Labs guided断路器，这一产品概念在传统电力行业和低压电器中并不新鲜，但随着低压电器的代际更新和不断融合，引入新的传感器技术，逐渐在传统通信连接和物联网智能互联中受到关注。今天我们就来聊聊这个话题。作者:张兆祥公司:中国移动终端公司。

　　 　　传统家用断路器 　　我相信大家都很熟悉。 　　因此 　　智能断路器 　　你知道多少？ 　　...... 　　智能电网的兴起， 　　对配套动力设备技术有更高的要求， 　　智能断路器 　　如在泛电力系统建设中 　　不可或缺的重要支持， 　　它的发展更接近于智能水平， 　　来满足更多的需求。 　　***于什么是智能断路器？ 　　它有什么功能？ 　　可以用在哪些领域？ 　　让我们找出答案。 　　***部分 　　●什么是智能断路器？● 　　断路器由传统的开关演变而来，是一种常见的配电管理设备。是指在电路发生短路或过流故障时，能迅速切断电源，防止故障扩大的装置，也可作为总开关，实现电能的分配和控制。我们日常生活中***常见的“空气开关”是一种“微型”断路器。 　　断路器相关产品及相关产品种类繁多:按电压等级可分为高压断路器和低压断路器；按电流性质可分为交流断路器和直流断路器；按灭弧原理可分为空气开关、油断路器和真空断路器。按框架结构可分为框架通用型和塑壳型；根据解耦保护的结构形式，可分为电磁式、电子式、智能型、通信智能型等。除了以上的基本分类，实际上还可以根据各种用途、破碎速度等维度进行更细的分类。 　　图1***常见的“空气开关”我们在日常生活中***能看到的断路器就是“空气开关”，又称微型断路器，属于低压断路器，是低压电器中***重要的保护和控制元件之一。它集控制和各种保护功能于一体，在线路正常工作时作为电源开关来接通或断开电路。当电路出现短路、过载、失压等故障时，能自动跳闸并切断故障电路，从而保护电路和电气设备。 　　那么什么是智能断路器呢？ 　　智能断路器在传统断路器控制电力线路和保护安全用电的基础上，引入了电磁技术和芯片技术，以及现场总线技术和微机处理器，逐步走向智能化。依托各种传感器技术、微电子技术和各种信息传输技术，集控制、测量、通信功能于一体，能更好地完成分断任务，提高分断的可靠性，实现断路器的智能化操作。 　　图2低压断路器类型基本信息(包括非智能)***常见的智能断路器是低压断路器，主要有***式(又称框架式)和塑壳式。框架式一般具有电流耐受能力高(一般额定在400A到6300A)、分断能力强、保护参数可选等特点。同时价格昂贵，其安装尺寸要求和安装复杂。多用于一次配电或大电流电路的断开和闭合。与框架式和塑壳式(一般额定在10A***800A)相比，具有通用参数不可调、结构简单、体积小、安装方便灵活、价格较低的优点。通常用于负荷分散、回路少的二、三级配电场景， 尤其适用于量大面广的场景。 　　第二部分 　　●基本原理、结构和组网方式● 　　2.1传统小型断路器(空气开关)的原理和结构 　　图3传统机械式断路器的结构原理传统机械式断路器的结构比较简单，主要实现电力线的分合闸。主要结构和功能如下: 　　手动杆用于手动断开和闭合断路器；将触点压在一起或分开的传动装置；触点，接触时用来接通电流，分开时用来断开电流；端子用于连接进出电源线；用于由于电流过载而强制触点分离的双金属片；电磁阀，检测电流变化的快速分离触点；灭弧室用于熄灭电路接通时产生的火花。2.2智能断路器的发展和组网结构 　　随着微电子、单片机、计算机技术和新型传感器技术的不断发展，断路器的结构也在不断发展。智能断路器是在传统机械式断路器的基础上引入智能控制单元，不仅具有传统断路器的基本功能，还配备了新型电子设备，配合传感器和数字控制装置实现断路器的电子化操作，将机械传动改为电机驱动的变频器，提高了机械系统的可靠性。 　　