費(fèi)額外的時(shí)間成本和材料成本，因此，目前絕大多數(shù)住戶(hù)都是不管用電負(fù)載的變化將就著用，這就存在著安全隱患；
(5)如果使用現(xiàn)行的住宅配電方案，如住戶(hù)要實(shí)現(xiàn)住宅智能化，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制電器設(shè)備，必須另配住宅智能系統(tǒng)，這樣會(huì)造成布線和設(shè)備的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是制造一個(gè)具有智能配電、用電保護(hù)和分路控制功能的低壓電器產(chǎn)品，取代現(xiàn)在采用不同規(guī)格的分立空氣斷路器和導(dǎo)線在住宅配電箱內(nèi)構(gòu)成的住宅配電系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明提供一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其作為一個(gè)整體的低壓電器產(chǎn)品安裝于通用家居配電箱內(nèi)，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(gè)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、剩余電流檢測(cè)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(cè)模塊、對(duì)各個(gè)分路進(jìn)行電流檢測(cè)的負(fù)載電流檢測(cè)模塊、對(duì)負(fù)載電流檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)離的模擬信號(hào)調(diào)理模塊、起主控作用的MCU系統(tǒng)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(bào)警控制驅(qū)動(dòng)模塊；所述剩余電流檢測(cè)模塊分為設(shè)置在總線上的用于線路火災(zāi)監(jiān)測(cè)的第一級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊和在分路上的用于防止人體觸電的第二級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊。
[0005]所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測(cè)模塊包括隔離變壓器或隔離電源模塊，并安裝于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(lán)牙、電力載波通信、Zigbee通信方式。
[0007]多個(gè)智能家用配電裝置通過(guò)電力線進(jìn)行并聯(lián)或級(jí)聯(lián)時(shí)組成的大型住宅配電系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)，并在其中具有路由功能。
[0008]所述MCU系統(tǒng)及電源模塊、通信模塊和模擬信號(hào)調(diào)理模塊組成一個(gè)SELV系統(tǒng)。
[0009]發(fā)明的有益效果是:安裝于通用配電箱內(nèi)的整體低壓電器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)住宅內(nèi)單相或三相交流電源的智能配電、智能用電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)和控制；設(shè)置在總線上的剩余電流檢測(cè)模塊檢查住宅內(nèi)電源線的漏電，用以防止因配電線路漏電引起的電氣火災(zāi)，在墻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余電流檢測(cè)模塊其主要功能是防止人體觸電危險(xiǎn)的發(fā)生；易于拓展為智能家居系統(tǒng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是較大型住宅中本發(fā)明的并聯(lián)與級(jí)聯(lián)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明:
如圖1所示，本發(fā)明提供一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其作為一個(gè)整體的低壓電器產(chǎn)品安裝于通用家居配電箱O內(nèi)，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(gè)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、剩余電流檢測(cè)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(cè)模塊11、對(duì)各個(gè)分路進(jìn)行電流檢測(cè)的負(fù)載電流檢測(cè)模塊8以及負(fù)載電流檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)離的模擬信號(hào)調(diào)理模塊4、起主控作用的MCU系統(tǒng)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(bào)警控制驅(qū)動(dòng)模塊9。
[0013]電源隔離變壓器及電壓相序檢測(cè)模塊11提供的電壓信號(hào)、剩余電流檢測(cè)模塊3提供的電流信號(hào)和從負(fù)載電流檢測(cè)模塊8獲取負(fù)載電流信號(hào)都進(jìn)入模擬信號(hào)調(diào)理模塊4，信號(hào)進(jìn)放大調(diào)理至適合電平連接到MCU系統(tǒng)6的ADC輸入端，同時(shí)，模擬信號(hào)調(diào)理模塊4還包含了對(duì)各個(gè)分路負(fù)載電流信號(hào)進(jìn)行閾值比較的比較器，此比較器的輸出可以鏈接到MCU系統(tǒng)6的中斷輸入端，也可以與MCU系統(tǒng)6中輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算操作后驅(qū)動(dòng)分路斷路控制器7。
[0014]經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)調(diào)理模塊4后連接到ADC輸入端的各分路負(fù)載電流信號(hào)、總線及分路剩余電流信號(hào)、各AC電壓信號(hào)的波形都是全波整流后的呈半個(gè)交流波形的脈動(dòng)直流波形。MCU系統(tǒng)對(duì)這些波形進(jìn)行AD采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算這些電信號(hào)的有效值及應(yīng)用快速方法識(shí)別瞬時(shí)故障電流和畸變剩余電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分路上的用電器和人身進(jìn)行各種保護(hù)。
