智能漏电保护器shej 冯丹丹

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）智能漏电保护器的设计PAGEPAGEIII摘要本设计基于主控芯片FM2145的多功能漏电保护器，能够在漏电时及时的检测，采用流出的电流与流入电流相差30mA时对其进行动作，当零线与火线接反或当地线没接时能很好的检测，起到自动断电保护的作用。它是一款性能可靠、稳定、使用方便，实现了对人们的安全问题进一步得到保障。关键字：漏电保护器，智能，工作原理，安全，性能目录摘要 I目录 II1绪论 11.1课题背景 11.1.1漏电保护器简介 11.1.2漏电保护器的用途 21.1.3安装漏电保护器意义 31.1.4漏电保护器的现状及发展 31.1.5现有产品的不足 41.1.6选题依据 51.1.7本课题研究内容 62安装漏电保护器的必要性 72.1安全问题 72.1.1漏电保护器的安全使用 72.1.2触电对人体危害 92.1.330mA·s的安全性 92.2英国、日本等国对漏电保护的安全问题 103漏电保护器的分类 113.1按工作原理分 113.2按动作方式分 113.3按漏电保护器的功能分 113.4根据漏电保护器的使用场合分 123.5根据漏电保护器的动作时间分 124智能漏电保护器的设计 134.1智能漏电保护器的构成 134.2智能漏电保护器的原理图设计 144.2.1元器件的选择 154.3单元电路原理与设计 194.3.1FM2145的供电电路设计 194.3.1漏电信号输入的设计 204.3.2电磁铁驱动电路的设计 204.3.3电磁铁供电部分的设计 204.3.4接地保护电路的设计 204.3.5手动测试电路的设计 204.3.6排板的考虑 214.3.7PCB排板的设计 214.3.8排板图 224.3.9实物 22总结 24致谢 25参考文献 26PAGE271绪论本章主要介绍了智能漏电保护器（简称漏电保护器）的定义，介绍了漏电保护器的用途、意义及社会现状，并提出了文本要研究的内容及结构安排。1.1课题背景1.1.1漏电保护器简介漏电保护器的应用在现在社会是不可缺少的。随着家用电器的普及，人们与电接触的机会越来越多，用电设备发生故障导致人员触电伤亡也时有发生。为了人身安全与设备安全，漏电保护器作为一项有效的电气安全技术装置已经被广泛使用，并起到了举足轻重的作用，老百姓通俗地称它为保安器、保命器。漏电保护器简称漏电电流动作保护器，又叫漏电保护开关，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电进行保护。漏电保护所检测到的是剩余电流即被保护电路内相线和中性线电流瞬时值的代数和（其中包括中性线的三相不平衡电流和谐波电流），此电流即为正常时的泄露电流和故障时的接地故障电流。故漏电保护器的整定值，是其额定剩余动作电流In，仅需躲过正常泄露电流值即可。漏电保护在电气安全领域属于比较先进的技术。漏电保护器是当人体可能接触的电压值超过了安全值时，或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时，由漏电保护器动作或控制，自动切断电源以保障人身和设备的安全。在低压配电系统中装设漏电保护器是防止人身电击伤亡事故和漏电而引起的电气火灾、电气设备损坏事故的有效措施。原能源部颁布的《农村低压电力技术规程》第四条明确规定，“采用TT系统的低压电力网，应装设漏电总保护和漏电末级保护。对于供电范围较大或有重要用户的低压电力网可酌情增设漏电中级保护”。《农村安全用电规程》中有“漏电保护器的运行管理”专条，明确规定用户应按《农村低压电力技术规程》的规定，装设漏电保护器，并强调指出：“凡有故意使保护器拒动或误动者，应给予批评教育，批评教育仍不改者，根据情节给予处罚或停止供电”。虽然劳动部制定了《漏电保护器安全监察规定》，对漏电保护器的生产销售、使用范围、规则、安装管理及监督检查与处罚做了规定，但在实际工作中发现，漏电保护器的生产厂家如雨后春笋，产品的鉴定和检验方式千差万别，供销渠道五花八门，致使产品质量不高，产品质量不稳定，有的产品甚至未经有关部门认可，给用户带来许多事故隐患。又由于有的电工和电气技术人员对漏电保护器的技术条件了解不够，出现不合理的安装和接线方式，使漏电保护器不能正常运行。此外，用户没有制定漏电保护器运行的管理制度、检验制度，致使有些已经投入运行的漏电保护器不能发挥其应有的正常功能，不得不退出运行。加强漏电保护器的全面管理，确保安全生产十分必要的。一般安装于每户配电箱的插座回路上和全楼总配电箱的电源进线上，后者专用于防电气火灾。其适用范围是交流50HZ额定电压380伏，额定电流至250安。低压配电系统中设漏电保护器是防止人身触电事故的有效措施之一，也是防止因漏电引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施。但安装漏电保护器后并不等于绝对安全，运行中仍应以预防为主，并应同时采取其他防止触电和电气设备损坏事故的技术措施。所以为了保障人们的安全，提高人们生活质量，我们需要加强对漏电保护器的质量及技术要求的提高。1.1.2漏电保护器的用途本次设计的漏电保护器主要是提供间接接触保护，在一定条件下，也可用作直接接触的补充保护，对可能致命的触电事故进行保护。它能同时执行检测漏电电流，将漏电流值与漏电动作电流值相比较，当漏电电流超过该值时能断开被保护电路，也能在规定条件下接通、承载过电流。一般选用漏电动作电流为30mA作对人身触电安全保护。漏电保护器主要适用于交流50Hz，额定工作电压为380V或220V，额定电流至630A的配电网络中，不仅用来对人进行间接接触保护，也可用来防止因设备绝缘损坏，产生接地故障电流而引起的火灾危险。并可用来分配电能和保护线路及电源设备的过载及短路，还可作为线路的不频繁转换和电动机不频繁启动之用。也可对线路或用电设备的接地故障、过载、短路、欠电压、过电压及缺相、断零、零线与火线的接反等进行保护。漏电保护器应用在的场合太多了，家庭、工厂、澡堂等等有可能漏电的地方，为了防止人身触电，有关部门规定必须装漏电保护器（漏电开关）的设备和场所有如下：(1)属于I类的移动式电气设备及手持式电动工具(I类电气产品，即产品的防电击保护不仅依靠设备的基本绝缘，而且还包含一个附加的安全预防措施,如产品外壳接地)；(2)安装在潮湿、强腐蚀性等恶劣场所的电气设备；(3)建筑施工工地的电气施工机械设备；(4)暂设临时用电的电器设备；(5)宾馆、饭店及招待所的客房内插座回路；(6)机关、学校、企业、住宅等建筑物内的插座回路；(7)游泳池、喷水池、浴池的水中照明设备；(8)安装在水中的供电线路和设备；(9)医院中直接接触人体的电气医用设备；(10)其它需要安装漏电保护器的场所。对一旦发生漏电切断电源时，会造成事故或重大经济损失的电气装置或场所，应安装报警式漏电保护器，如：(1)公共场所的通道照明、应急照明；(2)消防用电梯及确保公共场所安全的设备；(3)用于消防设备的电源,如火灾报警装置、消防水泵、消防通道照明等；(4)用于防盗报警的电源；(5)其它不允许停电的特殊设备和场所。总之为了人们的安全问题，做一切的防备都是有必要的。1.1.3安装漏电保护器意义安装漏电保护器意义重大，小方面关乎人们的正常生活用电，也就是人们的生活质量。大方面来说关乎人们的生命安全。电，是现代经济的命脉，它与工农业生产、科学研究、国防建设，以及人们日常生活戚戚相关。现代社会的各个领域中如果没有了“电”这个基本能源；那么产生的后果和损失是急剧震撼性的。但是，使用电也潜伏着危险，特别是低压电网和低压用电设备安装、使用或检修处理不当时，就可能引起电气事故，甚至威胁人身安全。

