3 探測器的設(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)基本功能

　　智能型剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器集剩余電流、短路、過載、過壓和欠壓（缺相）等電氣故障的監(jiān)測、分析、報警及控制于一體。主要具有以下功能：

　　（1） 具有漏電電流、過電流長延時、過電流短延時和短路瞬時保護(hù)功能，組成所需的保護(hù)特性。智能設(shè)定漏電電流、過電流長延時、過電流短延時和過電流瞬時的整定值及預(yù)警值。另外還具有過欠壓報警功能、缺相報警功能。

　　（2） 顯示并儲存故障發(fā)生點的線路地址、故障類型、故障發(fā)生時間和漏電電流、三相電流值。可記錄多達(dá)1000 條歷史故障，長期保存，直到用指令刪除。

　　（3） 采用 RS485 總線通訊技術(shù)，可以利用總線與主機構(gòu)成主從式監(jiān)控系統(tǒng)， 實現(xiàn)用戶連網(wǎng)， 在一臺電腦上可對1～250 臺智能探測器在線遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時檢查各用戶安全用電情況， 隨時接通或分?jǐn)喔饔脩艄╇娋€路。

　　（4） 有預(yù)報警功能，當(dāng)接近動作參數(shù)時提前報警、超標(biāo)報警脫扣的人性化智能控制策略，以超前主動防護(hù)模式， 采用智能化控制結(jié)構(gòu)， 對電力運行線路安全狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和控制，并能夠遠(yuǎn)程實現(xiàn)指定節(jié)點的斷路器脫扣。

　　（5） 可與感溫探頭、感煙探頭、可燃?xì)怏w探測器等連接， 與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中心聯(lián)動， 實現(xiàn)遠(yuǎn)程切斷負(fù)載電源，并有DC12V 信號反饋給報警中心觸發(fā)報警。

　　3.2 整體硬件設(shè)計

　　剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器主要由電源、單片機PIC24FJ96、三相交流電電壓電流檢測電路、剩余電流檢測電路、RS485 通信模塊、報警器及按鍵和顯示等幾部分構(gòu)成的， 如圖2 所示。

　　圖2 探測器框圖。

　　其主要工作原理：把從電流互感器和線性光隔器取得的三相電流、漏電及電壓信號進(jìn)行調(diào)理后，輸入到單片機的A/D 轉(zhuǎn)換， 單片機對其進(jìn)行采樣后進(jìn)行分析， 輸出相應(yīng)的顯示及報警信號等。其分析的結(jié)果也可以通過RS485 總線傳送到上位機。

　　3.2.1 單片機電路

　　單片機選用PIC24FJ96，它是由Microchip 公司設(shè)計的一款改進(jìn)型哈佛架構(gòu)的高性能CPU， 是探測器的核心， 它完成探測器的各種控制功能， 包括三相電壓、三相電流和漏電電流的采樣、數(shù)據(jù)處理、報警輸出、與上位機通信、液晶顯示及按鍵等功能。

　　3.2.2 剩余電流檢測電路

　　剩余電流檢測電路是一個零序電流互感器。被保護(hù)的相線、中性線穿過環(huán)形鐵心， 構(gòu)成了互感器的一次線圈， 纏繞在環(huán)形鐵芯上的繞組構(gòu)成了互感器的二次線圈， 如果沒有漏電發(fā)生， 這時流過相線、中性線的電流向量和等于零， 因此在二次線圈上也不能產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢。如果發(fā)生了漏電，相線、中性線的電流向量和不等于零， 就使二次線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個信號就會被送到中間環(huán)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的處理， 如圖3 所示。

　　圖3 剩余電流檢測電路。

　　處理后的信號送入到單片機中，單片機每個周期采樣20 個點，根據(jù)式（1）可以計算出剩余電流的有效值。

　　其中X 為采樣值。

　　3.2.3 三相電壓電流檢測

　　電壓檢測由線性光隔器、運算放大器和整流濾波電路路組成。由于探測器對電壓的精度要求不高，采用光隔器可以大大減小系統(tǒng)的體積。

　　電流檢測由三相交流互感器、運算放大器和整流濾波電路組成。其中三相交流互感器把電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)運算放大器構(gòu)成的電路調(diào)理后整流濾波輸入到單片機的A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.2.4 RS485 總線硬件電路

　　圖4 RS485 總線硬件電路。探測器與上位機采用RS485 總線通信，一臺主機可以控制多達(dá)250 臺探測器，RS485 通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機控制。