專利名稱：固定到配電系統(tǒng)導線上的監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及監(jiān)測在交流配電系統(tǒng)的分支上的電流和電壓，特別涉及可固定到沿交流配電系統(tǒng)的導線上任何地點的裝置。
1991年8月15日提交的美國專利申請07/746,018采用從中心站抽點打印，終端設備定時詢問的多個本地站用的電能監(jiān)測系統(tǒng)。
1994年1月21日提交的美國專利申請08/185,668采用從中心站抽點打印，終端設備定時詢問的多個本地站用的電能監(jiān)測系統(tǒng)，該申請是專利號07/746,018的分案申請。
上述參照的相關申請及美國專利號5,315,531公開了通常由電力公司在供電給用戶的主要電力線上安裝的電表以下的多個地點監(jiān)測用電量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用戶可以確定在電能表下面的各個地點的用電量，并且根據(jù)要求可以確定出相應的電費。
電能監(jiān)測系統(tǒng)包括在每個監(jiān)測地點的一個模塊單元。每個模塊單元有一個環(huán)形線圈，將導線穿過線圈，使線圈與交流配電系統(tǒng)的每相導線電感性耦合。這些線圈裝在帶有多路通道的一個外殼中，這些通道穿過環(huán)形線圈。因此導線可以完全地穿過該外殼。在通道邊上由外殼伸出的抽頭與交流導線一起連接到斷路器上的端頭上，為單元提供抽取電壓，并將該單元固定到斷路器上。因為這些單元是被安裝到斷路器上，稱這些單元為分段單元。
這些分段單元包括將由環(huán)形線圈和抽頭分別測得的模擬量電流和電壓數(shù)字化的電路，并且用一個單板微處理器算出所消耗的功率和電能。該電能監(jiān)測系統(tǒng)還包括一個中心，即一臺個人計算機(PC)。它通過這些單元與PC機之間用簡單的雙線同步通信線組成的菊花鏈，連到每個分段單元。該PC機匯集由各個本地單元得出的計算結果，用以確定收費賬單。
這些分段單元的尺寸與斷路器的尺寸相配合，并且可以安裝到位于負荷中心的斷路器上，不需要對斷路器和負荷中心做修改。但是，有要求能夠把監(jiān)測單元接到不是導線終端的其它一些地點，如同目前為電壓的抽取所要求的。
進一步要求監(jiān)測裝置能夠監(jiān)視沿配電系統(tǒng)導線上任何點的電流和電壓，并不需要解開電壓聯(lián)接導線。
還要求這樣的監(jiān)測裝置可以方便地將監(jiān)測單元固定在沿導線的任何地點。
本發(fā)明可以滿足以上及其它一些要求。本發(fā)明的目的是監(jiān)測電流和電壓的裝置，并由此計算出電能。該裝置可固定到交流配電系統(tǒng)中沿電氣導線的任何地點。特別是，裝置包括有外殼，其具有完全穿過外殼的通道裝置。每一根導線有一單獨的通道。組合安裝和電壓檢測裝置包括細長的導電的固定裝置，該固定裝置從外殼，水平方向地伸入通道。這些固定器的端部是尖的，它可刺入導線的絕緣，從而與穿過通道的電氣導線電氣上連接，并且機械上夾緊該電氣導線。外殼包括環(huán)形線圈裝置，每個環(huán)形線圈供一根導線通過，電氣導線從線圈中穿過，線圈便可以檢測導線中的電流。外殼還包括連接到一環(huán)形線圈的電路，以測量電流，以及連接到導電的固定器的電路，以測量電壓。最好是該電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器裝置，將環(huán)形線圈和固定器分別測得的模擬量電流和電壓變?yōu)閿?shù)字量，以及包括一個數(shù)定處理裝置用來計算電能消耗量。此外，還希望該裝置包括一個與遙控單元通信的通信線路。
