【正文】 電動 分閘 人工 分閘 頻率 超限 電流值超限 十六進制代表數(shù) 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 基于單片機的漏電保護器的研究 38 6 結(jié)論和展望 漏電保護器作 為防止火災和保護人體生命的電氣設(shè)備，在電網(wǎng)中的地位越來越重要。對于三相電網(wǎng)來說，還要顯示出漏電動作時各相漏電電流。計 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 志 位轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 減 去 提 升 電 壓值電 流 值 為 負 么 ？電 流 是 由 負 變 正 么 ？乘 以 一 個 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 采 樣 點 么 ？記 錄 下 該 采 樣 點 的 電 流值 備 用程 序 返 回置 電 流 負 標 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)計算模塊 1 基于單片機的漏電保護器的研究 34 清 O n e C y c l e 標 志 位將 第 3 9 ， 4 0 個 采 樣 點 的 平 方 和人 工 加 入平 方 和 取 平 均 ， 除以 4 1開 方 運 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、第 20 個采樣點的電流值，作為 40 個采樣點的最后兩個樣點即第 3第 40 個采樣點的電流值。流程圖如下所示 : 初 始 化 I / O 端 口初 始 化 定 時 器初 始 化 A / D 模 塊初 始 化 中 斷 服 務 寄 存 器初 始 化 參 數(shù)讀 入 外 部 按 鍵 額 定 設(shè) 定 值 基于單片機的漏電保護器的研究 30 圖 53 初始化子程序流程圖 中斷服務模塊 INT 上升沿中斷 每個上升沿在 INT 端口產(chǎn)生中斷，作為 A/D 轉(zhuǎn)換起始的標志，開始對 漏電電流進行采樣，并作第一次轉(zhuǎn)換。 2) 各模塊的功能單一，當需要修改某一功能時，只涉及一個模塊，不會影響到全局。 程序設(shè)計是把復雜問題的求解轉(zhuǎn)換為計算機能執(zhí)行的簡單操作的過程。 基于單片機的漏電保護器的研究 26 5 軟件部分的設(shè)計 軟件設(shè)計總體思想 對于一個實際應用系統(tǒng)來說，往往需要從硬件和軟件兩 個方面進行設(shè)計。并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷海韫芗s ，鍺管約 ， 從而避免擊穿三基于單片機的漏電保護器的研究 25 極管等驅(qū)動元件。 PC817 在本設(shè)計中用于將單片機控制部分與后面的繼電器動作部分相隔離，提高系統(tǒng)的安全性。 基于單片機的漏電保護器的研究 24 控制執(zhí)行部分硬件設(shè)計 剩余電流保護器所實現(xiàn)的主要功能就是在剩余電流值超過當前檔位的剩余電流動作值，并在相應的延時時間到達后觸發(fā)繼電器分閘來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，應用晶體的基頻來設(shè)計。依據(jù)單片機在看門狗超時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溢出分為兩種情況。 5) 動作執(zhí)行單元 動作執(zhí)行單元 需設(shè) 1個 I/O 輸出控制端口 本次設(shè)計選擇 PIC16F877 單片機，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 引腳類型 引腳功能 OSC1 13 I 時鐘振蕩器輸入端，也是晶體連接端 OSC2 14 O 時鐘振蕩器輸出端，也是晶體連接端 基于單片機的漏電保護器的研究 20 MCLR 1 I/P 人工復位輸入端（低電平有效） /編程電壓輸入端 RA0RA5 27 I/O 端口 A是一個輸入 /輸出可編程的雙向 5線端口。 2) 相位同步電路 1個方波輸入端口為漏電電流采集和檢測提供周期。 f. PIC 系列單片機的程序、堆棧、數(shù)據(jù)三者各自采用互相獨立的尋址（或地址編碼）空間，尋址空間設(shè)計簡潔。例如，美同 SCENIX 公司的 5X系列、臺灣 EMC 公司的 EM78P 系列、臺灣 MDT 公司的 MDT系列等。微控制技術(shù)標志著一種全新概念，隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展和日趨完善，而單片機的應用則必將更加深人、更加 廣 泛。 6） 商用電子 自動售貨機、自動柜員機、電子收款機、電子砰、智能卡、 IC卡讀寫器。 單片機接口電路設(shè)計 PIC 單片機介紹 提到單片機的應用，有人這樣說，“凡是能想到的地方，單片機都可以用得上”，這并不是個夸張。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)點是即使原方電流很小 ()時也能保證足夠的準確度。 