一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统及其方法

摘要

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统及其方法，所述的电子式电能表包括供电单元、分压电路、分流器、零线电流互感器和计量模块MCU，所述的供电单元、分压电路、分流器和零线电流互感器的信号采集端均与市电电源的相线L、零线N相连，其信号输出端均与计量模块MCU的对应信号输入端相连，所述的系统还包括功率CT和电源变换电路，所述的功率CT套装在相零线回路上，用于感应用电电压，所述的功率CT的信号输出端与电源变换电路的信号输入端相连，所述的电源变换电路的信号输出端与计量模块MCU的采样信号输入端相连。本发明使用时，当电能表被用户移除电压后不管用电负载大小仍然能够达到有效计量的目的。

说明书

技术领域

 本发明涉及电能表的电能计量领域，具体而言是一种电能表掉零或相线后仍能计量的防窃电计量系统和方法。

背景技术

目前，随着家庭各类电器的增多，民用电量剧增，受经济利益的驱使，窃电现象也日益严重，各种新的窃电方式不断出现，据估计，全国每年因电能被盗窃损失达200多亿元，国外特别是南亚一些国家窃电现象更加普遍，影响了供电企业的正常发展。目前市场上的防窃电表，或防窃电功能单一，无法有效防止窃电事件的发生，或成本太高无法大面积普及。特别是南亚一些国家，用户经常采用移除电压窃电方式，该方法是窃电者试图移除电能表的火线或者零线，使得电表没有供电电压而无法工作。

发明内容

本发明的目的是针对用户移除电能表的火线或者零线，电表没有供电电压而无法工作的问题，提出一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统及其方法。

本发明的技术方案是： 

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统，所述的电子式电能表包括供电单元、分压电路、分流器、零线电流互感器和计量模块MCU，所述的供电单元、分压电路、分流器和零线电流互感器的信号采集端均与市电电源的相线L、零线N相连，其信号输出端均与计量模块MCU的对应信号输入端相连，所述的系统还包括功率CT和电源变换电路，所述的功率CT套装在相零线回路上，用于感应电能表的用电电压，所述的功率CT的信号输出端与电源变换电路的信号输入端相连，所述的电源变换电路的信号输出端与计量模块MCU的采样信号输入端相连。

本发明的功率CT包括电流互感器和采样电阻R45，所述的电流互感器作为功率CT的采样信号端套装在相零线回路上，所述的电流互感器的信号输出端并联在采样电阻R45的两端，所述的采样电阻R45的两端连接电源变换电路。

本发明的电源变换电路为由二极管D6-D9构成的整流桥，所述的电源变换电路的输出端通过限流电阻R46、R41和电压转换芯片U1后与计量模块MCU的对应信号输入端相连。

本发明的供电单元包括压敏电阻YM、热敏电阻F1P、变压器T1、整流二极管D1、D3、D4、稳压二极管D2、电压转换芯片U1、电解电容CE3、CE4和电阻R17、R42、R43，所述的压敏电阻YM的两端分别与相线L、零线N相连，所述的压敏电阻YM的零线端通过热敏电阻F1P串接在变压器T1的一输入端，变压器T1的另一输入端连接压敏电阻YM的相线端，变压器T1的一输出端串接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接电压转换芯片U1的输入端，整流二极管D1的负极和电阻R41的连接点与稳压二极管D2的负极相连，稳压二极管D2的正极接相线L，电压转换芯片U1将输入电压转换为3.3V电压为计量模块MCU供电。

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的方法，应用前述实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统，它包括：

当电能表正常运行时，供电单元提供工作电源给计量模块MCU以及外围电路工作，功率CT上无感应电压产生；

当用户移除电压线时，供电单元不产生MCU的工作电源；如果用户启用负载继续用电，功率CT感应出电能表的用电电压，并且通过电源变换电路将交流电压转换为直流电压发送至计量模块MCU，该直流电压为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入，所述的计量模块MCU计量窃电负载的用电量W，该计量模块MCU间歇性唤醒进行供电计量：W=                                               ，其中：u为电能表的额定电压，i为MCU被唤醒的次数，为此次负载的用电电流，为MCU间歇性唤醒的间隔时间。

本发明中，当相线L被用户切断时，负载的用电电流Irms采用零线电流传感器的采样电流；当零线N被用户切断时，负载的用电电流Irms采用分流器的采样电流。

本发明的系统还包括电池或超级电容CE2，所述的电池或超级电容CE2的供电信号端与计量模块MCU的供电信号输入端相连。

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的方法，应用前述实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统，它包括以下步骤：

当电能表正常运行时，供电单元提供工作电源给计量模块MCU以及外围电路工作，功率CT上无感应电压产生；

当用户移除电压线时，供电单元不产生MCU的工作电源：

如果用户启用负载继续用电并且电流较大，功率CT感应出电能表的用电电压，并且通过电源变换电路将交流电压转换为直流电压发送至计量模块MCU，该直流电压为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入，所述的计量模块MCU计量窃电负载的用电量；

如果用户启用负载继续用电并且负载电流很小，功率CT感应不出电压，由电池或超级电容为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入， 所述的计量模块MCU采用下述公式计量窃电负载的用电量W，该计量模块MCU间歇性唤醒进行供电计量：W=，其中：u为电能表的额定电压，j为MCU被唤醒的次数，为此次负载的用电电流，为MCU间歇性唤醒的间隔时间；当负载用电电流较大，由电源变换电路产生的直流电压为计量模块MCU供电时，MCU的唤醒时间间隔为8-12秒；当负载用电电流较小，由电池或超级电容为计量模块MCU供电时，MCU的唤醒时间间隔为250-350秒。

