供電網絡中的電氣開關（包括斷路器、轉換開關和接觸器），通常情況下用于閉合或斷開供應電能的電路，以達到停電、供電和轉換電路的目的。

當電網出現不正常情況時，例如過載、過壓和欠壓、短路等，能自動地把負載從電網上斷開。因為這些不正常情況將危及操作人員的安全和設備的正常運行，甚至引起人身死亡事故或造成火災。

配電用斷路器主要在低壓配電系統中做過載、短路、過壓和欠壓保護之用，也可用作為電路的不頻繁操作。配電用斷路器有選擇型和非選擇型兩類。非選擇型保護特性較為簡單，多用于支路保護。主斷路器則要求采用選擇型，以滿足電路內各種保護電器的選擇性斷開，把事故區域限制到最小范圍。

傳統的斷路器保護功能是利用了某些物理效應，通過機械系統的動作來實現的。因而體積較大，效果也不夠理想。為了防止用電設備發生故障時影響整個供電線路，以及在供電網絡出現異常時損壞用電設備，在傳統斷路器的基礎上逐步開發出更可靠的和具有更多保護功能的斷路器。

例如，具有短路保護、過流和過熱保護、漏電保護、缺相保護等功能的斷路器。

隨著微電子技術的發展，集成電路的出現大大縮小了普通電子電路的體積，因此出現了以專用集成電路為基礎的多功能斷路器。這種斷路器已經比原有的機械式斷路器進了一大步，但仍然不能稱之為智能化。

微型計算機技術的發展為電氣開關的智能化提供了條件。智能化的電氣開關，不僅能夠提供普通斷路器的各種保護功能，還能夠實時顯示電路中的各種參數（電流、電壓、功率、功率因數等）。

各種保護功能的動作參數也可以顯示、設定和修改。保護電路動作時的故障參數，可以存儲在非易失存儲器中以便查詢。這些功能只有在采用微處理機以后才能實現。

目前，國外已經開發出了系列化智能斷路器。

這些智能化斷路器的性能大大優于傳統的斷路器產品。我國在這方面的產品開發還剛剛起步。本文對智能化電氣開關的有關技術進行了探討，并給出一種用于低壓電網的智能化斷路器的設計開發實例。

2智能化電氣開關的關鍵技術2.1單片機及其應用技術單片機以其緊湊的結構、豐富的功能而受到廣泛的應用，并成為智能化儀器儀表的核心部件。目前，在研制高性能、高精度、多功能的測量控制儀表時，幾乎無一例外地都考慮采用微處理器和單片機。在測量控制儀表中采用單片機技術使之成為智能儀表后，能夠解決許多傳統儀表不能或不易解決的難題，同時還能夠簡化控制儀表電路，提高系統的可靠性，降低整機的成本以及加快新產品的開發速度。隨著集成電路制造技術的不斷提高，單片機的體積越來越小，而功能越來越豐富。新一代的單片機產品，已經將程序ROM、定時/計數器、串行通訊接口、A/D轉換器、PWM轉換輸出、波形發生器、WATCHDOG監視器、I2C總線接口、更多的I/O端口和內部RAM寄存器集成在一起，從而能夠適應更加廣泛的用途。另一方面，功能簡單的單片機則向低功耗和小型化方向發展。采用串行總線的單片機，其外部引腳只有8個。表1所列是一些典型單片機產品的性能參數。

2.2專用集成電路智能化電氣開關經常涉及到一些特殊的和復雜的功能。這些功能如果完全由計算機來完成，無疑會加重CPU的負擔，其效果也未必理想。事實上在智能化電氣開關出現以前，已經開發出了許多行之有效的專用集成電路，例如漏電保護專用集成電路。采用專用集成電路，不僅能夠減輕CPU的工作負荷，還能夠在萬一CPU發生故障時保證可靠的動作，在一定程度上也能夠提高系統的響應速度。

表1典型單片機的性能參數型號片內特殊功能串行接口專用集成電路分為兩類：一類是實現某種專用功能的電路，例如漏電保護集成電路、電源專用集成電路、缺相保護集成電路等；另外一類是運算電路，主要是用于電流保護運算（對數、反對數運算）、功率因數運算等。

2.3智能化集成傳感器隨著用電保護技術的不斷完善，各種保護裝置的功能和技術要求也不斷地提高。一般情況下，低壓斷路器要求具有以下的保護功能：①過電壓和欠電壓保護功能；②三段電流保護功能；③漏電保護功能；④缺相保護功能；⑤其他異常保護功能（瞬時尖峰脈沖、瞬時斷電等）。

要完成這些保護功能，就要有相應的各種傳感器。這些傳感器性能的好壞，直接關系到智能化電氣開關的性能。另一方面，傳感器要有較高的精度、較寬的動態范圍及檢測范圍，同時又要有較小的體積，輸出信號還要便于與智能控制電路接口。這在目前還是較難做到的。受微電子技術的影響，傳感器正朝著小型、固態、多功能和集成化的方向發展。如果能夠利用最新的技術開發一種集成化的傳感器，即將各種電量傳感器集成在一起，將能夠大大提高其使用性能。更進一步，還可以將微處理器與傳感器集成于一體。這可以使智能化電氣開關的整體性能提高一個檔次。

