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配电线路过负荷监控装置的设计与应用 |
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配电线路过负荷监控装置的设计与应用
李战赠1 姚波2 陆伟青2
（1.中国建筑设计研究院 北京市 100044 ）
（ 2.上海安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801）
摘 要：介绍一款基于STM32F103R8T6的配电线路过负荷监控装置的设计与应用，该装置应用于突然断电比过负载造成的损失更大的线路中，能够与微型断路器、塑壳断路器、熔断器等设备配套使用，实现配电线路过负荷的2段式报警，提前预警线路的过负荷状态，从而减少由于断路器跳闸而产生的损失。
关键字：过负荷监控
1 引言
JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》中7.6关于低压配电线路的保护，是强制性要求的，因此配电线路过负荷监控是必要的。7.6.1条规定“低压配电线路应根据不同故障类别和具体工程要求装设短路保护、过负载保护和接地故障保护，作用于切断供电电源或发出报警信号”。因此，在配电设计中，大量采用各种类型的断路器，用于实现线路过负荷时的保护。
目前在配电设计中常用的有微型断路器、塑壳断路器、熔断器。其中微型断路器主要应用于家用及类似场所过电流保护，额定电流不超过125A；工业类场合使用的多为塑壳断路器，电流最大可达1250A。根据GB 14048.2-2008/IEC 60947-2:2006 《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》、GB 10963.1-2005/IEC 60898-1：2002 《家用及类似电器装置用过电流保护断路器 第1部分：交流操作的断路器 》、GB 13539.1-2008/IEC 60269-1:2006 《低压熔断器 第1部分：基本要求 》对于设备要求如下特性，见表1：
配电用过负荷保护特性 表1
试验电流名称 整定电流倍数
（塑壳断路器例） 约定时间 起始
状态
In≤63A In≥63A
约定不******************流 1.05 ≥1h ≥2h 从冷态开始
约定******************流 1.3 ＜1h ＜2h 从热态开始
由表1可得，一旦配电线路中的电流超过一定的倍数，断路器会在约定的时间内动作，从而切断负荷回路。但是，对于某些重要的回路，是不允许切断供电的，JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第3.2.1定义了一级、二级负荷情况，明确指出中断供电将造成人身伤亡；政治、经济重要影响；影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷等。因此在7.6.3条5规定“突然断电比过负载造成的损失更大的线路，其过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电路”。对于上述要求，那么传统的开关明显是不能满足标准要求。
因此，我们需一种装置，能够针对不同类型的脱扣特性，在线路过负荷时，发出告警信号，提醒用户及时采取措施。
本文将要介绍的是一种ACM配电线路过负荷监控装置，以下简称ACM,，该装置在功能上除能够实现传统数显仪表的测量功能外，还能针对不同类型的线路特性，提供与之动作特性相对应的2段式报警功能，同时配有开关量状态输入，准确判断外部开关状态，还可配备通讯功能，实现遥测和遥控功能。其动作示意见图1。保护类型见表3。
图1 时间-电流工况图
工作区间 表2
代号 说明
Ⅰ 正常运行
Ⅱ 报警1段动作
Ⅲ 报警1段动作、报警2段不动作区间
Ⅳ 报警2段动作区间
T1 报警2段动作延时时间设定值
I1 报警1段过载值
I2 报警2段过载值
配电线路保护电器类型 表3
配电线路保护电器类型 1段报警 2段报警
微型断路器 1.13In 1.45In
塑壳断路器 1.05In 1.3In
熔断器 1.25In 1.45In
ACM主要应用在配电线路回路中，不是末端保护，而微断一般应用于末端保护，因此两者在功能上不冲突。ACM用于过载报警，而短路保护由单磁塑壳断路器（仅具有短路保护）和熔断器来实现。
产品符合以下标准或规范：
GB 50054 《低压配电设计规范》
JGJ16-2008 《民用建筑电气设计规范》
GB14048.2-2008/IEC 60947-2:2006 《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》
GB10963.1-2005/IEC 60898-1：2002 《家用及类似电器装置用过电流保护断路器 第1部分：交流操作的断路器 》
GB13539.1-2008/IEC 60269-1:2006 《低压熔断器 第1部分：基本要求 》
2 电路设计原理
ACM的硬件电路包括主CPU芯片、电源、信号采集电路、人机交互单元、RS485通讯接口、开关量输入模块及继电器输出接口（图2）。
图2 硬件电路框图
2.1 主控CPU
ACM的CPU采用ST公司的基于ARM Cortex-M3架构内核的32位处理器STM32F103R8T6，时钟频率最高可达72MHz，内置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器、3路USART通讯口等多种资源，具有极高的性价比。
2.2 电源
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