直流电源设备剩余电量检测模块化应用

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。

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。