配電過負荷監控裝置ACM的應用

1　 ACM監控裝置設計的依據
　　《低壓配電設計規范》(GB 50054-95)第4.3.5條:“突然斷電比過負載造成的損失更大的線路,其過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電路。”該條條文說明:“線路的過負載畢竟還未成短路,短時間的過負載并不立即引起災害,在某些情況下可讓導體超過允許溫度運行,也即犧牲一些使用壽命以保證對某些負荷的供電不中斷,如消防水泵之類的負荷,這時保護可作用于信號。”
　　《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008第7.6.5條第4款規定，“突然斷電比過負荷造成的損失更大的線路，其過負荷保護應作用于信號而不應切斷電路”，這是一條強制性條文，必須遵守。過負荷保護的對象有兩個:一個是消防設備,即電動機；另一個是給這些消防設備配電的線路。本文重要介紹后者，即說明如何運用ACM實現配電線路過負荷報警功能以滿足規范強制性條文的要求。
　　在配電設計中常用的有微型斷路器和塑殼斷路器。其中微型斷路器主要應用于家用及類似場所的過電流保護，額定電流不超過125A；工業類場合使用的多為塑殼斷路器。根據GB10963.1-2005、GB14048.2-2008以上類型的斷路器都有其動作斷開特性，見表1：

表1 配電用過負荷保護特性

　　由表1可得，一旦配電線路中的電流超過一定的倍數，斷路器會在約定的時間內動作，從而切斷負載電流。但是，正如上述“突然斷電會導致比過負荷而造成的損失更大的”線路或電動機場合，是不允許切斷供電電源的，因此，在這些回路中，我們需要一種裝置，能夠針對不同類型的斷路器的脫扣特性，例如通過電流互感器檢測線路的過電流，并盡可能模擬斷路器的過載脫扣特性，提供一個過載報警信號，提醒用戶線路出現了過負荷，及時采取措施，一方面防止由于斷路器跳閘而產生更大的損失，以滿足規范的規定，另一方面提醒人們即時排查防止更大的故障。

2　 ACM監控裝置的基本原理
2.1 監控裝置的原理
　　ACM配電線路過負荷監控裝置，采用最新的32位單片機技術，具有抗干擾能力強，工作穩定可靠、數字化、網絡化等特點。通過檢測線路的電流，實現配電回路的兩段式報警。該監控裝置可具有電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、漏電流測量功能、電流2～15次諧波分析功能、內置蜂鳴器、指示燈報警功能、報警事件記錄、RS485 Modbus-RTU、Profibus-DP協議通訊接口、開關量輸入、可編程繼電器輸出、DC4～20mA模擬量輸出等功能，方便與PLC、工控機等工控設備組成網絡，實現線路運行的遠程監控。監控裝置硬件原理框圖如圖1所示。

圖1 ACM硬件原理框圖

2.2 主要功能
　　1）負載電流監控
　　配電回路中，監控裝置可分別與微型斷路器、塑殼斷路器配合使用（此時的斷路器應為單磁脫扣斷路器），報警段見表2。以塑殼斷路器為例，負載電流超過報警1段過載值1.05In時，報警1瞬動報警；負載電流超過報警2段過載值1.3In時，在（1.3～4）In范圍時，報警延時報警，遵循反時限原則，負載電流越大，報警延時時間越短。時間電流曲線如圖1所示，1.3In動作時間可設定。

表2 配電線路保護電器類型

圖2　時間電流曲線圖

表3　曲線圖說明

　　2）漏電流監控
　　通過測量主回路中的漏電流，對漏電流進行監控，通過D01（95,96）繼電器或內部蜂鳴器報警。
　　3）測量功能
　　具有測量相電壓、線電壓、相電流、電流與額定電流的過載百分比、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、漏電流和諧波的功能。

3　 消防場合的應用
　　消防用電設備較多，除消防水泵以外，還有消防電梯、防排煙風機、防火卷簾門等，有的是電力用電,有的屬照明用電；有的有備用機組，而有的無；有的只是在消防時使用,有的平時長期使用只是兼作消防設備，例如排風兼排煙機，消防電梯兼客梯，正常照明兼應急照明等。負荷的性質和使用情況不一樣。針對那些正常兼消防使用的設備及其配電線路，最恰當的辦法是采取一定技術措施，以實現正常使用時過載切斷電源，在消防狀況時過載報警。可以使用ACM系列監控裝置:
　　1）當負載電流超過一段報警閾值時，監控裝置可通過指示燈發出報警指示，負載電流繼續增加，超過二段報警閾值時，監控裝置通過指示燈及蜂鳴器報警；
　　2）漏電流報警功能，可通過測量線路中的漏電流進行漏電流報警，這也是火災監控的有效方法；
　　3）監控裝置通過兩路開關量輸入可監控線路中斷路器的開合狀態，除了ACM監控裝置本身可以報警外，還具有一路可編程繼電器輸出，分別可對一段報警、二段報警、漏電流或斷路器的狀態進行輸出，便于進行聯動控制。
　　4）ACM監控裝置可具有4～20mA模擬量輸出及RS485 Modbus-RTU通訊、Profibus-DP通訊，便于上位機監控。

4　 ACM在實際中的應用

圖3　ACM3過負荷監控裝置原理圖

　　圖3為ACM配電線路監控裝置的原理圖。在此圖中，ACM監控裝置和塑殼斷路器配合使用的，塑殼斷路器有單磁和熱磁兩種，單磁斷路器只具有短路保護功能，無熱過載保護，在這種情況下，線路中如有過載現象，斷路器不會動作，ACM監控裝置會根據不同過載程度分別發出報警信號，提醒現場維護人員，也可遠傳至控制中心。熱磁塑殼斷路器既具有短路保護又具有熱過載保護，此時，ACM監控裝置僅可作為報警功能作用，當檢測到電流達到設定閾值后，內部繼電器動作。
監控裝置配套電流互感器使用安科瑞AKH-0.66系列電流互感器，若配電線路的額定電流為32A，互感器選用AKH-0.66-60/5，該型號互感器具有2In范圍測量，監控裝置最大可持續測量電流達到10A,因此裝置最大可監測4倍的過載電流。對于需要監測剩余電流回路的場合還需加裝AKH-0.66L系列剩余電流互感器。上圖，當配電線路電流超過1段報警閾值時，繼電器（7、8）閉合，1段報警輸出，KA1線圈得電，PGR燈光報警；當負載程度增大，達到2段報警閾值時，繼電器（9,10）閉合，2段報警輸出，KA2線圈得電，PG聲報警。當按下聲光報警解除按鈕或負載電流降低后，報警狀態解除。開關量輸入可把斷路器的分合閘和脫扣狀態上傳至后臺控制中心，另可增加一路可編程繼電器繼電器作為遠程控制或漏電流報警輸出等使用，具體使用可參考ACM過負荷監控裝置說明。

5　 結論
　　ACM系列配電線路過負荷監控裝置兩段式報警，報警遵循反時限原則，過負荷程度越大，報警速度越快，符合了現場狀況。同時，該裝置的設計方法很好的符合了標準的要求，值得廣大電氣設計人員使用。