引言

　　低壓空氣開(kāi)關(guān)是集控制和多種保護(hù)功能于一身，通過(guò)判斷當(dāng)前電流超過(guò)額定電流、短路或者失壓等情況，能切斷過(guò)電流的用戶(hù)線(xiàn)路以達(dá)到保護(hù)作用的一種電氣設(shè)備。

　　由于用戶(hù)不一定能準(zhǔn)確判斷停電原因和故障的位置，且檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)還需要通過(guò)分段驗(yàn)電等方法來(lái)尋找故障位置，影響了復(fù)電效率。基于此，研制一種能迅速分析故障原因和定位故障位置的開(kāi)關(guān)裝置，已成為用戶(hù)擁有更好的用電體驗(yàn)的迫切需求。

　　1傳統(tǒng)低壓空氣開(kāi)關(guān)

　　低壓空氣開(kāi)關(guān)實(shí)際上是一種過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)，采用熱動(dòng)原理，當(dāng)電流超過(guò)額定電流時(shí)，超負(fù)荷的電流會(huì)導(dǎo)致熱元件產(chǎn)生熱量使雙金屬片變形讓脫扣器脫扣，斷開(kāi)電路。傳統(tǒng)的低壓空氣開(kāi)關(guān)并不具備故障定位功能，如需查找線(xiàn)路故障，用戶(hù)還需要聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人士排查故障位置，嚴(yán)重影響了供電效率。

　　2帶故障定位功能的低壓空氣開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

　　本發(fā)明提供了一種帶故障定位功能的低壓空氣開(kāi)關(guān)，主要技術(shù)核心為低壓故障定位模塊，同時(shí)與低壓用戶(hù)空氣開(kāi)關(guān)斷路器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)故障斷電、保護(hù)斷電和故障定位功能。圖1為設(shè)備外觀設(shè)計(jì)圖。

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和工作需要，借鑒日常空氣開(kāi)關(guān)的外殼，采取導(dǎo)軌式的外殼設(shè)計(jì)，把獨(dú)立供電模塊、互感器模塊、顯示模塊和控制模塊集結(jié)起來(lái)。

　　本設(shè)備主要分為以下4大部分：電源部分、互感器部分、SPI顯示屏部分和控制部分。

　　（1）電源部分：電源部分內(nèi)部帶有一個(gè)穩(wěn)壓器和充電模塊。正常工作時(shí)，市電同時(shí)給設(shè)備供電和給儲(chǔ)能電池充電：突發(fā)停電時(shí)，UPs電源開(kāi)始工作，儲(chǔ)能電池供給負(fù)載所需電源，保障線(xiàn)路沒(méi)電時(shí)設(shè)備還能正常可靠工作。

　　（2）互感器部分：互感器部分由3個(gè)電壓互感器和1個(gè)電流互感器組成，3個(gè)電壓互感器通過(guò)接線(xiàn)端子分別和小區(qū)、電箱和用戶(hù)的線(xiàn)路相連，然后通過(guò)1個(gè)二極管邏輯電路和控制模塊的單片機(jī)相連，主要作用是采集電壓信號(hào)，為控制模塊提供判斷依據(jù)。電流互感器則與用戶(hù)家庭地線(xiàn)相連，主要檢測(cè)用戶(hù)室內(nèi)是否有接地信號(hào)。

　　（3）SPI顯示屏部分：顯示屏模塊在停電的黑暗環(huán)境中也能把故障信息和線(xiàn)路狀態(tài)呈現(xiàn)給用戶(hù)，輔助用戶(hù)處理停電事件。

　　（4）控制部分：根據(jù)工作需要，控制部分采用STM32F103單片機(jī)，STM32F系列中低端的32位ARM微控制器，主要對(duì)互感器傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行判定，分析故障信息。

　　3定位模塊故障定位及故障類(lèi)型顯示原理

　　根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)方案和效果需求，設(shè)備原理如圖2所示。

　　（1）在用戶(hù)電能表與低壓空氣開(kāi)關(guān)間加裝一電流互感器（見(jiàn)圖2中④），檢測(cè)通過(guò)電能表進(jìn)入用戶(hù)房?jī)?nèi)的電流值It,可判斷用戶(hù)是否停電，若定位模塊判斷出用戶(hù)停電，則記錄電流值用以判斷故障類(lèi)型。

　　（2）收集記錄電流互感器It,若It變?yōu)?,則將上一次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，用以故障定位以及故障類(lèi)型分析。

　　（3）定位模塊判斷為停電后，對(duì)比故障時(shí)的電壓值。1）若U1=0,判斷為整棟樓停電，屬于開(kāi)關(guān)入線(xiàn)故障。2）若U1≠0,U2=0,判斷為樓總電箱內(nèi)部出現(xiàn)故障，即電表入線(xiàn)故障。3）若U1≠0,U2≠0,U3=0,判斷為用戶(hù)電能表或空氣開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。4）若U1≠0,U2≠0,U3≠0,判斷為用戶(hù)室內(nèi)線(xiàn)路故障。

　　上述4種情況中，前3種歸類(lèi)為供電故障，第4種屬于用戶(hù)自身設(shè)備故障，定位模塊分析后將故障類(lèi)型輸出至LED顯示器。

　　4技術(shù)優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

　　（1）該帶故障定位功能的低壓空氣開(kāi)關(guān)的使用能方便電工和用戶(hù)查找線(xiàn)路故障，解決住宅線(xiàn)路故障難以查找和判定的問(wèn)題。

　　（2）采取導(dǎo)軌式的外殼設(shè)計(jì)，集成化程度高，方便安裝。

　　（3）外接顯示器能將故障信息直接明了地展示給用戶(hù)，黑暗環(huán)境下也能保證信息的提供。

　　（4）UPs電源保證了設(shè)備供電的可靠性，避免了停電時(shí)故障定位模塊的失效。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　本文提出的帶故障定位功能的低壓空氣開(kāi)關(guān)操作方式簡(jiǎn)潔，展示方法直接，安裝方法簡(jiǎn)單，使用場(chǎng)景廣泛，產(chǎn)品可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，可在配電領(lǐng)域全面推廣，具有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。

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