比尔 · 盖茨能用手机控制整个家,全靠智能开关

2015年11月13日 | By News | Filed in: News.

Source: http://daily.zhihu.com/story/7429671

智能开关比普通开关好在哪里?

Patrick Zhang,电气工程师

首先,我们来看看什么叫做开关。

在 GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第 1 部分:总则》和 GB14048.3-2008《低压开关设备和控制设备 第 3 部分:隔离器、隔离开关、……》中,对开关的定义如下:

在正常电路条件下(包括规定的过载工作条件),能够接通、承载和分断电流,并在规定的非正常电路条件下(例如短路),能在规定时间内承载电流的一种机械开关电器。

解释一下:开关能够接通和分断正常的运行电流,也能够在一定的时间内承载短路电流。为此,开关必须具有额定电流、额定电压这两个参数,以便能接通和分断正常运行电流;开关还要具有承载最大故障电流的能力,这里所指的最大故障电流是系统中可能出现的最大冲击短路电流峰值。

大家可能要问,为何开关不具有分断短路电流的能力?确实如此。能够分断短路电流的开关电器被称为断路器。一般人习惯性地把断路器称为开关。

断路器对应的国家标准是 GB14048.2-2010《低压开关设备和控制设备 第 2 部分:断路器》。在这部标准中,对断路器的定义是:

能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在所规定的非正常电路(例如短路)下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。

与开关相比,我们看到断路器能够分断短路电流。为了能分断短路电流,断路器必须具有短路接通能力参数,以及极限短路分断能力参数,还有承受短路电流热冲击的短时耐受电流参数等等。

明白了断路器(开关)的定义后,我们再来看看什么叫做断路器的智能化。

1)智能型断路器能准确地测量运行电流,能相对准确地测量短路电流

准确地测量运行电流的目的是:可以实现线路过载保护,还可以测量耗电量也即电度值,能测量和预测用电的峰谷,以便在液晶显示器上显示这些值。

相对准确地测量短路电流,目的是能实现准确的线路保护。

那么常规断路器能够做到这一点呢?答案是否定的。

常规断路器测量电流用的是电流互感器。这是一种类似变压器的元件,可以测量出运行电流。由于电流互感器的铁芯会饱和,因此测量型电流互感器的过载倍率为 2 倍,保护型电流互感器的过载倍率为 8 倍。虽然中压断路器的电流互感器可以达到 25 倍的过载能力,但其体积巨大,无法安装到低压断路器中。

短路电流与额定运行电流相比,倍率可达 20 倍以上。因此常规的断路器是无法测量的。尽管如此,常规断路器可以利用电磁作用,实现短路保护。

智能型电流互感器内部,安装有测量电流的空心线圈,又叫做罗氏线圈。空心线圈没有饱和性,但它对温度敏感,需要采取温度补偿措施,还需要用单片机作为测量参数的处理元件。

智能型断路器不但可用罗氏线圈高精度测量电流,还可以高精度测量电压及功率因数,因而可以用单片机测量出功率值和电度值等等;有了准确的电流测量值,断路器可以实现精确的过载保护、短路短延时保护、接地故障保护、短路瞬时保护、电流方向保护、频率保护等等。

2)智能型断路器能实现人机对话,以及利用现场总线技术实现测控信息发送上传。

3)智能型断路器能实现遥控。

4)智能型断路器能与电动机配套,实现完善的电动机保护;智能型断路器还能保护变压器和发电机。

智能型断路器还有许多其它功能,此处限于篇幅不加以讨论和介绍。

有一点倒是可以先澄清一下:智能型断路器与手机一点关系也没有。

对于居家电器来说,智能化控制是很重要的。但居家的智能化控制不是开关的功能,而是系统功能,也即居家智能化系统。

我们都知道比尔 · 盖茨的家,他家就是智能化居家管理的典型。这种控制不是仅仅依靠智能型断路器就能实现的。当然,他的家用手机实现控制只是小菜一碟。

由此我们明白了,若干答者发表的智能开关的所谓超前功能,其实都是智能居家控制的功能而已,并非智能断路器的功能。

最后,对所谓的智能开关的功能到底有哪些,建议阅读《现代智能型低压电器》这本书,相信会大有收获。


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