电磁兼容(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中能工作且不对该环境中任何物体构成不能承受的电磁骚扰的能力。剩余电流保护器作为电网末端供电线路保护装置(400 V以下),必须满足。EMC国家标准GB/T17626.5—1999要求,取得3C认证,才能投入电网运行。图1为用P87LPC767单片机设计的智能型剩余电流保护器系统框图,在电路设计、软件设计、PCB板设计等方面同步考虑其电磁兼容设计。剩余电流保护器是一种低压电器设备,内部没有大功率的高频电路,电磁辐射微弱,它产生的电磁骚扰对其他设备影响很小,这方面不是电磁兼容设计的重点。剩余电流保护器电磁兼容设计的重点是其在受到其他设备产生的电磁干扰时能保持稳定工作的能力,也即抗干扰能力。剩余电流保护器受到的干扰主要来自电网本身,主要有线路突然断路或雷电瞬变过压引起的单极性浪涌(冲击),以及由于闪电、接地故障或切换电感性设备而引起的信号参数产生瞬时扰动,这两方面是电磁兼容设计的重点,也是设计的难点。下文从多个方面介绍该智能型剩余电流保护器的电磁兼容设计方法。
1 单片机系统的抗干扰设计
该剩余电流保护器采用P87LPC767单片机,剩余电流的采样检测、计算、显示、动作判据、保护动作的执行等重要工作都由单片机完成,单片机系统本身的抗干扰能力直接决定整个保护器的抗干扰能力。而单片机本身的时钟信号、复位电路、中断信号、取样信号等又容易受到电磁干扰的影响,消除或抑制电磁干扰信号对单片机的影响十分重要。
具体从以下几个方面进行设计:
单片机工作电源和系统其他电路电源分开设计,避免其他电路对单片机工作电源产生影响,单片机工作电源设计留有足够的余量,防止电源的波动影响单片机工作。在设计PCB板时,在单片机电源引脚接电容和瞬态电压抑制器(TVS),如图2所示。100 μF电解电容存储的能量在电源波动时(降低)释放出来,保持电源稳定;0.1μF的高频电容可以吸收电源上的高频干扰;TVS吸收瞬态浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,保持单片机工作电源稳定。
复位电路采用P87LPC767单片机内部上电复位电路,避免干扰信号对复位电路的直接影响,只要单片机工作电源稳定,将不会出现误复位引起的误动作。中断和其他I/O口电容进行滤波,减少干扰的影响。
系统软件设计上,启用P87LPC767内部的看门狗,防止PC受到干扰而失控,引起程序乱飞,进入“死循环”。在程序存储空间的非程序区设置软件陷阱,当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时,将引导指令转向专门对程序出错进行处理的程序,使程序纳入正轨。
2 系统高频干扰的消除——“采样监测”法
由于闪电、接地故障或切换电感性设备而引起的信号参数产生瞬时扰动,产生的高频干扰信号主要是通过系统进线电源进入系统内部。检测这方面的抗干扰能力,主要是通过“电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”验证。根据低压电器产品试验标准要求,试验时在供电输入端叠加频率为2 500 Hz,幅度4 000 V的群脉冲,分别进行相线、地线的差模、共模,正极性、负极性试验,每项试验时间均为1 min,群脉冲的波形如图3所示。如果在“电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”过程中保护器不产生误动作,则这方面的抗干扰能力就是合格的。
本系统利用“采样监测”法对电源上的高频干扰进行监测,给出相应的标志,由软件程序进行相应的处理,避免保护器误动作。详细原理如下:
为保证剩余电流测量的实时性,该保护器采用数字采样法测量剩余电流,将剩余电流信号转换为图4所示的波形,送给P87LPC767单片机内部的A/D进行采样测量。
数字采样方法具有数字滤波效果,对信号的通道干扰有抑制作用。设定每个周期采样100个点,由定时器T0产生采样时间间隔。将系统某相进线电源(如A相) 信号经过降压、整形电路如图5所示,转换为方波信号。作为单片机中断0的触发信号,在正常情况下电源信号的频率为50Hz左右,在两次中断期间,对剩余电流的采样次数为100次。
当电源有高频干扰信号时,转换的方波信号也同步受到干扰,频率也叠加有高频脉冲,将对中断产生影响,两次中断触发的时间缩短,则两次中断期间对剩余电流的采样次数也将小于100次。利用单片机中断对剩余电流采样过程的监测,可以判断出系统是否受到高频干扰,采取相应的软件处理可以避免保护器的误动作。
监测采样的软件程序如下:
}
系统主程序通过对bgrc1进行判断,如果有效进行干扰软件处理,无效则采用测量过程没有受到电源的高频干扰,进行正常的计算处理。
3 其他抗干扰措施
断路或雷电瞬变过压引起的单极性浪涌,也是保护器电磁兼容设计的重点。在电源线的火线和零线间加入氧化锌压敏电阻,当加在压敏电阻两端的电压低于标称电压时,其电阻几乎无穷大,稍超过额定值后,电阻值便急剧下降,反应时间为ns级。压敏电阻可以使浪涌干扰大幅衰减,减小对其他电路的影响。
在设计剩余电流保护器PCB板时,综合考虑各种可能影响保护器性能的因素,提高PCB对干扰的抑制能力。强电电路集中线路板边缘一端,并与弱电部分保持适当距离。模拟信号处理电路和数字处理电路分离,由于采用单片机内部的A/D,两者不能做到完全分离,布线时使模拟地和数字地只在一点共地。系统电源线和地线加粗,空白的地方覆铜,采用网状结构,作为数字地的一部分,减小模拟信号对数字处理电路的干扰。单片机系统时钟电路尽可能靠近芯片引脚,并与其他器件和 PCB走线保持适当空间,减少高频辐射对系统的影响。
结 语
由于采取的硬件、软件措施正确有效,该保护器顺利通过了产品型式试验,取得3C认证,运行可靠,没有出现误动作。采用单片机的中断,监测系统的电源干扰,继而监测交流信号的采样过程。实践证明,通过软件和硬件的配合,是消除交流采样系统高频干扰的有效方法。
智能型剩余电流保护器电磁兼容设计
- 电磁兼容(96984)
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2023-04-07 12:49:44436
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剩余电流动作保护装置(RCD)作为漏电保护器广泛应用于低压配电系统中,以防止触电事故、电气设备漏电损坏和电气火灾。同样在电动汽车充电领域,RCD作为基本的电气保护器件被广泛使用。2012年至2016
2023-04-10 09:47:12905
接地故障保护:零序电流和剩余电流保护之区别
通常情况下,为了保证设备安全和线路的热稳定性,我们往往会设置接地故障保护。通常有两种方式,即在三相四线制配电线路的现行施工中,加装零序电流保护和剩余电流保护。既然都属于接地故障保护的方式,那么,零序电流保护和剩余电流保护有哪些区别和联系呢?这两种方式分别在什么情况下会使用呢?
