淺析住宅電氣設計中配電線路的過流保護

摘要：根據住宅電氣設計的要求，其配電線路的過流保護屬于強制性的要求，因此住宅線路必須做好過流保護的工作。文章以住宅電氣設計中配電線路過流保護的規范要求為切入點，闡述了過流保護的選擇要求，最后提出了過流保護的預警裝置。

關鍵詞：住宅電氣設計；配電線路；過流保護；規范要求；選擇要求；預警裝置 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU85 文章編號：1009-2374（2015）06-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0504

為了保護用電的安全，避免出現用電事故，導致不必要的人員傷亡和經濟損失，國家對住宅電氣有著相關的規范要求。住宅電氣的線路屬于低壓配電線路，需要對其進行過流保護。

1 住宅電氣設計中配電線路過流保護的規范要求

根據《民用建筑電氣設計規范》中相關規定：“低壓配電線路應根據不同故障類別和具體工程要求裝設短路保護、過負載保護和接地故障保護，作用于切供電電源或發出報警信號。”從這條規定中可以看出，針對住宅配電線路保護是有硬性要求的，因此有必要對住宅配電線路過流進行監控。配電線路設計的時候會使用許多不同的斷路器對住房的配電線路進行過流保護。現階段，電氣設計中一般都用熔斷器、塑殼斷路器和微型斷路器。其中微型斷路器主要用在住房及其相似場所的過流保護，其額定電流要少于125A；工業類場所大多采用塑殼斷路器，額定電流最大可以到1250A。

按照相關斷路器操作要求，如果經過配電線路的電流高于了要求的倍數，那么斷路器就會在既定的時間內進行動作，最終把負荷電路切斷。然而，在配電線路有一些較為重要的回路是禁止切斷的。而根據《民用建筑電氣設計規范》中相關規定對一級和二級負荷情況的定義，如果將重要的回路切斷會導致供電中斷，進而對生產生活及經濟產生影響，還有重要單位的正常運行，以及公共場所的正常秩序被影響，嚴重的情況下會出現人員傷亡的情況。因此在《規范》中就明確提出：“突然斷電比過負載造成的損失更大的線路，其過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電路。”針對上述要求，顯然傳統的開關在過流保護的能力和效果上還有所欠缺。故而，在住宅電氣的設計中就需要設計一種裝置可以根據各種類型的脫口情況，當配電線路過流的時候能發出報警信號，提醒用戶采取相應的措施及時做好故障處理。

2 住宅電氣設計中配電線路過流保護的選擇要求

在配電線路中會因為過負荷電流導致導體升溫，進而破壞導體的端子、絕緣和接頭，出現電路斷電或者跳閘的情況，這就是線路的過流。為了保證用電設備的正常使用，就必須在配電線路中設置過流保護，利用斷路器在過流之前就將其切斷。因此，斷路器就是住宅電氣線路的主要保護設備。斷路器的過流保護是利用熱繼電器或者電子式脫扣器而進行的，住宅內一般多使用小型斷路器。在《規范》明確提出了特定情況可以不進行切斷線路，住宅用電中這種情況就是正常較短時間內出現尖峰負荷電流，此時斷路器就可以不用切斷線路，應合理選擇斷路器相關特性曲線。在小型斷路器中，脫口特性曲線主要有A、B、C、D四種。在快速脫扣的應用場所下主要使用A特性曲線，這種曲線的出現故障的電流值比較低，一般是額定電流2～3倍的動作；在較快速脫口以及短路電流沒有多大的應用場所下主要用B特性曲線，一般是額定電流3～4倍的動作，照明電器回路中多使用C特性曲線，這種曲線短時峰值電流可以負載較高但斷路器不動作，可以到額定電流的5～6倍；峰值電流很高的電器設備使用D特性曲線，這種曲線的峰值電流不會超過額定電流值的10倍。總體而言，斷路器過流的選擇要求，需要結合上下級電流值與動作時限。故而，住宅電氣設計中一定要選擇合理的配電系統斷路器，這樣才能提高配電器線路的過流保護能力。