发生触电主要有两种形式：一是由于人体直接触及带电的裸露导体，即所谓的直接接触；二是人体触及劣化、破损或浸沾导电液体而使外壳带电的设备，即所谓的间接接触。

除了过载、短路等原因外，电气设备中绝缘电阻的下降，导致漏电流增加，导线长时间发热或接地跳火形成漏电，引燃可燃性物质，也是造成电气火灾的重要原因。

随着我们国家经济建设的规模扩大，全国发电量迅速增长，尤其近几年来，电力事业迅速发展，使得安全用电这一问题显得十分突出。我们国家的农村电网，分布地区广，基础差。由于设备陈旧、线路质劣、工艺性差和管理不善，加上农电操作人员和群众缺少应有的用电常识，因此触电事故频繁发生。据不完全统计，全国380V以下低压线路中发生触电死亡事故的，农村比率占85％；上世纪70年代及以前每年约有五千人触电死亡，触电致伤事故则更多。

可见，工业和城市、城镇、农村的低压触电和漏电保护是不能等闲视之的。那么，安装漏电保护器是防止人身触电伤亡、避免因电气设备漏电造成灾害性事故的有效措施。可喜的是，我们国家从90年代中期到现在这十年以来，已经从立法到具体的管理逐步建立了科学的完善的漏电、触电漏电保护体系。但是也需要进一步完善。1.1.4漏电保护器的现状及发展漏电保护器是现在社会的必需品。自19世纪末，随着电力进入了人们的生活和生产领域，人们在各方面的发展都得到了提高，在人们都在欣喜的时候却不知道电的危害。自从首次出现触电死亡事故开始，科学工作者就注意安全用电技术了。而触电漏电保护器，是因家庭触电保护的需要在20世纪初才出现的。当时设想和研究了许多触电保护方法，典型的产品是电压动作型漏电断路器。

1928年德国人根据高压差动保护原理，提出了剩余电流动作型（也称电流动作型）漏电分断方法。1930年根据这一原理，法国制成了世界上第一台剩余电流动作型漏电断路器（额定动作电流10毫安，动作时间0.1秒）并以此为保护手段，对人体做了直接接触的触电试验。30年代，人们还研制了80毫安、0.1秒的产品，但德国、英国和法国使用的仍然使用电压动作型漏电保护器，只有少数的电流动作型漏电断路器用于防止一火一地方式的窃电上。可以说，第二次世界大战之前，触电漏电保护器主要采用电压动作型漏电保护器，二战结束直到50年代，德、法两国又重新起用电流动作型漏电断路器，但动作电流都较大，一般在300～3000毫安之间，主要用做间接保护大的漏电事故引起的灾害。用于直接接触或保护接地线的剩余电流动作型触电漏电保护器，则是在1958年才开始批量生产，其动作灵敏度为35毫安。

