左侧：2项断路器；右侧：保护器
保护器作为右侧附件，可以触发断路器切断电路

        设计初衷

        我国高校在秋冬季学期普遍实行夜间熄灯断电制度，以避免学生由于过晚休息而影响第二天学习生活。这本是个非常有益的制度，却因为一些学生在寝室使用违章电器而造成巨大的安全隐患。
        2006年11月29日早6时左右，武汉市武昌区某高校学生寝室发生火灾。2008年11月1日清晨6时，同在武昌，一栋女生宿舍的5楼发生火灾。几天后的14日清晨6:10，上海商学院女生宿舍发生火灾，4名女生慌乱中跳楼身亡。几次悲剧的起因非常相似：学生前一天晚上在宿舍使用违章电器，熄灯后忘记关闭这些大功率用电器的电源，第二天清晨恢复供电时，这些用电器造成火灾。
        事实上，每夜的拉闸限电经常使得同学忘记关闭自己的用电器，这也包括有些同学因贪图方便使用的大功率用电器，诸如热得快、电炉等。忘记关闭的大功率用电器会在清晨恢复供电时重新开始运转，而此时同学们通常还在熟睡中，从而造成极其危险的火灾隐患。这样的问题不仅仅出现在大学寝室中，在居民家中也同样存在。家中停电比较罕见，并且没有规律，因此忘记关闭用电器的危险可能更大。
        传统的断路器在大功率用电器正常工作的情况下并不能动作，也无法在不同时刻对电路的状态进行不同的响应。因此，我们针对以上所述的安全隐患设计了本保护装置。

        保护器工作原理

        和通常针对大学寝室的限电器不同，我们没有把思路集中在违章电器的检测。分析一下我们面对的危险用电器，不难发现它们的一些共同点：功率大，缺乏自我保护的功能，甚至没有开关。它们通常在电路供电恢复时立即开始工作。而正常使用家用电器时，一般是在电路供电正常期间陆续开机上线，而不会在电路刚刚恢复供电时立即上线。
        我们的设计思路就是利用这个“时间差”。上电过电流保护器仅在电路恢复供电的前s秒内工作，并在这段时间内检测电路的负载功率。如果负载功率稳定地超过阈值T，则保护器触发断路器切断电源。s秒后，保护器休眠，此后不再影响供电。这里，T表示允许的安全上电功率，例如忘记关的灯等。T一定小于电路原本的额定功率。s和T两个参数可以根据应用场合合理选取。例如，在学生寝室，s取2秒，T取300W是比较合理的。

上电过电流保护器工作原理示意图

        保护器的设计

        考虑到尽量降低成本，减小电路改装的工作量以尽量减少安装难度，我们将上电过电流保护器设计为常用的断路器（空气开关）的右侧附件。它固定在断路器的右侧，仅仅起检测作用，需要动作时，触发断路器关断。常见的右侧附件还有漏电保护器。
        保护器内，我们选用电容降压稳压电路供给直流电源，选用电流互感器检测火线的电流，选用带有ADC的单片机采样和处理数据，并触发断路器线圈。

        结语

        经过模拟真实环境的实验，本上电过电流保护器确实能够准确地在恢复供电时避免危险用电器运转，同时不会在正常供电时对电路造成任何影响。和其他一些限电器相比，我们重在保护，而非限制，因此不会出现被“破解”的问题，其应用范围也不局限于大学寝室。当然，解决大学生宿舍用电安全隐患的根本还在于加强同学们的安全意识，让同学们自觉杜绝使用违章电器。                      

责编/李玉戌