专利名称：附设在电力线路上的高压直接计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种高压计量装置，特别涉及的是一种附设在高压电 力线上对每根相线用电情况进行直接计量，并将其传输给远端用户端接收装置 的高压直接计量装置。
背景技术：
高压计量是电力计量技术中最重要的一个组成部分，各种技术层出不穷， 其研究方向主要集中在以下两点，第一点是如何采集高压线路上的电流值，电
压值；第二点是如何防止窃电发生。
针对第一点而言，目前惯用的方法是采用独立的电流互感器和电压互感器， 分别获取电压值和电流值；但是在安装时由于需要各自保持一定的距离，防止 相互的电磁干扰，同时由于互感器自身作为用电设备，从能量守恒的角度来看， 仍存在一定的电能消耗，从而影响准确性；中国专利中公开了多项关于高压互 感器或电流互感器的专利，但是由于其都是基于变压器的基础理论上，进行的 改进，因此其是无法根本改变现有互感器的缺陷，如工艺复杂、体积庞大并 且反应出的电压值的准确率随着材料、工艺精度和环境的改变而产生较大的误 差的缺陷，同时在和所述的电流互感器结合使用时，体积更为庞大。
对于第二点而言，曾经有用电设备制造商，设计成将高压计量设备以及相 应的显示单元设置在高压线路上，从而使用户不能触及到计量设备，进而杜绝 可能产生的窃电隐患，但是这种方式使用户或用电管理部门查抄电能值带来很 大的危险，同时由于显示设置于高压线路上容易受到高压产生磁场的影响，最 终有损显示设备的寿命。
鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得本创作。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种附设在电力线路上的高压直接计量装置， 用以解决现有技术中取得电流值和电压值中的结构庞大准确性差的缺陷，以及 在实际应用中存在窃电隐患的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种附设在电力 线路上的高压直接计量装置，其至少附设于一条高压电力线上，其包括
一电压采集单元，用以从电力线上直接获取第一电压信号；
一电流采集单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压信
号；
一第一处理单元，其分别与所述的电压采集单元和电流采集单元相连接， 将所述的第一电压信号和第二电压信号转换成实时的电压值和电流值换算成瞬 时功率值，并在一第一预设时间内对瞬时值进行积分，输出一第一电能值信号；
一第二处理单元，其与所述的第一处理单元相连接，将所述的第一电能值 信号累加形成一第二电能值信号，每隔第二预设时间发出所述第二电能值信号；
一发射电路，其接收到所述的第二电能值信号将其传输至一用户端接收装置。
为了器件的安全，所述的第一处理单元和所述的第二处理单元之间设置有 一隔离转换电路，其将所述的第一电能值信号进行隔离转换输出给所述的第二 处理单元，用以防止高压线路干护C。
其中，所迷的电压采集单元包括
一电压采样组件，其直接从所述的相线上采集实时的电压信号； 一电压信号处理电路，其将所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的 第一电压信号；
以及电源电路，其将所述的电压信号进行稳压、滤波转换成电源电压输出。 较佳的，所述的电压采样组件为机械结构组件，其包括 一导电釆样件，其为一导电材料，直接接触金属电力线或透过绝缘皮直接 接触电力线芯，获取电力线上实时的电压信号；
一采样固定件，其确保所述的导电采样件与所述的电力线连接稳固。 其中，所述的电压信号处理电路包括
一与所述导电采样件串联的第 一稳压管，所述的第 一稳压管的 一端接地； 一与所迷的导电采样件相连的降压电阻，其输出为所述的第一电压信号。 其中，所述的电流采集单元为一设置于所述的电力线上的锰铜片，其两端通过两个降压电阻，用以获取表征电流值的第二电压信号。
较佳的，所述的第一处理单元为一比例乘法积分集成芯片，其包括 一比例处理部分，将所述的第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的
第二电压信号转换为实时电流值；
一乘法部分，将所述的实时电流值和实施电压值相乘，获取瞬时功率值；
一积分部分，将获取的瞬时功率值在所述的第一预设的时间内进行积分， 获取第一电能值信号。
较佳的，所述的第二处理单元为一处理器，其输入端获取表征第一电能值 信号，并对其进行累加形成第二电能值，其中所述的处理器与一时钟电路相连 接，所述的所述时钟电路每隔所述的第二预设时间发出 一触发信号至所述的处 理器，使其输出端输出此时第二电能信号给所述的发射电路。
较佳的于，所述的隔离转换电路包括 一光耦隔离电路，其光信号发射端 与所述的第一处理单元的输出端相连接，其信号转换端与所述的第二处理单元 的输入端相连4妄。
为了便于用电管理部门实现对所述的附设在电力线路上的高压直接计量装 置，还包括 一通信电路与所述的第二处理单元相连接，用以接收一控制信号， 从而改变所述的第二处理单元的命令设置。
与所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置相应的用户端接收装置为 一无线显示用户端接收装置，其包括