漏電檢測電路由零序電流互感器和信號處理單元組成 ,這部分電路將檢測出漏電信號送到單片機的 A/D 輸入通道 ,轉(zhuǎn)換為單片機可以處理的數(shù)字信號，相位同步電路負責將電網(wǎng)的電壓信號與漏電信號的相位進行比較 ,單片機根據(jù)它們的相位差來判斷各相漏電電流，漏電動作電流和時間設(shè)定電路是來設(shè)定額定漏電動作電流及動作時間 ,根據(jù)需要也可以設(shè)定為單片機自 動選擇額定漏電動作電流， 漏電數(shù)字顯示電路是由單片機控制 ,顯示電網(wǎng)的漏電電流動 值和動作原因，動 作執(zhí)行單元直接由單片機控制 ，完成漏電保護功能。 3）執(zhí)行機構(gòu)一般為觸點系統(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，來切斷保護電路的電源。 （ 1） 根據(jù)運行方式可分為： 不用輔助電源的漏電保護器、用輔助電源的漏電保護器； （ 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器、帶有電纜的可移動使用的漏電保護器（通過可移動的電纜接到電源上）； （ 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、三極四線、四極漏電保護器（其中單極兩線、二極三線和三級四線漏電保護器均有一根直接穿過檢測元件而不能斷開的中性線）； （ 4） 根據(jù)保護功能分為： 只有漏電保護功能的漏電保護器、帶過載保護的漏電保護器、帶短路保護的漏電保護器、帶過載和短路保護的漏電保護器、帶過電壓保護的漏電保護器及多功能保護（例如欠電壓、斷相、過電流、過電壓等）的漏電保護器 ； （ 5） 根據(jù)額定剩余動作電流可調(diào)性分為： 額定剩余動作電流不可調(diào)的漏電保護器、額定剩余動作電流可調(diào)的漏電保護器； （ 6） 根據(jù)接線方式分為： 用螺釘或螺栓接線的漏電保護器、插入式漏電保護器； （ 7） 根據(jù)脈沖電壓作用下防止誤動作的性能分為：在脈沖電壓作用下能動作的漏電保護器、在脈沖電壓作用下不動作的漏電保護器 (簡稱脈沖電壓不動作型漏電保護器 )； （ 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）和機械開關(guān)電器（如漏電斷路器）。一般錯誤的認為漏電電流不大，因 而忽視了發(fā)生火災的可能性。 基于單片機的漏電保護器的研究 9 圖 21 心室顫動電流和通電時間的關(guān)系 德國柯賓（ ）的研究曲線 It=50mA為了分析觸電電流和觸電動作時間的規(guī)律，有人作了以下試驗 (用狗作為觸電對象 ): 1） 固定觸電時間為 秒、 秒、 秒、 秒，改變電流大小，電流從 10mA起每次增加 10mA 試驗。所以國家標準還規(guī)定應定期進行漏電保護器的動作特性試驗，測試漏電動作電流值、漏電不動作電流值和分斷時間，而且，對上述試驗中采用的檢測儀表的精度等級做出了明確的規(guī)定。 1956 年，德國開始生產(chǎn)電流型保護器。本項目在以下幾個方面開展研究工作。 漏電保護器，用以對低壓電網(wǎng)直接觸電和間接觸電進行有 效保護，也可以作為三相電動機的缺相保護。 其主要對PIC16F877 型單片機 在漏電保護器的應用 進行了設(shè)計 。電壓型保護器接于變壓器中性點和大地間，當發(fā)生觸電時中性點偏移對地產(chǎn)生電壓，以此來使保護動作切斷電源，但由于它是對整個配變低壓網(wǎng)進行保護，不能分級保護，因此停電范圍大，動作頻繁，所以已被淘汰。 3) 對 PIC16877 芯片編程，實現(xiàn)軟件控制。 我國研究漏電保護器起步要晚于國外，進入二十世紀七十年代以來，我國 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重視。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用單片機技 術(shù)，能夠解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的問題。 結(jié)果是 : 30mA 時，時間達 60秒； 80mA 時，時間達 12 秒； 100mA 時，時間達六秒，對動物均無死亡危險。 s。一般來說，作為防止漏電引起火災事故的漏電保護器的額定動作電流的選擇應不小于 100mA。 漏電保護器的工作原理 漏電保護器的種類繁多，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。漏電信號分析模塊主要通過 A/D 轉(zhuǎn)換后 ,將漏電模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ,對于三相電網(wǎng)來說 ,還要將各相漏電電流分離出來。濾波電路實際上是一種選頻網(wǎng)絡，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 基于單片機的漏電保護器的研究 16 圖 42 相位同步電路 原理圖 本電路可以檢測電力網(wǎng)的電壓和電流之間 0180 度的相位差，而且不需要切斷被測電路。 1） 電信 電話機、無 繩電話機、投幣電話機、磁卡電話饑、光卡電話機、數(shù)字或漢字子呼機、模擬或數(shù)字蜂窩移動通信手待機、無線對講機、業(yè)余無線 電臺、傳真機