2.4電源技術智能化電氣開關的電路可以有三種供電方式：專用電源供電、蓄電池供電和電流互感器供電，后者也稱為自供電。這三種供電方式可以單獨使用，也可以配合使用，形成冗余供電系統。前兩種供電方式在技術上與一般的微機應用系統沒有什么區別。電流互感器供電是斷路器所特有的一種供電方式，單獨使用時可以省去其他供電電路，而且可以隨著電網的接通自動開始工作，是一種理想的供電方式。但電流互感器供電有以下幾個問題需要妥善處理：①由于電源能量來源于電流互感器，因此電網電路中電流較小時不足以供電。②當電網電路的電流緩慢上升時，自供電電源的電壓也是緩慢上升的。這對于模擬電路不會有問題，而對于微處理機和數字電路，應該有一個可靠的復位電路，才能使其啟動并正常工作。③由于電流互感器既要作為電流信號，又要提供電源能量，兩者之間必然會產生交叉影響。即智能化電路的工作電流會影響對電網電路電流的檢測結果。因此，要有一套補償與修正的方法。

使用多種供電方式的冗余供電，可以增加系統的電源可靠性。但冗余供電方式需要有一個切換裝置。由于智能化電路的工作電流通常都較小，因此切換電路在技術上不難實現?？梢灾苯佑晌⑻幚砥髋浜蠈Ｓ秒娫礄z測電路進行切換控制。

2.5系統集成化技術智能化電氣開關是以微處理器為核心的機電一體化產品。它包括供電部分（常規供電、電池供電、電流互感器自供電）、專感器、控制部分、調整部分、執行機構以及開關本體。各個組成部分之間相互關聯，又相互影響。如何協調與處理好各個組成部分之間的關系，使其既能滿足所有的功能要求，又不超出現有技術條件所允許的范圍（體積、功耗、可靠性、電磁兼容性等）就是系統集成化技術的主要內容。

智能化電氣開關是一類具有較高技術含量的產品。實踐表明，產品的技術含量越高，系統集成化技術對其影響和作用也越大。特別是在生產實踐中，由于牽涉面大，往往一個部件的問題而影響整機的性能與質量。在現代工業中，系統集成化技術集中體現了基礎工業的整體水平。

值得一提的是，目前迅速發展的CAD/CAM技術對于系統集成化技術有著重要的影響。CAD/CAM技術已經在機械、電子、電工、建筑、美工、服裝等領域得到了廣泛的應用。CAD技術已經不僅僅是作為一種繪圖工具發揮作用，而且能夠進行計算、分析、校驗和模擬。這些功能不僅能夠提高設計效率、減少設計失誤，還能夠使設計者在設計階段看到產品的逼真外觀，模擬產品的實際運行。從而使參加設計者能夠對產品各方面的情況有一個總體的把握。

3智能化全功能低壓脫扣器的開發CM1-Z型智能化脫扣控制器是作者開發的一種全功能型低壓配電保護裝置，用于配電開關柜中與多種脫扣器配套使用。

3.1主要技術要求使用條件。三相四線制線路。工作電壓保護功能。三段電流保護；過電壓、欠電壓保護；漏電保護；缺相保護。

顯示功能。電壓、電流、功率、功率因數顯示；設定參數顯示；試驗電流顯示；10次故障記憶與參數顯示；故障預報警顯示；合閘、分閘狀態顯示。

~1.3倍額定電流范圍內精度為3%.功率顯示為kW.功率因數顯示分辨率為0.01；故障時間顯示分辨率為0.001s.3.2總體結構CM1-Z型智能脫扣控制器由開關電源、87C552單片機及其外圍電路、信號采樣與濾波放大電路、自動量程切換電路、鎖相環頻率跟蹤電路、漏電保護電路、顯示與操作面板、功能選擇開關、RS-485串行通訊接口和E2PROM存儲器所組成。系統的組成與結構框圖如所列。

由于使用了高性能的87C552單片機，可以對三相四線的電路參數進行獨立的實時檢測，并根據用戶的需要顯示有關的電路參數（電壓、電流、功率和功率因數等）。該裝置具有常規的三段電流熱模擬保護功能，以及過壓、欠壓、漏電和缺相保護功能。可對配電線路或電動機等電器進行有效的和可靠的保護。

智能化斷路器原理框圖顯示操作面板外觀如所示。面板數字顯示共分為6組，分別為電流顯示（電流）、電壓顯示（電壓）、功率及功率因數顯示（功率）、設定參數顯示（設定）、試驗參數顯示（試驗）和故障參數顯示（檢查）。正常運行時若無故障，總是顯示電流。按“功能”鍵可以切換到其他顯示組。