選擇性漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)1.doc

遼寧工程技術(shù)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙0 前言黨的十一屆三中全會(huì)后工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，使電氣設(shè)備和家用電器大量增加，隨之帶來(lái)了與安全用電的矛盾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，70年代中期每年都有數(shù)千人傷亡于觸電事故，1975年我國(guó)觸電死亡人數(shù)高達(dá)6000多人，按用電量統(tǒng)計(jì)平均為2.87人/千萬(wàn)kWh。觸電死亡事故在各類(lèi)傷亡事故中占相當(dāng)大的比重，當(dāng)時(shí)與先進(jìn)國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家相比，我國(guó)安全用電處于低水平。從各種原因分析，大都缺乏安全用電知識(shí)及用電設(shè)備保護(hù)裝置不完善。其次從火災(zāi)事故分析中也可以看出，由于電器使用不當(dāng)或線(xiàn)路漏電造成電氣火災(zāi)占了火災(zāi)事故的20%以上。如果有一種設(shè)備可以使人們安全地使用電，將會(huì)避免很多不必要的損失。所以在五花八門(mén)的電器接踵而來(lái)的同時(shí)，也誕生了各式各樣的保護(hù)器。其中有一種是專(zhuān)門(mén)保護(hù)人的，稱(chēng)為漏電保護(hù)器。漏電保護(hù)是利用漏電保護(hù)裝置來(lái)防止電氣事故的一種安全措施。漏電保護(hù)裝置又稱(chēng)剩余電流保護(hù)裝置（Residual Current Operated Protective Device,縮寫(xiě)RCD）。漏電保護(hù)裝置是一種低壓安全保護(hù)電器，主要用于單相電擊保護(hù)，也用于防止由漏電引起的火災(zāi)，還可用于檢測(cè)和切斷各種單相接地故障。漏電保護(hù)裝置的功能是提供間接接觸點(diǎn)擊保護(hù)，而額定漏電動(dòng)作電流不大于30mA的漏電保護(hù)裝置，在其他保護(hù)措施失效時(shí)，也可作為直接接觸電擊的補(bǔ)充保護(hù)，但不能作為基本的保護(hù)措施。漏電保護(hù)的原理和裝置的種類(lèi)較多，但從適用于低壓電網(wǎng)的漏電保護(hù)原理來(lái)看，目前主要有以下幾種：旁路接地式保護(hù)原理、附加直流源檢測(cè)保護(hù)原理、零序電壓保護(hù)原理、零序電流大小及零序電流方向保護(hù)原理。前三種保護(hù)原理為非選擇性漏電保護(hù)，供電電網(wǎng)的任何地方出現(xiàn)漏電故障，保護(hù)裝置即動(dòng)作并切除整個(gè)工作面電網(wǎng)，且無(wú)法確定故障支路。后兩種保護(hù)原理為選擇性漏電保護(hù)，可以判斷出故障支路，有選擇地將故障支路切除。但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，供電系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，對(duì)漏電保護(hù)提出了更高的要求。實(shí)踐證明，漏電保護(hù)裝置和其他電氣安全技術(shù)措施配合使用，在防治電氣事故方面有顯著的作用，因此研究漏電保護(hù)理論與技術(shù)應(yīng)用對(duì)國(guó)民生活與安全生產(chǎn)具有重要意義。1 緒論1.1 我國(guó)漏電保護(hù)的發(fā)展我國(guó)研究漏電保護(hù)器起步晚于國(guó)外，前蘇聯(lián)1949年研制的用于中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的漏電保護(hù)裝置于20世紀(jì)50年代初被引進(jìn)我國(guó)，并在全國(guó)的礦井中推廣使用，大量的在國(guó)內(nèi)放置的產(chǎn)品（JY82型）還一直延續(xù)使用到現(xiàn)在，對(duì)我國(guó)供電安全和安全技術(shù)研究起了重要作用。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，我國(guó)為了滿(mǎn)足生產(chǎn)發(fā)展的需要，根據(jù)這一原理，又自選設(shè)計(jì)和制造了多種形式的礦用隔爆型檢漏繼電器，如JL80型、JL82型和JJKB30型等，分別用于井下660V和1140V電網(wǎng)，取得了很好的效果。20世紀(jì)70年代后期，隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)先后從英國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭和日本等國(guó)引進(jìn)了數(shù)百套綜合機(jī)械化采煤機(jī)組，各種類(lèi)型的漏電保護(hù)裝置和電路也隨配套的供電控制設(shè)備同時(shí)引進(jìn)，這些引進(jìn)技術(shù)對(duì)促進(jìn)我國(guó)漏電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展有重要作用。各種引進(jìn)的漏電保護(hù)裝置，有直流檢測(cè)型的，有零序電流型的，有零序電壓型的，也有零序功率方向型的，他們各有所長(zhǎng)，很值得我們學(xué)習(xí)借鑒。進(jìn)入二十世紀(jì)七十年代以后，我國(guó)用電量逐年增加，觸電事故也逐年增加，因此引起各部門(mén)的重視。在各部門(mén)的努力下，開(kāi)始研制漏電保護(hù)器。1986年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6829漏電電流動(dòng)作保護(hù)器（剩余電流動(dòng)作保護(hù)器）1995年進(jìn)行了重新修訂，明確規(guī)定了漏電保護(hù)其產(chǎn)品的質(zhì)量要求、工作條件和試驗(yàn)方法，從此我國(guó)漏電保護(hù)其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn)入科學(xué)化、規(guī)范化階段，產(chǎn)品系列逐步齊全，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高，并逐步強(qiáng)制規(guī)定用戶(hù)安裝漏電保護(hù)器。我國(guó)漏電保護(hù)器的生產(chǎn)和應(yīng)用起步較晚，從70年代中期開(kāi)始發(fā)展，并首先在農(nóng)村低壓電網(wǎng)中推廣應(yīng)用。經(jīng)過(guò)80年代和90年代的自行研制、開(kāi)發(fā)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，取得了較大的進(jìn)展，已形成一個(gè)品種完善，規(guī)格齊全，負(fù)荷IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的漏電電流保護(hù)器產(chǎn)品系列。在低壓電網(wǎng)的安全保護(hù)中，尤其是農(nóng)村低壓電網(wǎng)的安全保護(hù)中發(fā)揮了重要的作用。我國(guó)生產(chǎn)的剩余電流保護(hù)器絕大部分為電子式的，約占剩余電流保護(hù)器的90%左右。電磁式剩余電流保護(hù)器因制造成本高、價(jià)格貴，使用量較少，目前僅占10%左右。主要種類(lèi)有：家用及類(lèi)似用途剩余電流斷路器、剩余電流斷路器（主要由低壓塑殼斷路器派生而成）、移動(dòng)式剩余電流保護(hù)器和剩余電流繼電器等。