CN110164740A - 一种智能空气开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气开关领域，具体涉及了一种智能空气开关及其控制方法。智能空气开关包括开关主体，开关主体上开设有进线孔和出线孔，开关主体上还布置有把手，所述智能空气开关还包括电机模块和固定拉线模块，还包括主控单元和智能终端；所述电机模块包括拉线盘和线拉杆，所述拉线盘与线拉杆之间、线拉杆与固定拉线模块之间、固定拉线模块与电机模块之间分别通过拉线传动连接并形成回路，所述电机模块内还布置有电机；所述电机模块内还布置有测量单元、控制收发单元，所述控制收发单元与所述电机控制连接。由电机模块的拉线带动把手转动，通过主控单元以及智能终端对现有的空气开关进行智能化的检测控制，避免了全部更换空气开关，成本低。

Description

一种智能空气开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及空气开关领域，特别是涉及一种智能空气开关及其控制方法。

背景技术

空气开关也就是空气断路器，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流和短路、过载等故障电流，并能在线路和负载发生过载、短路、接地等情况下，迅速分断电路，进行可靠的保护。

现有的空气开关的结构如图1所示，空气开关包括开关主体1、开关主体的两侧布置有用于供电线穿过的进线孔4和出线孔(图中未显示)，开关主体上布置有可转动的把手2，通过转动把手2可以推拉空气开关，实现对线路的分合控制。根据包含的空气开关的数量可以将空气开关分为单位空开、双位空开、三位空开和四位空开，主要分别用作为低压380V/220V/110V交流单线、双线、三线、四线线路的通断开关和切断短路、过载、接地故障的断路器。

这种标准结构的空气开关是依靠人工手动推拉空气开关的把手实现空气开关的合分控制的，既无法实现遥控和遥信、也无法对流经的电气参数进行监测。对现有标准型空气开关实现遥控、遥信、遥测，无论是方便用户的使用还是对用电进行有效的控制和管理，在当今这个提倡绿色可循环能源和物联网大数据时代是非常必要的。

目前，市场上有两种方式可以实现安装空气开关线路的遥测、遥信和遥控。一种是在空气开关的线路上另外加装一个独立的控制装置，通过装置内部的继电器或接触器实现遥控操作，但这需要另外的开关设备以及安装空间，且经常由于线路故障空气开关跳闸后，需要人工操作空气开关后才能恢复供电，这种方式虽然解决了线路的遥测、遥信和遥控功能，但空气开关的控制仍需要手动操作，且需要另外占用安装空间和接线，其实用性受到限制。

另外一种是采用智能空气开关，这种全智能化的空气开关将合分控制电机或电磁动作机构、控制采集模块全部集成进开关内部，实现控制、测量、保护一体的智能开关，这种开关结构复杂、体积大、成本高，市场上还比较少见，目前还只在一些新装的特殊应用场合开始采用。但是对于新安装或已安装的空气开关配电箱，如果全部更换为智能空气开关，则推广成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能空气开关，以解决现有技术中对于已经安装的空气开关配电箱替换现有的智能空气开关成本高的问题；本发明还提供了一种该智能空气开关的控制方法。

本发明的智能空气开关的技术方案为，

一种智能空气开关，包括开关主体，开关主体上开设有进线孔和出线孔，开关主体上还布置有控制开关主体分合闸的把手，所述智能空气开关还包括布置在开关主体的进线侧的电机模块和布置在开关主体的出线侧的固定拉线模块，智能空气开关还包括与所述电机模块信号连接的主控单元和与所述主控单元无线连接的智能终端；所述电机模块包括拉线盘和用于固定在所述把手上的线拉杆，所述拉线盘与线拉杆之间、线拉杆与固定拉线模块之间、固定拉线模块与电机模块之间分别通过拉线传动连接并形成回路，所述电机模块内还布置有驱动拉线盘转动的电机；所述电机模块内还布置有用于测量开关主体内的电流的测量单元、与测量单元信号连接的控制收发单元，所述控制收发单元与所述主控单元信号连接以相互传输信号，所述主控单元用于接收分析所述控制收发单元的信号并向控制收发单元传输驱动电机动作的驱动信号，所述控制收发单元与所述电机控制连接。

