摘要：漏电保护断路器作为一项有效的电气安全技术装置被国内外广泛使用，并起到了举足轻重的作用。其核心控制技术经历了分立半导体元件控制电路、专用集成电路芯片、微处理器控制方式等多个阶段。本文通过相关文献的梳理详细描述和介绍了漏电保护器的一般工作原理；并据此提出漏电保护专用集成电路测试系统的硬件设计开发思路，为相关的研究提供有益参考与借鉴。
关键词：漏电保护；断路器；电气安全；集成电路
1引言
随着电子工业和技术的发展，漏电电流中含有脉动直流，使我国广泛应用的AC交流型漏电保护器不能有效可靠脱扣，因此，误动和拒动等故障时有发生，这就需要发展功能更为强大的A型漏电保护器。并且在现场应用过程中，传统AC型漏电保护器所暴露出的功能单一、精度不高等缺点越来越突出。快速发展的经济必然带来电力事业的迅猛发展，但由此而带来的各种用电安全问题却口益凸显出来了。在我们的口常生活当中发生电气事故的主要原因是输配电线路漏电或电气设备使用不当造成的，这些事故严重时甚至导致人员伤亡或电气火灾，从而造成巨大的生命安全、社会危害和经济损失。随着国家对电气安全问题重视程度的提高，漏电保护器相关产品的生产规模和应用范围也不断扩大，我国早在90年代末就在城市中基本普及了漏电保护器，但到现在为止，广泛应用的还仅仅只停留在AC型的漏电保护器上，这种漏电保护器只能对正弦交流的漏电电流能够确保可靠脱扣。对含有直流分量的漏电电流不能有效检测并确保可靠脱扣。但随着电子技术的飞速发展，在绝缘故障发生时，可能会出现含有直流分量的漏电故障电流，此时AC型漏电保护器就可能发生拒动或误动。A型漏电保护器能够弥补AC型漏电保护器的缺陷，使其对含有脉动直流的漏电电流也能够确保可靠脱扣。
另外，传统的漏电保护器一直采用由分立半导体电子元器件组成模拟电子电路的方法，这种漏电保护器虽然成本低廉，但存在一些不可克服的缺陷，如抗RF干扰能力差、动作特性容易受温度影响、产品性能一致性不好等。以至于在使用过程中常发生误动作或拒动作等问题。产品动作可靠性太差，所以，目前这种分立器件漏电保护器已基本不再使用。后来随着半导体集成电路技术的发展，研制出了专用集成电路漏电保护器。即用漏电保护专用芯片来完成漏电电流信号的检测、放大与判断，从而使这种方式的漏电保护器的集成度提高、外围电路相对简单、一致性好。
2漏电保护器的一般工作原理探析
漏电保护断路器作为一项有效的电气安全技术装置被国内外广泛使用，并起到了举足轻重的作用。该装置主要用于当人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时，能够检测并控制漏电保护器自动切断电源以保障生命和设备安全，防止人身触电、电气火灾及电气设备损坏等意外事故的发生。其核心控制技术经历了分立半导体元件控制电路、专用集成电路芯片、微处理器控制方式等多个阶段。目前我国大量采用的是国外进口或仿制进口的漏电保护器专用集成电路芯片，采用双极模拟电路，无延时功能。漏电保护器也俗称为漏电开关，是应用于当电路或电器设备绝缘受到破坏或损伤而发生对地的短路时，为了防止人身触电事故和电气火灾事故的保护电器装置。当电气装置正常运行时，零线和火线电流呈平衡状态，互感器中电流矢量之和为零，互感器中输入和输出的电流大小相等，方向相反，正负抵消。当电气装置或设备发生漏电故障异常情况的时侯，火线和零线通过感应线圈的电流矢量和不为零。漏电保护器感应线圈初级将产生感应的电压或电流信号，漏电保护器次级同样会有感应电流产生，并经过电路将感应电流转换成电压信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆漏电保护器通过检测、放大、分析判断并处理电流或电压信号，当电流或电压信号超过预先设定的值时，便会驱动漏电保护器脱扣执行机构动作。按照惯例，我们把根据故障电流动作来判断漏电故障的漏电保护器叫做电流型漏电保护器，根据故障电压动作来判断漏电故障的漏电保护器叫做电压型漏电保护器。