本发明中，当相线L被用户切断时，负载的用电电流Irms采用零线电流传感器的采样电流；当零线N被用户切断时，负载的用电电流Irms采用分流器的采样电流。

本发明中，如果用户启用负载继续用电并且电流较大是指电流大于1A，如果用户启用负载继续用电并且负载电流很小是指电流小于1A。

本发明的有益效果：

本发明中，在电能表的相零线回路中套上功率感应CT，当用户窃电移除电压后， 用户用电时功率CT上就能感应出一定电压，感应电压的大小和穿过CT的电流大小相关，窃电电流足够大时功率CT感应的电压足够保证电能表工作。同时电能表上设计储能元件如电池或超级电容，当窃电电流很小时利用储能元件间歇性工作，从而保证不管窃电电流大小都能够让电能表工作并监测和计算窃电电量。这种方案既能保证在电能表被移除电压后即使用电负荷很小仍能准确计量用户使用电能，同时电能表上电池功耗也很小，利用常用后备电池或超级电容的方案完全可以满足设计要求。

 

附图说明

图1是本发明的电能表原理框图。

图2是本发明电源部分的电路图。

图3是本发明的方法流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，本发明设计了一种用于电能表在被移除电压后即使用电负荷很小都能计量的防窃电方法，通过对不同供电方式的计量实现即使很小的用电负载仍能保证计量的目的。在图1所示原理图中包括供电单元，电池或超级电容，功率CT，电源变换电路，分压电路，分流器，互感器和主芯片MCU等电路组成，当电能表正常运行时，供电单元提供工作电源给主芯片以及外围电路工作，功率CT上无感应电压产生。当用户移除电压线时，供电单元产生不出工作电源，这时如果负载继续用电并且电流比较大，功率CT上感应出电能表的用电电压，通过电源变换给电能表MCU供电工作并作防窃电计量，如果负载电流很小功率CT感应不出电压则通过储能元件给电能表间歇性工作并作防窃电计量。

本发明的功率CT包括电流互感器和采样电阻R45，所述的电流互感器作为功率CT的采样信号端套装在相零线回路上，所述的电流互感器的信号输出端并联在采样电阻R45的两端，所述的采样电阻R45的两端连接电源变换电路。

本发明的电源变换电路为由二极管D6-D9构成的整流桥，所述的电源变换电路的输出端通过限流电阻R46、R41和电压转换芯片U1后与计量模块MCU的对应信号输入端相连。

本发明的供电单元包括压敏电阻YM、热敏电阻F1P、变压器T1、整流二极管D1、D3、D4、稳压二极管D2、电压转换芯片U1、电解电容CE3、CE4和电阻R17、R42、R43，所述的压敏电阻YM的两端分别与相线L、零线N相连，所述的压敏电阻YM的零线端通过热敏电阻F1P串接在变压器T1的一输入端，变压器T1的另一输入端连接压敏电阻YM的相线端，变压器T1的一输出端串接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接电压转换芯片U1的输入端，整流二极管D1的负极和电阻R41的连接点与稳压二极管D2的负极相连，稳压二极管D2的正极接相线L，电压转换芯片U1将输入电压转换为3.3V电压为计量模块MCU供电。

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的方法，应用前述实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统，它包括：

当电能表正常运行时，供电单元提供工作电源给计量模块MCU以及外围电路工作，功率CT上无感应电压产生；

当用户移除电压线时，供电单元不产生MCU的工作电源；如果用户启用负载继续用电，功率CT感应出电能表的用电电压，并且通过电源变换电路将交流电压转换为直流电压发送至计量模块MCU，该直流电压为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入，所述的计量模块MCU计量窃电负载的用电量W，该计量模块MCU间歇性唤醒进行供电计量：W=，其中：u为电能表的额定电压，i为MCU被唤醒的次数，为此次负载的用电电流，为MCU间歇性唤醒的间隔时间。

本发明中，当相线L被用户切断时，负载的用电电流Irms采用零线电流传感器的采样电流；当零线N被用户切断时，负载的用电电流Irms采用分流器的采样电流。

本发明的系统还包括电池或超级电容CE2，所述的电池或超级电容CE2的供电信号端与计量模块MCU的供电信号输入端相连。

一种实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的方法，应用前述实现电子式电能表掉零线或相线后仍能计量的系统，它包括以下步骤：

当电能表正常运行时，供电单元提供工作电源给计量模块MCU以及外围电路工作，功率CT上无感应电压产生；

当用户移除电压线时，供电单元不产生MCU的工作电源：

如果用户启用负载继续用电并且电流较大，功率CT感应出电能表的用电电压，并且通过电源变换电路将交流电压转换为直流电压发送至计量模块MCU，该直流电压为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入，所述的计量模块MCU计量窃电负载的用电量；

如果用户启用负载继续用电并且负载电流很小，功率CT感应不出电压，由电池或超级电容为计量模块MCU供电并且作为窃电计量的信号输入， 所述的计量模块MCU采用下述公式计量窃电负载的用电量W，该计量模块MCU间歇性唤醒进行供电计量：W=，其中：u为电能表的额定电压，j为MCU被唤醒的次数，为此次负载的用电电流，为MCU间歇性唤醒的间隔时间；当负载用电电流较大，由电源变换电路产生的直流电压为计量模块MCU供电时，MCU的唤醒时间间隔为8-12秒；当负载用电电流较小，由电池或超级电容为计量模块MCU供电时，MCU的唤醒时间间隔为250-350秒。

本发明中，当相线L被用户切断时，负载的用电电流Irms采用零线电流传感器的采样电流；当零线N被用户切断时，负载的用电电流Irms采用分流器的采样电流。

本发明中，如果用户启用负载继续用电并且电流较大是指电流大于1A，如果用户启用负载继续用电并且负载电流很小是指电流小于1A。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。