在此期间，还出现了电储能式和机械储能式等类型的触电漏电保护器，但都因性能、结构、成本、体积等原因而被淘汰了。到了60年代，电子技术和低压断路器技术的进步，特别是小容量的塑壳式低压断路器的日新月异，开始出现了快速、高灵敏度的剩余电流动作型漏电断路器。1962年，美国制成了5毫安等级的电子式漏电断路器。1965年，德国制成了由塑料外壳式低压断路器派生而来的纯电磁式漏电断路器，其动作电流为30毫安，动作时间为0.1秒。近年来，国际上触电、漏电保护电器以漏电断路器为主体已基本成熟，并大体上形成了与低压塑料外壳式断路器、家用断路器相对应的系列产品格局。

根据资料统计，目前未装触电、漏电保护器的，事故发生率为85%，加装触电、漏电保护器的，事故发生率下降到30%以下。究其原因是：

(1)

未安装漏电保护器。

(2)

制造厂家偷工减料、粗制滥造，导致脱扣器烧坏，不能动作切断电源，更有甚者，竞假冒定点生产厂家的名优产品。

(3)

用户选用和安装不当。

漏电保护器除了本身的性能外，还与外界的环境有一定的关系，今后漏电保护器的发展应该是技术先进、性能可靠、质量合格、功能齐全。这是现今社会必然的趋势。1.1.5现有产品的不足现有的漏电保护器随着社会的发展越来越不适应它的发展。城市建设在不断发展，新型办公大楼与高层住宅大楼日渐增多，这些新型大楼的照明线路及电气设备一般都不再用老式的闸刀、熔断器来控制，而代之以家用漏电保护器，所以家用漏电保护器的需求量与年生产量也在迅速增加。按政府要求每个农户、每户居民都应安装漏电保护器。这样全国需要安装3亿多只家用漏电保护器，目前实际安装不足一亿只，这是一个非常庞大的市场。目前具有漏电保护器功能的产品有如下几种：1.漏电保护器（如Dzl30-32漏电保护器）。它具有能同时断开相线和中性线，有过载、漏电保护功能，可增加过电压保护，但无短路保护功能。这种断路器的额定电流有6、10、16、20、25、32A六档，额定漏电动作电流为30毫安。2.漏电脱扣器（如nzl30-63多用漏电脱扣器，n双7漏电脱扣器等）。他不能单独使用，必须与断路器配合，才能组成漏电保护器。DZL30-63的额定电流为63A，额定漏电动作电流为30、50、75毫安三档可调，DZ47的额定电流为10、32、63A三档，额定动作电流为30毫安。3.带过载、短路、漏电保护的断路器（如30FI+、DZL30、DNP），它实际上是断路器和漏电脱扣器的组合产品。4.漏电动作保护器在我国经过20多年的发展和推广应用，已形成一个在品种和规格上具有相当规模的产品系列。在低压电网的安全保护中发挥了重要的作用。然而，一个完善的配备有分级漏电保护功能的低压供、配电网在选用漏电动作保护器时，除了对其安全保护的稳定可靠性指标有强制认证的严格要求外。还对智能功能提出了更多、更高的要求。目前，国内的漏电保护器产品虽然品种繁多，规格齐全，但在动作时间特性上均为一般型（无延时）的产品，它们通常只适合作为最基本的简单终端保护的用途。在低压供、配电系统中为了要构成一个合理完善的分级漏电保护网，在选用漏电保护器的动作特性时除了要在额定漏电动作电流的大小上进行区分外，还必须在额定分析时间（动作的间隔时间或叫延时）上进行区分，这样才能有效的避免各级漏电保护器发生同时动作或越级动作的误动作现象，从而保障整个系统工作的稳定性和协调性，并确保运行的可靠性和供电的连续性。此种智能的漏电保护器在国外和一般型的漏电保护器，可以防止在闭合电源时，相与保护导线之间的电容上的冲击电流引起的误动作。漏电保护器动作的误动作现象常常发生，扩大了停电的范围，影响了安全可靠地供电，也给管理带来很大麻烦。同时现有许多产品在抗雷电冲击方面性能不佳，经常导致误动作，因此发展一套具有高稳定性、协调工作，并具有一定的智能判断的漏电保护器是有必要的。