至今為止，國(guó)內(nèi)外又相繼研究出了一些新的漏電保護(hù)方式，如旁路接地技術(shù)、選擇性自動(dòng)復(fù)電技術(shù)、微機(jī)在漏電保護(hù)中的應(yīng)用等，為構(gòu)成全面、完善的漏電保護(hù)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。整個(gè)漏電保護(hù)技術(shù)與設(shè)備，正在朝著快速斷電、保護(hù)方式多元、微機(jī)智能綜合的方向發(fā)展。1.2 國(guó)外研究狀況漏電保護(hù)技術(shù)是從二十世紀(jì)初在西歐國(guó)家發(fā)展起來(lái)的。漏電保護(hù)裝置的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)階段，即初始階段、發(fā)展階段和成熟階段。1921年德國(guó)正式發(fā)明了電壓動(dòng)作性漏電保護(hù)器，主要用于保護(hù)設(shè)備外殼漏電。自此，德國(guó)的VDE規(guī)程及英國(guó)的BS規(guī)程均制定了有關(guān)電壓動(dòng)作型漏電保護(hù)器的標(biāo)準(zhǔn)。但是由于電壓型漏電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受外界干擾動(dòng)作特性穩(wěn)定性差、制造成本高、過(guò)電壓容易損壞漏電保護(hù)器等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰使用，取而代之的是電流型漏電保護(hù)裝置。英國(guó)早在1930年就開(kāi)始在磁力起動(dòng)機(jī)里裝設(shè)漏電保護(hù)裝置，由于當(dāng)時(shí)采用的是變壓器中性點(diǎn)直接接地的供電系統(tǒng)。故保護(hù)裝置采用了零序電流保護(hù)原理，隨后其他國(guó)家也相繼使用。法國(guó)人在1940年制成了世界上第一臺(tái)靈敏度為10mA，切斷時(shí)間為0.1S的電流型漏電保護(hù)器。但由于當(dāng)時(shí)磁性材料的發(fā)展尚未達(dá)到一定的水平，并且制造靈敏的脫扣機(jī)構(gòu)的技術(shù)不完善。因此在第二次世界大戰(zhàn)之前，漏電保護(hù)器未能大批量生產(chǎn)并用于工程實(shí)際中去。第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著電器化進(jìn)程的加快，電器設(shè)備用量日趨增加，觸電及電氣火災(zāi)的可能性也與日俱增。因此人們對(duì)漏電保護(hù)器寄予很大的希望。前蘇聯(lián)1949年研制了用于中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的漏電保護(hù)裝置（PYB型防爆漏電繼電器），它采用了附加直流電源的直流檢測(cè)原理。西德在50年代就開(kāi)始批量生產(chǎn)漏電開(kāi)關(guān)，但是將漏電保護(hù)裝置真正作為觸電保護(hù)手段用于實(shí)際工程則是在60年代以后的事情。1956年德國(guó)開(kāi)始批量生產(chǎn)電流型保護(hù)器，1962年美國(guó)研制成功了靈敏度為5mA的電流型漏電保護(hù)器，英國(guó)生產(chǎn)了額定漏電動(dòng)作電流為30mA，額定工作時(shí)間為30mS高靈敏快速型漏電保護(hù)器。60年代后期，西歐各國(guó)漏電保護(hù)器的發(fā)展已趨于完善。到二十世紀(jì)七十年代各國(guó)開(kāi)始制定規(guī)程強(qiáng)制在一些場(chǎng)所安裝漏電保護(hù)器。1.3本文所做工作本課題的研究對(duì)象是中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，研究重點(diǎn)放在發(fā)生單相漏電故障時(shí)，通過(guò)對(duì)中性點(diǎn)不接地低壓電網(wǎng)的漏電分析，提出了根據(jù)零序電流判斷漏電、根據(jù)相電壓的變化判斷漏電相的判據(jù)，并通過(guò)單片機(jī)將漏電保護(hù)理論應(yīng)用于漏電保護(hù)裝置之中。具體工作主要有：1.查閱有關(guān)漏電保護(hù)的資料，了解漏電保護(hù)器的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；2.分析中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)發(fā)生單相漏電故障、兩相漏電故障的原理及參數(shù)變化；3.提出了一種以單片機(jī)為核心，以零序電流法和最低幅值選相法為判據(jù)的新型智能漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案；4.熟悉單片機(jī)運(yùn)行原理及軟件編程，結(jié)合本裝置的硬件電路圖對(duì)漏電保護(hù)裝置進(jìn)行軟件編程及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了能夠快速判斷電網(wǎng)是否發(fā)生漏電，鑒別漏電相并發(fā)出報(bào)警及切除故障信號(hào)的新型漏電保護(hù)裝置；5. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M低壓電網(wǎng)發(fā)生單相漏電故障的電路。本裝置的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。軟件的總體結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)方案將系統(tǒng)程序簡(jiǎn)化為若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試和查錯(cuò)，然后整體聯(lián)調(diào)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和調(diào)試中的工作量，并且為后續(xù)功能擴(kuò)展和系統(tǒng)維護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。2 漏電原理及分析2.1漏電分析電網(wǎng)一旦發(fā)生漏電故障，原來(lái)三相對(duì)稱(chēng)的運(yùn)行狀態(tài)就要發(fā)生變化，絕大部分情況下其對(duì)地的對(duì)稱(chēng)性遭到破壞，因而各相對(duì)地電壓不再對(duì)稱(chēng)，并產(chǎn)生零序電壓和零序電流等新的參數(shù)。運(yùn)用對(duì)稱(chēng)分量法、節(jié)點(diǎn)電壓法及戴維南定理等理論，可以對(duì)供電單元發(fā)生漏電時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行升入的定量分析，分析的結(jié)果將為設(shè)計(jì)完善可靠的漏電保護(hù)系統(tǒng)提供理論根據(jù)。由于三相電源的中性點(diǎn)不接地，所以不論電網(wǎng)發(fā)生什么類(lèi)型的漏電故障，電網(wǎng)的線(xiàn)電壓將不發(fā)生變化，仍是三相對(duì)稱(chēng)的。單相漏電和兩相漏電均屬于不對(duì)稱(chēng)故障，故障發(fā)生后，電網(wǎng)各相對(duì)地電源就不再對(duì)稱(chēng)，并且變壓器中性點(diǎn)也要發(fā)生位移，產(chǎn)生對(duì)地電壓（零序電壓），如果系統(tǒng)中有零序回路，則在回路中有零序電流流通?？紤]到低壓電網(wǎng)與其各相對(duì)地的絕緣阻抗可以構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，故采用節(jié)點(diǎn)電壓法來(lái)進(jìn)行漏電分析較為方便，但這種分析方法要用到的零序電壓、零序電流及零序阻抗的概念，出自對(duì)稱(chēng)分量法的理論。