新型漏电保护器开发

杨文熙(成都七中,四川成都 610041)



新型漏电保护器开发

杨文熙
(成都七中,四川成都 610041)

【摘 要】我国广泛使用电流动作型剩余电流保护装置来防止人身触电事故和漏电引起的电气火灾,但这样的保护装置通常通过检测线路总剩余电流的大小或变化量来决定保护是否动作。实际上,任何线路都可能存在自然漏漏电流,此电流与故障电流存在相位差,导致总剩余电流幅值可大可小,使保护装置存在一定的保护死区,因此保护装置难以准确动作。

【关键词】新型漏电 保护器 理论研究 技术开发 结构设计

在安全用电，防止人身触电伤害领域，根据现有技术，电击、触电事故难以杜绝，并且具有突发性强，人生伤亡率较高的特点。据统计，60%-70%触电事故发生在居民用电的380V(220V)电压等级，触电造成的死亡率占家庭突发死亡率的1%。

1 新型漏电保护器开发的理论研究

要开发更先进的保护装置，首先就需要快速、准确地识别触电特征，并准确区分普通触/漏电和人身触电，在此基础上，在识别到发生了人身触电事故时，保护装置动作快速、准确地切断电源。人身是生命体，生命体与非生命体在电阻抗特性上存在不同，学者Cole K S、Cole R H提出的Cole-Cole理论和学者Schwan H P发现的生物阻抗频率散射特性证明了这一点，可以此作为基本理论依据进行新技术的研究。

现有研究表明，离体时间越长，α频散特性越弱，即只有新鲜组织频散特性才较强。因此，可大致认为“生物”具有明显频散特性，“死物”不具有该特性。非生命体的频散系数α为1或接近1，人体阻抗的频散系数α明显小于1，与特征频率fc一样存在一个取值范围。人体主要由肌肉和皮肤、血液等构成，总阻抗主要由皮肤阻抗决定。

α频散系数可作为识别人体触电事故的特征，可以设置一个安全阈值，检测到频散系数低于这个定阈值时判定发生了人体触电事故，其基本依据是Cole-Cole理论中提出的生物组织阻抗的四个参数:R0、R∞、τ、α。如果检测到3个不同频率下的阻抗，就能估算阻抗半圆参数，从而估算Cole-Cole参数。

2 新型漏电保护器的技术开发

基于上述方法，用频散系数α作为识别人体触电故障的依据，用DSP(数字信号处理)技术开发有人体触电特征识别功能的新型漏电保护装置。工作原理如图1:

保护装置的组成部分有:动作机构(主开关、脱扣器)、数据采集(检测漏电电流用互感器和电压互感器)和信号处理。电压互感器(PT)与漏电电流检测用电流互感器(CT)，按上图接入被保护电网的线路。由主开关输出的二根导线同时穿过CT的环形铁心，再接至负载。主开关正常闭合供电时，得到的漏电电流，在理论上为Id=0，因为，此时，穿过环形铁心的主电路电流I1和I2大小相等、方向相反，I1+I2=0。当发生触/漏电事故时，由于线路N中的电流经人体到大地，这个电流就是触电时的漏电流Id=I1+I2。因此，如果测量到有漏电流，就可以将其用上面的方法经信号处理单元进行分析，如果判定为发生了人体触电事故，立刻给脱扣器或主开关发动作信号，立刻切断电源，触电信号的检测和识别全部由信号处理单元完成，主要是根据前面分析的方法，通过程序来实现，由于DSP处理的运算速度很快，就能在人身受到伤害前切断电源，起到保护人身安全的作用。

图1 新型漏电保护器工作原理图

3 新型漏电保护器结构设计

装置的构成，包括:数据采集、信息处理和动作机构。

3.1 数据采集

信号调制电路:利用一组PT和CT将任一相电压、电流转换到可处理的信号范围(电压0～3V，电流0～500uA)。PT直接接入220V电网中，而CT则用于测量对应漏电电流。

A/D转换器:采用TI公司的TMS320F2812芯片内置A/D转换器，16通道12位同时采样，具有2个采样保持器，高达80ns的快速转换时间，12.5MSPS的最大采样频率，I/O电平范围0.25V～Vdvdd (5V)-0.4V。

3.2 信息处理

核心处理单元:用DSP进行核心的数据处理，采用TI公司的TMS320F2812芯片，32位定点，CPU主频150MHz，Flash 128K× 32，RAM 1K×32，ROM 8K×32，足够处理现有技术要求，并且价格方面比较便宜。主要用于处理信号，提取触电特征，判定人体触电，发出信号使保护装置动作。

3.3 动作机构

信号隔离电路:隔离DSP发出的信号与动作装置的机械部分，切断引进干扰的通道，使测控装置仅与现场保持信号联系，无直接电的联系，消除电磁干扰等。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。

执行元件:利用故障模式识别信号触发比较器导通和断开，从而控制电磁继电器的开合来开断导通用电回路。采用线圈电压DC12V，通过电流10A的电磁继电器。

4 结论与展望

本文提出的基于频散特性的人体触电特征识别方法，明显比现有漏电保护装置的原理先进，对所开发的新型保护装置的测试结果证明，开发的新型保护装置能准确识别和区分人体触电特征，并在发生人体触电事故时能及时切断电源，可避免人身触电时造成人身伤害，其技术原理先进、可行，方法正确，技术路线合理，有明显的推广应用价值。

参考文献:

[1]滕松林,杨校生.触电漏电保护器及其应用[M].北京:机械工作出版社,1994.

[2]赵子琴,陈玉川,王英元等.法医病理学(四版)[M].北京:人民卫生出版社,2009.