1.1.6选题依据近年来，我国国民的经济水平逐渐提高，使用电器也越来越多，越来越齐全，电器产品成了现在家庭的主流。所以漏电现象也在逐渐上升，这对于人们的安全问题是个越来越严峻的问题，提高性能，与可靠性，使用方便，保障安全，将是当务之急。我国漏电保护器的生产和应用起步较晚，但经过80年代和90年代的自行研制、开发，引进国外先进技术，取得了较大的进展，已经形成一定规模的生产能力。我国生产的漏电保护器绝大部分为电子式的，约占漏电保护器总产量的90％左右。电磁式漏电保护器因制造成本高、价格贵，使用量较少，目前仅占10％左右。主要种类有：家用及类似用途漏电断路器、漏电断路器（主要由低压塑壳断路器派生而成）、移动式漏电保护器和漏电继电器等。为了提高性能的稳定，和可靠性，使安全更有保障，人们总是希望漏电保护器具备漏电及时检测并做出相应的动作，断开相接的电路，保护作用。在零线与火线接反、没接地线、过载、短路等地情况下能起到保护的作用。而老式的漏电保护器大多只能起到在漏电的时候断开电路，在其它的情况下不起作用。越来越多的企业经营者意识到，置身激烈的市场，必须采用智能有效地保护器，而现在以电为主流的社会，主要集中在智能这一模块上，采用成本低，效率高的器件，节省电能，便于维修，提高效率，达到人们想要的结果，方便与人们的生活。目前市场上智能漏电保护器比较贵，家用不适合，对我们来说也是件奢侈的产品，很多用户宁愿不用，也不用这么贵的，再说，家庭也不必用这种产品。我们研究的智能漏电保护器，采用基本的方式，以廉价的主控芯片FM2145等元器件为主，不采用昂贵的追踪器件。以简单的电路设计，使得采用廉价的元器件成为可能。智能漏电保护器的使用者大部分是用于住宅处，所以价格也是一个很重要的方面，使用户能大面积使用，而不会因为价格问题而不安装漏电保护器，从而使漏电保护器不再是人们的负担。据不完全的统计，1998年全国漏电动作保护器的年销售量（包括出口）已超过1200万台。其中，漏电断路器占57％，漏电保护插头占25％，其余为漏电保护继电器、漏电保护插座等。如果改成这种智能漏电保护器，不但能实现过载保护、短路保护、等功能，大大提高了人们的安全，这对人们的生活带来了极大的便利，也提高了人们的生活水平，并对电力事业做出了重要贡献。1.1.7本课题研究内容1）漏电保护2）零线与火线接反保护3）没接地时保护4）对漏电保护器原理的分析5）过载、短路的保护6）对漏电的检测2安装漏电保护器的必要性2.1安全问题安全问题我们不可忽视。据不完全统计，1998年我国14个省已经安装各种型号的漏电保护器3600余万台，这14个省在1994～1998年的5年里漏电保护器动作次数为319万次。其中由于人及动物直接接触而触电动作的为28.6万次，占总动作次数的8.97%；由线路及用电设备发生漏电保护器动作的为269.4万次，占总动作次数的84.45%；不明原因动作的为21万次，占总动作次数的6.58%。从全国农村实施漏电保护的效果上看，也是十分明显的，触电死亡人数从1980年的4000人下降到1998年的167人，尽管用电量大幅度增加，但触电死亡人数却下降了近24倍，这充分证明：我国广大农村安装使用了漏电保护器为农村安全用电减少触电死亡起到了显著的作用。80年代以来，家用电器的迅速普及，使洗衣机、电冰箱、电冰柜、厨房电器、清洁电器、取暖电器、空调、整容以及照明电器大量的进入家庭，因安装、使用、维护不当造成触电伤亡事故时有发生。从而使得80年代与70年代相比，人身触电事故几乎增加了1.5倍，而且还将以每年5％的速度增长。因此全社会对触电、漏电保护的呼声与日俱增。这就更加证明了漏电保护器的重要作用。以漏电保护器来使人们的安全更有保障。使人们对家用电器的使用更加放心。