細長導電的固定器最好是穿進凹進外殼內(nèi)開口的導電支撐塊中，并且敷以可移去的絕緣外套，以防止人觸到具有線路電壓的固定器。
一個電氣絕緣套管放入通道，環(huán)繞較小直徑的導線。細長導電的固定器的尖端穿透該套管以及導線的絕緣。
本發(fā)明提供一個簡單緊湊的監(jiān)測器，它可以簡單、快速地固定到交流配電系統(tǒng)的沿導線的任何地點，用以監(jiān)測電流和電壓。
參閱附圖，由以下對最佳實施例的描述，可以全面理解本發(fā)明，其中

圖1為使用了本發(fā)明的交流配電系統(tǒng)的示意圖，圖2為裝在配電系統(tǒng)三相導線上的根據(jù)本發(fā)明監(jiān)測單元的正視圖，圖3為圖2所示監(jiān)測單元的底視圖。
圖4為沿圖2中4—4線取的監(jiān)測單元縱剖面視圖，其中導線被移去。
圖5為表示組合安裝和電壓接頭的局部視圖，該電壓接頭為圖2至圖4所示監(jiān)測單元的一部分，它被安裝在印刷電路板(PCB)上，并且嵌入配電系統(tǒng)的一根導線。
圖6是沿圖5所示組件中6—6線的縱向剖面圖。
圖7是監(jiān)測單元的印刷電路板PCB的透視圖，示出電流檢測線圈，電壓接頭及裝在上面的電路。
圖1示出使用了本發(fā)明的一個二次交流配電系統(tǒng)1，該二次交流配電系統(tǒng)1包括一個主交流線，它提供由電力公司發(fā)出的電力。電力公司在主交流線上安裝了一個電能表5，用以測量由配電系統(tǒng)1消耗的電能。主交流線3連到數(shù)個裝在配電盤或負荷中心9的斷路器7—1至7—3。每個斷路器7提供一個回路的保護。該回路包括向負荷13供電的負荷導線11。
為簡化表示，導線3和11均用一單線表示，但應理解到所有這些導線都可能是多相的，如以下清楚地表明這一點。為了能監(jiān)測由單個負荷13所消耗的電能，單個的監(jiān)測單元15—1至15—3被安放到供給13—11至13—33的每根負荷的導線11—1至11—3上。根據(jù)本發(fā)明，這些監(jiān)測單元15—1至15—3可以安放在配電系統(tǒng)的任何地點，包括沿導線11—1至11—3的任何地點，由于不同于在上述美國專利申請及美國專利5,315,531中的早期監(jiān)視單元，監(jiān)測單元15—1至15—3并不必須直接安裝到斷路器7—1至7—3上。因此，如從圖1可見，監(jiān)測單元15—1可以安放在配電盤或負荷中心9，來監(jiān)測由單個斷路器7—1保護的所有負荷13—11至13—12所消耗的電能。另一方面，如果對單個負荷例如負荷13—21所消耗的電能有興趣，監(jiān)測單元15—2可以安放到負荷附近。很明顯，本發(fā)明提供很大的靈活性，例如監(jiān)測單元15—3可以監(jiān)測多個負荷13—31至13—32，但不是一條特定回路上的所有負荷(不包括13—33)。
監(jiān)測單元15—1至15—3以下述方式監(jiān)測它們耦合的導線內(nèi)的電流和電壓并計算功率和電能消耗15—1至15—3與美國專利5,315,531中所敘述的相同，該專利在這里被作為參照。如在該專利所述，單個監(jiān)測單元15—1至15—3通過通訊線路19(在所示實施例中為一個INCOM系統(tǒng))連接到一個中心單元，例如在圖1中由個人計算機(PC)17代表。該INCOM通信系統(tǒng)采用簡單雙線同步通信線，成菊花鏈接到幾個監(jiān)測器15—1至15—3及PC17。該PC17以主一從關系數(shù)字訪問每個監(jiān)測單元15—1至15—3，以收集各個監(jiān)測單元產(chǎn)生的數(shù)據(jù)供集中處理，并且確定出電能表5定出的總費用賬單中各本地用戶負擔的適當部分。