[0015]各個(gè)分路的額定電流以及過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、瞬時(shí)保護(hù)的整定參數(shù)都可以由本裝置的MCU系統(tǒng)6使用通信模塊5中的任一介質(zhì)與外部計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備進(jìn)行通信來(lái)設(shè)定。
[0016]本發(fā)明增加了現(xiàn)行的依靠小型熱磁空氣斷路器構(gòu)成的住宅配電系統(tǒng)所沒(méi)有的瞬時(shí)保護(hù)功能，并糾正了其各種保護(hù)參數(shù)離散性大、常常不能正確進(jìn)行分級(jí)保護(hù)的缺陷。
[0017]所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測(cè)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(cè)模塊11使用一個(gè)隔離變壓器(單相或三相)或隔離電源模塊為整個(gè)裝置提供浮地的直流電源系統(tǒng)(包括為EIB總線提供所需的24V直流電源)，同時(shí)，為過(guò)壓欠壓保護(hù)、缺相與相序保護(hù)提供AC電壓信號(hào)。
[0018]本發(fā)明在模擬信號(hào)調(diào)理模塊4中取自隔離變壓器或隔離電源模塊的電壓信號(hào)并進(jìn)行相序判斷，這對(duì)于大型住宅中越來(lái)越多三相的電器顯得尤為重要，并增加了現(xiàn)行住宅配電系統(tǒng)中所沒(méi)有的欠壓過(guò)壓保護(hù)功能。
[0019]通過(guò)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(nèi)部線路實(shí)現(xiàn)住宅家用配電功能；在總線斷路電器2的電氣后端和各輸出分路上都接有剩余電流檢測(cè)模塊3，各個(gè)分路的相線上均有負(fù)載電流檢測(cè)模塊8。
[0020]所述剩余電流檢測(cè)模塊3分別設(shè)置在總線上的用于線路火災(zāi)監(jiān)測(cè)的第一級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊以及分路上的用于防止人體觸電的負(fù)載電流檢測(cè)模塊?？偩€上的剩余電流檢測(cè)主要功能是負(fù)責(zé)檢查住宅內(nèi)電源線的漏電，用以防止因配電線路漏電引起的電氣火災(zāi)，其剩余不動(dòng)作電流設(shè)置在不大于300mA。在墻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余電流檢測(cè)其主要功能是防止人體觸電危險(xiǎn)的發(fā)生，其剩余不動(dòng)作電流設(shè)置在不大于30mA。
[0021 ] 在剩余電流有效值的識(shí)別算法上，針對(duì)由于家庭中變頻電器和高頻電器愈來(lái)愈多剩余電流波形呈現(xiàn)出正弦脈動(dòng)直流波形或殘缺不規(guī)則的脈動(dòng)直流波形等情況，采用了直流跟蹤、差分閾值判斷和平均功率估計(jì)等方法相結(jié)合，快速準(zhǔn)確地計(jì)算出有效值，能夠?qū)崿F(xiàn)A型剩余電流保護(hù)器的功能，確保剩余電流保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。
[0022]總線上的第一級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊所檢測(cè)的剩余電流是某個(gè)住宅內(nèi)的總剩余電流，是各個(gè)安裝了第二級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊的分路與其他分路(如燈光線路)上所有剩余電流的總和。因此，本發(fā)明裝置能檢測(cè)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(chǎn)生的剩余電流，從而全面預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。至于引起電氣火災(zāi)的其他原因如過(guò)載、短路、線路過(guò)熱，是通過(guò)剩余電流檢測(cè)模塊和多段式用電保護(hù)機(jī)制加以預(yù)防的。
[0023]每一個(gè)輸出分路的相線上都裝有負(fù)載電流檢測(cè)模塊，可以精確測(cè)量分路的負(fù)載電流；同時(shí)通過(guò)本發(fā)明裝置的通信模塊可以設(shè)定各分路過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)及瞬時(shí)保護(hù)的整定參數(shù)，因此每個(gè)住戶(hù)可以根據(jù)自己家庭每一分路用電負(fù)荷大小精確配置設(shè)定各分路的整定參數(shù)，并可以在日后負(fù)荷變化時(shí)及時(shí)調(diào)整相應(yīng)分路的整定參數(shù)。
[0024]所述通信模塊5包括EIB(是電氣布線領(lǐng)域使用范圍最廣的行業(yè)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn))、RS485、Wif1、藍(lán)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(shè)備(外部顯示鍵盤(pán)設(shè)備、外部燈光操作控制面板、住宅燈光調(diào)光設(shè)備、一個(gè)住宅內(nèi)的第二個(gè)本發(fā)明裝置)進(jìn)行通信和控制。另外，各種臺(tái)式、移動(dòng)計(jì)算機(jī)及其他智能移動(dòng)設(shè)備還能通過(guò)USB、Wifi和藍(lán)牙方式與本發(fā)明裝置進(jìn)行通信，對(duì)各個(gè)用電保護(hù)整定參數(shù)的進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也能遙控各輸出分路的通斷。
[0025]通過(guò)智能家用配電裝置10的通信模塊5中的一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)與智能家用配電裝置10相聯(lián)接的外部設(shè)備可以是運(yùn)行了本智能家用配電裝置10制造商發(fā)布的APP的智能通用分路(如智能手機(jī)、平板電腦等)，也可以是與智能家用配電裝置10配套的專(zhuān)用外設(shè)。
[0026]多個(gè)智能家用配電裝置10通過(guò)電力線進(jìn)行并聯(lián)或級(jí)聯(lián)時(shí)組成的大型住宅配電系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能。
