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　

　　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。

　　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

　　电源是一台设备能否正常、稳定、可靠工作的关键部分，ACM采用本公司常用的通用开关电源模块。该电源模块输入电压为AC85V～265V，输入频率45Hz～60Hz，具有多路隔离电压输出，满足多种功能对不同供电电压的要求。输出电压稳定、故障率小，输出纹波 <1%。具有过压、过流保护。该模块经实际现场使用，具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。

　　2.3 信号采集电路(图3)

　　信号采集电路采用互感器隔离输入，将交流信号抬高后，通过放大电路将信号进行放大，最后将采样信号送入CPU进行A/D转化。

　　图3 信号采集电路

　　2.4 人机交互单元

　　人机交互单元采用LCD液晶显示和按键输入。能够直观地显示测量参数和设置参数。用户可根据实际需要进行各种参数的设定设置。

　　2.5 RS485通讯接口

　　通讯接口模块采用通用的RS-485、Modbus RTU通讯规约，能实现遥测、遥控、遥信等功能，见图4。

　　图 4 通讯电路原理图

　　2.6 继电器输出接口

　　继电器输出接口(图5)是动作的执行机构，当出现故障时，继电器便会产生动作，发出报警信号。

　　图 5 继电器输出原理图

　　3 软件设计

　　ACM的软件流程主要包括A/D子程序、保护子程序、计算子程序、显示子程序、按键处理子程序、通讯子程序等子程序，由于程序内容较多，现给出主程序流程(图6)

　　图 6 主程序流程图

　　4 结构设计

　　监控装置的外型结构分为2种，见图7、图8。

　　图7结构采用的是微型断路器外型，体积小巧，LCD液晶显示。

　　图8采用的是分体式安装，主体控制单元采用DIN35mm导轨安装方式，显示单元采用嵌入式安装方式，由数据线与主体相连。点阵LCD显示，美观大方。

　　5 产品特点

　　监控装置采用真有效值的计算方法、可测量三相电流、三相电压、四象限有功、无功、功率因数、漏电流、频率、2～15次谐波等参数，在较宽的频率范围内实现了较高的精度。集成有多种类型断路器的动作特性。该装置集低压电测仪表的测量功能和线路监控功能于一体，是重要负荷回路理想的监控元件。

　　其主要技术指标见下表。　　

　　6 应用案例

　　ACM能应用于多种场合。下图为典型的应用案例。

　　在本应用案例中，ACM应用于塑壳断路器回路，其报警点分别为额定值的1.05倍和1.3倍。当线路中电流值达到所设额定值的1.05倍时，输出节点7、8闭合，使中间继电器KA1动作，点亮指示灯PGR;当线路中电流值达到所设额定值的1.3倍时，装置开始计时(计时时间5s～2h，可任意设定)，计时时间到，且电流未能回落，则输出节点9、10闭合，使中间继电器KA2动作，使声光报警器PG动作，从而起到报警作用。

　　7结语

　　ACM配电线路过负荷监控装置采用先进的设计方案，能够针对不同的使用场合提供不同的报警点，产品稳定可靠，是理想的配电线路过负荷监控产品。

更多精彩产品推荐：电力需求侧管理系统、电能管理系统、预付费售电管理系统、测量型电流互感器、模拟信号变送器、三相组合式互感器、预付费电表、锂电池管理系统、多用户计量表箱、开关柜综合测控装置、光伏并网柜、光伏汇流箱。