左側(cè)：2項(xiàng)斷路器；右側(cè)：保護(hù)器
保護(hù)器作為右側(cè)附件，可以觸發(fā)斷路器切斷電路

        設(shè)計(jì)初衷

        我國(guó)高校在秋冬季學(xué)期普遍實(shí)行夜間熄燈斷電制度，以避免學(xué)生由于過晚休息而影響第二天學(xué)習(xí)生活。這本是個(gè)非常有益的制度，卻因?yàn)橐恍W(xué)生在寢室使用違章電器而造成巨大的安全隱患。
        2006年11月29日早6時(shí)左右，武漢市武昌區(qū)某高校學(xué)生寢室發(fā)生火災(zāi)。2008年11月1日清晨6時(shí)，同在武昌，一棟女生宿舍的5樓發(fā)生火災(zāi)。幾天后的14日清晨6:10，上海商學(xué)院女生宿舍發(fā)生火災(zāi)，4名女生慌亂中跳樓身亡。幾次悲劇的起因非常相似：學(xué)生前一天晚上在宿舍使用違章電器，熄燈后忘記關(guān)閉這些大功率用電器的電源，第二天清晨恢復(fù)供電時(shí)，這些用電器造成火災(zāi)。
        事實(shí)上，每夜的拉閘限電經(jīng)常使得同學(xué)忘記關(guān)閉自己的用電器，這也包括有些同學(xué)因貪圖方便使用的大功率用電器，諸如熱得快、電爐等。忘記關(guān)閉的大功率用電器會(huì)在清晨恢復(fù)供電時(shí)重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)，而此時(shí)同學(xué)們通常還在熟睡中，從而造成極其危險(xiǎn)的火災(zāi)隱患。這樣的問題不僅僅出現(xiàn)在大學(xué)寢室中，在居民家中也同樣存在。家中停電比較罕見，并且沒有規(guī)律，因此忘記關(guān)閉用電器的危險(xiǎn)可能更大。
        傳統(tǒng)的斷路器在大功率用電器正常工作的情況下并不能動(dòng)作，也無法在不同時(shí)刻對(duì)電路的狀態(tài)進(jìn)行不同的響應(yīng)。因此，我們針對(duì)以上所述的安全隱患設(shè)計(jì)了本保護(hù)裝置。

        保護(hù)器工作原理

        和通常針對(duì)大學(xué)寢室的限電器不同，我們沒有把思路集中在違章電器的檢測(cè)。分析一下我們面對(duì)的危險(xiǎn)用電器，不難發(fā)現(xiàn)它們的一些共同點(diǎn)：功率大，缺乏自我保護(hù)的功能，甚至沒有開關(guān)。它們通常在電路供電恢復(fù)時(shí)立即開始工作。而正常使用家用電器時(shí)，一般是在電路供電正常期間陸續(xù)開機(jī)上線，而不會(huì)在電路剛剛恢復(fù)供電時(shí)立即上線。
        我們的設(shè)計(jì)思路就是利用這個(gè)“時(shí)間差”。上電過電流保護(hù)器僅在電路恢復(fù)供電的前s秒內(nèi)工作，并在這段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)電路的負(fù)載功率。如果負(fù)載功率穩(wěn)定地超過閾值T，則保護(hù)器觸發(fā)斷路器切斷電源。s秒后，保護(hù)器休眠，此后不再影響供電。這里，T表示允許的安全上電功率，例如忘記關(guān)的燈等。T一定小于電路原本的額定功率。s和T兩個(gè)參數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合合理選取。例如，在學(xué)生寢室，s取2秒，T取300W是比較合理的。

        保護(hù)器的設(shè)計(jì)

        考慮到盡量降低成本，減小電路改裝的工作量以盡量減少安裝難度，我們將上電過電流保護(hù)器設(shè)計(jì)為常用的斷路器（空氣開關(guān)）的右側(cè)附件。它固定在斷路器的右側(cè)，僅僅起檢測(cè)作用，需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，觸發(fā)斷路器關(guān)斷。常見的右側(cè)附件還有漏電保護(hù)器。
        保護(hù)器內(nèi)，我們選用電容降壓穩(wěn)壓電路供給直流電源，選用電流互感器檢測(cè)火線的電流，選用帶有ADC的單片機(jī)采樣和處理數(shù)據(jù)，并觸發(fā)斷路器線圈。

        結(jié)語

        經(jīng)過模擬真實(shí)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)，本上電過電流保護(hù)器確實(shí)能夠準(zhǔn)確地在恢復(fù)供電時(shí)避免危險(xiǎn)用電器運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)不會(huì)在正常供電時(shí)對(duì)電路造成任何影響。和其他一些限電器相比，我們重在保護(hù)，而非限制，因此不會(huì)出現(xiàn)被“破解”的問題，其應(yīng)用范圍也不局限于大學(xué)寢室。當(dāng)然，解決大學(xué)生宿舍用電安全隱患的根本還在于加強(qiáng)同學(xué)們的安全意識(shí)，讓同學(xué)們自覺杜絕使用違章電器。                      

責(zé)編/李玉戌