一種帶故障定位功能的低壓空氣開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)研究

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)電流的用戶線路以達(dá)到保護(hù)作用的一種電氣設(shè)備。

由于用戶不一定能準(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,如需查找線路故障,用戶還需要聘請(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?？諝忾_(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)接線端子分別和小區(qū)、電箱和用戶的線路相連,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家庭地線相連,主要檢測(cè)用戶室內(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路狀態(tài)呈現(xiàn)給用戶,輔助用戶處理停電事件。

(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)入用戶房?jī)?nèi)的電流值It,可判斷用戶是否停電,若定位模塊判斷出用戶停電,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,即電表入線故障。3)若U1≠0,U2≠0,U3=0,判斷為用戶電能表或空氣開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。4)若U1≠0,U2≠0,U3≠0,判斷為用戶室內(nèi)線路故障。

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查找線路故障,解決住宅線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,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。