針對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)電壓法的定義為：聯(lián)到節(jié)點(diǎn)的各支路電動(dòng)勢(shì)和該支路阻抗之商的向量和，等于該節(jié)點(diǎn)電壓與聯(lián)到該節(jié)點(diǎn)各支路阻抗并聯(lián)值之商。即 /=) （2-1）式中節(jié)點(diǎn)電壓； 聯(lián)到節(jié)點(diǎn)的所有支路阻抗并聯(lián)值（理解為節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有支路）； 節(jié)點(diǎn)內(nèi)各支路的電動(dòng)勢(shì) 與各同支路的阻抗 當(dāng)忽略變壓器、線(xiàn)路等元件的阻抗后，正常時(shí)電網(wǎng)的電源中性點(diǎn)N與大地之間只有3個(gè)支路并聯(lián)，并分別由各相電動(dòng)勢(shì)與各相對(duì)地的零序阻抗組成，故構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時(shí)，就相當(dāng)于在漏電相的零序阻抗上并聯(lián)了過(guò)渡電阻，這樣，我們就可以直接應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電壓法求出中性點(diǎn)與大地的電位差，即零序電壓，進(jìn)而根據(jù)邊界條件和回路電壓定律求得其他故障參數(shù)的表達(dá)式。2.1.1 利用節(jié)點(diǎn)電壓法分析單相漏電單項(xiàng)漏電時(shí)情況如圖2-1所示。圖中變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)不接地，為相漏電的過(guò)渡電阻，其變化范圍約為011K,為個(gè)相對(duì)地絕緣電阻，為各相對(duì)地電容。對(duì)于漏電回路，變壓器、線(xiàn)路及大地的阻抗均為歐姆數(shù)量級(jí)及以下，遠(yuǎn)小于r和容抗,可以忽略。正常時(shí)電網(wǎng)的電源中性點(diǎn)N與大地之間只有三條支路并聯(lián)，并分別由各相電動(dòng)勢(shì)與各相對(duì)地的零序阻抗組成，故構(gòu)成一具有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。發(fā)生單相漏電或兩相漏電時(shí)，相當(dāng)于在漏電相的零序阻抗上并聯(lián)了過(guò)渡電阻，因而可以直接應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電壓法求出中性點(diǎn)與大地的電位差，進(jìn)而根據(jù)邊界條件和回路電壓定律求得其故障參數(shù)的表達(dá)式。此時(shí)的零序電路如圖2-2所示。圖 2-1 利用節(jié)電電壓法分析單項(xiàng)漏電的電路圖N點(diǎn)為變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)，N為大地，設(shè)在L1相發(fā)生單相漏電，過(guò)渡電阻為Rtr。顯然當(dāng)未發(fā)生單相接地時(shí)，電路相當(dāng)于三項(xiàng)對(duì)地接有一阻抗為ZZS的三相星形負(fù)載，根據(jù)公式（2-1）可得VNN=0，也就是不產(chǎn)生零序電壓，因此也不會(huì)有零序電流，三相對(duì)地只有較小的各相泄漏電流，并在地中達(dá)到平衡。 圖 2-2 單相漏電的等效電路圖N點(diǎn)為變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)，N為大地，設(shè)在L1相發(fā)生單相漏電，過(guò)渡電阻為Rtr。顯然當(dāng)未發(fā)生單相接地時(shí)，電路相當(dāng)于三項(xiàng)對(duì)地接有一阻抗為ZZS的三相星形負(fù)載，根據(jù)公式（2-1）可得VNN=0，也就是不產(chǎn)生零序電壓，因此也不會(huì)有零序電流，三相對(duì)地只有較小的各相泄漏電流，并在地中達(dá)到平衡。需要說(shuō)明的是電網(wǎng)每相對(duì)地零序阻抗ZZS的含義。由于電網(wǎng)為中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，入地的漏電電流Igr必須經(jīng)過(guò)非故障相的絕緣電阻r2,r3和對(duì)地電容C2 ,C3構(gòu)成回路，故ZZS是電網(wǎng)每相對(duì)地絕緣電阻r和電容容抗Xc并聯(lián)以后的阻抗值（電纜線(xiàn)路對(duì)地感抗很小可忽略）。 (2-2)式中XC=1/WC , W=2f=314當(dāng)發(fā)生單相漏電時(shí)，相當(dāng)于在L1相的零序阻抗ZZS上又并聯(lián)了一個(gè)過(guò)渡電阻Rtr，因而破壞了原由ZZS組成的三相星形負(fù)載的對(duì)稱(chēng)性。根據(jù)公式（2-1），并令Rtt與ZZS的并聯(lián)值為，故得零序電壓 = = = = = （2-3）式中a、向量算子； 各相零序電流 （2-4）根據(jù)回路電壓定律得故障相的對(duì)地電壓 （2-5）同理，非故障相的對(duì)地電壓 (2-6) (2-7)電網(wǎng)經(jīng)入地的漏電電流 (2-8)與各相對(duì)地電壓的向量關(guān)系圖如2-3所示圖 2-3 各相對(duì)地電壓的向量關(guān)系圖2.1.2 利用節(jié)點(diǎn)電壓法分析兩相漏電等效電路如圖2-5所示，分別在兩相發(fā)生了經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻，同樣破壞了原由三個(gè)上各并聯(lián)了一個(gè)電阻，同樣破壞了原由三個(gè)所組成的三相星形負(fù)載的對(duì)稱(chēng)性。圖2-4兩相漏電的等效電路圖利用節(jié)點(diǎn)電壓法，可以求得兩相漏電各故障參數(shù)的向量表達(dá)式如下： (2-9) (2-10) (2-11) (2-12) (2-13)電網(wǎng)經(jīng)入地的各相漏電電流，可據(jù)邊界條件求得 (2-14) (2-15)電網(wǎng)的總?cè)氲芈╇婋娏?(2-16)2.2 漏電保護(hù)原理2.2.1零序電流保護(hù)原理零序電流保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零，即I=0，它是用零序CT（電流互感器）作為取樣元件。在線(xiàn)路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零（對(duì)零序電流保護(hù)假定不考慮不平衡電流），因此，零序CT的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出（零序電流保護(hù)時(shí)躲過(guò)不平衡電流），執(zhí)行元件不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序CT的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序CT的二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣裝置，切換供電網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到接地故障保護(hù)目的。各支路零序電流互感器零序電壓互感器復(fù)式電源低通濾波 零序有功檢測(cè)環(huán)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器單片機(jī)報(bào)警提示打印RS232 圖2-5 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖零序電流互感器的作用漏電保護(hù)器通過(guò)電流互感器檢測(cè)取得異常訊號(hào)，經(jīng)過(guò)中間機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換傳遞，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置斷開(kāi)電源。 