邓丽霞
浙江工业职业技术学院 浙江绍兴 312000
剩余电流式电气火灾监控装置用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等有关电气火灾隐患以便消除剩余电流引起的电气火灾隐患。DBUS现场总线下剩余电流式电气火灾监控探测器，它通过高灵敏度的漏电报警器在线检测AC220/380V供电线路的绝缘状态预防和减少电气火灾。报警但不切断电源，可以避免电源开关跳闸引起整个建筑物的停电，既保证了用电安全又保证了供电的不间断性。本论文主要从系统原理分析、电路分析及信号检测等方面进行了研究。
关键词：电流、检测、DBUS、探测器。
1、主要研究内容
本项目根据电气火灾监控系统的新标准(GB14827-2005), 在前期技能成熟情况下对基于DBUS现场总线下剩余电流式电气火灾监控探测器进行了研究,以单片机进行系统设计。它通过高灵敏度的漏电报警器在线检测AC220/380V供电线路的绝缘状态预防和减少电气火灾。电气线路一旦漏电并超过额定值时，报警器立即发出声光报警并显示漏电电流大小。从发生接地电弧到引燃起火需要较长时间，这有足够时间去检查并排除故障，能有效地避免电气火灾的发生。报警但不切断电源，可以避免电源开关跳闸引起整个建筑物的停电，既保证了用电安全又保证了供电的不间断性。
1.1系统分析
系统以MSP430单片机进行设计，MSP430F149作为控制芯片。系统由电源功能模块、剩余电流采集模块、人机界面模块、DI输入模块、DO输出模块等组成。
电源功能模块主要供给主控芯片、单片机AD转换外部基准电压、外部剩余电流采集电路等使用，是系统功能模块实现的动力之源。剩余电流采集模块对剩余电流互感器输出端的电压进行采集。人机界面模块用于按键依赖的检测，剩余电流报警信号、声光信号的显示；DI输入 模块用来检测外部感温、感烟干接点信号；DO模块作为报警功能的输出，对检测线路进行切断控制。
2、剩余电流检测原理
剩余电流式电气火灾监控系统利用电流互感器检测电流的原理来检测剩余电流的大小，
以防止电火灾的发生。
它有IA、IB、IC，为相电流，IN为中性线电流，Id为相线在 a点的对地剩余电流，S为任一封闭面。根据基尔霍夫定律，流入任一封闭面S 的电流有效值相量之和等于零。则有IA+ IB+ IC－IN－Id=0整理得IA+ IB－IC－ N=Id在正常情况下，三相电流的矢量和与N 线中流过的电流大小相等，方向相反，相互抵消。如果线路绝缘劣化或其它原因导致A相线在 a 点产生对地电流， 则在图中的 S 处电流互感器的线圈中将感应出与剩余电流Id大小成正比的电流，其数值大小反映了配电线路及电气设备中电流的泄露情况。
3、剩余电流式电气火灾监控系统工作原理
剩余电流式电气火灾监控系统通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分一般由一台监控主机和若干台监控器、探测器组成。监控主机具有声光报警、显示报警地址、记录并保存报警及控制信息和远程控制功能。软件部分的实现主要是通过判断探测器采集到的剩余电流值大小来完成，当探测器检测到的剩余电流超过报警设定值时，报警信号通过二总线网络传输给监控主机发出声光报警信号，监控主机显示屏同时显示报警地址，记录并保存报警和控制信息，值班人员可在监控主机处远程操作切断电源或派人到现场排除故障，实
现对各保护对象线路和用电设备的漏电情况进行集中监控和管理。
4、 总线接口电路和电源电路
该设计的探测器要求正常工作时的电流大约在0.5 mA左右，可以在 4-20 mA电流环所有工况下稳定工作。因此需要选择合适的电源稳压芯片，该设计选用的是 HT7150，它是一款高输入低功耗稳压器，输出电压典型值为 5.0 V，输出电流典型值为 30 mA，完全
满足该设计的需要。
二总线上的信号通过 TVS 二极管进行保护后进行极性变换，使得探测器可以无极性地接入DBUS总线中。该设计合理控制总线上脉动信号的不同电平的时间，使电容C3不断充、放电，为 HT7150提供足够稳定的输入电压，进而通过 HT7150得到的稳定的 5
V电压，为单片机供电。
5、信号检测电路
无论是电气火灾监控设备还是电子编码器通过DBUS二总线发给探测器的信号都是通
过对电压进行控制，且以脉动的形式提供的。它作用是把二总线上的脉动电压信号（L+处） 变换成单片机可以识别的数字脉冲信号（CK处）。 下面电路的作用是把二总线上的脉动电压信号（L+处）下拉至 0 V的时候识别出来，同时通过控制单片机的I/O口S0、S1，实现把不同的电流值返回二总线中电子编码器对探测器进行地址编码和报警漏电流值设定时，电子编码器就会在对应的脉冲处把电平下拉至0 V，此时图2中下面电路的LD就变为高电平，单片机检测到这个电平后把其该时刻计的脉冲个数作为该探测器的地址。然后电子编码器会通过 12 V和 0 V电平变换给探测器发 8位数据，探测器通过 LD处高、低电平变换接收到该数据，这个数据就是设定的剩余电流报警值。最后探测器就把该地址和该剩余电流值存储到自己的 EEPROM中。
6、结束语
本项目采用单片机技术，高精度AD采样转换，电流、温度显示分辨率高。特制的剩余电流互感器，响应时间快，检测精度高。采用开关电源技术，绿色、环保、减小整机重量和体积，何任意选择交流AC220V或直流24V。
[参考文献]：
[1] 孙 青，谈剩余电流式电气火灾监控探测器的应用 [J].机械工程.2015,(12).
[2] 陈伟元,谷宏强,郭利.基于虚拟仪器的通用电路板检测系统[J].计算机测量与控制,2011,(05).
项目来源：
浙江省高校访问工程师项目《基于DBUS现场总线下剩余电流式电气火灾监控探测器的研究》。
作者简介：邓丽霞（1975－），女，副教授，主要研究方向机械及电气自动化。