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低壓配電系統中裝設漏電保護器(剩余電流動(dòng)作保護器)是防止電擊事故的有效手段之一，也是防止漏電引起電氣火災和電氣設備損壞事故的技術(shù)措施。國家標準要求漏電保護器在投入運行后，使用單位應建立運行記錄及相應的管理制度，每月需在通電狀態(tài)下，按動(dòng)實(shí)驗按鈕，檢查漏電保護器動(dòng)作是否可靠。雷雨季節應增加檢查次數。但是該實(shí)驗只能用來(lái)檢查漏電保護器的脫扣功能，不能用來(lái)校核額定漏電動(dòng)作電流和分斷時(shí)間的數值。所以國家標準還規定應定期進(jìn)行漏電保護器的動(dòng)作特性實(shí)驗，測試漏電動(dòng)作電流值、漏電不動(dòng)作電流值和分斷時(shí)間。我們研制了一種漏電保護器測試儀，可在線(xiàn)實(shí)現上述功能的測試。 1 硬件電路設計 硬件電路主要包括信號采集控制電路、斷電檢測電路及單片機控制電路。 1.1 信號采集控制電路 國家標準規定額定漏電動(dòng)作電流IΔn的優(yōu)先值為：0.006、0.01、0.03、0.05、0.1、0.3、0.5、1.3、5、10、20A；額定漏電不動(dòng)作電流IΔno的優(yōu)先值為0.5IΔn，如果采用其它值時(shí)應大于0.5IΔn；漏電保護器的分斷時(shí)間如表1、表2所示。 表1 直接接觸用的漏電保護器的最大分斷時(shí)間
表2 音接接觸用的漏電保護器的最大分斷時(shí)間
手持式電動(dòng)工具、移動(dòng)電器、家用電器插座回路的設備優(yōu)先選用IΔn不大于30mA的快速動(dòng)作的漏電保護器；單臺電機設備可選用IΔn為30mA及以上、100mA以下的快速動(dòng)作的漏電保護器；有多臺設備的總保護應選用IΔn為100mA及以上的快速動(dòng)作的漏電保護器。 根據以上要求可見(jiàn)，IΔn不大于30mA的漏電保護器應用廣泛。由表1可知，在測試直接接觸用漏電保護器的分斷時(shí)間時(shí)應產(chǎn)生250mA的漏電流，因此該測試儀設計為最大可產(chǎn)生275mA(有效值)的漏電流，可滿(mǎn)足測試IΔn為50mA及以下的漏電保護器的所有測試項目、IΔn為100mA的漏電保護器除5IΔn分斷時(shí)間外的所有測試項目。該測試儀的信號采集控制電路如圖1所示。 K選用KN62S型三位開(kāi)關(guān)，K合向位1時(shí)測試漏電動(dòng)作電流值、漏電不動(dòng)作電流值。Q1、Q2為光MOS固態(tài)繼電器，其開(kāi)路最大漏電流為10μA。測試漏電保護器某一漏電流的分斷時(shí)間時(shí)，K合向位2后接通Q1，整流橋接在n0~n1之間，調節電流到測試值，然后斷開(kāi)Q1(延時(shí)10ms以上，確保Q1斷開(kāi))接通Q2，由n1點(diǎn)接向n2點(diǎn)意味著(zhù)突然產(chǎn)生漏電流，同時(shí)開(kāi)始計量分斷時(shí)間。因為零線(xiàn)N與地線(xiàn)PE的電位一般不同，所以測試點(diǎn)n2不接在PE線(xiàn)上。V1接斷電檢測電路。 由整流特性及電流有效值定義知整流橋前后的電流有效值相等，圖1中I1即為漏電流值�？紤]在線(xiàn)測試時(shí)三極管集電極電位較高，以三極管發(fā)射極電流有效值I3作為測量信號�？刂�電壓V2為1.4~4.8V，2SD272、2SD594的hFE分別為40和50，R3取1Ω，R2的值由下式確定： 因er很小，可認為I1＝I3。 ∵ V3＝I3R3，由V3即可測得漏電流I1的值。 1.2 斷電檢測電路 在測試漏電保護器的動(dòng)作特性時(shí)，必須準確測知漏電保護器的動(dòng)作時(shí)刻。本系統設計的斷電檢測電路見(jiàn)圖2。 6N138為光電二極管與達林頓光電晶體管封裝的光電耦合器，一次側工作電流IF為1.6mA，IFmax為20mA，VFmax為1.7V�？紤]到整流橋的正向導通壓降VDmax為2.4V，6N138一次側電流iF由下式確定： 從v1的零時(shí)刻開(kāi)始使iF增加到1.6mA所需的時(shí)間t可由式(1)求得：t＝0.4ms。因為iF為脈動(dòng)直流信號，所以iF小于1.6mA的連續時(shí)間t′＝2t＝0.8ms。如果6N138連續的關(guān)斷時(shí)間大于0.8ms，即可判斷電網(wǎng)斷電、漏電保護器已動(dòng)作。我們設計的判斷時(shí)間為1ms，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)仍保證判斷正確。