漏电保护器虽然具有一定的保护作用，不过当漏电保护器本身出现故障，不能发挥正常的保护功能。因此，在使用漏电保护器的同时，原有的保护措施不能拆除，应该继续使用。如：接零、接地保护等。即是额定漏电动作电流小于30mA的漏电保护器，也不能做为唯一的直接接触保护，只能做为直接接触的补充保护，同时操作人员还要严格遵守安全操作规程。只有这样，才能防止发生意外事故，确保安全。2.1.1漏电保护器的安全使用在使用本次设计的漏电保护器的同时，应严格按照规定的说明使用，对此国家为了规范漏电保护器的正确使用，相继颁布了《漏电保护器安全监察规定》（劳安字（1999）16号）和《漏电保护器安装与运行（GB13955-92）等一系列标准和规定。依据这些标准和规定，我们在选用漏电保护器时应遵循以下主要原则：1.购买漏电保护器时应购买具有生产资质的厂家产品，且产品质量检测合格。在这里要提醒大家：目前市场上销售的漏电保护器有不少是不合格品。2002年10月28日，\o"国家质检总局"国家质检总局公布漏电保护器产品质量抽查结果，有20%左右的产品不合格，其主要问题为：有的不能正常分断短路电流，消除火灾隐患；有的起不到人身触电的保护作用；还有一些不该跳闸时\o"跳闸"跳闸，影响正常用电。2.应根据保护范围、人身设备安全和环境要求确定漏电保护器的电源电压、工作电流、漏电电流及动作时间等参数。3.电源采用漏电保护器做分级保护时，应满足上、下级开关动作的选择性。一般上一级漏电保护器的额定漏电电流不小于下一级漏电保护器的额定漏电电流，这样既可以灵敏地保护人身和设备安全，又能避免越级跳闸，缩小事故检查范围。4.手持式电动工具（除III类外）、移动式生活用家电设备（除III类外）、其他移动式机电设备，以及触电危险性较大的用电设备，必须安装漏电保护器。5.建筑施工场所、临时线路的用电设备，应安装漏电保护器。这是《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-88）中明确要求的。6.机关、学校、企业、住宅建筑物内的插座回路，\o"宾馆"宾馆、\o"饭店"饭店及\o"招待所"招待所的客房内插座回路，也必须安装漏电保护器。7.安装在水中的供电线路和设备以及潮湿、高温、金属占有系数较大及其他导电良好的场所，如\o"机械加工"机械加工、\o"冶金"冶金、\o"纺织"纺织、\o"电子"电子、\o"食品"食品加工等行业的作业场所，以及锅炉房、水泵房、食堂、浴室、医院等场所，必须使用漏电保护器进行保护。8.固定线路的用电设备和正常生产作业场所，应选用带漏电保护器的动力配电箱。临时使用的小型电器设备，应选用漏电保护插头（座）或带漏电保护器的插座箱。9.漏电保护器作为直接接触防护的补充保护时（不能作为唯一的直接接触保护），应选用高灵敏度、快速动作型漏电保护器。一般环境选择动作电流不超过30mA，动作时间不超过0.1s.，这两个参数保证了人体如果触电时，不会使触电者产生病理性生理危险效应。在浴室、游泳池等场所漏电保护器的\o"额定动作电流不"额定动作电流不宜超过10mA。在触电后可能导致二次事故的场合，应选用额定动作电流为6mA的漏电保护器。10.对于不允许断电的电气设备，如公共场所的通道照明、应急照明、消防设备的电源、用于防盗报警的电源等，应选用报警式漏电保护器接通声、光报警信号，通知管理人员及时处理故障。漏电保护器使用时还应该注意的事项：1.漏电保护器适用于电源中性点直接接地或经过电阻、电抗接地的低压配电系统。对于电源中性点不接地的系统，则不宜采用漏电保护器。因为后者不能构成泄漏电气回路，即使发生了接地故障，产生了大于或等于漏电保护器的额定动作电流，该保护器也不能及时动作切断电源回路;或者依靠人体接能故障点去构成泄漏电气回路，促使漏电保护器动作，切断电源回路。但是，这对人体仍不安全。显而易见，必须具备接地装置的条件，电气设备发生漏电时，且漏电电流达到动作电流时，就能在0.1秒内立即跳闸，切断了电源主回路。2.漏电保护器保护线路的工作中性线N要通过零序电流互感器。否则，在接通后，就会有一个不平衡电流使漏电保护器产生误动作。3.接零保护线(PE)不准通过零序电流互感器。因为保护线路(PE)通过零序电流互感器时，漏电电流经PE保护线又回穿过零序电流互感器，导致电流抵消，而互感器上检测不出漏电电流值。在出现故障时，造成漏电保护器不动作，起不到保护作用。4.控制回路的工作中性线不能进行重复接地。一方面，重复接地时，在正常工作情况下，工作电流的一部分经由重复接地回到电源中性点，在电流互感器中会出现不平衡电流。当不平衡电流达到一定值时，漏电保护器便产生误动作;另一方面，因故障漏电时，保护线上的漏电电流也可能穿过电流互感器的个性线回到电源中性点，抵消了互感器的漏电电流，而使保护器拒绝动作。2.1.2触电对人体危害一提到电，给大家感觉就是很害怕，因为在生活中我们经常看到人触电而丧失生命的，这对于人们来说是件让人毛骨悚然的事，毕竟现在社会电器普及，我们处在电的生活中所以我们应该防微杜渐，防患于未然。触电指的是电流通过人体的伤害。当人手触摸电线并形成一个\o"电流回路"电流回路的时候，人身上就有\o"电流"电流通过；当电流的大小足够大的时候，就能够被人感觉到以至于形成危害。当触电已经发生的时候，就要求在最短的时间内切除电流，比如说，如果通过人的电流是50毫安的时候，就要求在1秒内切断电流，如果是500毫安的电流通过人体，那么时间限制是0.1秒。人体触电时，通入人体的电流越大相电流持续的时间越长就越危险。其危险程度大致可以划分为三个阶段：感知－摆脱－室颤。①感知阶段。通入电流很小，人体能有感觉（一般大于0.5mA），对人不构成危害；②摆脱阶段。指手握电极触电时，人能摆脱的最大电流值（大于10mA），此电流虽有危险，但可以自己摆脱，基本也构不成致命的危险。当电流增大到程度，触电者将因肌肉收缩，发生痉挛导致抓紧带电体，自己不能摆脱。③室颤阶段。随电流加大和触电时间延长（大于50mA），将导致发生心室颤动，不立即断开电源，将会导致死亡。由此可以看出，心室颤动是人体触电致死的最主要原因。对人的保护，常用不引起心室颤动，确定电击保护特性的依据。2.1.330mA·s的安全性30mA·s是电通过人体的安全限值。经过大量的实验成果和研究的表明，引起心室颤动，不仅与通过人体的电流有关，还与电流在人体中所保持的时间有关，电通过人体的安全电量Q=I×t。一般的安全电量为50mA·s。但是，如果按照50mA·s控制，当通电时间很短而通过电流较大时（例如500mA×0.1s），仍然会有引发心室颤动的危险。虽然低于50mA·s不会发生触电致死的后果，但也会导致触电者失去知觉或发生二次伤害事故。实践证明，用30mA·s作为电击保护装置的动作特性，无论从使用的安全性还是制造方面来说都比较合适，与50mA·s相比较有1.67倍的安全率（K=50/30=1.67）。从“30mA·s”这个安全限值可以看出，即使电流达到100mA，只要漏电保护器在0.3s之内动作并切断电源，人体尚不会引起致命的危险。故30mA·s这个限值也成为智能漏电保护器产品的选用依据。2.2英国、日本等国对漏电保护的安全问题目前，不仅我国对安装漏电保护器重视，世界主要工业强国也已进入了以强大的生产能力为后盾，用立法手段普及触电保护器的阶段。

