【正文】 電動(dòng) 分閘 人工 分閘 頻率 超限 電流值超限 十六進(jìn)制代表數(shù) 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 38 6 結(jié)論和展望 漏電保護(hù)器作 為防止火災(zāi)和保護(hù)人體生命的電氣設(shè)備，在電網(wǎng)中的地位越來(lái)越重要。對(duì)于三相電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，還要顯示出漏電動(dòng)作時(shí)各相漏電電流。計(jì) 算 三 相 突 變 電 流 值I Δ a = I a I a 39。 清 O n e D a t e 標(biāo) 志 位轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 減 去 提 升 電 壓值電 流 值 為 負(fù) 么 ？電 流 是 由 負(fù) 變 正 么 ？乘 以 一 個(gè) 用 戶 定 義 的 系 數(shù)求 平 方平 方 和 相 加 存 入 和 寄 存器是 第 1 9 ， 第 2 0 個(gè) 采 樣 點(diǎn) 么 ？記 錄 下 該 采 樣 點(diǎn) 的 電 流值 備 用程 序 返 回置 電 流 負(fù) 標(biāo) 志位求 相 角 子 程 序Y E SN ON OY E SN OY E S 圖 59 緩變電流數(shù)據(jù)計(jì)算模塊 1 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 34 清 O n e C y c l e 標(biāo) 志 位將 第 3 9 ， 4 0 個(gè) 采 樣 點(diǎn) 的 平 方 和人 工 加 入平 方 和 取 平 均 ， 除以 4 1開 方 運(yùn) 算 ， 得 到 電 流 有效 值存 入 指 定 寄 存 器 保 存 備 用 圖 510 緩變漏電電流數(shù)據(jù)計(jì)算模塊 2 模塊 1 的主要功能為在每次采樣的間歇完成電流采樣值平方和的累加即 2k1NKI??并記錄下第 19 個(gè)、第 20 個(gè)采樣點(diǎn)的電流值，作為 40 個(gè)采樣點(diǎn)的最后兩個(gè)樣點(diǎn)即第 3第 40 個(gè)采樣點(diǎn)的電流值。流程圖如下所示 : 初 始 化 I / O 端 口初 始 化 定 時(shí) 器初 始 化 A / D 模 塊初 始 化 中 斷 服 務(wù) 寄 存 器初 始 化 參 數(shù)讀 入 外 部 按 鍵 額 定 設(shè) 定 值 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 30 圖 53 初始化子程序流程圖 中斷服務(wù)模塊 INT 上升沿中斷 每個(gè)上升沿在 INT 端口產(chǎn)生中斷，作為 A/D 轉(zhuǎn)換起始的標(biāo)志，開始對(duì) 漏電電流進(jìn)行采樣，并作第一次轉(zhuǎn)換。 2) 各模塊的功能單一，當(dāng)需要修改某一功能時(shí)，只涉及一個(gè)模塊，不會(huì)影響到全局。 程序設(shè)計(jì)是把復(fù)雜問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的簡(jiǎn)單操作的過(guò)程。 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 26 5 軟件部分的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總體思想 對(duì)于一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，往往需要從硬件和軟件兩 個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動(dòng)勢(shì)鉗位于二極管的正向?qū)妷?，硅管約 ，鍺管約 ， 從而避免擊穿三基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 25 極管等驅(qū)動(dòng)元件。 PC817 在本設(shè)計(jì)中用于將單片機(jī)控制部分與后面的繼電器動(dòng)作部分相隔離，提高系統(tǒng)的安全性。 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 24 控制執(zhí)行部分硬件設(shè)計(jì) 剩余電流保護(hù)器所實(shí)現(xiàn)的主要功能就是在剩余電流值超過(guò)當(dāng)前檔位的剩余電流動(dòng)作值，并在相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間到達(dá)后觸發(fā)繼電器分閘來(lái)控制故障線路的切除。如圖 46所示： 4 .7 K1 0 K1 0 K2 0 P F 2 0 P F1 2A7 4 H C 0 41 2A7 4 H C 0 4X T A L5VPIC16F877O S C 1O S C 21 0 0 K1 0 K 圖 46 PIC16F877 振蕩電路原理圖 圖 46所示的是典型的外部并行諧振振蕩電路，應(yīng)用晶體的基頻來(lái)設(shè)計(jì)。