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智能漏电断路器事件触发程序设计:外部信号与内部逻辑响应
时间:2025-09-28 来源:米博电气集团
智能漏电断路器的事件触发程序设计需围绕外部信号检测与内部逻辑响应展开,其核心是通过高精度传感器采集电气参数,结合数字信号处理与逻辑判断算法,实现漏电、过载、短路等故障的快速识别与保护动作。以下是具体设计框架:

### **一、外部信号检测模块**
1. **剩余电流检测**
- **传感器**:采用零序电流互感器(CT)检测三相电流矢量和(即剩余电流)。当电路无漏电时,三相电流平衡,CT二次侧无感应电流;漏电发生时,剩余电流导致CT二次侧产生感应电动势。
- **信号处理**:感应信号经绝对值放大电路(如精密全桥整流)转换为直流电压,再通过平方/除法电路(隐示法对数运算)计算真有效值,消除脉动直流漏电信号的相位影响。
- **阈值比较**:将计算后的剩余电流有效值与预设阈值(如30mA家用型)比较,超出则触发内部逻辑响应。

2. **电压/电流检测**
- **电压检测**:采用电流互感器与电阻串联法替代传统电压互感器,减小体积并提高精度。通过整流桥将交流电压转换为单相全波,供单片机A/D采样。
- **电流检测**:三相交流互感器将电流转换为电压信号,经运算放大器调理后整流滤波,输入单片机A/D转换器。
- **相序检测**:通过峰值检测法计算A、B相电压相位差,若相位差在110°~130°范围内则判定相序正常,否则报错。

3. **其他信号**
- **试验按钮**:模拟漏电信号,用于定期测试保护功能。
- **DIP开关**:设置漏电动作值、分断时间等参数,支持一、二级保护需求。

### **二、内部逻辑响应模块**
1. **主控单元**
- **单片机选型**:采用PIC24FJ64(改进型哈佛架构),具备高速A/D转换(20ms周期采样36次)、低功耗、抗干扰强等特点,完成数据采集、逻辑判断、通信控制等功能。
- **初始化**:系统上电后初始化端口、定时器、A/D转换器等模块,并显示LCD界面。

2. **逻辑判断算法**
- **漏电保护**:
- **突变/缓变识别**:通过鉴相鉴幅技术区分设备漏电(缓变)与人体触电(突变),避免越级跳闸。
- **动作条件**:若剩余电流有效值超过阈值(如30mA),且持续时间达到设定值(如0.1s),则触发脱扣。
- **过载/短路保护**:
- **过载长延时**:电流超过额定值但未达短路阈值时,延时跳闸(如数秒至数分钟)。
- **短路瞬时**:电流超过短路阈值时,立即跳闸(<0.1s)。
- **欠压/过压保护**:电压低于165V或高于260V时,自动分断并报警。

3. **脱扣控制**
- **电磁脱扣器**:单片机输出驱动信号至脱扣器,切断主回路。
- **自动重合闸**:漏电或过载跳闸后,延时(如20~60s)自动合闸,若故障仍存在则闭锁并报警。

4. **通信与存储**
- **RS485总线**:采用主从式结构,支持1~250台断路器联网,通过Modbus协议与上位机通信,实现远程监控与参数设置。
- **故障记录**:存储故障类型、发生时间、漏电电流值等,最多记录200条历史数据。

### **三、关键设计细节**
1. **抗干扰措施**
- **硬件**:采用光耦隔离、滤波电路抑制电磁干扰。
- **软件**:CRC校验通信数据,数字滤波处理采样信号。

2. **参数可调性**
- **动作值设置**:通过DIP开关或上位机调整剩余电流动作值(如30~1000mA)、分断时间(0.1~0.6s)。
- **保护模式选择**:支持一、二级保护切换,适应不同应用场景。

3. **安全冗余**
- **双通道检测**:剩余电流与电压/电流检测独立运行,避免单点故障。
- **看门狗定时器**:防止程序跑飞,确保系统可靠性。

### **四、应用场景示例**
- **家庭用电**:安装在配电箱中,检测插座回路漏电,动作值设为30mA,快速切断电源防止触电。
- **工业设备**:保护电机回路,动作值设为300mA,分断时间0.6s,避免频繁跳闸影响生产。
- **建筑施工**:临时用电中检测电缆破损漏电,动作值设为100mA,确保施工人员安全。

### **五、设计优势**
1. **高精度检测**:真有效值计算消除脉动直流影响,漏电识别更可靠。
2. **智能化功能**:支持远程监控、参数调整、故障记录,提升运维效率。
3. **灵活适配**:通过软件算法与硬件参数调整,满足不同场景需求。
4. **安全冗余**:多级保护与抗干扰设计,确保系统稳定运行。