标题：配电线路过负荷监控仪
配电线路过负荷监控仪
  图1 配电线路过负荷监控仪配电线路过负荷监控仪（图1）是上海ACREL电气股份有限公司自主研发生产的产品，采用最新的32位单片机技术，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等特点。通过检测线路的电流，实现配电回路过负荷的2段式报警。该监控装置具有RS485远程通讯接口，开关量输入继电器输出，DC4～20mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统，实现线路运行的远程监控。
下面以上海ACREL配电线路过负荷监控装置为例,介绍ACM配电线路过负荷监控装置的功能和技术参数。
该产品适用于突然断电比过负载造成的损失更大的线路，其过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电路的场合。
必要性
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：
配电用过负荷保护特性  表1﻿试验电流
整定电流倍数
约定时间
起始
名称
（塑壳断路器例）
In≤63A
In≥63A
状态
约定不动作电流
1.05
≥1h
≥2h
从冷态开始
约定动作电流
1.3
<1h
<2h
从热态开始

由表1可得，一旦配电线路中的电流超过一定的倍数，断路器会在约定的时间内动作，从而切断负荷回路。但是，对于某些重要的回路，是不允许切断供电的，JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》第3.2.1定义了一级、二级负荷情况，明确指出中断供电将造成人身伤亡；政治、经济重要影响；影响重要用电单位的正常工作或造成公共场所秩序严重混乱。例如：重要通信枢纽、重要交通枢纽、重要的经济信息中心、特级或甲级体育建筑、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷等。因此在7.6.3条5规定“突然断电比过负载造成的损失更大的线路，其过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电路”。对于上述要求，那么传统的开关明显是不能满足标准要求。
因此，我们需要配电线路过负荷监控仪，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。[1]
符合标准
l      GB 50054 《低压配电设计规范》
l      JGJ16-2008 《民用建筑电气设计规范》
l      GB14048.2-2008/IEC60947-2:2006 《低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器》
l      GB10963.1-2005/IEC60898-1：2002 《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 》
l      GB13539.1-2008/IEC60269-1:2006 《低压熔断器 第1部分：基本要求 》
工作原理
  图 2 硬件电路框图配电线路过负荷监控仪的硬件电路包括主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）。
1 主控CPU
CPU采用基于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 电源    
电源是一台设备能否正常、稳定、可靠工作的关键部分，采用通用开关电源模块。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，具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
3 信号采集电路（图3）  图3 信号采集电路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。
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。
  通讯电路原理图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。
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。[2]  图 5 继电器输出原理图
内部软件设计
配电线路过负荷监控装置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，主程序流程如图6所示：  图 6 主程序流程图[3]
适用环境
l      工作温度：-10℃～+60℃
l      储存温度：-20℃～+70℃     
l      相对湿度：5﹪～95﹪不结露
l      海拔高度：≤2000m
l      防护等级：IP20
l      污染等级：3级, 安装类别：III级
电磁兼容
l      静电抗干扰实验 Ⅲ级(IEC61000-4-2) 
l      辐射抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-3) 
l      电快速瞬变脉冲群干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-4) 
l      浪涌抗干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-5) 
l      射频传导干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-6) 
l      电磁场抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-8)
附加功能
l      U — 电压功能
l      L — 漏电测量
l      M — 4～20mA模拟量输出
l      K — 开关量输入
l      C — 通讯接口                                     
注：1、ACM2仅具有K、C附加功能。
技术参数
辅助电源 
AC85～270V/DC100～350V，功耗5VA
输入  
频率：45-65Hz
信号：二次侧5A
测量范围：0-9999A
过载：持续2In，瞬时10In/5秒
继电器输出
2常开触点,容量AC250V 5A或DC30V 5A
动作时限
报警1瞬时动作；报警2于5s后动作
安全性 
工频耐压：电源、电压、电流输入回路之间 AC2kV/1min、50Hz
绝缘电阻：输入、输出端对机壳>100MΩ
安装方式   
  图7 一体式2 — 一体式，如图7，采用的是微型断路器外型，体积小巧，LCD液晶显示。
3 — 分体式，如图1，采用的是分体式安装，由数据线与主体相连。点阵LCD显示，美观大方。
显示方式
ACM2主体安装方式为标准35mm导轨式安装。
ACM3主体安装方式为标准35mm导轨式安装。
ACM3显示模块安装方式为嵌入式，外形尺寸为90mm*70mm，开孔尺寸为 86mm*66mm，分体液晶显示（90FL）。
计算方法
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。
监控装置性能
时间-电流工况图  图8 时间-电流工况图代号说明
l      Ⅰ—正常运行
l      Ⅱ—报警1动作
l      Ⅲ—报警1段动作、报警2段不动作区间
l      Ⅳ—报警2段动作区间
l      T1—报警2动作延时时间设定值
l      I1—报警1段过载值
l      I2—报警2段过载值
配电线路保护电器类型微型断路器
1段报警（1.13In）、2段报警（1.45In）
塑壳断路器
1段报警（1.05In）、2段报警（1.3In）
熔断器
1段报警（1.25In）、2段报警（1.45In）
配电用过负荷保护特性约定不动作电流
整定电流倍数：1.05
起始状态：从冷态开始
约定时间In≤63A：≥1h
约定时间In≥63A：≥2h
约定动作电流
整定电流倍数：1.3
起始状态：从热态开始
约定时间In≤63A：<1h
约定时间In≥63A：<2h[4]
应用案例
下图9为典型的应用案例。  图9 配电线路过负荷监控仪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。
选型
ACM2-25标配功能:电流测量、报警1、报警2、电流显示
ACM2-63/KC标配功能: 电流测量、报警1、报警2、电流显示 ；选配功能：开关量输入、通讯
ACM3-100标配功能: 电流测量、报警1、报警2、蜂鸣器报警
ACM3-100/ULMKC-90FL标配功能: 电流测量、报警1、报警2、蜂鸣器报警；选配功能：电压测量、漏电、模拟量输出、开关量输入、通讯、分体显示单元
订货注意事项
&sup2;     如用户无特别注明，则监控装置主体与显示单元的连接线默认为1.5m。
&sup2;     报警2延后时间可调整，如用户无特殊要求，报警1瞬时动作，报警2于5s后动作。
范例
型    号：ACM3-100/ULMKC-90FL
辅助电源：AC/DC220V
额定电流：100A
测量参数：电流测量、报警1、报警2、蜂鸣器报警
附加功能：电压测量、漏电、模拟量输出、开关量输入、通讯、分体显示单元