一接收电路，用以接收所述的发射电路发射的第二电能值信号； 一解码电路，将所述的第二电能值信号进行解码，输出一解码信号； 一处理器，其获取所述的解码信号后进行译码，转换为所述的第二电能值； 一显示电路，将所述的第二电能值显示给用户。
与现有技术比较本实用新型的有益效果在于，首先，本实用新型设置在电 力线上，而与之相对应的用户端接收装置设置于安全位置，从而避免的用户发 生触电危险；
其次，由于用户不能接触到电力线上的电压、电流信号的采集以及电能计 算过程，从而避免了窃电的发生；
最后，采用了直接的计量方式，而不再用互感器的方式，从而使体积小、 电压值/电流值测量精度高。

图1为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置的功能结构框图2为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置以及对应用户端 接收装置的机械机构示意图3为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置的电压采集单元 中电压采样组件的结构放大图4为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置一较佳实施例的 电路示意图5为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置对应用户端接收 装置功能结构框图6为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置对应用户端接收 装置一较佳实施例的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的 说明。
请参阅图l所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置 的功能结构框图，为了实现防窃电的目的，将对电力线L上电压、电流信号采 集，以及电能值的计算完全设置在高压线路L上，仅仅将与其相对应的用户端 接收装置设置在用户可以安全接收的位置，从而对于用户而言其仅仅可以获知 目前的电能值，而不能接触到相应的采集和计量部分，大大的降低了窃电的隐 患；同时又要克服计量装置由于受到高压线路环境的影响，可能引起的计量不 准确的隐患。为此本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置包括一 电压釆集单元ll，用以从电力线L上直接获取第一电压信号； 一电流采集单元
12, 用以从电力线L上直接获取表征电流值的第二电压信号； 一第一处理单元
13, 其接收所述的第一电压信号和第二电压信号，转换成实时的电压值和电流 值换算成瞬时功率值，并在一第一预设时间内对瞬时值进行积分处理，输出一 第一电能值信号；所述的第一处理单元13和所述的第二处理单元15之间设置 有一隔离转换电路14,其将所述的第一电能值信号进行隔离转换后输出给所述 的第二处理单元15,用以防止高压线路干扰。所述的第二处理单元15,其接收 经过所述的隔离转换电路14传输过来的第一电能信号并进行累加，每隔一第二预设时间发出一第二电能值信号； 一发射电路10，其接收到所述的第二电能信 号将其传输至一用户端接收装置。这里所述的第一预设时间和第二预设时间是 根据用户具体的需要来设定，仅仅是决定了第一、第二处理单元的一个执行频 率问题， 一般情况下第二预设时间不小于第一预设时间的，如果所述的用户端 接收装置对于目前指定电力线L上电能的消耗不需要实时的显示的话，即可以 根据第二预设时间进行显示更新。
本实用新型还包括 一通信电路17与所述的第二处理单元15相连接，用 以接收一控制信号，用以改变所述的第二处理单元15的命令设置，其通常以无 线方式(如GPRS方式)，受用电管理部门控制； 一时钟电路18,其与所述的 第二处理单元15相连接，用以设定所述的第二预设时间，并在到达该时刻发出 触发信号给所述的第二处理单元15,从而使其将第二电能信号通过发射电路10 发射出去。 一存储电路19,用以存储标记有时间点的电能值，以及相应的从所 述的通信电路17获取的控制指令信息，用以将其传输给用电管理部门进行相应 的核查。
需要说明的是这里仅仅以计量一条高压电力线L上的电能消耗为例，如果 要计量多条电力线L的电能值，通常可以基于本实用新型采用两种方法实现
第一种方法是在每一条电力线L上都要设置所述的电压采集单元11以及电 流采集单元12,然后将采集到的数据都汇聚到一个第一处理单元13和一个第二 处理单元15，经过各自计算每条电力线L上消耗的第一电能值后累加，通过一 个发射电路IO传输给一用户端接收装置。
第二种方法是在每一条电力线L上设置一本实用新型的附设在电力线路上 的高压直接计量装置，然后将每一电力线L上的第二电能值进行相加后传输到 一用户端接收装置，其中用以获取第二电能信号的过程可以在其中一条电力线L 上的附设在电力线路上的高压直接计量装置中，也可以单独设置一个设备作为 一个累加和发射装置，但是其发明思路都与本实用新型保护范围 一致。
请参阅图2所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置 以及对应用户端接收装置的机械机构示意图；所述的附设在电力线路上的高压 直接计量装置附设在所述的电力线L上，其包括一壳体3， 一电力线L穿过所 述的壳体3，其内部设置有控制板4，所述的控制板4要与所述的电力线L相垂 直，用以防止控制板4上的器件受到高压磁场的影响；通过一无线链接方式将 第二电能信号传输至一远端安全位置处的用户端无线接收装置2。当然还包括
