3 探測器的設計

　　3.1 系統基本功能

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

　?。?） 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功能，組成所需的保護特性。智能設定漏電電流、過電流長延時、過電流短延時和過電流瞬時的整定值及預警值。另外還具有過欠壓報警功能、缺相報警功能。

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

　?。?） 采用 RS485 總線通訊技術，可以利用總線與主機構成主從式監控系統， 實現用戶連網， 在一臺電腦上可對1～250 臺智能探測器在線遠程監控，隨時檢查各用戶安全用電情況， 隨時接通或分斷各用戶供電線路。

　?。?） 有預報警功能，當接近動作參數時提前報警、超標報警脫扣的人性化智能控制策略，以超前主動防護模式， 采用智能化控制結構， 對電力運行線路安全狀況進行數據記錄和控制，并能夠遠程實現指定節點的斷路器脫扣。

　　（5） 可與感溫探頭、感煙探頭、可燃氣體探測器等連接， 與火災自動報警系統中心聯動， 實現遠程切斷負載電源，并有DC12V 信號反饋給報警中心觸發報警。

　　3.2 整體硬件設計

　　剩余電流式電氣火災監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、漏電及電壓信號進行調理后，輸入到單片機的A/D 轉換， 單片機對其進行采樣后進行分析， 輸出相應的顯示及報警信號等。其分析的結果也可以通過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 公司設計的一款改進型哈佛架構的高性能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、數據處理、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。被保護的相線、中性線穿過環形鐵心， 構成了互感器的一次線圈， 纏繞在環形鐵芯上的繞組構成了互感器的二次線圈， 如果沒有漏電發生， 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生相應的感應電動勢。如果發生了漏電，相線、中性線的電流向量和不等于零， 就使二次線圈上產生感應電動勢，這個信號就會被送到中間環節進行進一步的處理， 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換為電壓信號，經運算放大器構成的電路調理后整流濾波輸入到單片機的A/D 轉換器進行轉換。

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250 臺探測器，RS485 通信系統采用主從式結構，從機不主動發送命令或數據，一切都由主機控制。