引言
低壓空氣開關(guān)是集控制和多種保護功能于一身，通過判斷當(dāng)前電流超過額定電流、短路或者失壓等情況，能切斷過電流的用戶線路以達到保護作用的一種電氣設(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，且檢修人員到達現(xiàn)場時還需要通過分段驗電等方法來尋找故障位置，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關(guān)裝置，已成為用戶擁有更好的用電體驗的迫切需求。
1傳統(tǒng)低壓空氣開關(guān)
低壓空氣開關(guān)實際上是一種過載保護開關(guān)，采用熱動原理，當(dāng)電流超過額定電流時，超負(fù)荷的電流會導(dǎo)致熱元件產(chǎn)生熱量使雙金屬片變形讓脫扣器脫扣，斷開電路。傳統(tǒng)的低壓空氣開關(guān)并不具備故障定位功能，如需查找線路故障，用戶還需要聘請專業(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關(guān)設(shè)計
本發(fā)明提供了一種帶故障定位功能的低壓空氣開關(guān)，主要技術(shù)核心為低壓故障定位模塊，同時與低壓用戶空氣開關(guān)斷路器相結(jié)合，實現(xiàn)故障斷電、保護斷電和故障定位功能。圖1為設(shè)備外觀設(shè)計圖。
根據(jù)現(xiàn)場實際和工作需要，借鑒日常空氣開關(guān)的外殼，采取導(dǎo)軌式的外殼設(shè)計，把獨立供電模塊、互感器模塊、顯示模塊和控制模塊集結(jié)起來。
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)部帶有一個穩(wěn)壓器和充電模塊。正常工作時，市電同時給設(shè)備供電和給儲能電池充電：突發(fā)停電時，UPs電源開始工作，儲能電池供給負(fù)載所需電源，保障線路沒電時設(shè)備還能正常可靠工作。
（2）互感器部分：互感器部分由3個電壓互感器和1個電流互感器組成，3個電壓互感器通過接線端子分別和小區(qū)、電箱和用戶的線路相連，然后通過1個二極管邏輯電路和控制模塊的單片機相連，主要作用是采集電壓信號，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，主要檢測用戶室內(nèi)是否有接地信號。
（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，STM32F系列中低端的32位ARM微控制器，主要對互感器傳送過來的信號進行判定，分析故障信息。
3定位模塊故障定位及故障類型顯示原理
根據(jù)設(shè)備設(shè)計方案和效果需求，設(shè)備原理如圖2所示。
（1）在用戶電能表與低壓空氣開關(guān)間加裝一電流互感器（見圖2中④），檢測通過電能表進入用戶房內(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)進行鎖存，用以故障定位以及故障類型分析。
（3）定位模塊判斷為停電后，對比故障時的電壓值。1）若U1=0,判斷為整棟樓停電，屬于開關(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型輸出至LED顯示器。
4技術(shù)優(yōu)勢及特點
（1）該帶故障定位功能的低壓空氣開關(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題。
（2）采取導(dǎo)軌式的外殼設(shè)計，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，避免了停電時故障定位模塊的失效。
5結(jié)語
本文提出的帶故障定位功能的低壓空氣開關(guān)操作方式簡潔，展示方法直接，安裝方法簡單，使用場景廣泛，產(chǎn)品可靠性高，使用壽命長，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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