剩余电流动作保护装置的设计

剩余电流动作保护装置的设计第25卷第4期2009年8月上海电力学院学报JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITYOFELECTRICPOWERVO125NO4AUG2009文章编号10064729200904039603剩余电流动作保护装置的设计方劫,饶国东,吕臣斌1四川省达州电业局,四川达州6350002湖南省电力公司东江水力发电厂,湖南郴州4234033邳州市徐塘发电有限公司燃料运行部,江苏邳州221300摘要针对设备的剩余电流问题,根据剩余电流保护装置的工作原理,基于C8051F410单片机运行速率高,功耗低等优点,设计了一款剩余电流动作保护装置详细描述了该装置的产品结构和各项功能经实验证明,该装置体积小,重量轻,便于携带,功耗低,测试准确,精度高关键词C8051F410单片机剩余电流保护装置中图分类号TM771文献标识码ADESIGNFORRESIDUALCURRENTOPERATINGPROTECTIVEDEVICEFANGJIE,RAOGUODONG2,LVCHENGBIN1DAZHOUPOWERSUPPLYCOMPANYOFSHUANPROVINCE,DAZHOU635000,CHINA2HYDROELECTRICGENERATINGSTATIONOFHUNANPOWERCOMPANY,CHENZHOU423403,CHINA3FEULOPERATIONDEPARTMENTOFXUTANGGENERATINGSTATIONOFPIZHOU,PIZHOU221300,CHINAABSTRACTINORDERTOSOLVETHERESIDUALCURRENTPROBLEMOFDEVICE,ARESIDUALCURRENTOPERATINGPROTECTIVEDEVICEHASBEENDESIGNEDBASEDONTHEHIGHOPERATIONSPEEDANDLOWPOWERDISSIPATIONADVANTAGESOFC8051F410MICROEONTROLLER,ANDACCORDINGTOTHEOPERATIONPRINCIPLEOFRESIDUALCURRENTOPERATINGPROTECTIVEAPPARATUSTHEDEVICESTRUCTUREANDFUNCTIONAREDEPICTEDINDETAILSTHEEXPERIMENTALRESULTSSHOWTHATITHASTHEADVANTAGESOFSMALLERVOLUME,LESSWEIGHT,EASIERCARRYING,LOWERPOWERDISSIPATIONANDHIGHDETECTINGACCURACYKEYWORDSC8051F410MICROCONTROLLERRESIDUALCURRENTPROTECTIVEAPPARATUS随着人们生活水平的提高,电器设备的迅速增加,由于剩余电流导致直接或间接触电事故时有发生,严重危害了人们的健康,甚至威胁生命国际电工委员会对剩余电流的准确定义是接地性故障电流当人体可能接触的电压值超过了安全值或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时,剩余电流保护器能够自动切断电源以保障人身和设备安全我国于2005年修订的GB139552005剩余电流动作保护装置安装和运行,对剩余电流动作保护器在民用与农网改造中的用电安全所起的重要作用给予了充分的肯定和详细的诠释根据GB13955的具体规定,装置的特性参数在不同的电网中如何选择使其符合标准的剩余电流动作保护,显得非常重要引收稿日期20090622作者简介方劫1965一,男,工程师,湖南岳阳人主要研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用EMAILFANGJIE163CORN方劭,等剩余电流动作保护装置的设计3971保护装置工作原理在正常情况下,电路中没有发生人身电击,设备漏电或接地故障时,剩余电流保护装置通过电流互感器一次侧