该技术方案的有益效果在于，在开关主体的进线侧和出线侧分别布置电机模块以及固定模块，电机模块的拉线通过拉线盘、线拉杆以及固定拉线模块形成回路，由电机模块的拉线带动把手转动实现分合闸操作，通过主控单元以及智能终端形成物联网，对现有的空气开关进行智能化的检测控制，不改变现有的空气开关的结构，避免了全部更换空气开关，成本低。

所述电机模块内布置有电流互感器，电流互感器与所述开关主体电连接，电流互感器形成所述测量单元。电流互感器的检测结果精确。

所述线拉杆上设置有套接手柄，线拉杆通过套接手柄与所述把手连接。套接手柄与线拉杆连接简单方便。

所述开关主体并列布置有至少两个，各个开关主体分别一一对应布置有各自的电机模块、线拉杆和固定拉线模块。

各个电机模块之间通过连接端子并联，其中一个电机模块与所述主控单元信号连接。多个电机模块之间相互并接，连接方式简单，降低成本。

所述主控单元上布置有天线，所述智能终端通过天线与所述主控单元信号连接。天线连接的协议成熟，简单方便。

本发明的智能空气开关的控制方法的技术方案为，

一种智能空气开关的控制方法，包括以下步骤，步骤一，在开关主体的进线侧和出线侧分别布置电机模块和固定拉线模块，在开关主体的把手上固定线拉杆，拉线在电机模块、线拉杆和固定拉线模块之间形成回路；步骤二，利用电机模块内的测量单元检测开关主体内的电流，并将电流信号通过控制收发单元传输给主控单元；步骤三，主控单元分析电流信号，并将驱动信号传输至电机模块；步骤四，电机模块的控制收发单元根据驱动信号驱动电机转动，经过线拉杆带动把手转动，实现分合闸动作。

该技术方案的有益效果在于，在开关主体的进线侧和出线侧分别布置电机模块以及固定模块，电机模块的拉线通过拉线盘、线拉杆以及固定拉线模块形成回路，由电机模块的拉线带动把手转动实现分合闸操作，通过主控单元以及智能终端形成物联网，对现有的空气开关进行智能化的检测控制，不改变现有的空气开关的结构，避免了全部更换空气开关，成本低。

步骤二中，电机模块通过电流互感器检测开关主体内的电流。电流互感器的检测结果精确。

步骤一中，至少两个开关主体并列布置，各个开关主体上一一对应布置有各自的电机模块、线拉杆和固定拉线模块，各个电机模块之间通过连接端子并联，其中一个电机模块与主控单元信号连接。多个电机模块之间相互并接，连接方式简单，降低成本。

所述主控单元上布置有天线，主控单元通过天线与智能终端无线连接，通过智能终端对智能空气开关进行实时监测。天线连接的协议成熟，简单方便。

附图说明

图1是现有的空气开关的结构示意图；

图2是本发明的智能空气开关的电机模块、开关主体、固定拉线单元的示意图；

图3是本发明的智能空气开关的主控单元的示意图；

图4是本发明的智能空气开关的整体结构示意图。

其中，1-开关主体，2-把手，3-导轨槽，4-进线孔，5-主控单元，51-4G天线，52-WiFi天线，53-以太网接口，54-并接端子，6-电机模块，61-对接端子，7-固定拉线模块，8-线拉杆，9-拉线，10-智能终端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的智能空气开关的实施例1，如图2至图4所示，该智能空气开关包括电机模块6、开关主体1、固定拉线模块7、主控单元5和智能终端10。

开关主体1，开关主体1的上下两侧分别开设有进线孔4和出线孔(图中未显示)，开关主体1的竖直侧面上还布置有控制开关主体1分合闸的把手2。开关主体1的背侧设置有导轨槽3，开关主体1通过导轨槽3安装在导轨上。主控单元5与开关主体1并列安装在固定导轨上，并且通过主控单元5与电机模块6之间通过并接端子54连接；在其他实施例中，主控单元5也可以单独安装，并通过连线与电机模块6相连。