依據(jù)單片機(jī)在看門狗超時(shí)溢出之前所處的狀態(tài)是在睡眠還是在執(zhí)行程序，又可以將看門狗超時(shí)溢出分為兩種情況。 5) 動(dòng)作執(zhí)行單元 動(dòng)作執(zhí)行單元 需設(shè) 1個(gè) I/O 輸出控制端口 本次設(shè)計(jì)選擇 PIC16F877 單片機(jī)，引腳圖見圖 43： 1234567891011121314151617181920 2122232425262827293031323334353637383940M C L R / V P P / T H VR A 0 / A N 0R A 1 / A N 1R A 2 / A N 2 / V R E F R A 3 / A N 3 / V R E F +R A 4 T 0 C K IR A 5 / A N 4 / S SR E 0 / R D / A N 5R E 1 / W R / A N 6R E 2 / C S / A N 7V S SVDDR D 0 / P S P 0R D 1 / P S P 1 R D 2 / P S P 2R D 3 / P S P 3R C 5 / S D 0R C 4 / S D I/ S D AR C 6 / T X / C KR C 7 / R X / T XR D 5 / P S P 5R D 4 / P S P 4R D 6 / P S P 6R D 7 / P S P 7V S SVDDO S C 2 / C L K O U TR C 0 / T IO S 0 / T I C K 1R C 1 / T IO S 1 / C C P 2R C 2 / C C P 1R C 3 / S C K / S C LR B 0 / IN TRB1RB2R B 3 / P G MRB4RB5R B 6 / P G CR B 7 / P G DO S C 1 / C L K I NPIC16F877 圖 43 PIC16F877 的引腳圖 表 43 PIC16F877 引腳功能圖 引腳名稱 引腳號(hào) 引腳類型 引腳功能 OSC1 13 I 時(shí)鐘振蕩器輸入端，也是晶體連接端 OSC2 14 O 時(shí)鐘振蕩器輸出端，也是晶體連接端 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 20 MCLR 1 I/P 人工復(fù)位輸入端（低電平有效） /編程電壓輸入端 RA0RA5 27 I/O 端口 A是一個(gè)輸入 /輸出可編程的雙向 5線端口。 2) 相位同步電路 1個(gè)方波輸入端口為漏電電流采集和檢測(cè)提供周期。 f. PIC 系列單片機(jī)的程序、堆棧、數(shù)據(jù)三者各自采用互相獨(dú)立的尋址（或地址編碼）空間，尋址空間設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔。例如，美同 SCENIX 公司的 5X系列、臺(tái)灣 EMC 公司的 EM78P 系列、臺(tái)灣 MDT 公司的 MDT系列等。微控制技術(shù)標(biāo)志著一種全新概念，隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展和日趨完善，而單片機(jī)的應(yīng)用則必將更加深人、更加 廣 泛。 6） 商用電子 自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)柜員機(jī)、電子收款機(jī)、電子砰、智能卡、 IC卡讀寫器。 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) PIC 單片機(jī)介紹 提到單片機(jī)的應(yīng)用，有人這樣說(shuō)，“凡是能想到的地方，單片機(jī)都可以用得上”，這并不是個(gè)夸張。分別顯示出各相漏電電流，更便于用戶故障分析，判斷究竟是哪一相 線路發(fā)生了漏電。常用的濾波器有巴特沃斯型、切比雪夫型。所以選擇高精度零序電流互 感器采用 LJWZ3 型，它的優(yōu)點(diǎn)是即使原方電流很小 ()時(shí)也能保證足夠的準(zhǔn)確度。 漏電檢測(cè)電路由零序電流互感器和信號(hào)處理單元組成 ,這部分電路將檢測(cè)出漏電信號(hào)送到單片機(jī)的 A/D 輸入通道 ,轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，相位同步電路負(fù)責(zé)將電網(wǎng)的電壓信號(hào)與漏電信號(hào)的相位進(jìn)行比較 ,單片機(jī)根據(jù)它們的相位差來(lái)判斷各相漏電電流，漏電動(dòng)作電流和時(shí)間設(shè)定電路是來(lái)設(shè)定額定漏電動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間 ,根據(jù)需要也可以設(shè)定為單片機(jī)自 動(dòng)選擇額定漏電動(dòng)作電流， 漏電數(shù)字顯示電路是由單片機(jī)控制 ,顯示電網(wǎng)的漏電電流動(dòng) 值和動(dòng)作原因，動(dòng) 作執(zhí)行單元直接由單片機(jī)控制 ，完成漏電保護(hù)功能。 