淺析住宅電氣設(shè)計(jì)中配電線路的過流保護(hù)

摘要：根據(jù)住宅電氣設(shè)計(jì)的要求，其配電線路的過流保護(hù)屬于強(qiáng)制性的要求，因此住宅線路必須做好過流保護(hù)的工作。文章以住宅電氣設(shè)計(jì)中配電線路過流保護(hù)的規(guī)范要求為切入點(diǎn)，闡述了過流保護(hù)的選擇要求，最后提出了過流保護(hù)的預(yù)警裝置。

關(guān)鍵詞：住宅電氣設(shè)計(jì)；配電線路；過流保護(hù)；規(guī)范要求；選擇要求；預(yù)警裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TU85 文章編號：1009-2374（2015）06-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0504

為了保護(hù)用電的安全，避免出現(xiàn)用電事故，導(dǎo)致不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，國家對住宅電氣有著相關(guān)的規(guī)范要求。住宅電氣的線路屬于低壓配電線路，需要對其進(jìn)行過流保護(hù)。

1 住宅電氣設(shè)計(jì)中配電線路過流保護(hù)的規(guī)范要求

根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定：“低壓配電線路應(yīng)根據(jù)不同故障類別和具體工程要求裝設(shè)短路保護(hù)、過負(fù)載保護(hù)和接地故障保護(hù)，作用于切供電電源或發(fā)出報(bào)警信號。”從這條規(guī)定中可以看出，針對住宅配電線路保護(hù)是有硬性要求的，因此有必要對住宅配電線路過流進(jìn)行監(jiān)控。配電線路設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)使用許多不同的斷路器對住房的配電線路進(jìn)行過流保護(hù)。現(xiàn)階段，電氣設(shè)計(jì)中一般都用熔斷器、塑殼斷路器和微型斷路器。其中微型斷路器主要用在住房及其相似場所的過流保護(hù)，其額定電流要少于125A；工業(yè)類場所大多采用塑殼斷路器，額定電流最大可以到1250A。

按照相關(guān)斷路器操作要求，如果經(jīng)過配電線路的電流高于了要求的倍數(shù)，那么斷路器就會(huì)在既定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行動(dòng)作，最終把負(fù)荷電路切斷。然而，在配電線路有一些較為重要的回路是禁止切斷的。而根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定對一級和二級負(fù)荷情況的定義，如果將重要的回路切斷會(huì)導(dǎo)致供電中斷，進(jìn)而對生產(chǎn)生活及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響，還有重要單位的正常運(yùn)行，以及公共場所的正常秩序被影響，嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)人員傷亡的情況。因此在《規(guī)范》中就明確提出：“突然斷電比過負(fù)載造成的損失更大的線路，其過負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號而不應(yīng)作用于切斷電路。”針對上述要求，顯然傳統(tǒng)的開關(guān)在過流保護(hù)的能力和效果上還有所欠缺。故而，在住宅電氣的設(shè)計(jì)中就需要設(shè)計(jì)一種裝置可以根據(jù)各種類型的脫口情況，當(dāng)配電線路過流的時(shí)候能發(fā)出報(bào)警信號，提醒用戶采取相應(yīng)的措施及時(shí)做好故障處理。

2 住宅電氣設(shè)計(jì)中配電線路過流保護(hù)的選擇要求

在配電線路中會(huì)因?yàn)檫^負(fù)荷電流導(dǎo)致導(dǎo)體升溫，進(jìn)而破壞導(dǎo)體的端子、絕緣和接頭，出現(xiàn)電路斷電或者跳閘的情況，這就是線路的過流。為了保證用電設(shè)備的正常使用，就必須在配電線路中設(shè)置過流保護(hù)，利用斷路器在過流之前就將其切斷。因此，斷路器就是住宅電氣線路的主要保護(hù)設(shè)備。斷路器的過流保護(hù)是利用熱繼電器或者電子式脫扣器而進(jìn)行的，住宅內(nèi)一般多使用小型斷路器。在《規(guī)范》明確提出了特定情況可以不進(jìn)行切斷線路，住宅用電中這種情況就是正常較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)尖峰負(fù)荷電流，此時(shí)斷路器就可以不用切斷線路，應(yīng)合理選擇斷路器相關(guān)特性曲線。在小型斷路器中，脫口特性曲線主要有A、B、C、D四種。在快速脫扣的應(yīng)用場所下主要使用A特性曲線，這種曲線的出現(xiàn)故障的電流值比較低，一般是額定電流2～3倍的動(dòng)作；在較快速脫口以及短路電流沒有多大的應(yīng)用場所下主要用B特性曲線，一般是額定電流3～4倍的動(dòng)作，照明電器回路中多使用C特性曲線，這種曲線短時(shí)峰值電流可以負(fù)載較高但斷路器不動(dòng)作，可以到額定電流的5～6倍；峰值電流很高的電器設(shè)備使用D特性曲線，這種曲線的峰值電流不會(huì)超過額定電流值的10倍。總體而言，斷路器過流的選擇要求，需要結(jié)合上下級電流值與動(dòng)作時(shí)限。故而，住宅電氣設(shè)計(jì)中一定要選擇合理的配電系統(tǒng)斷路器，這樣才能提高配電器線路的過流保護(hù)能力。

