姜兵 陶偉 高九千方 陳銀娣 俞新兵

摘 要：隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，農(nóng)村地區(qū)頻繁出現(xiàn)的跳閘問(wèn)題引發(fā)了極大的關(guān)注，基于這一現(xiàn)狀，本文重點(diǎn)研究和設(shè)計(jì)一種間歇式漏電報(bào)警裝置，快速查找頻繁跳閘問(wèn)題的故障，較好地保證農(nóng)村區(qū)域供電的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：居民;間歇式漏電報(bào)警裝置;設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.165

0 引言

我國(guó)農(nóng)村區(qū)域的配電網(wǎng)的電壓等級(jí)相對(duì)較低、用電設(shè)備種類繁雜，存在極其頻繁的跳閘現(xiàn)象和問(wèn)題，為此要注重對(duì)農(nóng)村居民用電網(wǎng)絡(luò)的漏電保護(hù)研究，針對(duì)區(qū)域頻繁跳閘的間歇式漏電現(xiàn)象，研究和設(shè)計(jì)能夠快速定位故障點(diǎn)的間歇式漏電報(bào)警裝置，準(zhǔn)確快速地檢測(cè)故障漏電流，達(dá)到研發(fā)預(yù)期效果。

1 居民間歇式漏電報(bào)警裝置研究設(shè)計(jì)背景分析

當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村區(qū)域普遍采用兩級(jí)漏電保護(hù)模式，即：配電變壓器中裝設(shè)總漏電保護(hù)裝置及居民家中裝設(shè)漏報(bào)器，由于農(nóng)村區(qū)域頻繁出現(xiàn)的跳閘現(xiàn)象大多屬于間歇式漏電現(xiàn)象，農(nóng)村居民家中的漏報(bào)器在超出30mA的漏電流時(shí)會(huì)直接動(dòng)作;而當(dāng)漏電流低于30mA或超過(guò)30mA時(shí)漏報(bào)器不動(dòng)作，則會(huì)使漏電流值逐漸累積到總漏電保護(hù)裝置的位置，使之出現(xiàn)間歇式漏電跳閘現(xiàn)象，極難查找和判斷漏電故障點(diǎn)。

為此，可以面向居民用戶，重點(diǎn)研制和設(shè)計(jì)采用微處理芯片的間歇式漏電報(bào)警裝置，采用開(kāi)口零序電流互感器進(jìn)行安全便捷的安裝，將該裝置安裝于入戶電表箱的旁邊，并將信號(hào)采集、聲光告警、事件記錄等電路整合為一體化電路，確保接線數(shù)量的最小化，并將所有的線纜接頭都密封于電表箱之內(nèi)。當(dāng)漏電流達(dá)到設(shè)定值后便會(huì)發(fā)出故障預(yù)警提示，并快速定位漏電故障點(diǎn)，可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)居民家庭中出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象報(bào)警提示，增強(qiáng)農(nóng)村居民用戶的供電安全可靠率，降低農(nóng)村居民用電安全風(fēng)險(xiǎn)，獲得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 居民間歇式漏電報(bào)警裝置研究設(shè)計(jì)主要技術(shù)分析

居民間歇式漏電報(bào)警裝置內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)是極其關(guān)鍵的技術(shù)部分，是決定該裝置應(yīng)用性能優(yōu)劣的重要內(nèi)容，具體包括以下內(nèi)容：

2.1 微處理芯片模塊

在居民間歇式漏電報(bào)警裝置之中，微處理芯片模塊是實(shí)時(shí)檢測(cè)居民用戶漏電流的大小的關(guān)鍵核心模塊，它主要包括有：

（1）專用的、高精度的單相計(jì)量芯片ATT7053。該芯片采用SPI/UART接口，內(nèi)含22位Sigma-DeltaADC，差分輸入信號(hào)，可以支持5000：1的動(dòng)態(tài)范疇，工作晶振為6MHz，電壓范圍在4.5-5.5V，精度可以滿足0.2S和0.5S，全速狀態(tài)下的功耗低于4.5mA，由此可見(jiàn)，該芯片具有功耗低、精度較高的性能特點(diǎn)，可以應(yīng)用于新裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)之中，并較好地應(yīng)用于農(nóng)網(wǎng)市場(chǎng)領(lǐng)域。