轉(zhuǎn)到圖2和圖3，監(jiān)測單元15由一個外殼21組成，它包括一個有模制蓋子25的模制箱子23。通道27A至27C為導線11的每一相提供完全通過外殼21的通道。如圖4所示，箱子23的管狀部分29及蓋子25上配對的管狀部分31組成通道27。環(huán)形線圈33A至33C裝在外殼21內(nèi)部，與每個通道27A至27C同心。這些環(huán)形線圈33A至33C安放在一個印刷電路板(PCB)35上。組合安裝和電壓接頭37在圖5和圖6中看得最清楚，它由導電支撐塊39組成。該塊釘住或焊接到第二個PCB41，它有開口41A、41B和41C，與開口27A至27C對準。支撐塊39上有一個螺紋通孔43。細長螺紋固定器45旋進螺紋孔43，并且通常是徑向進入相關的通道27。細長螺旋固定器45有一個尖端47。固定器45及支撐塊39最好是用鍍銀銅制成，以便保證良好的導電性。
如圖4至圖6所示，被監(jiān)測負荷的各相導線11穿過通道27A至27C。因此，也通過環(huán)形線圈33A至33C。這些線圈分別檢測在導線中流過的電流。在每個細長的固定器45上49處開槽，它可以通過在外殼21上的開口51進行操作。用一螺絲刀嵌入槽49，旋轉(zhuǎn)固定器穿過支撐塊39進入通道27A至27C。固定器45的尖端47穿透導線11上的絕緣53，并且到達導電芯線55，與芯線55電氣接觸。固定器45還在通道27中機械上夾緊導線11，使監(jiān)測單元15固定到導線上。通常通道51用一個絕緣的塑料孔塞57塞住，以防止與處在線路電位的固定器45意外接觸。
通道27的尺寸設計可安放不同規(guī)格的導線，對于小于所能安放的最大尺寸的導線，提供一個絕緣套管59，使得較小尺寸的導線也能在與環(huán)形線圈33同心軸上被夾緊(見圖3)。尖端47也穿透該套如圖7所示，裝在PCB41上的導電支撐塊39經(jīng)電阻61連接到安裝線圈33A至33C的PCB35上，如在專利5,315,531中詳細敘述的那樣，由組合安裝和電壓接頭37得到的模擬電壓信號，及由環(huán)形線圈33產(chǎn)生的模擬電流信號，經(jīng)過帶狀電纜連接器63傳輸?shù)絇CB41，在那里它們被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通常由標號為65的電路計算出消耗的電能。電路65可包括美國專利5,270,898所敘述的定制的Sure Plus集成電路芯片(IC)。該專利在此作為參照。該IC包括一個模—數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個微處理器以及一個通訊接口。通過該接口，將算出的電能消耗量通過外殼21中的連接器67送到通訊線路盡管對本發(fā)明的一些特定實施例已做了詳細敘述，對于精通本技術的人來說，他們能理解到經(jīng)過上述對本發(fā)明全部講解，便可以對那些細節(jié)做各種修改和變更。因此，所公開的特定配置只是做為例證，并不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍將在所附專利要求中給出全部的廣度，以及任何和所有的同等物。
權利要求