8用电管理部门所使用的无线控制装置5 (如手持机、PDA以及其他具有发射接 收功能的设备)，用以和所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置中的通 信电路进行数据的交互。
请参阅图3所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置
的电压采集单元中电压采样组件的结构放大图；其对应的是在图2中A标示区 域，其体现的是本实用新型的直接取电压的技术方案，所述的电压采样组件为 机械结构组件，其包括
一导电采样件R1，其为一导电材料制得，在所述的电力线L为金属棵线的 情况下，直接接触金属相线(图中未示)；当所述的电力线L具有绝缘皮的情 况下，透过绝缘皮直接接触相线芯，获取电力线L上实时的电压信号；其中， 所述的导电采样件R1具有针齿状结构，所以可以针刺穿透所述的绝缘皮。
一采样固定件，其包括 一固定块111以及一螺栓112,通过所述螺栓112 螺紋旋入所述壳体3内，所述的螺栓112头顶靠在所述的固定块111上，从而 使所述的导电采样件Rl和电力线L接触的更加稳固，需要说明的是能够达到上 述目的和思想的例子并不局限仅仅依靠所述螺栓112和固定块111组成的结构。
同时结合图2所示，这里采用的直接取电流的技术方案是在电力线L上设 置一段电阻恒定的导体RO,这里采用的锰铜片，通过获得实时的电压值除以其 电阻值即可获知其流过电流值的大小。
请参阅图4所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置 一较佳实施例的电路示意图，所述的电压采集单元除了包括 一电压采样组件 Rl,其直接从所述的相线上采集实时的电压信号； 一电压信号处理电路，其将 所述的实时的电压信号进行整流转换为直流的第一电压信号；所述的电压信号 处理电路包括一与所述导电采样件Rl串联的第一稳压管DW1,所述的第一稳 压管DW1的另一端接地， 一与所述的导电采样件Rl相连的降压电阻R2，其输 出为所述的第一电压信号；以及一电源电路，其对所述的实时电压信号进行稳 压、滤波转换成电源电压输出至设置在控制板上的用电器件，所述的电源电路 包括依次串联的电容C1、电阻R3、 R4和二极管D1，还有并联的第二稳压管 DW2、电容C9以及电容C10,其输出的电源电压为其他用电器件所接收。所述 的电流采样单元除了位于电力线L上的锰铜片RO外，在其两端分别串联有降压 电阻R5、 R6;所述的第一处理单元为一比例乘法积分集成芯片IC1，其输出端 分别获取第一电压信号以及电力线L电流相对应的第二电压信号，其包括一比例处理部分，将所述的第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的第二电 压信号转换为实时电流值；
一乘法部分，将所述的实时电流值和实施电压值相乘，转换成瞬时功率值；
一积分部分，将获取的功率值在所述的第一预设的时间内进行积分，获取 第一电能值。
所述的隔离转换电路为 一光耦隔离电路IC2,其光信号发射端与所述的比例 乘法积分集成芯片IC1的输出端相连接，其信号转换端与所述的第二处理单元 的输入端相连接；同时在所述的光信号发射端之前设置有一个LED灯，用以指 示所述的电力线L上有功率消耗；所述的第二处理单元为一微处理器MCU，其 与输入端获取表征第一电能值的输入信号，进行累加形成第二电能值，其中所 述的微处理器MCU与一时钟电路相连接，所述时钟电路每隔所述的第二预设时 间发出一触发信号至所述的微处理器MCU，使其输出端输出第二电能信号给所 述的发射电路。对于其他的构成模块都可以采用现有的通用设备，对本领域技 术人员而言是很容易选择并设置的，这里就不在赘述了。
请参阅图5所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置 对应用户端接收装置功能结构框图；所述的用户端接收装置设置在安全区域， 其并不参与高压直接计量的信号采集和计算处理，对于用户而言其仅仅是可以
用以知晓目前的指定电力线L上的电能消耗，所述的用户端接收装置为一无线
显示用户端接收装置，其包括
一接收电路21,用以接收所述的发射电路IO发射的第二电能信号； 一解码电路22,将所述的第二电能信号进行解码，输出一解码信号； 一处理器23，其获取所述的解码信号后进行译码，转换为所述的第二电能
值；
一显示电路24，将所述的第二电能信号显示给用户；同时也可以设置一个 通信电路，用以与外部的接收设备相连接，从而将所述的第二电能值传输出去， 下载到所述的接收设备(图中未示)上，或是将相应的数据由所述的接收设备 上传给用户端接收装置。
请参阅图6所示，其为本实用新型附设在电力线路上的高压直接计量装置 对应用户端接收装置一较佳实施例的电路示意图。所述的接收电路为一无线接 收器，其包括 一声表面波滤波器Y1，其是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具 有压电效应的性质做成的。 一电阻Rl和电感Ll分别与一三极管Ql的基极和集电极相连接，所述的三极管Ql的发射极接地。所述的解码电路为一解码芯片 IC,其与一作为译码器的处理器MCU相连接，用以确定所述的第二电能值，并