电路的电流矢量和等于零,即IUILBIN0则电流,L1,在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零,即FUFFFN0这样,在电流互感器的二次线圈中没有感应电压输出,因此剩余电流保护装置保持正常供电当电路中发生人身电击,设备漏电,故障接地时,通过设备接地电阻R有一个接地电流流过,则通过互感器电流的矢量和不等于零,即IUINIBINQ而剩余电流互感器中产生磁通矢量和也不等于零,即FNF【2FBFNQ互感器二次回路中有一个感应电压输出,此电压通过电子信号放大器施加在脱扣线圈上,产生一个工作电流二次回路的感应电压输出随着故障电流的增大而增大,当接地故障电流达到设定阀值时,判别元件C8051F410单片机输出电压当脱扣线圈两端电压接人电阻中的电流足以推动脱扣机构动作,使主开关断开电路,并使报警装置发出报警信号剩余电流互感器二次回路输出信号较小,一般小于1MW互感器二次回路的输出信号,通过一个电子放大器后,施加到C8051F410单片机上,经判别元件对输出信号进行判别后再输出脱扣电流给脱扣器此类剩余电流保护装置对剩余电流判断准确,控制脱扣时间准确与交流接触器配合可以应用在电网中的多个等级2保护装置的硬件设计21动作保护装置结构剩余电流动作保护装置的结构原理如图1所示检测元件用来检测线路中的剩余电流,判别元件将检测剩余电流与预定值相比较当剩余电流达到或超过预定值时,发出一个脱扣信号,使执行元件断开电路或驱动报警信号注卜电流互感器2工作电源220G交流3电流电压转换器4电子信号放大器5判别元件电磁继电器6一执行元件电磁继电器8实验装置9显示模块图1剩余电流动作保护装置结构22主要元件结构及其功能剩余电流保护装置的主要元器件的结构及功能女下1剩余电流互感器其主要功能是把一次回路检测到的剩余电流,1变换成二次回路的输出电压EE通过信号放大装置,将信号放大以后施加到脱扣线圈上,使脱扣器动作剩余电流互感器是剩余电流保护装置的一个重要元件,其工作性能优劣将直接影响剩余电流保护装置的性能和工作可靠性剩余电流保护装置的电流互感器一般采用空心式的环形互感器,即主电路的导线一次回路导线1从互感器中间穿过,二次回路导线2缠绕在环形铁心上,通过互感器的铁心实现一次回路和二次回路之间的电磁耦合2C8051F410单片机是SILICONLABORATORIESL7公司最新推出的8051系列单片机,完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCUL89J,它可以提供高达50MIPS的8051核心处理器C8051F410芯片内含稳压器,可以给系统外部元器件提供电源此外,它还整合了丰富的外设功能,如200KSPS的L2位AD转换器,两组12位DA转换器,温度传感器,可编程电压参考和比较器,C805IF410采用32脚QFN封装,体积非常小巧灵活,因而成为便携式设备,电子产品和仪器仪表的理想选择,大大简化了硬件电路的复杂度C8051F410单片机主要结构如图2所示C8051F410单片机的主要作用是作为一个逻辑判别元件,用来判别剩余电流是否达到预定值,从而确定剩余电流保护装置是否应该动作并控制脱扣延时时间同时提供与ZLG7092显示芯片的接口,让采集到的数据通过LED显示出来为按钮提供设置接口,便于剩余电流保护装置设置系统参数上海电力学院学报2009矩J和持续时间长的浪涌有特别好的效果另外,在电源变压器的次级增设磁珠,用于防止高频磁场对电路的干扰与破坏4信号放大单元剩余电流互感器二次回路的输出功率很小,一般仅达到毫瓦等级在剩余电流互感器和脱扣器之间增加一个信号放大装置,不仅可以降低对脱扣器的灵敏度要求,而且可以减少对剩余电流互感器输出信号要求,减轻互感器的负担,从而可以大大缩小互感器的重量和体积,使剩余电流保护装置的成本大大降低信号放大装置采用两片LM358双负反馈放大器组成全波整流放大电路,其原理如图3所示图3信号放大电路曰5通信接口本装置采用RS485通讯,用于与上位机之间的数据传输RS485通信采用MAXIM公司的MAX13085芯片为保证装