（2）低功耗單片機(jī)STC15L2K32S2。它是一種高速低耗、抗干擾性強(qiáng)、適應(yīng)好、安全可靠的新一代8051單片機(jī)，內(nèi)部集成精度高，內(nèi)置容量大，成本較低，可以安全有效存儲(chǔ)漏電上限數(shù)值和最大漏電數(shù)值，確保無(wú)掉電現(xiàn)象。該單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖如下圖1所示。

如圖1所示，在該單片機(jī)之中，由一次線圈串聯(lián)在電路之中，匝數(shù)極少，它主要采用1A/0.5A的漏電互感器，這種按比例變換電壓或電流的設(shè)備，可以較好地對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行量測(cè)或保護(hù)，并可以用于隔開(kāi)高電壓系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全可靠性。在本次設(shè)計(jì)中，考慮開(kāi)模制作500mA/5mA的精密漏電互感器，當(dāng)互感器為30mA時(shí)，裝置采樣的電壓可以達(dá)到15.3mV，確保研發(fā)設(shè)計(jì)所需的采樣精度和線性度。

2.2 按鍵設(shè)計(jì)

在居民間歇式漏電報(bào)警裝置設(shè)計(jì)中，主要內(nèi)設(shè)紅、綠兩種顏色的按鍵，其中：紅色按鍵代表設(shè)備內(nèi)部設(shè)置;綠色按鍵主要是實(shí)現(xiàn)查詢或增添功能，通過(guò)內(nèi)置按鍵的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電報(bào)警上限值的限定設(shè)計(jì)，并有效查詢漏電數(shù)據(jù)的最大值，全面把握和分析歷史最大漏電流數(shù)值，對(duì)故障用戶進(jìn)行查詢、定位判斷，待故障完全處理之后即可使用按鍵進(jìn)行清零處理。

在低功耗單片機(jī)STC15L2K32S2系統(tǒng)之中，可以對(duì)按鍵動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)的查詢和信息轉(zhuǎn)化處理，依循裝置整體應(yīng)用需求，對(duì)其他相關(guān)按鍵的功能進(jìn)行擴(kuò)展，使之較好地滿足研發(fā)設(shè)計(jì)要求。

2.3 故障報(bào)警提示設(shè)計(jì)

在居民間歇式漏電報(bào)警裝置研發(fā)設(shè)計(jì)中，要全面、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地采集漏電互感器電流數(shù)值，了解其變化狀態(tài)，對(duì)于超出限度的電流數(shù)值則設(shè)計(jì)故障報(bào)警提示信號(hào)，并將最大漏電數(shù)值信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)，將相關(guān)的電流信號(hào)數(shù)值都存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器之中，避免掉電損失。

2.4 可視化界面設(shè)計(jì)

在居民間歇式漏電報(bào)警裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要采用高清晰度的液晶顯示屏幕，進(jìn)行電流數(shù)值信號(hào)的顯示、故障報(bào)警等功能的可視化顯示，呈現(xiàn)出良好的、優(yōu)越的人機(jī)交互界面性能，并具有低功耗的特點(diǎn)。

2.5 安裝線路設(shè)計(jì)

該裝置的用戶進(jìn)戶線通常采用封閉式安裝的方法，避免接頭裸露的現(xiàn)象，包括進(jìn)戶線套管、電表箱、出線等部分，都要將進(jìn)戶線和電表箱連接部分?jǐn)嚅_(kāi)，并將閉環(huán)式互感器套在進(jìn)戶線上，確保裝置的安全高效使用。同時(shí)，裝置中的開(kāi)口式互感器可以直接安裝在需測(cè)量的進(jìn)戶套管上，方便安裝和維修。

2.6 改進(jìn)設(shè)計(jì)

在該裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)中，還有部分需要完善和改進(jìn)的內(nèi)容，諸如：成品手持式外殼的按鍵存在復(fù)用現(xiàn)象;電池盒設(shè)計(jì)欠缺合理性;連線接口位置不夠合理;可視化界面的窗口設(shè)計(jì)不太合理;開(kāi)口式傳感器內(nèi)徑較大，與單用記進(jìn)戶線直徑不相契合等。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了更好地保障農(nóng)村區(qū)域的用電安全，可以研制設(shè)計(jì)居民間歇式漏電報(bào)警裝置，采用合理的技術(shù)模塊和設(shè)計(jì)方式，使該裝置具有記錄功能和報(bào)警、故障定位等功能，保障用戶供電的安全可靠率。

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