關旭俊，謝力揚

（1.國網屯留縣供電公司，山西 屯留 046100；2.國網長治縣供電公司，山西 長治 047100）

0 引言

漏電保安器對于安全用電至關重要，它可以有效地預防人員因漏電或誤碰帶電體導致的電擊傷害事故。國家電網農電部要求漏電保安器的投入率要達到100%，而2012年山西省電力公司有關部門對部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)漏電保安器投入率的調查數據顯示，被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)漏電保安器投入率低于20%。投入率低的原因主要有：①漏電保安器下口的交流電源線路確實存在對地漏電點，導致漏電保安器動作，用戶在無法排除漏電點的情況下為了用電而拆除了漏電保安器；②用戶的漏電保安器性能下降或損壞，經常出現誤動現象，用戶為了正常用電拆除了漏電保安器；③極個別用戶利用老式電表的漏洞竊電；④有些用戶使用絕緣殘破的漏電老舊電線，導致漏電保安器動作。

因此，本文設計了基于STC90C58微控制器的單相交流供電線路漏電流監(jiān)測裝置，可同時測量出相線、中性線和零序電流值，為查找和判斷漏電狀態(tài)提供了有效的方法和手段。

1 總體設計方案

本裝置由以下幾部分構成：漏電保安器和斷路器、微控制器電路、電流測量電路、字符型LCD顯示模塊、鋰離子電池及穩(wěn)壓電源電路。

其工作原理如下：并聯連接的漏電保安器和斷路器為測試提供了過流、過負荷保護功能；STC90C58微控制器作為主控制器對CS5460A進行初始化并主動讀取電能計量芯片CS5460A的電流數據；CS5460A采集相線電流、中性線電流和零序電流值；各電流值由帶背光的液晶顯示器顯示。此外，該裝置還配置了RS232接口電路，為編程和調試提供了便利；為減輕裝置的體積和重量，本裝置采用比能量大的鋰離子電池供電，選用單體容量為2.6Ah的18650電池，通過三并三串構成11.1V、7.8Ah的電池包，與LM2574穩(wěn)壓電路共同構成＋5V電源電路。

1.1 電流測量電路

電流測量器件采用美國Cirrus Logic公司（思維邏輯公司）生產的電能計量器件CS5460A，該器件有電壓、電流兩個采用差分模擬輸入方式的信號采集通道，每秒分別對各信號進行4 000次交流采樣，然后計算出交流電流、電壓的有效值及有功和無功功率；該器件還具有低功耗、片上電壓基準、系統(tǒng)校準等特點。盡管可以利用電壓采集通道測量電流，但由于只有電流通道在1 000∶1的動態(tài)范圍內可以保證很高的線性度，因此該裝置使用了3片CS5460A分別測量相線、中性線和剩余電流，微控制器通過SPI接口與器件通訊。

相線和中性線的電流傳感元件采用5A∶0.01A電流互感器，剩余電流傳感元件采用1A∶0.01A穿芯電流互感器，互感器的二次電流通過高穩(wěn)定性電阻生成與電流對應的電壓分別接各電流測量元件的電流輸入端，電流測量元件的輸入端接有保護電路和濾波電路。圖1為測量相線電流的原理圖。

1.2 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊具有功耗低的優(yōu)點，這一點對電池供電的手持儀器尤為重要。采用有背光的LCD模塊可在不同照度條件下清楚地觀察測量數據。裝置選用了20＊2字符型模塊，其顯示格式如下：

其中：I（L）為相線電流；I（N）為中性線電流；I0為剩余電流。

圖1 測量相線電流的原理圖

1.3 穩(wěn)壓電源電路

LM2574是美國國家半導體公司生產的脈寬調制BUKE型DC－DC降壓開關電源器件，具有轉換效率較高、外圍元件少、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點，本設計選用固定輸出5V電壓的LM2574－5.0，器件最大輸出電流為0.5A，可滿足裝置供電要求。圖2為LM2574穩(wěn)壓器固定電壓輸出電路圖。

圖2 LM2574穩(wěn)壓器固定電壓輸出電路

裝置的主回路選用已知漏電流動作值的漏電保安器和小型斷路器并聯的接線方式，當某線路的漏電保安器動作而無法判斷是否其發(fā)生故障的情況下，可將本裝置接入原漏電保安器的位置，將線路上的各用電裝置斷開并將裝置上的斷路器斷開且合上漏電保安器，如果線路存在漏電現象且漏電電流大于漏電保安器的動作值，則本裝置的漏電保安器將跳開，此時合上斷路器，如果線路存在短路現象，斷路器將動作，若斷路器不動作，裝置上的LCD顯示模塊將顯示線路的相線電流、中性線電流和零序電流，根據上述電流值可大致判斷漏電的數值。

2 軟件設計

微控制器的程序采用C51語言編程。程序首先對微控制器各相關寄存器和LCD顯示模塊進行初始化，然后對各CS5460A進行初始化，對CS5460A的初始化包括向其內部各寄存器寫入控制字和系數，然后進入循環(huán)讀各CS5460A的狀態(tài)字和電流有效值寄存器的值，將其轉換為工程數值后送LCD顯示。編制好的程序經Keil C51編譯后生成hex文件，然后使用宏晶公司提供的下載工具將程序寫入STC90C58微控制器中。圖3為CS5460A程序流程圖。

圖3 CS5460A程序流程圖

3 現場試驗

2012年11月～2012年12月底，長治縣供電公司組織人員在長治市銀苑小區(qū)及長治縣對多個用戶進行了試驗。

在銀苑小區(qū)的試驗：該戶進戶線裝有總漏電保安器，保安器型號為DZ41LE－40，生產廠家為天州電氣集團。廚房和衛(wèi)生間各另裝有分支線漏電保安器，斷開戶內所有用電負荷后，在該戶廚房的相線與地線間接一6.2kΩ（1W）電阻后，總漏電保安器和廚房漏電保安器同時動作，說明漏電點在廚房分支線上，將監(jiān)測裝置接入廚房漏電保安器，斷開監(jiān)測裝置上的保安器并合上斷路器，儀器顯示：

I（L）＝0.038A；I（N）＝0.000A；I0＝0.037A。

剩余電流為37mA，而相線電流大于I0是由于相線對地有200多伏交流電位差，相線與地電位間存在有一定的電容，因此相線電流中多了一部分電容電流。

在長治縣某鎮(zhèn)居民家中漏電保安器動作且多次合不上，已拆卸漏電保安器，該用戶住宅為2008年建造的三層樓，進線接總開關，有3路分支開關，一開關控制客廳和廚房的電源，一開關控制二樓、三樓的燈和插座，另一開關控制衛(wèi)生間電源。經測試，廚房電飯鍋接地損壞，漏電0.015A，衛(wèi)生間插座及線路漏電0.014 A，三樓照明燈及線路漏電0.010A。

4 結語

采用上述方案實現的單相電力用戶電流監(jiān)測儀，具有測試精度較高、設計合理的特點，并且便于操作，為工作人員查找漏電點提供了相關信息，減輕了排查漏電線路的工作量，提高了檢修工作效率。

［1］ 夏路易.單片機技術基礎教程與實踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.