图4新一代智能断路器的结构新一代智能断路器还配有各种数字通信接口，可以通过各种通信接口协议传输位置、状态、分合闸指令信息，也可以根据需要配有显示模块、各种通信模块和各种检测模块，扩展智能操作断路器的智能功能。 　　图5***新一代智能断路器集成了多种功能。***新一代智能断路器集成了欠压保护、漏电、电流表、浪涌保护、定时器、多功能仪表等功能。，并且可以通过各种线路开关和智能网关的组合进行控制，可以通过PC和APP进行远程控制。 　　图6智能断路器及组网结构示意图 　　第三部分 　　●行业应用方向和解决方案● 　　智能断路器可广泛应用于所有需要通过传统断路器定时分合闸的机电设备、工业电器和家用电器中。如:景观灯、霓虹灯、路灯、广告灯箱、家用电器及工矿用水泵和定时通风设备。 　　图7智能断路器和云平台3.1 5G基站供电和能耗管理应用场景 　　我国“十四五”规划明确提出“推进绿色发展，促进人与自然和谐相处”的理念，要求深入实施可持续发展战略，支持绿色科技创新。据工信部统计，2020年全国通信网络能耗将逼近900亿千瓦时，比2015年增长60%，占运营商支出的23%，且仍在增长。随着***新基础设施5G战略的实施，2019年5G基站单站能耗远高于4G，约为4G基站的2.5-3.5倍。2021年， 无线基站能耗将在2020年增长31%的基础上增长25%。有研究表明，现在用户用1GB流量消耗的电量几乎超过1度电，节能减排、降本增效迫在眉睫。近年来，运营商实际上已经成为提高利润的直接手段。 　　图8运营商所需功耗比例如上图所示，通信网络能耗占运营商整体能耗的85%，其中无线网络(基站+配套设施)能耗约占60%。 　　图9基站供电系统示意图基站侧供电系统主要由380V交流市电引入，通过交流配电箱和开关电源转换成-48V DC接入基站设备，再通过馈线/光纤接入塔上天线。5G基站的单站能耗远高于4G，各级电信运营商和铁塔公司都非常关注5G单站和配套电源的功耗和电源管理。 　　图10 5G基站及其配套设施的功耗比过去有了很大的提高。虽然主设备厂商不断为主设备和射频部分开发各种能量管理功能，比如符号关、通道关、载波关、深度睡眠等节能策略。，优点是灵活方便，与主要设备功能紧密配合，缺点是不能做全面的电源管理，不能对其他相关供电设施进行监控、测量和管理。 　　图11主设备节能策略与基于智能断路器的电源管理方案对比。智能断路器可以配合现有基站供电系统，可以提供一套完整的5G基站电力系统管理方案，特别是在5G单站节能管理方面，可以配合运营商、铁塔公司、主设备供应商提供自主、定时的管理策略，为配套电源和动环设备提供智能化管理手段。 　　图12基于智能断路器3.2智能物业服务与管理的5G基站供电及能耗管理方案 　　基于智能断路器的电源管理方案可用于改造现有的物业服务。在不增加和改造现有设备，充分利用旧设备的基础上，通过智能开关和线路改造，可以有效提高智能化管理手段。可广泛应用于新老小区物业管理、公园管理等场景，节省新设备改造和设备更新的投入。 　　图13基于智能断路器的物业服务和管理方案包括但不限于上述两种使用场景。在智能安防管理方面，智能断路器与消防设备进行联动控制，如智能烟雾传感器、智能气体传感器、智能水阀、电梯等。当检测到并监控到危险信号时，可以设置自动关闭电路来消除火灾隐患。可以说，只要有电，就可以使用智能断路器进行电力线改造，以提高智能化管理手段，节省终端设备投资，可广泛应用于智慧城市、智慧社区、智慧养老、智慧医疗、智慧农业、高端商场、超市、高端住宅、工业互联网应用等场景，实现远程监控、在线检测、 电力系统的故障报警和保护。 　　虽然产品方案提供了新的产品思路和智能运营手段，但其应用方案仍需进一步测试和验证。