電流互感器的結(jié)構(gòu)與變壓器類(lèi)似，是由兩個(gè)互相絕緣繞在同一鐵心上的線(xiàn)圈組成。當(dāng)一次線(xiàn)圈有剩余電流時(shí)，二次線(xiàn)圈就會(huì)感應(yīng)出電流。2.3 漏電保護(hù)器的分類(lèi)漏電保護(hù)器（剩余電流動(dòng)作保護(hù)器）是指能同時(shí)完成檢測(cè)剩余電流，將剩余電流與基準(zhǔn)值相比較，以及當(dāng)剩余電流超過(guò)基準(zhǔn)時(shí)斷開(kāi)被保護(hù)電路的裝置。2.3.1 按漏電保護(hù)裝置中間環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)（1）電磁式漏電保護(hù)裝置。其中間環(huán)節(jié)為電磁元件，有電磁脫扣器和靈敏繼電器兩種形式。電磁式漏電保護(hù)裝置因全部采用電磁元件，使得其耐過(guò)電流和過(guò)電壓沖擊的能力較強(qiáng)，因而無(wú)需輔助電源，當(dāng)主電路缺相時(shí)仍能起漏電保護(hù)作用。但其靈敏度不易提高，且制造工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。（2）電子式漏電保護(hù)裝置。其中間環(huán)節(jié)使用了由電子元件構(gòu)成的電子電路，有的是分立元件電路，也有的是集成電路。中間環(huán)節(jié)的電子電路用來(lái)對(duì)漏電信號(hào)進(jìn)行放大、處理和比較。其特點(diǎn)是靈敏度高、動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間調(diào)整方便、使用耐久。但電子式漏電保護(hù)裝置對(duì)使用條件要求嚴(yán)格，抗電磁干擾性能較差，當(dāng)主電路缺相時(shí)，可能會(huì)因缺失輔助電源而喪失保護(hù)功能。2.3.2 按結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)（1）開(kāi)關(guān)型漏電保護(hù)裝置。它是一種將零序電流互感器、中間環(huán)節(jié)和主要開(kāi)關(guān)組合安裝在同一機(jī)殼內(nèi)的開(kāi)關(guān)電器，通常稱(chēng)為漏電開(kāi)關(guān)或漏電斷路器。其特點(diǎn)是：當(dāng)檢測(cè)到出點(diǎn)、漏電后，保護(hù)器本身即可直接切斷被保護(hù)主電路的供電電源。這種保護(hù)器有的還建有短路保護(hù)及過(guò)載保護(hù)。（2）組合型漏電保護(hù)裝置。它是一種由漏電繼電器和主開(kāi)關(guān)通過(guò)電氣連接組合而成的漏電保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)生觸電、漏電故障時(shí)，有漏電繼電器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、處理和比較，通過(guò)其脫扣器或繼電器動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；也可通過(guò)控制觸電去操作主開(kāi)關(guān)切斷供電電源。漏電繼電器本身不具備直接斷開(kāi)主電路的功能。2.3.3 按安裝方式分類(lèi)（1）固定位置安裝、固定接線(xiàn)方式的漏電保護(hù)裝置；（2）帶有電纜的可移動(dòng)使用的漏電保護(hù)裝置。2.3.4 按極數(shù)和線(xiàn)數(shù)分類(lèi)按主開(kāi)關(guān)的極數(shù)和穿過(guò)零序電流互感器的線(xiàn)數(shù)可將漏電保護(hù)裝置分為：?jiǎn)渭?jí)二線(xiàn)漏電保護(hù)裝置、二極漏電保護(hù)裝置、二極三線(xiàn)漏電保護(hù)裝置、三極漏電保護(hù)裝置、三極四線(xiàn)漏電保護(hù)裝置和四極漏電保護(hù)裝置。其中，單級(jí)二線(xiàn)漏電保護(hù)裝置、二極三線(xiàn)漏電保護(hù)裝置、三極四線(xiàn)漏電保護(hù)裝置均有一根直接穿過(guò)零序電流互感器而不能被主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的中性線(xiàn)。2.3.5 按運(yùn)行方式分類(lèi)（1）不需要輔助電源的漏電保護(hù)裝置（2）需要輔助電源的漏電保護(hù)裝置。此類(lèi)中又分為輔助電源中斷時(shí)可自動(dòng)切斷的漏電保護(hù)裝置和輔助電源中斷時(shí)不可自動(dòng)切斷的漏電保護(hù)裝置。2.3.6 按動(dòng)作時(shí)間分類(lèi)按動(dòng)作時(shí)間可將漏電保護(hù)裝置分為：快速動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置、延時(shí)型漏電保護(hù)裝置和反時(shí)限型漏電保護(hù)裝置。2.3.7 按動(dòng)作靈敏度分類(lèi)按動(dòng)作靈敏度可將漏電保護(hù)裝置分為：高靈敏度型漏電保護(hù)裝置、中靈敏度型漏電保護(hù)裝置和低靈敏度型漏電保護(hù)裝置2.4 漏電保護(hù)裝置的主要參數(shù)2.4.1 關(guān)于漏電動(dòng)作性能的技術(shù)參數(shù) 關(guān)于漏電動(dòng)作性能的技術(shù)參數(shù)是漏電保護(hù)裝置最基本的技術(shù)參數(shù)，包括漏電動(dòng)作電流和漏電動(dòng)作時(shí)間。（1）額定漏電動(dòng)作時(shí)間（）。它是指在規(guī)定的條件下，漏電保護(hù)裝置必須動(dòng)作的漏電動(dòng)作電流值。該值反映了漏電保護(hù)裝置的靈敏度。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定漏電動(dòng)作電流值為：6mA，10mA，（15mA），30mA，（50mA），(75mA),100mA,(200mA),300mA,500mA,10000mA, 20000mA共15個(gè)等級(jí)（帶括號(hào)的值不推薦優(yōu)先采用）。其中，30mA及其以下者屬高靈敏度，主要用于防止各種人身觸電事故；30mA以上至1000mA者屬于中靈敏度，用于防止觸電事故和漏電火災(zāi)；1000mA以上者屬低靈敏度，用于防止漏電火災(zāi)和監(jiān)視一相接地事故。（2）額定漏電不動(dòng)作電流（）。它是指在規(guī)定的條件下，漏電保護(hù)裝置必須不動(dòng)作的漏電不動(dòng)作電流值。為了防止誤動(dòng)作，漏電保護(hù)裝置的額定不動(dòng)作電流不得低于額定動(dòng)作電流的1/2。（3）漏電動(dòng)作分?jǐn)鄷r(shí)間。它是指從突然施加漏電動(dòng)作電流開(kāi)始到被保護(hù)電路完全被切斷為止的全部時(shí)間。為適應(yīng)人身觸電保護(hù)和分級(jí)保護(hù)的需要，漏電保護(hù)裝置有快速型、延時(shí)型、和反時(shí)限型三種?？焖傩瓦m用于單級(jí)保護(hù)，用于直接接觸觸電擊防護(hù)時(shí)必須選用快速型的漏電保護(hù)裝置。延時(shí)型漏電保護(hù)裝置認(rèn)為的設(shè)置了延時(shí)，主要用于分級(jí)保護(hù)的首段。反時(shí)限型漏電保護(hù)裝置是配合人體安全電流時(shí)間曲線(xiàn)而設(shè)計(jì)的，其特點(diǎn)是漏電電流越大，則對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)間越小，呈現(xiàn)反時(shí)限動(dòng)作特性。快速型漏電保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間與動(dòng)作電流的乘積不應(yīng)超過(guò)30mA.s。