德国民间法规VDE0100规定：在住房进线处和楼房的各层电加热器、浴室等处必须使国IEE（电气工用电流动作型触电漏电保护器）。

法国按VF（法兰西国家标准），从1962～1965年全国所有用户的建筑物内都安装了触电漏电保护器。

英国（英程师协会）规定：在住房的进线处、建筑工地等地方必须安装漏电保护电器。

美国IEE以及各州根据NEC（国家电业规程）均立法规定：在住房、浴室内的进线处、室外、屋下的外进线处和建筑工地单个设备进线处，以及游泳池使用的设备上必须安装4～6毫安或20毫安等级的触电保护器。

日本国制定了劳动安全卫生法和电气技术标准。规定在电压超过60伏的电路及设备上必须安装漏电保护器。可以看出各国对用电安全的问题越来越重视，对各国人们的安全问题越来越关注，所以安装漏电保护器关乎各国人们的利益，人们应给予配合。3漏电保护器的分类本章主要介绍了漏电保护器的分类，它的种类很多，可以按工作原理分、按动作方式分、按漏电保护器的功能分、根据漏电保护器的使用场合分、根据漏电保护器的动作时间分。3.1按工作原理分（1）电压动作型漏电保护器电压动作型漏电保护器，是利用电压互感器，通过检测用电线路的电压变化来控制漏电脱扣器，称为电压动作型漏电保护器。（2）电流动作型漏电保护器电流动作型漏电保护器是利用电流互感器，检测用电线路漏电电流来控制漏电脱扣器，称为电流动作型漏电保护器。3.2按动作方式分（1）电磁式漏电保护器零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，称为电磁式漏电保护器，其动作功能与线路电压无关。（2）电子式漏电保护器零序电流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，称为电子式漏电保护器，其动作功能与线路电压有关。3.3按漏电保护器的功能分（1）漏电断路器漏电断路器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，使主电路触头断开的机械开关电器。漏电断路器带有过载和短路保护,有的漏电断路器还可带有过电压保护。（2）漏电继电器漏电继电器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，发出一个机械开闭信号使机械开关电器脱扣或声光报警装置发出报警的电器。漏电继电器常和交流接触器或低压断路器组成剩余电流保护器，作为农村低压电网的总保护开关或分支保护开关使用。（3）移动式漏电保护器移动式漏电保护器是由插头、漏电保护装置和插座或接线装置组成的电器，它包括漏电保护插头、移动式漏电保护插座、漏电保护插头插座转换器等，用来对移动电器设备提供漏电保护。（4）固定安装的漏电保护插座由固定式插座和漏电保护装置组成的电器，也可对移动电器设备提供漏电保护。3.4根据漏电保护器的使用场合分（1）专业人员使用的漏电保护器这种剩余电流漏电保护器一般额定电流比较大，作为配电装置中主干线或分支线的保护开关用，发生故障影响范围比较大，要求由专业人员来安装、使用和维护。漏电继电器和大电流漏电断路器属于这种形式的漏电保护器。（2）家用和类似用途的漏电保护器用于商用、办公楼及城乡居民住宅等建筑物中的剩余电流保护器，一般额定电流比较小，作为终端电气线路的漏电保护装置，适合于非专业人员使用。主要是家用漏电断路器和移动式漏电保护器。3.5根据漏电保护器的动作时间分（1）一般型漏电保护器无故意延时的漏电保护器，主要作为分支线路和终端线路的漏电保护装置。（2）延时型漏电保护器专门设计的对某一剩余动作电流值能达到一个预定的极限不动作时间的的漏电保护器。延时型漏电保护器主要作为主干线或分支线的保护装置，可以与终端线路的保护装置配合，达到选择性保护的要求。4智能漏电保护器的设计4.1智能漏电保护器的构成图4-1智能漏电保护器的结构框图本设计的智能漏电保护器的结构如图4-1所示，当电气设备漏电时，将呈现异常的电流或电压信号，漏电保护器通过检测、处理此异常电流或电压信号，促使执行机构动作。我们把根据故障电流动作的漏电保护器叫电流型漏电保护器，根据故障电压动作的漏电保护器叫电压型漏电保护器。由于电压型漏电保护器结构复杂，受外界干扰动作特性稳定性差，制造成本高，现已基本淘汰。目前国内外漏电保护器的研究和应用均以电流型漏电保护器为主导地位。电流型漏电保护器是以电路中零序电流的一部分（通常称为残余电流）作为动作信号，且多以电子元件作为中间机构，灵敏度高，功能齐全，因此这种保护装置得到越来越广泛的应用。电流型漏电保护器的构成分四部分：1.检测元件：\o"检测元件"检测元件可以说是一个零序电流互感器。被保护的相线、中性线穿过环形铁心，构成了互感器的一次\o"线圈"线圈N1，缠绕在环形铁芯上的绕组构成了互感器的二次线圈N2，如果没有漏电发生，这时流过相线、中性线的电流向量和等于零，因此在N2上也不能产生相应的感应\o"电动势"电动势。如果发生了漏电，相线、中性线的电流向量和不等于零，就使互感器上产生感应电动势，这个信号就会被送到中间环节进行进一步的处理。2.