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為觸點(diǎn)系統(tǒng)，采用低壓斷路器或交流接觸器 ，根據(jù)中間環(huán)節(jié)發(fā)出的指令，來(lái)切斷保護(hù)電路的電源。 （ 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： 單極兩線、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)械開關(guān)電器（如漏電斷路器）。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。 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 9 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=50mA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） 固定觸電時(shí)間為 秒、 秒、 秒、 秒，改變電流大小，電流從 10mA起每次增加 10mA 試驗(yàn)。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。 1956 年，德國(guó)開始生產(chǎn)電流型保護(hù)器。本項(xiàng)目在以下幾個(gè)方面開展研究工作。 漏電保護(hù)器，用以對(duì)低壓電網(wǎng)直接觸電和間接觸電進(jìn)行有 效保護(hù)，也可以作為三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)。 其主要對(duì)PIC16F877 型單片機(jī) 在漏電保護(hù)器的應(yīng)用 進(jìn)行了設(shè)計(jì) 。電壓型保護(hù)器接于變壓器中性點(diǎn)和大地間，當(dāng)發(fā)生觸電時(shí)中性點(diǎn)偏移對(duì)地產(chǎn)生電壓，以此來(lái)使保護(hù)動(dòng)作切斷電源，但由于它是對(duì)整個(gè)配變低壓網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，不能分級(jí)保護(hù)，因此停電范圍大，動(dòng)作頻繁，所以已被淘汰。 3) 對(duì) PIC16877 芯片編程，實(shí)現(xiàn)軟件控制。 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。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。 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)。 s。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。 漏電保護(hù)器的工作原理 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。這樣，各相工作電流在此電流互感器中所產(chǎn)生的磁通向量和也為零。漏電信號(hào)分析模塊主要通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后 ,將漏電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ,對(duì)于三相電網(wǎng)來(lái)說(shuō) ,還要將各相漏電電流分離出來(lái)。濾波電路實(shí)際上是一種選頻網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)阻帶的不同可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波電路，工頻電網(wǎng)中的諧波絕大多數(shù)是高次奇次諧波，因而需要低通濾波器。巴特沃斯型濾波器在通頻帶比較平坦，但截止特性緩慢。 相位同步電路設(shè)計(jì)方案如圖 42 所示 : 542312L M 3 39 A4 uF5 K M2 002 005K5K505 K M542312L M 3 39 A1234 07 0 AC L K3D2SD4CD1Q5Q6AVD1 VD2L E D 1L E D 25V5V5V4 70 P F0 .4 u F2 4K 2 4K321411AL M 1 02 5 VLAi（ t）1M5V 基于單片機(jī)的漏電保護(hù)器的研究 16 圖 42 相位同步電路 原理圖 本電路可以檢測(cè)電力網(wǎng)的電壓和電流之間 0180 度的相位差，而且不需要切斷被測(cè)電路。 1） 電信 電話機(jī)、無(wú) 繩電話機(jī)、投幣電話機(jī)、磁卡電話饑、光卡電話機(jī)、數(shù)字或漢字子呼機(jī)、模擬或數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信手待機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、業(yè)余無(wú)線 電臺(tái)、傳真機(jī)