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間如表（2-1）所示，表中額定電流40A的一欄適用于組合型漏電保護(hù)裝置。延時(shí)型漏電保護(hù)裝置延時(shí)時(shí)間的優(yōu)選值為：0.2s，0.4s，0.8s，1s，1.5s，2s。表 2-1 漏電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間額定動(dòng)作電流In/ma額定電流/A動(dòng)作電流/SIn2In0.5A5In30任意值0.20.10.0430任意值0.20.10.04400.20.15 2.4.2 其他參數(shù)漏電保護(hù)裝置的其他技術(shù)參數(shù)的額定值主要有：（1）額定頻率為50Hz；（2）額定電壓為220V或380V；（3）額定電流（）為 6A，10A,16A，20A，25A，32A，40A，50A，(60A)，63A，(80A)，100A，(125A)，160A，200A，250A（帶括號(hào)的值不推薦優(yōu)先采用）。3 漏電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)及原理3.1 漏電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)電氣設(shè)備漏電時(shí)，將呈現(xiàn)出異常的電流和電壓信號(hào)。漏電保護(hù)裝置通過(guò)檢測(cè)此異常電流或異常電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理，促使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，借助開(kāi)關(guān)設(shè)備迅速切斷電源。根據(jù)故障電流動(dòng)作的漏電保護(hù)裝置是電流型漏電保護(hù)裝置，根據(jù)故障電壓動(dòng)作的是電壓型漏電保護(hù)裝置。早期的漏電保護(hù)裝置為電壓型漏電保護(hù)裝置，因其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受外界干擾動(dòng)作特性穩(wěn)定性差、制造成本高等缺點(diǎn)，已逐步被淘汰，取而代之的是電流型漏電保護(hù)裝置。電流型漏電保護(hù)裝置得到了迅速的發(fā)展，并占據(jù)了主導(dǎo)地位。目前，國(guó)內(nèi)外漏電保護(hù)裝置的研究生產(chǎn)及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均以電流型漏電保護(hù)裝置為對(duì)象。漏電保護(hù)裝置的組成：圖3-1是漏電保護(hù)裝置的組成方框圖。其構(gòu)成主要有三個(gè)基本環(huán)節(jié)，即檢測(cè)元件、中間環(huán)節(jié)（包括放大元件和比較元件）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其次，還有輔助電源和試驗(yàn)裝置。實(shí) 驗(yàn) 裝 置執(zhí)行機(jī) 構(gòu)比較 元 件放大元 件檢測(cè)元 件中間環(huán)節(jié)輔 助 電 源圖 3-1 漏電保護(hù)器組成框圖1.檢測(cè)元件 它是一個(gè)零序電流互感器。被保護(hù)主電路的相線(xiàn)和中性線(xiàn)穿過(guò)環(huán)形鐵心構(gòu)成了零序電流互感器的一次線(xiàn)圈，均勻纏繞在環(huán)形鐵芯上的繞組構(gòu)成了互感器的二次線(xiàn)圈。檢測(cè)元件的作用是將漏電電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或功率信號(hào)輸出給中間環(huán)節(jié)。2.中間環(huán)節(jié) 該環(huán)節(jié)對(duì)來(lái)自零序電流互感器的漏電信號(hào)進(jìn)行處理。中間環(huán)節(jié)通常包括放大器、比較器、繼電器等，不同形式的漏電保護(hù)裝置在中間環(huán)節(jié)的具體構(gòu)成上形式各異。3.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)用于接收中間環(huán)節(jié)的指令信號(hào)，實(shí)施動(dòng)作，自動(dòng)切斷故障處的電源。執(zhí)行機(jī)構(gòu)多為帶有分離脫扣器的自動(dòng)開(kāi)關(guān)或交流接觸器。4.輔助電源 當(dāng)中間環(huán)節(jié)為電子式時(shí)，輔助電源的作用是提供電子電路工作所需要的低壓電源。5.實(shí)驗(yàn)裝置 這是對(duì)運(yùn)行中的漏電保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢查時(shí)所使用的裝置。通常是用一個(gè)限流電阻和檢查按鈕相串聯(lián)的支路來(lái)模擬漏電的路徑，以檢驗(yàn)裝置能否正常動(dòng)作。3.2 漏電判斷原理本課題實(shí)現(xiàn)了能夠快速判斷電網(wǎng)是否發(fā)生漏電，鑒別漏電相并發(fā)出報(bào)警及切除故障信號(hào)的新型漏電保護(hù)裝置。主要通過(guò)零序電流保護(hù)原理判斷電網(wǎng)是否發(fā)生漏電，通過(guò)最低幅值選相法判斷漏電相。3.2.1漏電判斷原理零序電流保護(hù)的基本原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零，即=0，它是用零序電流互感器作為取樣元件。在線(xiàn)路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零（對(duì)零序電流保護(hù)假定不考慮不平衡電流），因此，零序電流互感器的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出（零序電流保護(hù)時(shí)躲過(guò)不平衡電流），執(zhí)行元件不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)電壓使執(zhí)行元件動(dòng)作，帶動(dòng)脫扣裝置，切換供電網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到接地故障保護(hù)的目的。零序電流互感器具體應(yīng)用可在三相線(xiàn)路上各裝一個(gè)電流互感器（C.T），或讓三相導(dǎo)線(xiàn)一起穿過(guò)一零序電流互感器，也可在中性線(xiàn)N上安裝一個(gè)零序電流互感器，利用這些電流互感器來(lái)檢測(cè)三相的電流矢量和，即零序電流I0，Ia+Ib+IC=0，當(dāng)線(xiàn)路上所接的三相負(fù)荷完全平衡時(shí)（無(wú)接地故障，且不考慮線(xiàn)路、電器設(shè)備的泄漏電流），I0=0；當(dāng)線(xiàn)路上所接的三相負(fù)荷不平衡，則I0=IN，此時(shí)的零序電流為不平衡電流IN；當(dāng)某一相發(fā)生接地故障時(shí)，必然產(chǎn)生一個(gè)單相接地故障電流Id，此時(shí)檢測(cè)到的零序電流I0=IN+Id，是三相不平衡電流與單相接地電流的矢量和。如果在三相四線(xiàn)中接入一個(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，這時(shí)穿過(guò)互感器的三相電流相量和不等零，其相量和為：Ia+Ib+IC=I(漏電電流）這樣互感器二次線(xiàn)圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件掉閘。這里所接的互感器稱(chēng)為零序電流互感器，三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。圖3-2是某三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)的漏電保護(hù)原理圖?