目前国内以及国外漏电保护器的技术研究和普及应用绝大多数都以电流型漏电保护器为主，电压型漏电保护器相对应用较少。电流型漏电保护器是以电路中零线与火线输入输出不平衡的零序电流的一部分作为动作信号，且大多以电子控制电路或电磁方式作为中间机构，灵敏度高、功能齐全，因此目前这种漏电保护装置得到世界范围内的广泛应用。一般来讲，电流型漏电保护器的主要构成大致分为四个部分。检测机构：检测机构是一个零序电流互感器线圈。保护器中，受保护的火线和零线同时穿过环形铁心线圈，构成了互感器的一次初级线圈M1，缠绕在环形铁芯线圈上的绕组构成了互感器的二次次级线圈M2，如果没有漏电发生时，这时电流通过火线、零线的电流矢量和相加等于零，因此在M2上也不能产生相应的感应电动势。如果发生了漏电现象，相线、中线的电流矢量和不等于零，就会使得M2上产生感应电动势，这个信号就会被送到信号放大处理机构进行进一步的处理。信号放大处理机构：信号放大处理机构的作用就是对来自零序电流互感器产生的漏电信号进行滤波、放大和处理，并将处理后的信号结果输出到脱扣执行机构。脱扣执行机构：此执行机构是用于接收信号放大处理后的指令信号，实施脱扣断路动作，自动切断故障处的电源。测试试验机构：由于漏电保护器是一个非常重要的漏电检测和保护设备，因此需要定期检查其是否完整有效、功能可靠。测试试验机构就是通过一个试验按钮和一个限流电阻的串联，模拟漏电路径，以检查漏电保护装置能否正常动作。在正常的情况下，通过火线流入的电流应该通过零线流出，即火线上的电流和零性线上的电流大小相等、方向相反，此时零序互感器初级线圈中电流矢量之和为零，二次线圈输出的电压为零，漏电保护器的开关装置处于闭合状态运行；如果发生了意外，人体接触到有故障的用电设备，从而导致触电事故的发生。这时，相线、有故障的用电设备、人体和大地就构成了一个电流回路，将会有一部分电流通过人体直接流到了大地，这个电流就是漏电流，即剩余电流。此时在相线和中性线之间就会产生一个不平衡电流，导致零序互感器的初级线圈中电流矢量之和不为零，从而感应二次线圈，当这个漏电流的值达到漏电保护器限定的动作电流值时，漏电保护器就会动作，切断开关，保护人身安全。我国城乡电力网低压配电采用分级保护系统。系统的总保护和分支保护应用延时型漏电动作断路器；末端保护使用无延时功能的漏电动作断路器。
3总结
综上所述，本文详细介绍漏电保护的一本原理，根据相关理论，实践中需要进行漏电保护专用集成电路测试系统的硬件设计开发。设计采用完全正向设计方式。漏电保护专用集成电路电路测试系统采用软件和硬件结合的方式。软件系统部分基于单片机和嵌入式技术基础上，采用c语言或其他类似高级语言编写代码，有利于提高软件的可读性，可移植性和可扩展性，能够基于现有硬件条件下最大化实现功能。设计过程中需要对各软件系统部分进行反复设计优化和验证。本文提出采用自主定义系统测试需求和测试系统架构，自主设计开发满足LW301漏电保护专用集成电路量产测试要求的软件测试系统。其主要开发设计流程如下：软件需求定义：定义测试相关向量及具体测试指标范围标准；软件架构定义：依据系统需求选择合理的系统架构，确保其可行性，可靠性，可复制性和可扩展性等需求；软件功能和控制流程定义：定义软件需要完成的任务和功能，确定任务先后及控制需求；软件代码编写，调试，修改和优化：依据任务需求编写程序代码，并循环测试和修改完善至满足要求；结合硬件系统调试整机测试系统，优化软件代码程序；完成测试验证工作和资料整理工作。
参考文献：[1]漏电保护器在工程电气中的应用[J]. 钱瞫初. 电子技术与软件工程. 2017(09)
[2]浅谈漏电保护器的应用[J]. 韦桂丘. 大众科技. 2016(01)
论文作者:陈乃昶
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：保护器论文; 电流论文; 信号论文; 测试论文; 集成电路论文; 动作论文; 故障论文; 《科技中国》2017年7期论文;