例如以下内容: 　　在网络不稳定或者没有网络的情况下，如何依然进行自动断网？ 　　如何得到时钟？如何纠正时机？ 　　智能断路器已经从传统的相对保护性和预防性设备转变为主动控制设备。频繁给负载设备上电和断电会对设备造成一定的冲击或影响吗？ 　　第四部分 　　●产业链基本情况● 　　目前，断路器及关键元器件行业已经成熟，生产厂家众多，竞争激烈。是一个竞争充分、市场化程度高的行业。其中主要分为三类:***类是品类齐全、竞争力强、技术***先进的跨国企业，如施耐德、ABB、西门子、GE等国外厂商。国内低压电器市场也有各大运营商，如正泰、德力西电气等国内企业；第二类是专注于低压断路器关键零部件研发和生产的企业，包括新鸿泰、常熟开关厂、上海人民电器等。第三类是大量小规模生产企业，它们缺乏R&D能力，依靠价格竞争， 而且竞争非常激烈。 　　国内企业中，浙江温州乐清市(百强县市)***为突出，引人注目。乐清是***的低压电器之都，有“中国断路器产业基地”、“中国电器之都”、“中国电子元器件产业基地”、“中国精密模具生产基地”等称号。低压电器协会的数据显示，仅郑泰、德力西、天正、人民等这方面的龙头企业，就占据了行业50%以上的份额，在批发和零售市场的优势显著。其次是江苏(如常熟开关厂、新鸿泰)、河南(许继集团周边)等具有个体优势的地区。 　　断路器行业上游是原材料和核心零部件，中游是电机、电动执行器、断路器、开关等零部件及其成套输配电设备，下游是电力、机械、建筑等领域的客户。 　　图14低压电器产业链根据客户的不同，低压电器下游可分为项目市场和零售市场。项目市场主要客户为大型行业客户，可分为传统行业、基建、代工、建筑、电力、供电局、新能源；批发零售市场主要针对中小客户，下游也覆盖各行业。低压电器市场零售市场约占50%，工程市场约占43%，其中主要行业客户来自建筑、供电局、工业等应用领域。这两个市场的关键区别在于顾客对自身需求的认识和对产品质量的要求不同， 所以低压电器制造商需要采取不同的营销方法。行业客户非常熟悉自己的需求，一般都有严格的供应商筛选体系。从接触到相对稳定的合格供应商一般需要2到5年左右的时间。 　　第五部分 　　●行业资质要求● 　　随着用户对断路器及关键元器件的可靠性和稳定性要求越来越高，企业技术更新换代加快，行业进入难度加大。行业资质要求包括技术壁垒、资金壁垒和资质认证壁垒。 　　-技术壁垒 　　断路器及其关键部件的R&D和创新涉及到电气电子、机械制造、材料科学、计算机通信等多个领域，需要具备很强的复合R&D能力。同时，用户需求的不断提升也增加了研究的难度。技术的更新换代是一个漫长的过程，需要企业不断投入研发，积累大量行业经验，储备人才。 　　-财务障碍 　　断路器和关键部件的初期设备投资和后期R&D投资巨大，对新企业形成了很高的资金壁垒。 　　-资格和认证障碍 　　生产销售断路器产品的国内企业需要具备配电开关控制设备制造资质；销售的智能断路器产品必须符合***标准GB14048.1《低压开关设备和控制设备第1部分:一般规定》和GB14048.2《低压开关设备和控制设备第2部分:断路器》，并通过3C认证和工业和信息化部的进网和信号认可。还需要根据具体销售区域和客户要求满足一系列认证，比如环保、电磁、健康要求等。为了销售此类产品，一些制造商不得不与保险公司合作，以防范可能的风险。 　　第六部分 　　●总结● 　　该智能断路器及平台方案不仅可用于5G基站的供电和能耗管理，还可广泛应用于其他应用领域。特别是在不增加和改造现有设备，充分利用旧设备的基础上，借助电力线路上的智能开关和线路改造，提升整体智能化水平，提供了一种新的管控方式和产品思路，值得我们深入研究。

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