，F(xiàn)通過(guò)此圖，對(duì)漏電保護(hù)裝置的原理進(jìn)行說(shuō)明。圖 3-2 漏電保護(hù)器工作原理在被保護(hù)的電路工作正常、沒(méi)有發(fā)生漏電或觸電的情況下，由基爾霍夫定律可知，通過(guò)電流互感器一次側(cè)電流的向量和等于零。這使得電流互感器一次鐵芯中磁通的向量和也為零。電流互感器二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。漏電保護(hù)裝置不動(dòng)作。系統(tǒng)保持正常供電。當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生漏電或有人觸電時(shí)，由于漏電電流的存在，通過(guò)電流互感器一次側(cè)的各相負(fù)荷電流的向量和不再等于零，即產(chǎn)生了剩余電流。這就導(dǎo)致了鐵芯中磁通的向量和也不再為零，即在鐵芯中出現(xiàn)了交變磁通。在此交變磁通作用下，TA二次側(cè)線(xiàn)圈就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。此漏電信號(hào)經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理和比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，是主開(kāi)關(guān)分勵(lì)脫扣線(xiàn)圈TL通電，驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)QF自動(dòng)跳閘，迅速切斷被保護(hù)電路的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。3.2.2 漏電相選擇原理當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相漏電時(shí)，在一定的條件下，故障相的對(duì)地電壓總是最低的，利用這一特點(diǎn)而構(gòu)成的選相方法叫最低幅值選相法。由采樣電路取出三相對(duì)地電壓Ua、Ub、UC，電網(wǎng)正常時(shí)他們數(shù)值基本相等并與相電壓成相同的比例；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相漏電時(shí)，三者數(shù)之商有較大的差異，漏電相電壓低于其他兩相。根據(jù)最低幅值選相法我們可以選擇出漏電相。表3-1為660V電網(wǎng)單相漏電時(shí)的各相電壓。表 3-1 660V電網(wǎng)單相漏電時(shí)的各相電壓根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件零序電流與各相電壓漏電保護(hù)原理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，我們模擬的電網(wǎng)如圖3-3：圖 3-3模擬電網(wǎng)線(xiàn)路為了更好的得到試驗(yàn)結(jié)果我把電壓調(diào)到了22V/38V，R1=20，R2=7.5，漏電電阻R0=07.5。因?qū)嶒?yàn)室沒(méi)有電容，故約去。假如線(xiàn)路發(fā)生C相漏電，則全電網(wǎng)C相對(duì)地電壓會(huì)降低，A、B兩相會(huì)升高。中性點(diǎn)電壓變?yōu)?(2-34) 即為零序電壓，式中則有 (2-35) (2-36)3.3單片機(jī)的選用 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。它把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器、CPU隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、可編程存儲(chǔ)器EPROM、并行及串口輸入輸出I/O接口電路、定時(shí)器中斷控制器等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)內(nèi)還包含A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、告訴輸入/輸出部件、DMA通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等新的特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適合于工業(yè)控制及控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合。3.3.1 MCS51單片機(jī)系列單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)經(jīng)歷了4位單片機(jī)、8位低檔單片機(jī)、8位高檔單片機(jī)、16位單片機(jī)等各個(gè)階段，現(xiàn)在正向高性能、高速度、高集成度、大容量、多功能、低功耗、加強(qiáng)10能力及結(jié)構(gòu)兼容的32位和雙CPU方向發(fā)展。盡管單片機(jī)的種類(lèi)很多，但從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，使用最廣泛的仍是MCS51系列。從MCS48單片機(jī)發(fā)展到如今的新一代單片機(jī)，大致經(jīng)歷了三代。如以Intel8單片機(jī)為例，這H代的劃分大致如下：第一代：以MCS48系列單片機(jī)為代表。其主要的技術(shù)特征是將CPU和計(jì)算機(jī)外圍電路集成到了一個(gè)芯片上，在與通用CPU分道揚(yáng)鑣、構(gòu)成新型工業(yè)微控制器方面取得了成功，為單片機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展開(kāi)辟了成功之路。第二代：以MCS51系列的8位單片機(jī)為代表。MCS51系列 8位高檔單片機(jī)是在總結(jié)MCS48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上，于80年代初推出的新產(chǎn)品。其主要的技術(shù)特征是：（1）擴(kuò)大了片內(nèi)存儲(chǔ)容量、外部尋址空間：程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址都增加到64KB。（2）增強(qiáng)了并行口、增設(shè)了全雙工串行口 IO： 4個(gè)8位并行1O接口，可用于地址和數(shù)據(jù)的傳送，也可與8243、8155等連接，進(jìn)行外部1O接口的擴(kuò)展；串行1O接口，是一個(gè)全雙工串行通信日，可用于數(shù)據(jù)的串行接收和發(fā)送，為構(gòu)成串行通信網(wǎng)絡(luò)提供了方便。（3）增加了定時(shí)器計(jì)數(shù)器的個(gè)數(shù)并擴(kuò)展了長(zhǎng)度：定時(shí)器計(jì)數(shù)器由一個(gè)增為兩個(gè)（805為三個(gè)），計(jì)數(shù)長(zhǎng)度由8位增為16位，且有4種工作方式。這樣，既提高了定時(shí)計(jì)數(shù)范圍，又使用戶(hù)使用靈活方便。（4）增強(qiáng)了中斷系統(tǒng)：設(shè)置有2級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，可接受5個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求，中斷優(yōu)先級(jí)別可由用戶(hù)定義。這樣，就使 MCS51單片機(jī)很適合用于數(shù)據(jù)采集與處理、智能儀器儀表和工業(yè)過(guò)程控制。（5）具備較強(qiáng)的指令尋址和運(yùn)算等功能：有 111條指令，可分為 4大類(lèi)。使用了7種尋址方式。