1.一種裝置(15)用于監(jiān)測沿交流配電系統(tǒng)(1)中，敷以電氣絕緣(53)的電氣導線裝置(11)任何地點的電壓和電流，所述裝置包括外殼(21)，其帶有通道裝置(27)，所述導體裝置(11)穿過該通道裝置完全穿過所述外殼。組合安裝及電壓接頭裝置(37)，由細長導電固定裝置(45)組成，該固定裝置從所述外殼(21)，水平方向伸入所述通道裝置(27)，固定裝置有一尖端(47)，它穿透所述電氣導線裝置(11)外包的電氣絕緣(53)，在所述通道裝置(27)里面，電氣上接觸且機械上夾緊所述電氣導線裝置(11)，以便將所述外殼(21)固定到所述電氣導線裝置(11)；在所述外殼(21)內(nèi)的環(huán)形線圈裝置(33)，所述的通道裝置(27)及所述電氣導線裝置(11)通過該線圈，該線圈用以檢測流經(jīng)所述電氣導線裝置(11)的電流；在所述外殼(21)內(nèi)的電路裝置(65)，它連到所述環(huán)形線圈裝置(33)，用以監(jiān)測流經(jīng)所述電氣導線裝置(11)的電流，并且連到所述導電固定器裝置(45)，以測量在所述電氣導線裝置(11)上的電壓。
2.權利要求1中的裝置(15)，其中所述組合安裝和電壓接頭裝置(37)進一步還包括在所述通道裝置(27)內(nèi)的電氣絕緣套管裝置(59)，所述電氣導線裝置(11)從中穿過，所述細長導電固定器裝置(45)刺穿并且延伸穿過所述電氣絕緣套管裝置(59)。
3.權利要求1中的裝置(15)，其中所述交流配電系統(tǒng)(1)是由多根電氣導線(11)組成的多相交流系統(tǒng)，每根電氣導線包有電氣絕緣(53)，其中所述通道裝置(27)由圓形通道(27A—27C)組成，供每根所述電氣導線穿過所述外殼，其中所述細長導電固定器裝置(45)由穿過所述外殼基本上徑向地進入每個所述圓形通道(27A—27C)的細長導電固定器(45A—45C)組成，該固定器穿透所述圓形通道的電氣導線(11)的電氣絕緣(53)，在所述通道內(nèi)電氣上接觸，機械上夾緊所述電氣導線(11)，以將所述外殼固定到所述導線上，其中所述環(huán)形線圈裝置(33)由單個環(huán)形線圈(33A—33C)組成，每個所述通道(27A—27C)穿過該線圈，其中所述電路裝置(65)連到每個環(huán)形線圈(33A—33C)以測量每根導線中的電流，并且該電路也連到所述的各細長導電固定器(45A至45—C)，以測量所述電氣導線(11)的電壓。
4.權利要求3中的裝置(15)，其中所述外殼(21)有帶有螺紋孔(43)的導電支撐塊(39A至39C)，這些螺紋孔基本上徑向?qū)拭總€所述通道(27A至27C)，其中所述細長導電固定器(45A至45C)包括尖頭的螺絲，旋進所述螺紋孔(43)，并且基本上徑向伸進所述通道(27A至27C)，其中所述電路裝置(65)通過所述導電支撐塊(39A至39C)連到所述細長導電固定器(45A至45C)。
5.權利要求4中的裝置(15)，其中所述支撐塊(39A至39C)可以凹入所述外殼(21)，所述固定器(45A—45C)可以通過所述外殼(21)上的開口(51)進行操作，旋入所述支撐塊(39A—39C)，所述外殼還有電氣絕緣的可移去的套子(57)用以封閉所述開口。
全文摘要
用于監(jiān)測交流配電系統(tǒng)(1)中，沿導線(11)任何地點所消耗電能的裝置(15)，包括帶有通道(27)的外殼(21)，導線(11)從通道中通過。在外殼(21)中安放的環(huán)形線圈(33)與通道(27)同心，檢測導線(11)中的電流。細長導電螺絲固定器(45)旋入外殼(21)內(nèi)裝在印刷電路板(41)上的支撐塊(39)，該固定器徑向伸進通道(27)，以刺穿導線(11)上的絕緣(53)，并與導線電氣上連接，機械上夾緊導線(11)，因而同時提供一個電壓接頭，并將外殼(21)固定到導線(11)上。
文檔編號G01R21/00GK1126852SQ9510738
公開日1996年7月17日 申請日期1995年6月19日 優(yōu)先權日1994年6月20日
發(fā)明者Iii 亨利·安托尼·威爾利, 詹姆斯·奧本·保爾, 丹尼斯·A·穆勒 申請人:尹頓公司