开关主体1可以有一个作为单位空开，也可以并行布置有两个、三个、四个，对应形成双位空开、三位空开和四位空开。各个开关主体1的两侧分别对应安装有各自的电机模块6、固定拉线模块7。

主控单元5上设置有天线，天线包括4G天线51和WiFi天线52，主控单元5上还布置有以太网接口53，主控单元5可以通过以太网、WiFi、4G、NBIoT通信与云端的服务器连接，实现空气开关与物联网的互连。智能终端10为一个在手机上以图形可视化的方式显示空气开关位置状态和发出控制命令对空气开关进行遥控合分闸操作的手机APP，手机APP通过手机的WiFi与主控单元5的WiFi连接，就地实现对空开的遥测、遥信和遥控操作。

电机模块6布置在开关主体1的进线侧，固定拉线模块7安装固定在开关主体1的出线侧。电机模块6的两侧分别布置有用于与主控单元5连接的对接端子61，主控单元5上布置有与对接端子61连接的并接端子54，并接端子54内包括工作电源总线、通信总线和保护接地总线，主控单元5通过通信总线与连接在总线上的每一个电机模块6通信，实现主控单元5对每一个电机模块6的监测控制。保护接地总线由主控单元5连接到配电箱的保护接地点，并给每一个电机模块6提供统一的安全保护接地。

电机模块6内安装有一个直流微型电机、一个集控制、测量、通信功能为一体的嵌入式智能模块、一个测量电流的电流互感器和一个拉线盘，嵌入式智能模块形成电机模块6的控制收发单元，电流互感器形成电机模块6的用于测量开关主体1内的电流的测量单元，嵌入式智能模块分别与电机、电流互感器信号连接。

嵌入式智能模块与电流互感器信号连接，嵌入式智能模块通过对接端子61与主控单元5信号连接，拉线盘与电机传动连接，嵌入式智能模块与电机信号连接以用于驱动拉线盘转动；电流互感器用于检测流经开关主体1的电流，嵌入式智能模块采集电流互感器输出的电流和开关主体1的进线电压，监测流经开关主体1的电流、电压、功率、电度参数并与输送给主控单元5。

电机模块6的尺寸与各个开关主体1的进线侧的高度和宽度一致，电机模块6的中间是一个嵌有电流互感器的穿孔，穿孔用于供导线穿入，穿孔的尺寸与开关主体1的进线孔4的尺寸相同。电机模块6的穿孔上靠近空开主题的一侧布置有固定金属片，固定金属片插入到开关主体1的进线导线的固定压紧区域，该固定金属片与导线通过开关主体1的压接螺丝压紧固定连接，实现导线的安装固定和电机模块6与开关主体1连接。

不同的电机模块6之间通过侧部的对接端子61并接，可以测量流经对应空气开关的电流和电压，首端或者尾端的电机模块6与主控单元5连接，主控单元5通过通信总线同时与各个电机模块6通信并实现控制、监视、测量功能，每个电机模块6由主控单元5通过电源总线统一供电。

各个固定拉线模块7分别布置在对应的开关主体1的出线侧。固定拉线模块7的中间布置有供导线穿过的穿孔，穿孔的尺寸与开关主体1的出线孔的尺寸相同。穿孔靠近开关主体1的一侧设置有固定金属片，固定金属片插入到开关主体1的出线导线的固定压紧区域，该固定金属片与导线通过开关主体1的压接螺丝压紧固定连接，实现导线的固定、固定拉线模块7与开关主体1的连接。

线拉杆8上设置有套接手柄，线拉杆8通过套接手柄与开关主体1的把手2连接。电机模块6的拉线盘与线拉杆8之间、线拉杆8与固定拉线模块7之间、固定拉线模块7与电机模块6之间分别通过拉线9传动连接并形成回路。这种结构既可以通过电机模块6旋转拉线盘拉动拉线9带动把手2进行开关主体1的合分控制，又可以通过套接手柄进行开关主体1的人工推拉合分控制，也不影响过流或接地时空气开关的跳闸动作，并能通过电机模块6将空气开关的位置状态信号传送至主控单元5。