這些指令44%為單字節(jié)指令，41%為雙字節(jié)指令，15%為三字節(jié)指令。若用12MHZ的晶體頻率,50%指令可在11S內(nèi)執(zhí)行完畢，而40%指令可在 2S內(nèi)執(zhí)行完畢。此外，還設(shè)有減法、比較和 8位乘、除法指令。乘。除法指令的執(zhí)行時(shí)問(wèn)僅為4S。這樣，大大提高了 CPU的運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理能力。（6）增設(shè)了頗具特色的布爾處理機(jī)：在指令系統(tǒng)中設(shè)置有位操作指令，這些位操作指令與位尋址空間一起構(gòu)成布爾處理機(jī)。布爾處理機(jī)對(duì)于實(shí)時(shí)邏輯控制處理具有突出的優(yōu)點(diǎn)。第三代：以80C51系列單片機(jī)為代表。它包括了Intel公司發(fā)展 MCS51系列的新一代產(chǎn)品，如 8XC152、80C5lFA FB、80C5 1GA GB、SXC451、8XC452，還包括了Philips、Siemens、AMD、OKI、ATMEL等公司以 80C51為核心推出的大量各具特色、與 MCS51引兼容的單片機(jī)。80C51系列單片機(jī)是在MCS48的HMOS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它們具有CHMOS結(jié)構(gòu)。它保留了MCS48單片機(jī)的所有特性，內(nèi)部組成基本相同。同時(shí)80C51系列單片機(jī)增設(shè)了兩種可以用軟件進(jìn)行選擇的低功耗工作方式：空閑方式和掉電方式。50C51系列單片機(jī)產(chǎn)品中增加了一些外部接口功能單元，如 AD、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時(shí)器）、高速10接口、計(jì)數(shù)器的捕獲比較邏輯等。此外，由于80C51系列采用了CMOS技術(shù)制造而成，較之MCS48系列集成度高、速度快、功耗低。因此 80C51系列單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。3.3.2 單片機(jī)外部引腳說(shuō)明MCS51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳，HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插（DIP）方式封裝，下面以8051為例分析和說(shuō)明下各個(gè)引腳的功能。如圖3-5所示MCS51系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專(zhuān)用于主電源的引腳，2個(gè)外接晶體的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹龈饕_的功能。1.主電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源地端。圖3-5 8051單片機(jī)管腳示意圖2.主電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）：接+5V電源正端；VSS（20腳）：接+5V電源地端。3.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端；對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。4.控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有、等4種形式。（1）（9腳）：RST即為RESET，為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)（復(fù)位電路將在我的硬件設(shè)計(jì)中給出說(shuō)明）。當(dāng)VCC發(fā)生故障、降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源（+50.5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（2）（30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址。在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE殿仍以上述不變的頻率（振蕩器頻率的1/6），周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ALE脈沖會(huì)跳過(guò)一個(gè)，此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不妥當(dāng)了。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳作為編程脈沖的輸入端。（3）（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或者常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，信號(hào)將不出現(xiàn)。（4）（31腳）：為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MCS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，均只訪問(wèn) 程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源。5.輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口（1）P0口（39腳32腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱(chēng)為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位地址總線(xiàn)和8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。對(duì)于片內(nèi)含EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。（2）P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱(chēng)為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還還有第2功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對(duì)EPROM編程和進(jìn)行程序驗(yàn)證時(shí)，P1口接收輸入的低8位地址。（3）P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱(chēng)為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線(xiàn)送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序驗(yàn)證時(shí)，P2口接收輸入的高8位地址。（4）P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱(chēng)為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入或第2功能。P3口的第2功能詳見(jiàn)表3-2。表 32 P3口第2功能表綜上所述，MCS51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：（1）單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第2功能；（2）單片機(jī)對(duì)外呈3總線(xiàn)形式，由P2、P0口組成16位地址總線(xiàn)；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)；由ALE、RST、與P3口中的、T0、T1、共10個(gè)引腳組成控制總線(xiàn)。