配电过负荷监控装置ACM的应用

1　 ACM监控装置设计的依据

　　《低压配电设计规范》(GB 50054-95)第4.3.5条:“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。”该条条文说明:“线路的过负载毕竟还未成短路,短时间的过负载并不立即引起灾害,在某些情况下可让导体超过允许温度运行,也即牺牲一些使用寿命以保证对某些负荷的供电不中断,如消防水泵之类的负荷,这时保护可作用于信号。”
　　《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第7.6.5条第4款规定，“突然断电比过负荷造成的损失更大的线路，其过负荷保护应作用于信号而不应切断电路”，这是一条强制性条文，必须遵守。过负荷保护的对象有两个:一个是消防设备,即电动机；另一个是给这些消防设备配电的线路。本文重要介绍后者，即说明如何运用ACM实现配电线路过负荷报警功能以满足规范强制性条文的要求。
　　在配电设计中常用的有微型断路器和塑壳断路器。其中微型断路器主要应用于家用及类似场所的过电流保护，额定电流不超过125A；工业类场合使用的多为塑壳断路器。根据GB10963.1-2005、GB14048.2-2008以上类型的断路器都有其动作断开特性，见表1： 

表1 配电用过负荷保护特性

 

　　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，从而切断负载电流。但是，正如上述“突然断电会导致比过负荷而造成的损失更大的”线路或电动机场合，是不允许切断供电电源的，因此，在这些回路中，我们需要一种装置，能够针对不同类型的断路器的脱扣特性，例如通过电流互感器检测线路的过电流，并尽可能模拟断路器的过载脱扣特性，提供一个过载报警信号，提醒用户线路出现了过负荷，及时采取措施，一方面防止由于断路器跳闸而产生更大的损失，以满足规范的规定，另一方面提醒人们即时排查防止更大的故障。

2　 ACM监控装置的基本原理
2.1 监控装置的原理
　　ACM配电线路过负荷监控装置，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、网络化等特点。通过检测线路的电流，实现配电回路的两段式报警。该监控装置可具有电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、漏电流测量功能、电流2～15次谐波分析功能、内置蜂鸣器、指示灯报警功能、报警事件记录、RS485 Modbus-RTU、Profibus-DP协议通讯接口、开关量输入、可编程继电器输出、DC4～20mA模拟量输出等功能，方便与PLC、工控机等工控设备组成网络，实现线路运行的远程监控。监控装置硬件原理框图如图1所示。

图1 ACM硬件原理框图

2.2 主要功能
　　1）负载电流监控
　　配电回路中，监控装置可分别与微型断路器、塑壳断路器配合使用（此时的断路器应为单磁脱扣断路器），报警段见表2。以塑壳断路器为例，负载电流超过报警1段过载值1.05In时，报警1瞬动报警；负载电流超过报警2段过载值1.3In时，在（1.3～4）In范围时，报警延时报警，遵循反时限原则，负载电流越大，报警延时时间越短。时间电流曲线如图1所示，1.3In动作时间可设定。

表2 配电线路保护电器类型

图2　时间电流曲线图

表3　曲线图说明

　　2）漏电流监控
　　通过测量主回路中的漏电流，对漏电流进行监控，通过D01（95,96）继电器或内部蜂鸣器报警。
　　3）测量功能
　　具有测量相电压、线电压、相电流、电流与额定电流的过载百分比、有功功率、无功功率、功率因数、频率、漏电流和谐波的功能。

3　 消防场合的应用
　　消防用电设备较多，除消防水泵以外，还有消防电梯、防排烟风机、防火卷帘门等，有的是电力用电,有的属照明用电；有的有备用机组，而有的无；有的只是在消防时使用,有的平时长期使用只是兼作消防设备，例如排风兼排烟机，消防电梯兼客梯，正常照明兼应急照明等。负荷的性质和使用情况不一样。针对那些正常兼消防使用的设备及其配电线路，最恰当的办法是采取一定技术措施，以实现正常使用时过载切断电源，在消防状况时过载报警。可以使用ACM系列监控装置:
　　1）当负载电流超过一段报警阈值时，监控装置可通过指示灯发出报警指示，负载电流继续增加，超过二段报警阈值时，监控装置通过指示灯及蜂鸣器报警；
　　2）漏电流报警功能，可通过测量线路中的漏电流进行漏电流报警，这也是火灾监控的有效方法；
　　3）监控装置通过两路开关量输入可监控线路中断路器的开合状态，除了ACM监控装置本身可以报警外，还具有一路可编程继电器输出，分别可对一段报警、二段报警、漏电流或断路器的状态进行输出，便于进行联动控制。
　　4）ACM监控装置可具有4～20mA模拟量输出及RS485 Modbus-RTU通讯、Profibus-DP通讯，便于上位机监控。

4　 ACM在实际中的应用

图3　ACM3过负荷监控装置原理图

　　图3为ACM配电线路监控装置的原理图。在此图中，ACM监控装置和塑壳断路器配合使用的，塑壳断路器有单磁和热磁两种，单磁断路器只具有短路保护功能，无热过载保护，在这种情况下，线路中如有过载现象，断路器不会动作，ACM监控装置会根据不同过载程度分别发出报警信号，提醒现场维护人员，也可远传至控制中心。热磁塑壳断路器既具有短路保护又具有热过载保护，此时，ACM监控装置仅可作为报警功能作用，当检测到电流达到设定阈值后，内部继电器动作。
监控装置配套电流互感器使用安科瑞AKH-0.66系列电流互感器，若配电线路的额定电流为32A，互感器选用AKH-0.66-60/5，该型号互感器具有2In范围测量，监控装置最大可持续测量电流达到10A,因此装置最大可监测4倍的过载电流。对于需要监测剩余电流回路的场合还需加装AKH-0.66L系列剩余电流互感器。上图，当配电线路电流超过1段报警阈值时，继电器（7、8）闭合，1段报警输出，KA1线圈得电，PGR灯光报警；当负载程度增大，达到2段报警阈值时，继电器（9,10）闭合，2段报警输出，KA2线圈得电，PG声报警。当按下声光报警解除按钮或负载电流降低后，报警状态解除。开关量输入可把断路器的分合闸和脱扣状态上传至后台控制中心，另可增加一路可编程继电器继电器作为远程控制或漏电流报警输出等使用，具体使用可参考ACM过负荷监控装置说明。

5　 结论
　　ACM系列配电线路过负荷监控装置两段式报警，报警遵循反时限原则，过负荷程度越大，报警速度越快，符合了现场状况。同时，该装置的设计方法很好的符合了标准的要求，值得广大电气设计人员使用。