由式(1)還可求得iFmax＝11.4mA，小于6N138的IFmax。 1.3 單片機控制電路框圖及工作原理 單片機控制電路框圖如圖3所示，包括單片機、采集信號轉換電路、鍵盤(pán)電路、LCD顯示電路、D/A轉換電路以及電源電路。 單片機選用AT89C52，時(shí)鐘頻率為12MHz。單片機系統通過(guò)信號采集控制電路控制漏電流的產(chǎn)生和調節漏電流的大小，漏電流信號檢測電壓V3經(jīng)有效值轉換器AD636得到與其有效值對應的直流信號，通過(guò)10位串行A/D轉換器TLC1549轉換成數字信號送單片機。V3的脈動(dòng)頻率為100Hz，AD636的平均電容CAV選用2.2μF的電解電容，則AD636的輸出信號建立時(shí)間TS由下式確定： TS＝25MS/μF×CAV＝25ms/μF×2.2μF＝55ms 即V3的穩定時(shí)間要大于55ms。選用74HC373和74HC377作為鍵盤(pán)I/O接口。顯示器采用16字符×1行LCD。D/A轉換器選用具有上電復位功能、建立時(shí)間為12.5μs 的10位串行D/A TLC5615，因其為電壓輸出型，輸出可直接作為控制電壓V2控制漏電流的變化。系統中的所有IC選用單5V電源、低功耗的芯片。該測試儀采用電荷泵DC-DC變換器7201,用四節1.5V電池供電。 2 系統軟件設計 本系統實(shí)現漏電保護器動(dòng)作特性測試有兩種方法，一是根據基本條件由系統自動(dòng)完成，二是由鍵盤(pán)控制完成。功能模塊包括漏電流檢測、斷電檢測、鍵盤(pán)掃描、顯示等模塊。 2.1 漏電流大小檢測模塊 模塊的入口參數為D/A轉換器TLC5615的輸入控制值D，放在單片機內存的30H、31H單元。AD636的建立時(shí)間為55ms，TLC1549、TLC5615建立時(shí)間都很短，因此輸出D后延時(shí)68ms讀取TLC1549的輸出值。出口參數漏電流大小I1存放到內存的40H、41H單元。 2.2 斷電檢測模塊 該模塊由模塊主程序、外部中斷INT1和定時(shí)器T1中斷服務(wù)子程序組成。 T1在INT1端變?yōu)楦唠娖?6N138截止)時(shí)啟動(dòng)，定時(shí)到1ms發(fā)生中斷，說(shuō)明電路已斷電，漏電保護器已動(dòng)作。在T1中斷服務(wù)子程序中置位斷電標志、關(guān)閉INT1和T1中斷。 根據1.2所述，在電網(wǎng)正常通電情況下，6N138截止使IN138保持高電平的時(shí)間小于1ms。INT1端電平由高變低發(fā)生中斷，在其中斷服務(wù)子程序中設置使T1重新定時(shí)1ms，從而使T1不會(huì )在電網(wǎng)正常通電情況下發(fā)生中斷。 模塊主程序初始化INT1、T1，復位斷電標志。 2.3 自動(dòng)檢測的算法 國家標準規定測試漏電動(dòng)作電流值的方法是調節剩余電流從小于0.2IΔn開(kāi)始在30s內穩定地增加至IΔn值。由鍵盤(pán)選擇進(jìn)入自動(dòng)檢測功能操作后，輸入IΔn值，單片機計算出對應0.2IΔn和(Iδn-0.2Iδn)/275的輸出控制初值D0和輸出變化范圍ΔD，調用一次漏電流檢測子程序約需61ms，由ΔD計算出每步后的延時(shí)時(shí)間，使整個(gè)測試在30s內完成。測試開(kāi)始前調用斷電檢測模塊，每步測量完成后查看斷電標志，若置位則停止檢測。在測試過(guò)程中電流的變化值都顯示在顯示器上，并最終指示斷電電流值或最后的電流值(兩種情況顯示標志不同)。 測試分斷時(shí)間的程序流程如圖4所示。用定時(shí)器T0計量分斷時(shí)間，T0每次定時(shí)的時(shí)間為50ms，中斷次數存于內存50H單元，圖中"T0定時(shí)值"等于50×(50H)加上T0最后一次的定時(shí)值。分斷定時(shí)時(shí)間減去1.65ms是因為固態(tài)繼電器Q2的典型動(dòng)作時(shí)間為1.65ms。 2.4 鍵盤(pán)控制檢測的方法 鍵盤(pán)控制檢測方式指調節漏電流的變化的操作由鍵盤(pán)控制完成。設計了實(shí)現正常和快速增加、減少的鍵盤(pán)掃描模塊。 該裝置利用單片機實(shí)現了漏電保護器動(dòng)作特性在線(xiàn)自動(dòng)檢測。如果只測試漏電動(dòng)作電流值，可在漏電保護器后的任一帶PE線(xiàn)插座上測試。建筑物內的插座回路、電氣醫用設備、手持式電動(dòng)工具等安裝漏電保護器的設備和場(chǎng)所都可用該測試儀定期進(jìn)行漏電保護器動(dòng)作特性實(shí)驗。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
