电力断路器：无线会取代有线吗?

断路器普遍应用在电力场所,目前主流的还是传统断路器,通过485、ModBus等有线方式通信,但随着泛在物联网的发展跟电力系统整体的智能化改造,无线通信是否会取代当前有线方案?本文与您一起探讨。

断路器简介断路器想必大家都不陌生,断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置,被普遍应用在各类电力场所中。断路器根据在电力系统中作用包括两个:

微型断路器:属于终端电器,用于线路末端,对有关电路和用电设备进行配电、保护、控制、指示信号、计量等作用;

框架断路器(万能式断路器)、塑壳断路器(空气开关):属于配电电器,用于电网输配电的低压侧。用于电流的流通、分断,能在线路或用电设备发生短路、过载、 欠压等故障时切断电路,从而起到对线路和设备的保护作用。

图1 断路器

我国低压电器行业经历四次产品迭代,已形成完整生产体系。我国低压电器行业经历了 60 年左右的发展,从修配、仿制再到自主研发,已经迭代了四代产品。

一代:产品种类单一,产品结构尺寸大且产品性能不稳定,目前已强制淘汰;

二代:产品种类增多,产品体积缩小,性能得到改良,并完善了保护特性,目前少量产品生产;

三代:性能再度完善,并引入现场总线技术,实现网络化和可通信,目前是行业主流应用产品;

四代:智能化特征更加凸显,并具备了小型化、高可靠、绿色环保、节能与节材等特点,正陆续推向市场。

近年来随着开放式现场总线技术的进步及广泛应用,使低压配电与控制系统、终端用电系统在向智能化、网络化发展,智能配电系统未来有望成为市场的主流。

主流断路器方案简介

当前主流第三代断路器总线形式包括RS-485和CAN总线两种形式,RS-485通信接口实现智能节点与监控计算机之间的串行连接;Modbus通讯协议制定了消息域格局和内容的公共格式,为智能节点与监控计算机之间提供通信规约。

以RS-485为例,整体网络架构为主设备采用PC机,从设备是各种断路器,简单框图如下:所有设备均有线连接,设备信息在后台PC机上显示数据,可远端查看单独设备、状态查询的信息,并且能够远端控制断路器的工作情况。

图2 塑壳断路器管理框图

断路器未来发展趋势

随着智能物联的必然发展趋势下,对配套电力设备技术有了更高的要求,RS-485/CAN总线等有线形式将存在布线难,运维成本高的问题,并且随着无线通讯形式的稳定性提升,未来断路器会基于传统方式还采用无线(4G,蓝牙)等方式传输,可以保证每台设备的状态可以实时上传到后台或者云端,可以实时监控设备的运行状态,在后续维护管理上更加方便,而且在某些不方便布线的场所更能够灵活的应用,具体如下所示。

图3 无线断路器配网架构

ZLG断路器通讯方案

1、有线传输方案

致远电子面向智能断路器的RS-485/CAN总线隔离需求提供满足对应需求的解决方案,当前智能断路器对于隔离RS-485/CAN需求包括两方面:成本优化与集成度小型化。

为满足行业用户的高性价比最求,致远电子可为用户提供P系列电源模块内部的主控电源IC ZLG1002与配套变压器FG0505-1,进而搭建总线隔离RS-485/CAN电路。

图4 ZLG1002电源IC

图5 FG0505-1变压器套片

图6 ZLG1002+FG0505-1应用电路图

毫瓦级静态电流,极低的静态功耗;

85%转换效率,有效降低电源温升;

支持短路自恢复,为用户降低失效风险;

-40℃～105℃,超宽工作温度范围。

为满足行业用户的集成度小型化最求,致远电子可为用户提供SM系列全隔离RS-485/CAN收发芯片,产品体积小巧,单芯片即可实现隔离RS-485/CAN。

图7 SM系列隔离RS-485/CAN收发芯片

2、无线传输方案

面向智能断路器的无线化需求,致远电子可为行业用户提供无线蓝牙模块BT11P31,模块主从一体,模块互联支持主从机双待,用户可以通过指令进行扫描或者直接连接从机设备,也可以通过指令打开广播,等待主机连接,脱离手机实现设备与设备之间的互联互通。

主要特点

蓝牙版本:兼容BLE4．0/4．2/5．0

发射功率:-30dBm～2dBm可调

接收灵敏度:-93dBm@1Mbps、-90dBm@2Mbps

睡眠电流:8μA～10μA

传输速率:净荷数据传输速率最高可达11．5kB/s

数据加密:支持AES-128,ECC加密引擎