通过一显示电路与所述的微处理器MCU相连接，将所述的第二电能值进行显 示。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性 的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精 神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的 保护范围内。
权利要求1、一种附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征在于，其包括一电压采集单元，用以从电力线上直接获取第一电压信号；一电流采集单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压信号；一第一处理单元，其分别与所述的电压采集单元和电流采集单元相连接，将所述的第一电压信号和第二电压信号转换成实时的电压值和电流值换算成瞬时功率值，并在一第一预设时间内对瞬时值进行积分，输出一第一电能值信号；一第二处理单元，其与所述的第一处理单元相连接，将所述的第一电能值信号累加形成一第二电能值信号，每隔第二预设时间发出所述第二电能值信号；一发射电路，其接收到所述的第二电能值信号将其传输至一用户端接收装置。
2、 根据权利要求1所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的第一处理单元和所述的第二处理单元之间设置有一隔离转换电路。
3、 根据权利要求1所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的电压采集单元包括一电压采样组件，其直接从所述的相线上采集实时的电压信号； 一电压信号处理电路，其与所述的电压采样组件相连接产生第一电压信号； 以及电源电路，其将所述的电压信号进行稳压、滤波转换成电源电压输出。
4、 根据权利要求3所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的电压采样组件为机械结构组件，其包括一导电采样件，其为一导电材料制成，直接接触金属电力线或透过绝缘皮 直接接触电力线芯，获取电力线上实时的电压信号；一采样固定件，其确保所述的导电采样件与所述的电力线连接稳固。
5、 根据权利要求4所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的电压信号处理电路包括一与所述导电釆样件串联的第 一稳压管，所述的第 一稳压管的另 一端接地； 一与所述的导电采样件相连的降压电阻，其输出所述的第 一电压信号。
6、 根据权利要求1所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的电流采集单元为一设置于所述的电力线上的锰铜片，其两端设置两个降压电阻，用以获取表征电流值的第二电压信号。
7、 根据权利要求6所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征在于，所述的第一处理单元为一比例乘法积分集成芯片，其包括一比例处理部分，将所述的第一电压信号转换为实时的电压值，将所述的第二电压信号转换为实时电流值；一乘法部分，将所述的实时电流值和实施电压值相乘，用以获取瞬时功率值；一积分部分，将获取的瞬时功率值在所述的第 一预设的时间内进行积分， 用以获取第一电能值信号。
8、 根据权利要求7所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特征 在于，所述的第二处理单元为一处理器，其输入端获取第一电能值信号，并对 其进行累加形成第二电能值，其中所述的处理器与一时钟电路相连接，所述的 所述时钟电路每隔所述的第二预设时间发出一触发信号至所述的处理器，使所 述的处理器输出端输出此时第二电能信号给所述的发射电路。
9、 根据权利要求2或8所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其 特征在于，所述的隔离转换电路包括 一光耦隔离电路，其光信号发射端与所 述的第一处理单元的输出端相连接，其信号转换端与所述的第二处理单元的输 入端相连接。
10、 根据权利要求l所述的附设在电力线路上的高压直接计量装置，其特 征在于，所述的用户端接收装置为一用户端无线接收装置，其包括一接收电路，用以接收所述的发射电路发射的第二电能值信号； 一解码电路，将所述的第二电能值信号进行解码，输出一解码信号； 一处理器，其获取所述的解码信号后进行译码，转换为所述的第二电能值； 一显示电路，将所述的第二电能值显示给用户。
专利摘要本实用新型为一种附设在电力线路上的高压直接计量装置，其包括一电压采集单元，用以从电力线上直接获取第一电压信号；一电流采集单元，用以从电力线上直接获取表征实时电流值的第二电压信号；一第一处理单元，其分别与所述的电压采集单元和电流采集单元相连接，将所述的第一电压信号和第二电压信号转换成实时的电压值和电流值换算成瞬时功率值，并在一第一预设时间内对瞬时值进行积分，输出一第一电能值信号；一第二处理单元，其与所述的第一处理单元相连接，将所述的第一电能值信号累加形成一第二电能值信号，每隔第二预设时间发出所述第二电能值信号；一发射电路，其接收到所述的第二电能值信号将其传输至一用户端接收装置。
文档编号G01R22/00GK201421477SQ20092014726
公开日2010年3月10日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者万家盛, 汪志强 申请人:湖北盛佳电器设备有限公司;万家盛