医疗电气场所漏电和绝缘监视系统的研究和设计

摘要

随着科学技术的飞速发展，医院内的电气化程度越来越高，一刻都离不开各类电气设备。在医疗环境中是不允许停电情况发生的，这将会造成严重的医疗事故，严重威胁病人生命安全。因此医疗电气场所要把可靠性问题放在重要位置。为保证医疗电气系统电气设备安全可靠，以确保医生和病人的安全，本文以医疗电气场所单相接地漏电和绝缘故障监视为切入点，结合目前国内外配电网的绝缘和漏电保护的研究现状，医疗配电系统故障定位方法，利用现阶段通信技术，有效判断医疗绝缘和漏电事故，达到快速、在线定位。
　　根据医疗电气场所漏电和绝缘监视系统的控制要求，本设计中对于用于普通病房等TN系统的剩余电流漏电监测方面，基于节点电流原理，监视每一个出线的不平衡电流。对于应用于IT系统的绝缘故障监视分析，近年来广泛提出了多种注入信号故障检测方法，本文采用周期脉冲触发作为注入信号，结合了单频法和双频法的特点得到待测电容和电阻，克服了单频法忽略对地分布电容容抗绝缘电阻值不精确的缺点，能保证系统的精确性，减少硬件使用量。
　　设计基于CC2530微控制器作为主控芯片，负责数据的处理和分析，系统主要分为绝缘检测模块，漏电检测模块，电能计量模块，温湿度检测模块，LCD显示，电源管理和自检。通过零序电流互感器进行漏电流的采集，通过绝缘电阻检测模块实时监视绝缘电阻值，并能通过其他电气量的计量完成系统的过载保护和温度检测等，并在发生故障时及时监测出故障信号，完成报警功能。其中，绝缘检测部分选用ATT7053AU电能计量芯片测量电流、电压并经过换算，可以得到较准确的电阻数值。改进了以前的先检测电流值再通过电流电压转换器转换为电压值并得到测量电压的方法，省去了多次转换带来的误差。针对设计中存在的采样信号输入误差采用了软件算法进行改进。同时，能通过ZigBee通信模块与上位机通信，将实时信号及时传输到主系统，符合当代现代化智能电网的发展要求。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 医疗电气场所概述

1.3 设计的国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

2 医疗电气场所配电和保护

2.1 低压配电系统的分类

2.2 医疗电气场所用电故障的保护

2.2.1 医疗电气场所接地线路的选取

2.2.2 医疗电气场所漏电和绝缘保护

2.3 两种配电系统常见故障的分析

2.3.1 理论分析

2.3.2 仿真分析

2.4 本章总结

3 故障定位和绝缘故障检测方法分析

3.1 故障定位方法分析

3.1.1 稳态选线方法

3.1.2 暂态选线方法

3.2 基于注入信号法的绝缘参数测量方法

3.2.1 注入信号法分类

3.2.2 故障检测的影响因素

3.3 绝缘参数测量方法和改进

3.3.1 设计原理

3.3.2 绝缘参数测量方法的改进

3.4 绝缘参数测量的仿真

3.5 本章总结

4 漏电和绝缘监视系统的方案及其硬件设计

4.1 系统总体设计方案

4.1.1 系统设计要求

4.1.2 系统总体方案框图

4.2 系统主要模块的选型

4.2.1 主控芯片选型和最小系统设计

4.2.2 智能互联通信技术选型

4.3 系统主要模块的硬件设计

4.3.1 漏电检测模块

4.3.2 绝缘检测模块

4.3.3 电能计量模块

4.3.4 按键和显示模块

4.3.5 电源管理模块

4.4 本章总结

5 漏电和绝缘监视系统的软件设计

5.1 系统软件总体设计

5.2 主程序软件设计

5.3 各子模块软件设计

5.3.1 检测部分软件设计

5.3.2 监视和报警部分软件设计

5.4 本章总结

6 系统测试与结果分析

6.1 系统实验平台搭建

6.2 系统装配

6.3 系统各模块调试和分析

6.4 本章总结

7 总结和展望