中心議題：

• 漏電流保護的死去問題
• 漏電流的逐值檢測法
• 漏電保護器的實現

解決方案：

• 采用單片機設計漏電檢測係統

隨著工商業和家庭等的重要用電設備不斷增加


，用電設備和人身安全的保護逐漸成為一項至關重要的工作。隨(sui)著(zhe)人(ren)們(men)對(dui)漏(lou)電(dian)保(bao)護(hu)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用(yong)，電(dian)流(liu)動(dong)作(zuo)型(xing)漏(lou)電(dian)保(bao)護(hu)器(qi)得(de)到(dao)了(le)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)，新(xin)的(de)漏(lou)電(dian)保(bao)護(hu)的(de)原(yuan)理(li)和(he)方(fang)法(fa)不(bu)斷(duan)出(chu)現(xian)，但(dan)漏(lou)電(dian)觸(chu)電(dian)傷(shang)亡(wang)事(shi)件(jian)仍(reng)然(ran)層(ceng)出(chu)不(bu)窮(qiong)。將(jiang)單(dan)片(pian)機(ji)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)於(yu)保(bao)護(hu)電(dian)器(qi)中(zhong)，可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)地(di)克(ke)服(fu)剩(sheng)餘(yu)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)誤(wu)動(dong)和(he)拒(ju)動(dong)等(deng)缺(que)點(dian)
，使(shi)其(qi)保(bao)護(hu)特(te)性(xing)更(geng)加(jia)準(zhun)確(que)
、可靠。

1 漏電流保護的死區問題

漏電流也被稱作剩餘電流，包括兩個部分：漏電流中隨氣候、設(she)備(bei)老(lao)化(hua)等(deng)變(bian)化(hua)而(er)緩(huan)慢(man)變(bian)化(hua)的(de)緩(huan)變(bian)電(dian)流(liu)和(he)突(tu)然(ran)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)漏(lou)電(dian)的(de)突(tu)變(bian)電(dian)流(liu)。由(you)於(yu)緩(huan)變(bian)電(dian)流(liu)和(he)突(tu)變(bian)電(dian)流(liu)的(de)不(bu)同(tong)變(bian)化(hua)特(te)征(zheng)，對(dui)它(ta)們(men)要(yao)采(cai)取(qu)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)和(he)保(bao)護(hu)。

在被保護電路工作正常
，沒有發生漏電或觸電故障的情況下
，通過漏電電流互感器TA一次測的電流相量和等於零
，使得TA鐵中心的磁通相量和也為0，這樣TA的二次側沒有感應電動勢產生，漏電保護器拒動作
，係統保持正常供電；當被保護電路發生漏電故障或有人觸電時，由於漏電流的存在
，漏電流通過TA
，使其磁通量發生變化，從而通過TA一次側各相電流的相量和不再等於零


，產生了漏電電流Ik。這使得TA鐵中心的磁通的相量和也不等於0，在鐵心中出現了交變磁通。TAdeercicezaijiaobiancitongzuoyongxia，jiuyouganyingdiandongshichansheng
，ciloudianxinhaojingzhongjianhuanjiejinxingchulihebijiaodangguzhangdianliudadaoedingzhishi
，zuyishiloudiantuokouqidongzuo
，qieduanguzhangdianlu，youxiaodiqidaobaohuzuoyong。

具體地說
，剩餘電流互感器檢測到的漏電電流為電網緩變電流和突變電流的相量和
，即。設觸電發生在任意一相，如A相，突變電流與線路緩變電流間的相位差角為φ，則φr=0，φL=φ，就可以得到，大小為：

當觸電發生時，突變電流彙入線路緩變電流形成新的漏電電流

，其前後的變化量為：

取這個變化量△I作為漏電保護的動作信號，當△I達到整定值時

，推動保護裝置動作。將式(1)代入式(2)得△I=，此時
，當Ir為50mA，IL為100 mA時

，若整定值為30 mA

，則通過計算可知有63．9°～139．5°和220．5°～296．1°兩個死區區間
，且隨整定值變小死區範圍會變大。經取值計算可看出：漏電保護存在動作死區，而且值越小，靈敏度越高，但死區範圍越大。

2 漏電流的逐值檢測法

逐值檢測法指以連續的3個周期為處理單元
，將對應時刻的漏電流值與前1周期對應時刻的緩變電流值相減，可以在每個周期內確定的時刻采樣得到有效的信號值△I，然後將連續3個周期相對應時刻的△I值進行比較處理。以周波中第二個采樣點為例：當前采樣時刻t21的△I，與設定值作比較

，若大於設定值(突變電流動作整定值)，再判斷後兩個周期相對應時刻t22和t23的值，均大於，則確定是突變電流
，發出執行信號
，繼電器動作
；若後兩個周期中相對應時刻t22和t23的值均小於，則確定為緩變電流，且原來緩變電流的值增大h2
，而差值h1判斷為幹擾信號。依照此方法，當累積的緩變電流值達到其動作整定值I△n時
，應發出執行信號
，繼電器動作

