斷路器，這個產品概念在傳統電力行業和低壓電器中并不算新,但隨著低壓電器的代際更新及不斷整合引入新的傳感器技術，逐漸在傳統通信連接和物聯網智慧互聯方面的引起關注。今天我們就聊聊這個話題。
一、什么是智能斷路器？
斷路器是從傳統的電閘演變而來，是常見的配電管理設備，是指當回路發生短路或過流故障時能迅速切斷電源，防止故障擴大，同時也可以作為一般開關使用，實現電能的分配和控制的裝置。我們日常生活常見到的“空氣開關”就是一種“微型”斷路器。
斷路器相關產品和涉及產品種類較多：按電壓等級，可分為高壓斷路器和低壓斷路器；按電流性質，可分為交流斷路器和直流斷路器；按滅弧原理可來分為空氣斷路器、油斷路器、真空斷路器等；按框架結構，可分為框架萬 能型和塑料外殼式；按脫鉤保護構造形式，可分為電磁式、電子式、智能型、可通信智能型等，除了上述基本分類之外，其實還可以根據多種用途、分斷速度等維度劃分更細的品類。
圖1：最常見的“空氣開關”
我們日常生活最能見到的斷路器就是“空氣開關”，又叫做微型斷路器，屬于低壓斷路器，是低壓電器中最重要的保護及控制元件之一，集控制和多種保護功能于一體，當線路正常工作時，作為電源開關接通或分斷電路；當電路發生短路、過載和失壓等故障時，它能自動跳閘切斷故障電路，從而保護線路和電氣設備。
那什么是智能型斷路器？
智能斷路器在傳統斷路器控制用電線路、保護安全用電的基礎上，引入電磁技術和芯片技術，以及現場總線技術和微機處理器，斷路器逐漸開始具備智能化，依托各種傳感器技術、微電子技術和各種信息傳輸技術，將控制、計量及通信等功能融于一體，可以更好的完成開斷任務和提高開斷的可靠性，實現斷路器的智能化操作。
圖2：低壓斷路器類型基本情況
(含非智能)
常見的智能斷路器多為低壓斷路器，主要有萬 能式(又稱框架式)和塑料外殼式兩類，框架式一般耐受電流高(一般額定在400A到6300A)、分斷能力強，保護參數可選擇等，同時價格較貴，安裝尺寸要求和安裝也均較為復雜，多用于一級配電或用在大電流回路的開合方面。較之框架式，塑料外殼式(一般額定在10A到800A)，一般參數不可調，結構簡單，尺寸小、安裝方便靈活，價格較低，通常用于二、三級配電，負荷分散、回路較少的場景，尤其適合數量大和范圍廣的場景。
二、基本原理結構和組網方式
(1)傳統微型斷路器(空氣開關)原理結構
圖3：傳統機械式斷路器構造原理
傳統機械式斷路器結構較為簡單，主要實現電力線路的開合，主要構造和功能如下：
手動桿，用于手動開合斷路器；
傳動裝置，將觸點壓在一起或者分開；
觸點，接觸時用于接通電流，分開則用于斷開電流；
接線柱，用于進出電力線的連接；
雙金屬片，用于電流過載的強制觸點分離；
電磁閥，檢測電流變化迅速分離觸點；
滅弧室，用于消滅接通電路時產生的火花。
(2)智能型斷路器的演進和組網結構
伴隨微電子、單片機及計算機技術、新型傳感器技術不斷發展，斷路器結構也在不斷的演進，智能型斷路器在傳統機械式斷路器基礎上引入了智能控制單元，不僅具有傳統斷路器的基本功能，還配有新型的電子設備，與傳感器和數字化控制裝置相配合，實現了斷路的電子操作，變機械傳動為變頻器經電機驅動，提高了機械系統的可靠性。
圖4：新一代智能型斷路器構造
更新一代智能斷路器還配有數字化各類通信接口接口，可以將位置、狀態、分合閘指令信息通過各種通信接口協議進行傳輸，還可根據需要加裝顯示模塊、各種通信模塊以及各種檢測模塊，以擴大智能操作斷路器的智能化功能。
圖5：新一代智能型斷路器集各種功能之大成
新一代智能型斷路器已經集合過欠壓保護、漏電、電表、浪涌保護、定時器、多功能儀表等功能于一身，且可以多種線路開關+智能網關組合控制，而且可以通過PC、APP端進行遠程控制。
圖6：智能型斷路器及組網結構示意
三、行業應用方向和解決方案
智能型斷路器通過傳統斷路器與，可廣泛用于一切需要定時打開和關閉的機電設備、工業電器及家用電器。如：景觀燈、霓虹燈、路燈、廣告燈箱、家用電器及水泵和工礦定時通風設備等。
圖7：智能斷路器及云平臺應用場景示意
(1)5G基站電源及能耗管理
國家十四五規劃中，明確提出了“推動綠色發展，促進人與自然和諧共生”的理念，要求深入實施可持續發展戰略，支持綠色技術創新。根據工信部統計，2020年全國通信網絡能耗逼近900億千瓦時，相比2015年增幅高達60%，占到運營商開支的23%，并且還在持續增長。隨著國家新基建5G戰略的實施，從2019年5G基站大規模入網，5G基站的單站能耗遠高于4G，約為4G基站的2.5-3.5倍，2021年無線基站的耗能將在2020年增幅31%的基礎上，再增加25%。有研究表明，現在用戶1GB流量差不多要消耗超過1千瓦時的電量，節能減排、降本增效刻已不容緩，運營商近年提出的降本增效實際已成為了運營商提升利潤的直接手段。
圖8：運營商整體所需電力耗能比例
如上圖所示，通信網絡能耗占運營商整體能耗的85%，其中無線網絡(基站+配套)能耗占比60%左右。
