【正文】 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器設(shè)計(jì)方案1 漏電保護(hù)器發(fā)展現(xiàn)狀及前景漏電保護(hù)器的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)階段，即初始階段、發(fā)展階段和成熟階段。1912年德國(guó)正式發(fā)明了電壓型保護(hù)器，保護(hù)電機(jī)外殼漏電。1930年歐洲國(guó)家開(kāi)始采用電壓型保護(hù)器。1940年法國(guó)人發(fā)明了電流型保護(hù)器。1956年，德國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)電流型保護(hù)器。在1962年美國(guó)研制成功靈敏度為5mA的電流型保護(hù)器，標(biāo)志漏電保護(hù)器開(kāi)始進(jìn)入發(fā)展階段，德、日、法等國(guó)也相繼研制成功靈敏度為30mA的電流型保護(hù)器。到二十世紀(jì)七十年代，各國(guó)開(kāi)始制定規(guī)程，強(qiáng)制在一些場(chǎng)所安裝漏電保護(hù)器，標(biāo)志漏電保護(hù)器的發(fā)展進(jìn)入成熟階段。我國(guó)研究漏電保護(hù)器起步要晚于國(guó)外，進(jìn)入二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，我國(guó)用電量逐年增加，觸電事故也逐年增加，因此引起各部門的相當(dāng)重視。近年來(lái)，我國(guó)在漏電保護(hù)器方面的科研、生產(chǎn)、應(yīng)用有了較大的發(fā)展，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主管部門先后組織編制了保護(hù)器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、使用標(biāo)準(zhǔn)；此外，原國(guó)家機(jī)械委還制訂了相關(guān)的產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；此外，國(guó)家建設(shè)部在GB50054《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50096《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)低壓配電系統(tǒng)和住宅中漏電保護(hù)器的應(yīng)用均作了規(guī)定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求漏電保護(hù)器在投入運(yùn)行后，使用單位應(yīng)建立運(yùn)行記錄及相應(yīng)的管理制度，每月需在通電狀態(tài)下，按動(dòng)實(shí)驗(yàn)按鈕，檢查漏電保護(hù)器動(dòng)作是否可靠。雷雨季節(jié)應(yīng)增加檢查次數(shù)。但是該試驗(yàn)只能用來(lái)檢查漏電保護(hù)器的脫扣功能，不能用來(lái)校核額定漏電動(dòng)作電流和分?jǐn)鄷r(shí)間的數(shù)值。所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定應(yīng)定期進(jìn)行漏電保護(hù)器的動(dòng)作特性試驗(yàn)，測(cè)試漏電動(dòng)作電流值、漏電不動(dòng)作電流值和分?jǐn)鄷r(shí)間，而且，對(duì)上述試驗(yàn)中采用的檢測(cè)儀表的精度等級(jí)做出了明確的規(guī)定。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越豐富。以單片機(jī)為主體，取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)測(cè)量電子線路，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用單片機(jī)技術(shù)，能夠解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的問(wèn)題。這種新型的智能儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化，測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。2 漏電保護(hù)器簡(jiǎn)介漏電電流動(dòng)作保護(hù)器，簡(jiǎn)稱漏電保護(hù)器，又叫漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，主要是用來(lái)在設(shè)備發(fā)生漏電故障時(shí)以及對(duì)有致命危險(xiǎn)的人身觸電進(jìn)行保護(hù)。 防止人身觸電漏電保護(hù)器對(duì)有致命危險(xiǎn)的人身觸電提供間接接觸保護(hù)；，也可作為直接接觸的補(bǔ)充保護(hù)，但不能作為唯一的直接接觸保護(hù)。在發(fā)生觸電事故時(shí)，流過(guò)身體的電流越大，人體所能承受的時(shí)間越短；而觸電時(shí)間越長(zhǎng)，所能承受的流過(guò)身體的電流越小。為了分析觸電電流和觸電動(dòng)作時(shí)間的規(guī)律，有人作了以下試驗(yàn)(用狗作為觸電對(duì)象):1） 、改變電流大小，電流從10mA起每次增加10mA試驗(yàn)。結(jié)果是:，電流達(dá)到220mA時(shí)，動(dòng)物仍未有死亡危險(xiǎn)；，電流達(dá)到14OmA時(shí)，動(dòng)物就有心室纖顫和心跳過(guò)速；，電流達(dá)到10OmA時(shí)，就能使心室纖顫；，電流達(dá)到10OmA時(shí)，使動(dòng)物心室纖顫，電流達(dá)到16OmA時(shí)即可使動(dòng)物死亡。2) 固定觸電電流為30mA、80mA、100mA、140mA。結(jié)果是:30mA時(shí)，時(shí)間達(dá)60秒；80mA時(shí)，時(shí)間達(dá)12秒；100mA時(shí)，時(shí)間達(dá)六秒，對(duì)動(dòng)物均無(wú)死亡危險(xiǎn)。140mA時(shí)。從上面試驗(yàn)結(jié)果分析可以知道:在發(fā)生觸電事故時(shí)，流過(guò)身體的電流越大，人體所能承受的時(shí)間越短。而觸電時(shí)間越長(zhǎng)，所能承受的流過(guò)身體的電流越小。那么人體到底能承受多大的電流和作用時(shí)間呢?