[0027]本發(fā)明在通過(guò)電力線進(jìn)行并聯(lián)或級(jí)聯(lián)時(shí)組成的大型住宅配電系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能，即一個(gè)本發(fā)明下總線設(shè)備的操作控制信號(hào)可以傳輸?shù)搅硪粋€(gè)本發(fā)明下總線操作顯示設(shè)備或控制另一個(gè)本發(fā)明中某一分路的通斷。
[0028]在較大型的住宅內(nèi)，為了使室內(nèi)電力線布置得更為安全和簡(jiǎn)潔，可以采用多個(gè)智能家用配電裝置10使用并聯(lián)或級(jí)聯(lián)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(tǒng)和通信模塊，充當(dāng)了路由器的作用。即通過(guò)操作某一區(qū)域內(nèi)EIB或RS485總線上的顯示操作設(shè)備，可以控制另外區(qū)域內(nèi)的用電分路、分路上的智能設(shè)備(如調(diào)光設(shè)備、電動(dòng)窗簾、智能通風(fēng)設(shè)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(shè)備。
[0029]所述MCU系統(tǒng)、電源模塊、通信模塊及模擬信號(hào)調(diào)理模塊組成一個(gè)SELV系統(tǒng)。SELV系統(tǒng)也就是SELV電路指安全特低電壓電路，即作了適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和保護(hù)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(gè)可觸及的零部件之間，以及任意的可觸及零部件和設(shè)備的保護(hù)接地端子(僅對(duì)I類(lèi)設(shè)備)之間的電壓，均不會(huì)超過(guò)安全值。
[0030]此系統(tǒng)內(nèi)最高電壓是EIB總線所需要的直流24V電源。本發(fā)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(shè)備(外部顯示鍵盤(pán)設(shè)備、外部燈光操作控制面板)提供5~12V直流電源。
[0031]本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)一路單相或三相接入交流源轉(zhuǎn)換成多個(gè)單相或三相交流輸出分路的配電過(guò)程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了以下多種用電保護(hù)功能:二級(jí)剩余電流檢測(cè)和保護(hù)、總回路和(部分或全部)分路的過(guò)負(fù)荷反時(shí)限特性保護(hù)、短路特性保護(hù)、瞬時(shí)特性保護(hù)、線路火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警、欠電壓、過(guò)電壓及缺相保護(hù)、相序檢測(cè)或相線零線錯(cuò)位保護(hù)。本發(fā)明以嵌入式MCU為核心包含剩余電流檢測(cè)模塊、各個(gè)分路負(fù)載電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)、相序及錯(cuò)位檢測(cè)模塊、電源模塊和通信模塊。通信模塊具有多種通信介質(zhì)，外部設(shè)備通過(guò)通信模塊可以設(shè)置本發(fā)明的各個(gè)保護(hù)參數(shù)。另外，本發(fā)明可以和多種不同的外部設(shè)備相連，構(gòu)成智能家居系統(tǒng)，也可以和其他智能家居系統(tǒng)相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各分路的遙控、遙測(cè)、遙感。
[0032]實(shí)施例不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其特征在于:其作為一個(gè)整體的低壓電器產(chǎn)品安裝于通用家居配電箱(O)內(nèi)，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(gè)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)、剩余電流檢測(cè)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(cè)模塊(11)、對(duì)各個(gè)分路進(jìn)行電流檢測(cè)的負(fù)載電流檢測(cè)模塊(8)、對(duì)負(fù)載電流檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)離的模擬信號(hào)調(diào)理模塊(4)、起主控作用的MCU系統(tǒng)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(bào)警控制驅(qū)動(dòng)模塊(9);所述剩余電流檢測(cè)模塊(3)分為設(shè)置在總線上的用于線路火災(zāi)監(jiān)測(cè)的第一級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊和在分路上的用于防止人體觸電的第二級(jí)剩余電流檢測(cè)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其特征在于，所述電源隔離變壓器及電壓相序檢測(cè)模塊(11)包括隔離變壓器或隔離電源模塊，并安裝于總線斷路器電氣前端位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其特征在于，所述通信模塊(5)包括任意一種或多種EIB、RS485、Wif1、藍(lán)牙、電力載波通信、Zigbee通信方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其特征在于，多個(gè)智能家用配電裝置(10)通過(guò)電力線進(jìn)行并聯(lián)或級(jí)聯(lián)時(shí)組成的大型住宅配電系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)，并在其中具有路由功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有多種用電保護(hù)功能的智能家用配電裝置，其特征在于，所述MCU系統(tǒng)及電源模塊、通信模塊和模擬信號(hào)調(diào)理模塊(4)組成一個(gè)SELV系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H02H7/22GK104466736SQ201410738347
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】徐煒, 尤佳 申請(qǐng)人:溫州醫(yī)科大學(xué)