一种智能脱扣器数据采集系统硬件设计

　　0 引言

　　在电能的产生、输送、使用过程中，配电是一个极其重要的环节。低压断路器就是在低压配电系统中用来处理由于电网波动导致线路出现严重的过载、短路、过电压、欠电压、过电流、剩余电流等故障的一种电器。它可以及时切断电路，隔离故障，起到保护配电网络、电气设备的作用。脱扣器是断路器的核心部件，可以在电网发生故障情况时分断电流。

　　从上世纪50 年代开始生产仿苏断路器，至今已发展为带有微处理器的智能型脱扣器。智能脱扣器不仅囊括了传统脱扣器所有保护功能，而且还能够显示、设定和修改被控电路中参数并扩充了测量、控制、报警、数据记忆及传输、上下微机的通信等功能，其性能大大优于传统的常规断路器产品。智能脱扣器要在电网发生故障的情况下快速分断整体电路，又要对电网信号的采集要准确、快速、无误，这样，智能脱扣器的核心———微控制单元才能准确分析采集到的信号，正确判断电网是否故障。本文所介绍智能脱扣器电网信号的采集系统的硬件主要分为3 个部分:① 信号调理单元，包括电流采样、电压采样、剩余电流采样;②锁相环频率跟踪;③ 多路转换开关。该3 部分相互连接形成一个整体，不可分割。合理地处理好该3 部分，才能准确地了解当前的电网情况，保护电网和用电电器安全。

　　1 整体设计方案

　　智能脱扣器数据采集系统结构框图如图1 所示。电网信号经过信号调理单元的电流、电压、剩余电流采集电路，送入多路转换开关，同时应用锁相环提供微控制器中断信号，利用微控制器LPC2294 外部中断功能进行信号实时采样，最终将采样信号送入微控制器。

图1 智能脱扣器数据采集系统硬件整体结构框图。

　　2 信号调理单元

　　信号调理单元包括电流采样、电压采样以及剩余电流采样。信号调理单元将7 路输出信号:I1、I2、I3、U1、U2、U1、L 送入多路转换开关，以备后续循环采样。

　　2. 1 空心电流互感器

　　随着电力传输容量的不断增长，电网电压等级的不断提高，保护要求更加严格，铁心式互感器暴露出一些缺点，如体积大、易磁饱和、有铁磁谐振、动态范围小、使用频带窄等。本设计使用了空心电流互感器，空心式电流互感器克服了传统铁心式互感器的缺点，采用非磁性材料作为传感器，无饱和、无剩磁、体积小、频带宽，最重要的是其二次侧输出不是一个电流量而是一个电压量，省去在二次侧接大功率采样电阻和二次侧不能开路的限制。采用空心电流互感器输出的小电压信号就可以直接应用到后续电路。