圖9：基站供電系統示意圖
基站側供電系統主要由一路380V交流市電引入，通過交流配電箱、開關電源轉換為-48V直流后連入基站設備，基站設備再通過饋線/光纖連接到鐵塔上的天線。5G基站的單站能耗遠高于4G，各級電信運營商及鐵塔公司均對5G單站及配套電源功耗及電源管理非常關注。
圖10：5G基站及配套功耗較之過去大幅增加
盡管主設備廠家也針對主設備及射頻部分不斷研發各種能源管理功能，諸如符號關斷、通道關斷、載波關斷、深度睡眠等節能策略，優勢是在靈活方便且與主設備功能配合緊密，劣勢是不能做綜合性電源管理，無法對其他相關電源配套進行監控、計量和管理。
圖11：主設備節能策略與基于智能型斷路器電源管理方案對比
智能斷路器可配合現有基站供電系統，可提供一整套5G基站電源系統管理方案，尤其在5G單站能耗節能管理方面配合運營商、鐵塔公司、主設備供應商提供自主和定時管理策略，提供配套電力和動環設備的智能化管理手段。
圖12：基于智能型斷路器的5G基站電源及能耗管理方案
(2)智慧物業服務與管理
基于智能型斷路器的電源管理方案可用于改造現有物業服務，在不新增和改造現有設備、充分利舊設備的基礎上，通過智能開關和線路改造來有效提升智能化管理手段。可廣泛用于新老社區物業管理、園區管理等場景，節省新增設備改造和更新設備的投入。
圖13：基于智能型斷路器的物業服務與管理方案
包括但不限于上述兩類使用場景，智能斷路器在智慧安防管理方面，與消防設備智能煙感、智能氣感、智能水閥、電梯等設備進行聯動控制，檢測和監測到危險信號時可設置自動關斷電路，消除火災隱患。可以說只要有電的地方就可以使用智能型斷路器用于電力線路改造來提升智能化管理手段，節省終端設備投入，可廣泛用于智慧城市、智慧社區、智慧養老、智慧醫療、智慧農業、商場超市、工業互聯網應用等場景，實現電力系統的遠程監測與控制、在線檢測、故障預警與保護。
盡管該產品方案提供了一種新的產品思路和智慧化運營手段，但其應用方案仍需進一步測試和驗證。諸如以下方面：
1、如何在網絡不穩定或無網絡時仍可執行自動開斷操作？
2、時鐘如何獲取？授時如何校正？
3、智能斷路器從傳統相對保護性、防范型的設備，轉變為主動控制型設備，其對負載設備進行頻繁上、下電操作，是否會對設備有一定沖擊或影響？
四、產業鏈基本情況
目前斷路器及關鍵部件行業發展比較成熟，生產企業眾多，競爭比較激烈，是一個競爭充分、市場化程度較高的行業。其中主要分為三類：第一類是門類齊全、競爭力較強、掌握先進的技術的跨國企業，如施耐德Shneider、ABB、Siemens、GE等國外廠家。還有國內低壓電器市場的主要經營者，如正泰電器、德力西電氣等國內企業；第二類是多專注于低壓斷路器關鍵部件的研發生產的企業，包括新宏泰、常熟開關廠、上海人民電器等企業。第三類是研發能力相對缺乏，依賴價格競爭的眾多小規模生產企業，競爭非常激烈。
斷路器行業上游為原材料及核心零部件產品，中游為電機、電操、斷路器、開關等部件及其構成的輸配電成套設備，下游為電力、機械、建筑等領域客戶。
圖14：低壓電器產業鏈
依據客戶的不同，低壓電器的下游可分為項目型市場和零售市場。項目型市場的主要客戶為大型的行業客戶，可以劃分為傳統工業、基礎設施、OEM、建筑、電力、供電局和新能源；批發零售市場主要針對的是中小型的客戶，下游也覆蓋各個行業。零售市場占低壓電器市場的50%左右，項目型市場占比約43%，其中主要行業客戶來自于建筑、供電局、工業等應用領域。兩種市場的關鍵的差別在于，客戶對于自身需求的認知程度和對產品質量的要求程度均不同，從而低壓電器廠商需要采取不同的營銷方式。行業客戶對自身的需求十分熟悉，一般具有比較嚴格的供應商篩選體系，從接觸到比較穩定的合格供應商，一般需要2到5年左右。
五、行業資質要求
隨著用戶對斷路器及關鍵部件的可靠性和穩定性要求不斷提高，企業技術的更新換代加快，行業新入難度不斷提高。行業資質要求包括技術壁壘、資金壁壘和資質和認證壁壘。
●技術壁壘：斷路器及關鍵部件研發創新涉及電工電子、機械制造、材料科學、計算機通信等多個領域，需要具備很強的復合研發能力。同時用戶需求的不斷提升也加大了研収難度。而技術的提升是一個漫長的過程，需要企業不斷的研發投入、大量的行業經驗積累和人才儲備。
●資金壁壘：斷路器及關鍵部件前期設備投入、后期研發投入金額巨大，對新進企業形成了較高的資金壁壘。
●資質和認證壁壘：國內生產和銷售斷路器產品企業需具備配電開關控制設備制造資質；銷售的智能斷路器產品必須符合國標規范GB14048.1《低壓開關設備和控制設備 第1部分：總則》和GB14048.2《低壓開關設備和控制設備 第2部分：斷路器》兩部分標準，且通過及工信部入網、信號核準。還需要根據具體銷售區域和客戶要求滿足一系列認證，如環保、電磁和健康等要求等。有些廠家為了銷售此類產品，還要針對該產品與保險公司進行合作來預防可能的風險。