，保護設備和人身。
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如圖1所示，是電網緩變電流曲線，shicededexinhaodianliu，qimeiyishikededianliuzhidoushihuanbiandianliuhetubiandianliudeshilianghe
，youyuzaijiaoduandeyiduanshijiannei
，huanbiandianliushixiangduibubiande，daxiaokeyidengyuqianyishikedehuanbiandianliu的值
，即圖1虛線所示，所以在t1到t3degeshikedianliutuzengzhijitubiandianliujiukeyijisuanchulai。zhongyaodeyidianjiushiyaoshejiguolingdianjiancedianlu，zhunquejiancelingxiangweidian。yibanchudiantishichunzuxingtishi
，loudianliuhegongzuodianyazhijiandexiangweichaweiling
，jitongshichuxianxinhaoguolingdian；yidanchudiantiweifeichunzuxingtishi，loudianliuhedianyazhijiandexiangweichafeiling，loudianliudeguolingdiankenengshitubiandianliuhehuanbiandianliuzaizhegeshikedeshiliangheqiahaoweilingdaozhide，namebixujiancedaozheliangzhexianhouguolingdiandeshijiancha
，ranhoujisuanchuxiangweicha
，yingyonggongshi得到此刻的突變電流值
，進行判斷。

圖1 漏電流分析示意圖

3 漏電保護器的實現

根據前述漏電流檢測方法
，采用單片機設計的漏電檢測係統如圖2所示。

圖2 漏電檢測係統框圖

漏電流檢測電路由電流互感器和信號調理單元組成，將檢測到的漏電電流送到單片機的AD通道

，將其大小轉換成數字信號；dianyahuganqiyongyujiancedianyuandianya
，bingjiangdianyaxinhaodeguolingshijianyuloudianliuxinhaodeguolingshijianjinxingchazhiyunsuan，congerdedaoxiangweicha
，weijisuanloudianxinhaodebianhualiangtigongyingjianzhichi；額定動作值設定電路即鍵盤電路，用來設定額定突變電流動作值和緩變電流動作值；顯示電路可采取LED顯示，若需增加係統功能，則可選LCD液晶顯示
，可以顯示緩變電流和突變電流的大小等；動作執行單元是在檢測到的信號大於額定值時，由單片機直接控製繼電器執行動作。該係統選用TI公司的MSP430係列單片機為控製器，是一款超低功耗的16位單片機，具有功能完善、成本低廉的特點
，配有8路外部通道，可方便係統功能的實現與擴展。
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漏電流檢測的流程圖如圖3所示。漏電流信號過零點後，開始AD采樣轉換，根據定時器測得漏電流和工作電壓之間的時間差計算相位差，得到漏電流的大小，將連續3個周期同一時刻的值分別與突變電流和緩變電流的設定值作比較，判斷當前是否發生漏電；若漏電，漏電由緩變電流引起還是突變電流引起
；若大於整定值則立刻斷電並顯示係統當前故障值並報警等。

圖3 漏電信號處理流程圖

為wei了le測ce試shi需xu要yao，我wo們men設she計ji了le一yi個ge信xin號hao源yuan，可ke以yi按an照zhao係xi統tong檢jian測ce信xin號hao的de要yao求qiu產chan生sheng脈mai衝chong信xin號hao，以yi脈mai衝chong信xin號hao來lai模mo擬ni漏lou電dian信xin號hao。設she定ding緩huan變bian電dian流liu動dong作zuo值zhi為wei100 mA，突變電流動作值為8 mA，當緩變電流累計值達到90 mA時
，測試結果如表1所示。

由表1可以看出本係統在Ir動作值設定為8 mA時
，可以準確動作，和市麵上設定值為30 mA的保護裝置相比，大大提高了漏電保護的靈敏度
，實現了漏電的準確檢測。

4 結論

經測試驗證，人體觸電時的突變電流設定值低於國家標準規定的交流允許安全電流值(10 mA)時(shi)
，該(gai)智(zhi)能(neng)保(bao)護(hu)器(qi)可(ke)準(zhun)確(que)動(dong)作(zuo)，性(xing)能(neng)可(ke)靠(kao)
，減(jian)少(shao)了(le)死(si)區(qu)範(fan)圍(wei)，提(ti)高(gao)了(le)保(bao)護(hu)靈(ling)敏(min)度(du)
，使(shi)人(ren)們(men)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)和(he)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)得(de)到(dao)進(jin)一(yi)步(bu)保(bao)障(zhang)。而(er)且(qie)，可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)氣(qi)候(hou)等(deng)因(yin)素(su)更(geng)改(gai)緩(huan)變(bian)電(dian)流(liu)設(she)定(ding)值(zhi)，使(shi)用(yong)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)靈(ling)活(huo)
，同(tong)時(shi)擴(kuo)大(da)了(le)智(zhi)能(neng)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)區(qu)域(yu)。