2023-05-17 09:47:37686
零序电流保护和剩余电流保护有哪些区别和联系呢?
零序电流保护和剩余电流保护有哪些区别和联系呢?这两种方式分别在什么情况下会使用呢? 零序电流保护和剩余电流保护是电力系统中用于保护人身安全和设备运行的两种重要保护方式。虽然它们都是用于检测电流不平衡
2023-11-23 09:45:50336
剩余电流继电器在接地保护系统中的重要地位
【摘要】剩余电流动作保护器在不同的接地系统中有其适用性和严格的接线方式,错误地选用剩余电流动作保护器或不规范地接线,会使剩余电流动作保护器误动或拒动,甚至引起人身触电和电气火灾事故。从剩余电流动作保护器
2023-12-21 14:42:36211
剩余电流保护器(RCD)在配电系统中的应用
剩余电流保护器(RCD)在配电系统中的应用 剩余电流保护器(RCD)是一种用来保护人们免受电击的重要设备。它在配电系统中发挥着关键作用,能够及时检测并切断电流,从而防止电击事故的发生。本文将详细
2023-12-25 15:55:19222
零序电流保护和剩余电流保护哪个好?
零序电流保护和剩余电流保护哪个好? 零序电流保护和剩余电流保护是两种常见的电流保护装置。它们在电力系统中起到了至关重要的作用,用于保护电气设备和人员安全。本文将详细介绍零序电流保护和剩余电流保护
2023-12-25 16:02:40174
浅谈剩余电流动作保护器在农网中的应用
安科瑞ASJ系列剩余电流动作继电器和多回路剩余电流监测仪可与低压断路器或低压接触器等组成组合式剩余电流保护装置,主要适用于交流50Hz,额定电压400V及以下的TT和TN系统配电线路,用来对电气线路
2023-12-25 16:50:32166
剩余电流保护器(RCD)的选择及应用
剩余电流保护器(RCD)的选择及应用 剩余电流保护器(RCD)是一种用来保护人和财产免受电击危险的重要电气装置。它可以侦测到电力系统中的任何漏电流,并在检测到漏电流时立即切断电源。 选购RCD
2023-12-25 17:27:42351
剩余电流产生原因、危害、保护原理及保护数值的划分
剩余电流产生原因、危害、保护原理及保护数值的划分 剩余电流是指在电气设备和电路中,无意间通过有绝缘缺陷的绝缘体(例如人体)造成的电流。剩余电流产生的主要原因是电气设备和电路中的绝缘故障。当设备
2023-12-26 14:02:03425
零序电流和剩余电流保护有什么区别?
零序电流和剩余电流保护有什么区别? 零序电流保护和剩余电流保护是电力系统中常用的两种保护装置,它们在保护性能、工作原理、适用范围和应用场合等方面存在一些区别。 一、保护性能的区别: 1. 零序电流
2024-02-19 09:04:17277
浅谈剩余电流保护器在农村电网中的应用分析
*级保护器 低压电网使用较多的是鉴频鉴幅型剩余电流保护器与智能剩余电流断路器。鉴频鉴幅型剩余电流保护器具有体积小、精度高、可靠性好的优点,该保护器的分断时间控制采用S型延时保护器,与交流接触器配合,跳闸后20-60s自动重合闸,若重合闸后5s内由
2024-02-19 14:18:5090
浅谈剩余电流动作保护器在接地系统中的应用
浅谈剩余电流动作保护器在接地系统中的应用 张颖姣 安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801 【摘要】剩余电流动作保护器在不同的接地系统中有其适用性和严格的接线方式,错误地选用剩余电流动作保护器
2024-02-19 14:21:2390
剩余电流保护器在农村电网中的应用
【关键词】 剩余电流继电器;转移故障电压;剩余电流动作保护器 1剩余电流保护器运行基本情况 1.1*级保护器 低压电网使用较多的是鉴频鉴幅型剩余电流保护器与智能剩余电流断路器。鉴频鉴幅型剩余电流
2024-02-27 17:50:07136
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