由于是16位地址線(xiàn)，因此，可使外部存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到64KB。4 選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)4.1軟件設(shè)計(jì)的總體思想對(duì)于一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，往往需要從硬件、軟件兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件電路是實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的基礎(chǔ)，是漏電保護(hù)器的“肢體”，是整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的第一步。而所有功能的實(shí)現(xiàn)和可靠運(yùn)行，還依賴(lài)與完整的軟件設(shè)計(jì)。即軟件是設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵，是靈魂。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的指揮下，漏電保護(hù)器才能夠完成一系列的保護(hù)工作。軟件是系統(tǒng)的指揮中心，性能優(yōu)良的軟件是保證系統(tǒng)高效、可靠、安全工作的技術(shù)保障。根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的控制原則和技術(shù)要求，使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。C語(yǔ)言是一種應(yīng)用廣泛的高級(jí)語(yǔ)言，他具有功能豐富、表達(dá)能力強(qiáng)、目標(biāo)代碼效率高、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具有位操作等許多低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，非常適合用來(lái)開(kāi)發(fā)單片機(jī)等嵌入式應(yīng)用程序。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，常用的設(shè)計(jì)方法有三種：模塊化程序設(shè)計(jì)、自頂向下逐步求精程序設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。由于實(shí)際的單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能復(fù)雜、信息量大、程序較長(zhǎng)，所以選用切合實(shí)際的程序設(shè)計(jì)方法就顯得相當(dāng)重要。由于模塊化程序設(shè)計(jì)的中心思想是把一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用程序按整體功能劃分成若干相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試、和差錯(cuò)，然后裝配起來(lái)聯(lián)調(diào)，最終成為一個(gè)完成一個(gè)功能，具有實(shí)用價(jià)值的程序。本文中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了保護(hù)系統(tǒng)的主控程序和各功能模塊程序，并給出了程序框圖。試驗(yàn)表明，采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)試方便，編程效率高。4.1.1軟件設(shè)計(jì)原則軟件設(shè)計(jì)包括擬定程序的總體方案并畫(huà)出程序流程圖、編制具體程序、程序的檢查修改、程序調(diào)試等步驟。（1）程序的總體設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)首先要擬定設(shè)計(jì)的總體方案，由于一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)功能復(fù)雜、信息量大、程序較長(zhǎng)，因此需要選用切實(shí)可行的程序設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，把一個(gè)較大的程序劃分為若干個(gè)具有獨(dú)立功能的子程序，各子程序分別進(jìn)行編譯、調(diào)試，最后鏈接成一個(gè)統(tǒng)一的整體。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)確定出具體功能模塊的數(shù)學(xué)模型和算法，并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的形式，最后繪制出各功能模塊和總體設(shè)計(jì)的流程圖。（2）程序的編制程序流程圖繪制成功后，整個(gè)程序的輪廓和思路已十分清楚。設(shè)計(jì)者就可以進(jìn)行編制程序。首先要統(tǒng)籌考慮和安排一些全局問(wèn)題，如:程序地址空間分配、工作寄存器安排、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、端口地址和輸入/輸出格式等。然后就可以依照程序流程圖來(lái)編出目標(biāo)程序。（3）程序的檢查和修改實(shí)際的應(yīng)用程序編好后，往往會(huì)有不少潛在隱患和錯(cuò)誤，這是不足為奇的。但如果這些隱患和錯(cuò)誤不加排除和修改很容易產(chǎn)生并發(fā)癥，使得本來(lái)很好的程序陷入不可收拾的地步。因此，源程序編好后在上機(jī)調(diào)試前進(jìn)行靜態(tài)檢查是十分必要的。（4）程序的調(diào)試程序經(jīng)過(guò)檢查直到?jīng)]有錯(cuò)誤后，就可以進(jìn)入調(diào)試過(guò)程，調(diào)試過(guò)程的主要目的是檢驗(yàn)編制的程序是否符合實(shí)際功能，各模塊子程序之間配合是否協(xié)調(diào)，是否存在漏洞以及程序優(yōu)化等，最后完成系統(tǒng)的總體程序設(shè)計(jì)。4.1.2本課題要實(shí)現(xiàn)的主要功能本課題主要研究的智能漏電裝置主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）檢測(cè)零序電流（2）判斷電路是否漏電（3）判斷漏電相（4）顯示零序電流（5）按鍵設(shè)置整定值4.1.3程序構(gòu)成程序主要由數(shù)據(jù)采集、漏電故障判斷、漏電故障相判斷、控制信號(hào)輸出、報(bào)警等部分組成。數(shù)據(jù)采集主要將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換出發(fā)工作方式采用軟件出發(fā)，即在軟件操作下，選通某一輸入通道，將該通道模擬輸入信號(hào)送入采樣保持器，然后通過(guò)單穩(wěn)電路啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)，轉(zhuǎn)換完成為寄存器被置為“1”。當(dāng)軟件查詢(xún)到這個(gè)狀態(tài)位為“1”時(shí)，即將數(shù)據(jù)讀入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。漏電故障判斷及漏電故障相判斷，這部分程序主要實(shí)現(xiàn)故障的判斷功能，即通過(guò)檢測(cè)到的各信號(hào)判斷是否漏電，