剩余電流動作保護器工作原理與監測裝置設計

譚浩

摘 要：隨著時代的進步和社會經濟的發展，特別是國家安全生產法的出臺，促使在很多領域和行業內都開始運用剩余電流動作保護器，文章簡要介紹了剩余電流動作保護器工作原理，然后探討了剩余電流動作保護器裝置設計，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：剩余電流；工作原理；檢測裝置

中圖分類號：TM452 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0104-01

要想保證產品質量，非常重要的一個方面就是進行科學合理的檢測，大量的實踐研究表明，如果在剩余電流的精度調節和電流角度的控制方面是利用單片機來實現的，就具有較大的優勢，比如設計難度較低，具有較快的調節速度和較高的性價比等等。

1 剩余電流保護裝置的結構和漏電開關檢測裝置的

基本原理

1.1 剩余電流保護裝置的結構

具體來講，主要由這些部分組成了剩余電流保護裝置，一是剩余電流互感器，它是一個檢測元件來變換一次回路檢測到剩余電流，然后在剩余電流脫扣器的脫扣線圈上施加檢測元件轉換成的二次回路輸出電壓，利用信號放大裝置，或者脫扣器動作，來在脫扣線圈上施加經過信號放大的剩余電流，促使脫扣器動作。

二是脫扣器，脫扣器在剩余電流保護裝置中主要發揮的是判別元件的作用，利用脫扣器來對剩余電流進行判別，查看其與預定值是否相符，然后對剩余電流保護裝置動作與否進行確定。剩余電流保護裝置的動作功能如果與電源電壓無關，那么采用的釋放式脫扣器就需要具有較高的靈敏度；如果剩余電流保護裝置的動作功能和電源電壓無關，那么合式脫扣器等就是不錯的選擇。

三是信號放大裝置，因為只有很小的輸出功率存在于剩余電流互感器二次回路中，那么就可以將信號放大裝置加設于剩余電流互感器和脫扣器之間，這樣就可以對互感器的負擔進行減少，對剩余電流互感器輸出信號的要求以及脫扣器的靈敏度要求進行減小，互感器的重量和體積就可以得到大大的縮小，從而降低剩余電流保護裝置的成本。

1.2 漏電開關檢測裝置的基本原理。

在本剩余電流動作保護器檢測裝置的主控芯片方面，采用的是ARM-LPC2136。主要由五個部分共同組成了檢測電路，分別是上位機試驗設置、恒流控制、開關狀態判斷、D/A轉換和控制芯片。在正常工作的狀態下，試驗參數是由上位機來設置的，向LPC2136通過RS-485來進行傳遞，分析和處理試驗數據，然后控制信號由LPC-2136來輸出。由D/A來轉換這些輸出的直流信號，使其成為交流信號，放大交流信號，就可以向交流剩余電流動作保護器一端輸入產生的恒流信號，對剩余電流信號進行模擬。斷開剩余電流動作保護器，利用跳斷判斷電路來對跳斷信號進行轉換，使其成為適當的數字信號，跳斷時間由LPC2136來采集和記錄，這樣檢測過程就完成了。

通過研究發現，剩余電流動作保護器檢測裝置不僅可以進行數據檢測，還可以對這些數據進行分析，確定是否報警，自動控制。

2 系統算法分析

上文我們已經提到，單片機輸出的是直流信號，那么就需要模擬單片機輸出的直流波形為交流信號，眾所周知，有一定的失真度存在于波形中，那么就需要對正弦信號源波形總失真度進行評價，通常利用的是傅里葉變化技術。系統對于波形失真度有著較高的要求，需要保證其在百分之五以下，那么就需要對直流波形變換次數以及失真度之間的關系進行計算。具體的計算過程是這樣的：

周期函數為y（t）=y（t+T），那么如果滿足這些條件，就可以利用傅里葉級數來對本函數進行表示，一是有有限個極值存在于周期內，二是有有限個第一類間斷點，三是處處連續；本函數可以表示為：

A0=1/T y（t）dt

A1=2/T y（t）cos iwtdt

Bi=2/T y（t）sin iwtdt

Ci=

那么就可以得到總諧波值，在這個公式中，i次諧波幅值用Ci來表示，信號周期用T來表示。那么f（X）就可以表示為：

u sin（90?×0/N）（V） 20/N×0（ms）

u sin（90?×1/N）（V） 20/N×1（ms）

通過上述的函數公式和f（X）函數，就可以將A0、A1、A2等數值給計算出來，并且y（t）過程也可以用這些數值來進行描述。這個過程，就是周期信號y（t）的傅里葉分解過程，要想對N和THD之間的關系進行分析，統計實驗結果是這樣的：

當N為20、40、60、80時，A0、C1、C2、C3、C4以及THD的數值分別為0.0、1.69、0.0、0.31、0.0以及0.215；0.0、1.63、0.0、0、24、0.0、0.154；0.0、1.63、0.0、0.22、0.0和0.046；0.0、1.61、0.0、0.20、0.0和0.043.

通過這些計算數據我們可以得知，N值和失真度呈反比的關系，那么要想保證失真度在5%以內，就需要控制N在20以上。

3 系統軟件設計

本文利用C語言來進行系統程序設計，在程序中，需要實現多種功能，一是初始化程序的加載，利用工控機來將系統運行參數提供給剩余電流動作保護器，比如試驗電流、通電時間、合閘角度等，經過一次加載，方可以開始檢測。

二是D/A輸出的中斷功能，因為系統需要模擬交流信號，那么就需要對D/A的轉換精度進行提高，本系統在交流信號模擬時，利用的是中斷方式來進行，那么要想實現交流信號精度的提高，只需要對中斷頻率進行適當提高即可。

三是跳斷采集的中斷功能：在系統程序設計中，非常重要的一個方面就是保證可以科學準確的采集跳斷時間。因為有著很大的變動存在于ARM的主程序循環時間中，并且對于跳斷時間的采集，有著較高的要求，需要在1 ms以內，那么就可以將輸入邊沿中斷采集設置為ARM的跳斷采集接口，這樣才可以更加準確和穩定的采集跳斷時間。

4 結 語

通過上文的敘述分析得知，剩余電流動作保護器已經被廣泛應用在諸多的領域內。本文提出了一種監測裝置設計方法，通過反復調試D/A輸出，控制其精度，并且對設定的系統參數進行優化，促使直流模擬波形與要求波形更加的相似，通過大量的實踐研究表明，這種方式在控制方面具有較好的效果。裝置可以更加穩定的運行，擁有良好的性能，可以正常進行各項操作，符合相關的要求和標準。并且本控制系統有著十分友好的人機界面，操作起來比較的簡單和便捷，還可以非常便捷的來修改或者添加系統功能。文章簡要介紹了剩余電流動作保護器工作原理，然后探討了剩余電流動作保護器裝置設計，希望可以提供一些有價值的參考意見。

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