置通信工作的可靠性和装置工作的安全性,RS485通信接口和装置内部电路实行电气隔离J在通信电路中同时采用了抗击6KV避雷措施6执行元件根据剩余电流保护装置的功能不同,执行元件也不同对剩余电流断路器,其执行元件是一个可开断主电路的机械开关电器继电器对剩余电流继电器,其执行元件一般是一对或几对控制触头,输出机械开闭信号3保护装置的软件设计剩余电流保护装置工作流程如图4所示开始初始化各部件与参数远程或就地输入设定值检测剩余电流数值否认检测电根据检测到的电流数值来定脱扣的延时时问及剩余流的相位输出脱扣触发电装置动作并报警返回显示电流数值存储脱扣电流以及次数图4剩余电流保护装置流程其主要由初始化程序,时钟模块,显示模块,剩余电流判别模块和通讯模块等组成剩余电流互感器检测剩余电流值,并将其转化为电压信号,与实际保护动作参数比较,确认保护装置的脱扣延时和剩余电流的相位,并根据设计输出脱扣信息,输出脱扣触发电平,保护装置动作并同时报警4主要技术指标及特性剩余电流动作保护装置分为3种类型,即S型,延时型和普通型工作电源直接采用220V的下转第408页408上海电力学院学报2009正数据的组合,也可以是一段应用程序,如控件或窗体,而整个应用程序也可以是一个对象在VBNET中每个对象都由”类”定义,用以描述对象的变量,属性,过程和事件对象是类的实例,在创建了一个类后,可以创建所需的任意数量的对象VISUALBASICNET的面向对象特色带来了许多切实的好处,与以前的VB版本相比,VBNET面向对象的本性以及它对继承的支持使得创建某些类型的应用更加快速和方便4结束语VISUALBASICNET代表着VB的一次重大飞跃,是目前最流行的编程语言之一,也是创建NET应用程序最简单及效率最高的工具之一但是把VBNET看成是一种有着熟悉语法的新语言而不是对旧语言的简单升级,或许是对待VBNET较为正确的态度参考文献1威利斯VBNET数据库入门经典M北京清华大学出版社,200620352龚沛曾,杨志强,陆慰民VISUALBASICNET程序设计教程M北京高等教育出版社,200510183艾文铮,赫利斯VBNET高级编程M北京清华大学出版社,20051162234童爱红,刘凯VBNET应用教程M北京清华大学出版社2005132168上接第398页交流电,以减少电源方面的投资其额定工作电流分别为150A,400A,630A,额定的剩余动作电流最大达1000MA最大分段时间S型05S,延时型06S,普通型02S在额定工作电流下,S型极限不驱动时间大于013S,以保证保护装置安全可靠的工作,重合闸时间为2O60S保护装置的电气寿命和机械寿命高达1500次和3500次,使用环境在一25一40,相对湿度应小于9O,海拔2000M以下装置所采用的辅助电源为220V的交流电,零序互感内径分别为41MM,64MM,861TNTI通过分析可知,该保护装置具有体积小,重量轻,便于携带,功耗低的优点由于本装置采用了C8051F410单片机进行逻辑控制,对采样电压进行跟踪调整,同时具有脉冲比较和延时微分功能由此组成的剩余电流信号自动控制漏电脉冲继电器,克服了同类产品由于检测的突变剩余电流信号脉冲比较器基准电位是固定值,输出的脉冲信号时限短,以及对检测的网络突变剩余电流信号无时限监控而造成频繁跳闸,误跳闸和同步跳闸等现象,降低了农村低压电网不安全的弊端对网络突变剩余电流信号采用设定动作值和设定时限值”双重”自动控制,确保了产品的安全可靠,较好地解决了网络级间保护的配合问题,提高了安装率,投运率和准确动作率,其推广应用价值较大5结束语本文主要阐述了剩余电流保护装置的结构和工作原理根据相关国家标准要求,设计了基于C8051F410单片机为控制单元的剩余电流动作保护装置经实验证明,该装置体积小,重量轻,便于携带,功耗低,测试准确,精度高参考文献1刘金琰,季慧玉剩余电流保护电器的IEC标准最新动态研究J低压电器,2008,172345482朱正武剩余电流保护器的运行现状及存在问题J农村电气化,2008541154563潘琢金,孙德龙,夏秀峰C8051F单片机应用解析M北京北京航空航天大学出版社,20