中间环节：中间环节通常包括\o"放大器"放大器、\o"比较器"比较器。间环节的作用就是对来自零序互感器的漏电信号进行放大和处理，并输出到执行机构。3.执行机构：该结构用于接收中间环节的指令信号，实施动作，自动切断故障处的电源。4.试验装置：由于漏电保护器是一个保护装置，因此应定期检查其是否完好、可靠。试验装置就是通过试验按钮和限流电阻的\o"串联"串联，模拟漏电路径，以检查装置能否正常动作。4.2智能漏电保护器的原理图设计图4-2智能漏电保护器的原理图本论文的漏电保护器如图4-2所示，是基于零序原理，进出均衡。主要是一个零序线圈，所有的线都穿过去（PE除外）。原则就是流进的电流等于流出的电流。二次绕组无输出，自动开关保持在接通状态，漏电保护器正常运行。三相四线制的四线全穿过互感器，三相五线制的保护线不能穿过去，单相电的火线零线全穿过去等。当被保护电器或电路发生漏电时，一部分电流流进大地而形成互感器外的电流回路，互感器内的电流不再平衡，就通过IC2145感应出了电流，此时给可控硅BT施加了正向电压，使可控硅BT导通，与之相连的电磁铁也通电，产生感应电动势，其二次绕组有感应电流产生，经放大后输出使漏电脱扣器动作推动自动漏电开关动作跳闸，断开电路，起到漏电保护器保护的目的。这次设计的智能漏电保护器更重要的特点是当零线与火线接反时同样可以起到保护的作用。但是一般的漏电保护器中，如果零线与火线接反了的话，有的在内部跳闸断开时是只断开一根火线，并不是所有线都断开，这也是安全考虑。有的不但起不到保护作用，甚至不如不用。本次设计的漏电保护器却拥有了这种功能。智能漏电保护器当没有接地的时候，同样可以起到保护的作用。使人们的安全起到保护的作用。4.2.1元器件的选择本论文设计的漏电保护器如图4-2所示中，我们需要用到的元器件有很多，例如有可控硅、IC、零序互感器、压敏电阻、电磁铁等。要了解漏电保护器的原理及功能作用，首先要了解这些主要元器件的功能作用，这样才能更有利于电路的设计。（1）零序互感器的选择论文中零序互感器HL如图4-2所示,根据它的基本原理基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。在线路与电气设备正常的情况下，各相电流的矢量和等于零，因此，零序电流互感器的二次侧绕组无信号输出，执行元件不动作。当发生接地故障时的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，零序电流互感器的二次侧感应电压使执行元件动作，带动脱扣装置，切换供电网络，达到接地故障保护的目的。使用：可在三相线路上各装一个电流互感器，或让三相导线一起穿过一零序电流互感器，也可在中性线N上安装一个零序电流互感器，利用其来检测三相的电流矢量和。零序电流互感器采用ABS工程塑料外壳、全树脂浇注成密封，有效避免了互感器在长期使用过程中的锈蚀。绝缘性能好，外形美观。具有灵敏度高、线性度好运行可靠，安装方便等特点。其性能优于一般的零序电流互感器，使用范围广泛，不仅适用于电磁型继电保护，还能适用于电子和微机保护装置。（2）压敏电阻的选择论文中的压敏电阻RV的型号是ZOV07D431K如图4-2所示。“压敏电阻"是中国大陆的名词，意思是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。压敏电阻器的电阻体的材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。在中国台湾，压敏电阻器称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。压敏电阻在论文中的最大特点是电路中安全阀的作用。当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，使保护电路免受过电压的损害。（3）可控硅的选择可控硅BT在本论文的选择是很重要的。如图4-2所示的可控硅BT，在本次设计的电路中，根据它的特性我们选用了型号为BT169D的可控硅，它的外形及功能引脚如图4-3所示。可控硅BT169D的特性：具有低的同态压降；门极触发信号敏感；高的可靠稳定性；环保产品。主要用于调温调光电路、彩灯控制电路、漏电保护器电路、其他需要门极半波控制的电路等。图4-3可控硅的外形及功能引脚表4-1引脚名称序号引线名称1阴极K2门极G3阳极A在本论文的电路中要使晶闸管导通，如表4-1所示，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。（4）电磁铁的选择论文中电磁铁SL如图4-2所示，是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯用软铁制作，而不能用钢制作。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。