3 住宅電氣設(shè)計(jì)中配電線路過流保護(hù)的預(yù)警裝置

3.1 ACM概述

ACM配電線路過流監(jiān)控裝置，簡稱ACM，這種裝置擁有的功能除了和一般數(shù)顯儀表的測量之外，還可以根據(jù)不同線路的特點(diǎn)提供和線路動(dòng)作特性相關(guān)的兩段式報(bào)警以及開關(guān)量狀態(tài)輸入和通訊功能，不僅可以對外部開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行判斷，還可以實(shí)現(xiàn)遙控和遙測。

ACM大多數(shù)情況下應(yīng)用于配電線路的回路中，對末端保護(hù)不起作用，末端保護(hù)主要是通過微斷實(shí)現(xiàn)，兩者的功能應(yīng)用性并不沖突。ACM的主要作用是過流報(bào)警，短路保護(hù)則通過單次塑殼斷路器以及熔斷器起作用，對ACM的作用并不影響。

3.2 電路設(shè)計(jì)原理

ACM中包括的主要硬件有CPU芯片、電源、開關(guān)量輸入、信號采集電路、繼電器輸出接口、人機(jī)交互單元和RS485通信接口。

3.2.1 CPU芯片。ACM中所采用的CPU芯片是以ST公司的STM32F103R8T6，這種芯片是以ARM Cortex-M3為基礎(chǔ)，處理器為32位，時(shí)鐘頻率最高能到72MHz，配備了3路USART通信接口、4個(gè)16位定時(shí)器、12位AD、20K的RAM、64K的Flash等系統(tǒng)硬件，性價(jià)比較高。

3.2.2 電源。ACM的電源屬于通用的開關(guān)電源模板。這種電源模板的輸入電壓是AC90～270V，輸入頻率是40～50Hz，不僅可以實(shí)現(xiàn)各種線路的隔離電壓輸出，具有較多的功能，還可以滿足各種供電電壓的要求。其電源特點(diǎn)是：輸出電壓較穩(wěn)、故障發(fā)生率低、輸出波紋低于1%、具備過壓和過流保護(hù)。

3.2.3 信號采集電路。ACM中信號采集電路如同信息收集器，屬于該裝置的信息傳輸設(shè)備，其作用原理是通過互感器隔離傳輸，把交流信號抬高之后，利用放大電路把信號放大，最終把采集信號傳入到CPU實(shí)行A/D轉(zhuǎn)化。

3.2.4 人機(jī)交互單元。人機(jī)交互單元是ACM裝置的信息顯示器，這個(gè)硬件利用了LCD液晶顯示以及按鍵輸入，通過這兩個(gè)裝置不僅可以直接將測量參數(shù)進(jìn)行顯示，還可以對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，有利于用戶根據(jù)實(shí)際情況將顯示的測量參數(shù)設(shè)置。

3.2.5 RS485通信接口。這種模板的通信接口通過使用RS-485、Modbus、RTU通信規(guī)約，可以進(jìn)行遙測、遙信、和遙控等功能。如圖2所示。

3.2.6 繼電器輸出接口。ACM裝置中一系列的動(dòng)作或者命令都是通過繼電器輸出接口來執(zhí)行，比如配電器發(fā)生過流的故障，繼電器就會(huì)發(fā)出動(dòng)作，產(chǎn)生報(bào)警信號。

3.3 軟件流程

ACM是通過內(nèi)部程序相互協(xié)調(diào)進(jìn)行監(jiān)控，其中包含眾多的子程序，如A/D子程序、顯示子程序、計(jì)算子程序、通訊子程序和按鍵處理子程序等，因?yàn)槌绦蛏婕暗膬?nèi)容比較多，本文以主程序?yàn)槔榻BACM裝置工作流程。

3.4 產(chǎn)品特點(diǎn)

ACM監(jiān)控裝置使用的計(jì)算方法是真有效值，通過對各種參數(shù)的計(jì)算來確定過流保護(hù)值，比如三相電流、三相電壓、功率因素、漏電流、頻率、2～15次諧波和四象限有功及無功等；結(jié)合各種類型斷路器所具備的動(dòng)作特性；既包括了低壓電測儀表擁有的測量功能，還具備線路監(jiān)控，對一些重要負(fù)荷的回路可以實(shí)行有效地

監(jiān)控。

4 結(jié)語

根據(jù)住宅電氣設(shè)計(jì)的要求，其配電線路的過流保護(hù)屬于強(qiáng)制性的要求，因此住宅線路必須做好過流保護(hù)的工作。在居民用電中峰值電流會(huì)出現(xiàn)不同情況，因此在配電線路的過流保護(hù)需要做出合理選擇，同時(shí)設(shè)計(jì)ACM裝置，在斷路器出現(xiàn)故障時(shí)，可以做到有效的預(yù)警。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：梁勇華（1979-），男，廣東佛山人，佛山市南海華林電力電器安裝有限公司電氣工程師，研究方向：電力供配。

（責(zé)任編輯：蔣建華）