3 住宅電氣設計中配電線路過流保護的預警裝置

3.1 ACM概述

ACM配電線路過流監控裝置，簡稱ACM，這種裝置擁有的功能除了和一般數顯儀表的測量之外，還可以根據不同線路的特點提供和線路動作特性相關的兩段式報警以及開關量狀態輸入和通訊功能，不僅可以對外部開關的狀態進行判斷，還可以實現遙控和遙測。

ACM大多數情況下應用于配電線路的回路中，對末端保護不起作用，末端保護主要是通過微斷實現，兩者的功能應用性并不沖突。ACM的主要作用是過流報警，短路保護則通過單次塑殼斷路器以及熔斷器起作用，對ACM的作用并不影響。

3.2 電路設計原理

ACM中包括的主要硬件有CPU芯片、電源、開關量輸入、信號采集電路、繼電器輸出接口、人機交互單元和RS485通信接口。

3.2.1 CPU芯片。ACM中所采用的CPU芯片是以ST公司的STM32F103R8T6，這種芯片是以ARM Cortex-M3為基礎，處理器為32位，時鐘頻率最高能到72MHz，配備了3路USART通信接口、4個16位定時器、12位AD、20K的RAM、64K的Flash等系統硬件，性價比較高。

3.2.2 電源。ACM的電源屬于通用的開關電源模板。這種電源模板的輸入電壓是AC90～270V，輸入頻率是40～50Hz，不僅可以實現各種線路的隔離電壓輸出，具有較多的功能，還可以滿足各種供電電壓的要求。其電源特點是：輸出電壓較穩、故障發生率低、輸出波紋低于1%、具備過壓和過流保護。

3.2.3 信號采集電路。ACM中信號采集電路如同信息收集器，屬于該裝置的信息傳輸設備，其作用原理是通過互感器隔離傳輸，把交流信號抬高之后，利用放大電路把信號放大，最終把采集信號傳入到CPU實行A/D轉化。

3.2.4 人機交互單元。人機交互單元是ACM裝置的信息顯示器，這個硬件利用了LCD液晶顯示以及按鍵輸入，通過這兩個裝置不僅可以直接將測量參數進行顯示，還可以對參數進行設置，有利于用戶根據實際情況將顯示的測量參數設置。

3.2.5 RS485通信接口。這種模板的通信接口通過使用RS-485、Modbus、RTU通信規約，可以進行遙測、遙信、和遙控等功能。如圖2所示。

3.2.6 繼電器輸出接口。ACM裝置中一系列的動作或者命令都是通過繼電器輸出接口來執行，比如配電器發生過流的故障，繼電器就會發出動作，產生報警信號。

3.3 軟件流程

ACM是通過內部程序相互協調進行監控，其中包含眾多的子程序，如A/D子程序、顯示子程序、計算子程序、通訊子程序和按鍵處理子程序等，因為程序涉及的內容比較多，本文以主程序為例介紹ACM裝置工作流程。

3.4 產品特點

ACM監控裝置使用的計算方法是真有效值，通過對各種參數的計算來確定過流保護值，比如三相電流、三相電壓、功率因素、漏電流、頻率、2～15次諧波和四象限有功及無功等；結合各種類型斷路器所具備的動作特性；既包括了低壓電測儀表擁有的測量功能，還具備線路監控，對一些重要負荷的回路可以實行有效地

監控。

4 結語

根據住宅電氣設計的要求，其配電線路的過流保護屬于強制性的要求，因此住宅線路必須做好過流保護的工作。在居民用電中峰值電流會出現不同情況，因此在配電線路的過流保護需要做出合理選擇，同時設計ACM裝置，在斷路器出現故障時，可以做到有效的預警。

參考文獻

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作者簡介：梁勇華（1979-），男，廣東佛山人，佛山市南海華林電力電器安裝有限公司電氣工程師，研究方向：電力供配。

（責任編輯：蔣建華）