优点：电磁铁有许多优点：电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制；磁性的大小可以用电流的强弱或线圈的匝数来控制；也可改变电阻控制电流大小来控制磁性大小；它的磁极可以由改变电流的方向来控制，即磁性的强弱可以改变、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以改变，磁性可因电流的消失而消失。应用：电磁铁是电流磁效应的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。（5）主控芯片的选择下面就是主控芯片FM2145的漏电保护插座的低功耗IC如图4-4所示：图4-4主控芯片FM2145在电路中的主控芯片FM2145如图4-2所示，是交流漏电保护插座的低功耗控制IC。它是在漏电保护器中重要的元器件，及时的检测漏电对其保护。主控芯片FM2145是低功耗漏电保护专用的集成电路，对于火线和中线对地线漏电的故障，都能检测并且实现保护。它的引用脚排列及功能如图4-5、表4-2所示。特点：交流供电无需分压直接驱动SCR电源电压由交流直接转换成26V灵敏度可调中线漏电检测符合U.L.943标准静态电流仅450uA可适用于120V和220V供电采用SOP8或DIP8封装形式图4-5引用脚排列表4-2引用脚功能管脚号管脚名称管脚功能1VFB运放负输入端2+Input运放正输入端3VREF参考电压4GND接地端5SCRTrigger可控硅驱动6+VS电源7OpAmpOutput运放输出端8NC空脚本论文设计的漏电保护插座可以检测到危险的接地故障隐患,例如设备的火线和零线接反、电源插座漏水等。在造成巨大的损害前,这类漏电保护插座自动跳闸并关断开电源。FM2145接地故障中断器内部包含一个26V并联型的电源、运算放大器和SCR驱动单元。外部仅需两只感应线圈、一只桥式整流器、一只可控硅整流器和其它的一些简单的元件。主控芯片FM2145即可检测并提供接地故障保护。FM2145结构简单且使用方便,可以有效地保证漏电保护插座的可靠性。选择这些元器件既简单又能解决我们所面临的问题。4.3单元电路原理与设计本节主要介绍各单元模块的设计，具体分析它的单元原理及设计。4.3.1FM2145的供电电路设计如图4-6所示的主控芯片的INPUT管脚可接可不接，接上就可以选择电压的大小，不接上就会默认为电压的大小为+13V。本次设计的电路中2号管脚没有接，也就是说这个电路的电压大小为+13V。主控芯片FM2145的供电是来源于零序互感器，当零序互感器的矢量和，即当流进的电流与流出的电流不相等的时候，零序互感器就感应出电流并把检测的电流供给FM2145，通过芯片FM2145的1号管脚和3号管脚导通电流。因为FM2145内部有运算放大的电路，使电流放大。FM2145外围部分包括2组线圈，一组桥式整流电路，可控硅和另外一些元件。FM2145对于火线和中线对地线漏电的故障，都能检测并实现保护。主控芯片FM2145的内部设计与RV4145是一样的。图4-6主控芯片的内部电路图4.3.1漏电信号输入的设计本次漏电信号的输入设计如图4-2所示中，当地线没接的时候零序互感器会产生矢量和的不平衡，产生电流的不相等，这时就使FM2145检测到漏电；当零线与火线中的任一条线产生漏电时，同样也会使零序互感器产生电流的不平衡，流进的电流与流出的电流不相等，将不相等的电流送给FM2145，使它检测到漏电的信号输入。4.3.2电磁铁驱动电路的设计当芯片FM2145通过零序互感器如图4-2所示，当检测到电流的时候，由5号管脚SCR可控硅的驱动，使可控硅BT导通。要使可控硅BT导通就必须使SCR可控硅的驱动状态为高电平“1”，截止使SCR可控硅的驱动为低电平“0”由图4-6可得出，要使可控硅的驱动为“0”时，当输出电压V(out)在（6.5v~19.5v）时，SCR可控硅的驱动为“0”说明FM2145没有工作；要是使可控硅的驱动为“1”时，当输出电压V(out)小于6.5v或者V(out)大于19.5v的时，SCR可控硅的驱动为“1”，使可控硅导通，这样电磁铁就得以驱动。4.3.3电磁铁供电部分的设计结合图4-2和4-6所示，当SCR可控硅的驱动为高电平“1”时，可控硅BT导通，使电磁铁得电，之后，电磁铁产生磁通，吸合开关RESET，使电路断开，起到保护的目的。4.3.4接地保护电路的设计接地保护电路设计如图4-2所示，当Z2和D3之间没有接地的情况下，电流通过零序互感器。通过两个极性相反的稳压管Z1、Z2，使电压过压时，起到保护的作用。经过火线流回零序互感器与零线相接，这样就使火线与零线的电流通过零序互感器，看它的矢量和流进的电流与流出的电流是否相等，并通过FM2145进行漏电的检测，这样就使漏电保护器在没有接地的情况下，依然可以对电路起到保护的作用。4.3.5手动测试电路的设计为了确保漏电保护器的正常工作，本次设计通过TEST手动测试电路如图4-2所示，它由限流电阻R1、开关TEST相接于零线和火线并通过零序互感器。正常情况下，零线与火线通过零序互感器，流进的电流等于流出的电流，矢量和为零，为确保电路的可靠性、人们的用电安全，我们加了一个手动测试电路