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直流电源设备剩余电量检测模块化应用

导读: 电力工程直流电源设备,作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源,是一个十分庞大的多分支供电网络。

一:直流电源设备剩余电流的产生及危害:

电力工程直流电源设备,作为主要电气设备的保安电源及控制信号电源,是一个十分庞大的多分支供电网络。

在一般情况下,一点接地并不影响直流系统的运行,但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复,又发生另一点接地故障,就可能引起重大故障的发生。

另外电流泄漏也可能导致电击造成的伤害或死亡,特别是如果泄漏的电流通过人体的躯干。 大约30mA的电流潜在,足以引起心脏骤停或严重伤害。

早在2004年中国电力科学研究院就正式发布的DL-T856-2004 《电力用直流电源监控装置规范》一文的附录A.3.g款明确规定:“检测馈线支路数应大于32路,采用传感器,应减少支路电容影响,安装方便”。

本文就结合Magtron ASIC 方案,和传统针对支路漏电流检测,所使用的漏电流传感器的方案进行对比性探讨。并提出:

(1)智能化、模块化、安全化将是直流电源设备的发展方向和要求。

(2)ASIC方案检测模块,对设备整体成本和安全等级大幅优化

1.馈线支路漏电流的产生

当出现正负绝缘都降低的时候,线路中将出现明显的不成比例关系的漏电流。如下图(1)所示。

随着各个支路绝缘度的进一步降低,漏电流也将不成比例的变大。如果不能及时准确的检测出漏电流的大小,并在预设的安全阈值点上给出报警信号,那将对整个电力系统带来极大的安全隐患。

2.馈线支路漏电流检测的总方案

根据DL-T856-2004 《电力用直流电源监控装置规范》一文的附录A.3.g款明确规定:“检测馈线支路数应大于32路,采用传感器,应减少支路电容影响,安装方便”

图(2)给出了支路绝缘检测方案的大致结构图

单片机通过多路开关将不同支路漏电流传感器的输出电压采集进来,在绝缘主模块需要的时候将采集的数据发给主模块。

由此可见,漏电流传感器是决定性的器件。

二、漏电流传感器选择的探讨

1. 传统检测直流系统绝缘的方法主要有:电桥平衡法和低频探测法两种。但是两者均存在若干难以克服的缺陷。

而目前馈线支路漏电流检测,主要使用直流漏电流传感器的方案。如下图(3),所示:

可以看到目前的直流漏电流传感器:单体安装,数量众多,无器件自检功能,在安装、维护、故障检测等都有较大的缺憾。

2. MAGTRON 漏电流传感器

在智能化,集约化,模块化,安全化的行业升级大背景下,提高设备安全等级,降本提效已经是行业的大趋势。

MAGTRON为满足这样的技术发展要求和结构设计要求,推出了具有自检功能,高精度,低功耗的智能AC/DC漏电流传感器RCMU系列产品。特性如下:

安全自检(Self-check)功能,安规件级别

漏电流检测范围AC/DC 0mA~500mA

内置单芯片集成方案

Type B的RCMU

DC~700Hz频率范围

全温区高线性度、高精度

单电源供电

输出应用电路简单

下面具体分析下MAGTRON RCMU的核心技术ASIC

3. ASIC技术

采用ASIC技术的漏电流检测模块,拥有独特的数字化编程,高线性度及智能化校正,独特的SELF-CHECK自检测功能,更可检测低至6MA交直流漏电等特点,符合甚至超过直流电源设备的现有各种检测要求。

三、直流漏电检测模块化方案探讨

鉴于直流配电屏、直流馈线屏等直流电源,目前需要检测的馈线支路,往往多达32路甚至更多,使用传感器众多,对单一器件的安装、管理、售后维护等十分繁复,且成本巨大,因此漏电检测模块化十分必要。

通过以上对MAGTRON ASIC 技术的分析,在共用单SOC芯片的基础上构建模块,或4路,或8路,或16路根据实际需要。

此模块可以如下图所示搭建:

通过SOC芯片对各支线检测反馈的信号进行处理,并通过A/D转换接入单片机。

单片机将不同支路漏电流传感器的输出电压采集进来,在绝缘主模块需要的时候将采集的数据发给主模块。

本模块安装方便,进出线路清晰,可对模块内的各支路传感器统一校正,方便管理。

IC的工作寿命高达百年,且该技术在诸如光伏新能源行业早已得到验证,技术十分成熟,基于该技术所设计的模块,性能稳定,故障率几乎可以忽略不计,却使用寿命长。

如此最大限度的规避了传统漏电流传感器容易损坏,且支路众多难以寻找故障原因,维护繁复,费用较高等难题。

和传统漏电流传感器相比较,该模块还有一个实用性很强的特点,就是Magtron基于ASIC技术的SoC芯片,自带的SELF-CHECK功能,使得模块内各支路可以自检。下文将分析自检功能对安全检测器件的重要性。

四、智能自检功能原理及重要性

目前使用的传统漏电流传感器,并无自检功能且损坏率较高,这样如果某支路产生故障,维修人员无法判定是设备故障还是电流传感器自身故障。

由于是穿线式安装,电流传感器难以更换,且更换以后也未必能准确判定故障源,因此目前采取的方式,大多使用高精度仪器挨个检查各支路器件,从而导致维护成本高昂且效率低下。

而Magtron的ASIC技术,自带SELF-CHECK功能,如下图所示:

在每次上电过程中,将Check脚置高电平3.3V<check<5v(在系统的mcu中预制此程序,自动执行),器件内部将自己模拟出一个50ma的漏电,此时vout值将从原来2.5v跳变成2.7v< span="">±0.05V,从而判断器件正常,将Check脚置低,器件进入正常漏电检测模式。

该功能在设备故障时,可简便快速的准确判断出,漏电流模块是否正常,大大简化不必要的测试操作,从而降低维护成本。

从安全性来说,作为一个安全监测器件,只有在保证安全监测器件本身是功能正常的情况下,才能对整个系统提供安全监测。

在安规标准中,早已明确规定,漏电流传感器需要有自检功能,这也是设备升级的方向和需要。

五、小结

Magtron ASIC技术的问世,使得电力工程直流电源设备中,漏电检测实现模块化成为可能。

此模块将极大的提高效率,从产品、安装、售后维护等各方面,大幅度降低直流电源设备系统资源整合的成本,从单一的直流漏电检测上升到B型漏电检测,大大加强直流电源设备的安全等级。

从而顺应国家电网要求的,电力工程直流电源设备系统的智能化,集约化,模块化、安全化的发展方向。

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