經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)明確規(guī)定:()。圖21 心室顫動(dòng)電流和通電時(shí)間的關(guān)系德國(guó)柯賓（）的研究曲線It=50mAs，即當(dāng)通電電流在50mA以下時(shí)，通電時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)人的安全幾乎沒(méi)有影響。在考慮了安全系數(shù)后（）得到曲線23，即It=30mAs。在曲線的左方及左下方區(qū)域?yàn)榘踩珔^(qū)域，在發(fā)生觸電事故時(shí)無(wú)感覺(jué)反應(yīng)和生理效應(yīng)。因此具有30 mAs的漏電保護(hù)器可以滿足觸電保護(hù)的需要，具有足夠的安全性 注：漏電保護(hù)器只對(duì)相與地間的觸電或漏電提供保護(hù)，而對(duì)人體的相與相間觸電、相與中性線間觸電不提供保護(hù)。 防止漏電引起的火災(zāi)低壓配電系統(tǒng)線路的漏電、用電設(shè)備的漏電或者接地電流流過(guò)金屬焊縫發(fā)熱，都可能導(dǎo)致火災(zāi)。一般錯(cuò)誤的認(rèn)為漏電電流不大，因而忽視了發(fā)生火災(zāi)的可能性。實(shí)際上只要接觸發(fā)熱面積小，即使較小的漏電電流，熱能密度也會(huì)很大，就有發(fā)生火災(zāi)的可能。此時(shí)若遇到易燃易爆品，將導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生。一般來(lái)說(shuō)，作為防止漏電引起火災(zāi)事故的漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作電流的選擇應(yīng)不小于100mA。用電設(shè)備的保護(hù)接地電阻值按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ65《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定為4Ω和10Ω，這一要求在高土壤電阻率的地區(qū)是很難達(dá)到的。而安裝了漏電保護(hù)器之后，保護(hù)接地電阻的最大允許值變?yōu)椋罕Ｗo(hù)接地電阻(Ω) ≤ 安全電壓(V) ／ 額定漏電動(dòng)作電流(A)例如，選定漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作電流200mA，按安全電壓50V計(jì)算，則接地電阻為：50V / = 250Ω?？梢?jiàn)，與安裝漏電保護(hù)器之前的4Ω或10Ω相比，保護(hù)接地電阻的要求大大降低了。漏電保護(hù)器經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)品種非常齊全、非常龐大的產(chǎn)品系列，下面將根據(jù)不同的方法將其進(jìn)行分類。（1） 根據(jù)運(yùn)行方式可分為：不用輔助電源的漏電保護(hù)器、用輔助電源的漏電保護(hù)器；（2） 根據(jù)安裝型式可分為：固定安裝和固定接線的漏電保護(hù)器、帶有電纜的可移動(dòng)使用的漏電保護(hù)器（通過(guò)可移動(dòng)的電纜接到電源上）；（3） 根據(jù)極數(shù)和電流回路數(shù)可分為：?jiǎn)螛O兩線、兩極、兩極三線、三級(jí)、三極四線、四極漏電保護(hù)器（其中單極兩線、二極三線和三級(jí)四線漏電保護(hù)器均有一根直接穿過(guò)檢測(cè)元件而不能斷開(kāi)的中性線）；（4） 根據(jù)保護(hù)功能分為：只有漏電保護(hù)功能的漏電保護(hù)器、帶過(guò)載保護(hù)的漏電保護(hù)器、帶短路保護(hù)的漏電保護(hù)器、帶過(guò)載和短路保護(hù)的漏電保護(hù)器、帶過(guò)電壓保護(hù)的漏電保護(hù)器及多功能保護(hù)（例如欠電壓、斷相、過(guò)電流、過(guò)電壓等）的漏電保護(hù)器；（5） 根據(jù)額定剩余動(dòng)作電流可調(diào)性分為：額定剩余動(dòng)作電流不可調(diào)的漏電保護(hù)器、額定剩余動(dòng)作電流可調(diào)的漏電保護(hù)器；（6） 根據(jù)接線方式分為：用螺釘或螺栓接線的漏電保護(hù)器、插入式漏電保護(hù)器；（7） 根據(jù)脈沖電壓作用下防止誤動(dòng)作的性能分為：在脈沖電壓作用下能動(dòng)作的漏電保護(hù)器、在脈沖電壓作用下不動(dòng)作的漏電保護(hù)器(簡(jiǎn)稱脈沖電壓不動(dòng)作型漏電保護(hù)器)；（8） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分為：組合電器（如漏電繼電器與低壓斷路器或低壓接觸器組成的組合裝置）和機(jī)械開(kāi)關(guān)電器（如漏電斷路器）。（9） 根據(jù)故障信號(hào)的形式是漏電故障電流還是漏電故障電流在接地裝置或檢測(cè)元件上產(chǎn)生的電壓降，可以將漏電保護(hù)器分為電壓動(dòng)作型漏電保護(hù)器和電流動(dòng)作型漏電保護(hù)器。（10）根據(jù)剩余電流是否含有直流分量可分為：AC型漏電保護(hù)器（對(duì)突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流能可靠脫扣）、A型漏電保護(hù)器（對(duì)突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流，）。漏電保護(hù)器的種類繁多，形式各異，但基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同。漏電保護(hù)器主要由三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即檢測(cè)元件、中間環(huán)節(jié)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其組成方框圖如圖22所示。 圖22 智能型漏電保護(hù)器原理框圖1）檢測(cè)元件采用漏電電流互感器，它由封閉的環(huán)形鐵心和一次、二次繞組構(gòu)成，一次繞組有被保護(hù)電路的相、線電流流過(guò)，其作用是將采集到的漏電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成中間環(huán)節(jié)可以接受的電壓或功率信號(hào)。2）中間環(huán)節(jié)采用運(yùn)算放大器和單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行處理（變換、放大和比較）和動(dòng)作控制。因此通常包括