固定拉线模块7上布置有滑轮，滑轮为双向的滑轮，滑轮作为线拉杆8与电机模块6之间的支点，当电机模块6的拉线盘转动带动线拉杆8转动时，固定模块的滑动作为拉线9的一个固定支点，与电机模块6、固定在把手2上的线拉杆8配合，实现开关主体1的合分闸控制。

本发明的智能空气开关的控制方法的实施例，即上述的智能空气开关的使用方法，包括以下步骤，步骤一，在现有的空气开关的开关主体1的进线侧和出线侧分别布置电机模块6和固定拉线模块7，电机模块6以及固定拉线模块7通过固定金属片与开关主体1连接，在开关主体1的把手2上通过套接手柄固定线拉杆8，拉线在电机模块6、线拉杆8和固定拉线模块7之间形成回路；步骤二，利用电机模块6内的直流互感器检测开关主体1内的电流，测流经开关主体1的电流、电压、功率、电度参数，并将电流信号通过嵌入式智能模块传输给主控单元5；步骤三，主控单元5分析嵌入式智能模块传输的电流信号，分析之后将驱动信号传输至电机模块6；步骤四，电机模块6的嵌入式智能模块根据驱动信号驱动电机转动，经过线拉杆8带动把手2转动，电机的正转、反转经拉线盘和拉线拉动把手2到分闸或合闸位置实现空开的分合闸控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能空气开关，包括开关主体，开关主体上开设有进线孔和出线孔，开关主体上还布置有控制开关主体分合闸的把手，其特征在于，所述智能空气开关还包括布置在开关主体的进线侧的电机模块和布置在开关主体的出线侧的固定拉线模块，智能空气开关还包括与所述电机模块信号连接的主控单元和与所述主控单元无线连接的智能终端；所述电机模块包括拉线盘和用于固定在所述把手上的线拉杆，所述拉线盘与线拉杆之间、线拉杆与固定拉线模块之间、固定拉线模块与电机模块之间分别通过拉线传动连接并形成回路，所述电机模块内还布置有驱动拉线盘转动的电机；所述电机模块内还布置有用于测量开关主体内的电流的测量单元、与测量单元信号连接的控制收发单元，所述控制收发单元与所述主控单元信号连接以相互传输信号，所述主控单元用于接收分析所述控制收发单元的信号并向控制收发单元传输驱动电机动作的驱动信号，所述控制收发单元与所述电机控制连接。

2.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述电机模块内布置有电流互感器，电流互感器与所述开关主体电连接，电流互感器形成所述测量单元。

3.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述线拉杆上设置有套接手柄，线拉杆通过套接手柄与所述把手连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智能空气开关，其特征在于，所述开关主体并列布置有至少两个，各个开关主体分别一一对应布置有各自的电机模块、线拉杆和固定拉线模块。

5.根据权利要求4所述的智能空气开关，其特征在于，各个电机模块之间通过连接端子并联，其中一个电机模块与所述主控单元信号连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的智能空气开关，其特征在于，所述主控单元上布置有天线，所述智能终端通过天线与所述主控单元信号连接。

7.一种智能空气开关的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，在开关主体的进线侧和出线侧分别布置电机模块和固定拉线模块，在开关主体的把手上固定线拉杆，拉线在电机模块、线拉杆和固定拉线模块之间形成回路；步骤二，利用电机模块内的测量单元检测开关主体内的电流，并将电流信号通过控制收发单元传输给主控单元；步骤三，主控单元分析电流信号，并将驱动信号传输至电机模块；步骤四，电机模块的控制收发单元根据驱动信号驱动电机转动，经过线拉杆带动把手转动，实现分合闸动作。

8.根据权利要求7所述的智能空气开关的控制方法，其特征在于，步骤二中，电机模块通过电流互感器检测开关主体内的电流。

9.根据权利要求7所述的智能空气开关的控制方法，其特征在于，步骤一中，至少两个开关主体并列布置，各个开关主体上一一对应布置有各自的电机模块、线拉杆和固定拉线模块，各个电机模块之间通过连接端子并联，其中一个电机模块与主控单元信号连接。

10.根据权利要求7-9任一项所述的智能空气开关的控制方法，其特征在于，所述主控单元上布置有天线，主控单元通过天线与智能终端无线连接，通过智能终端对智能空气开关进行实时监测。