低壓電器的發(fā)展及其新技術
立幟工業(yè)綜合網(wǎng) 自1995年以來，我國電力工業(yè)保持了較快發(fā)展速度。到2004年底，我國裝機容量達到4.4億kW，2004年發(fā)電量為2.1萬億kW·h。據(jù)預計，到2010年我國裝機容量將達到7億kW，2020年將達到10kW。
按年新增發(fā)電機裝機容量為2000萬kW計算（保守），每年需要配套高壓斷路器20萬臺，高壓隔離開關約40萬臺，低壓電器元件需要量更多（約2億件），其中萬能式斷路器（ACB）年需約46萬臺，塑殼斷路器（MCCB）約440萬臺，交流接觸器（ACC）約3200萬臺?？梢?，經(jīng)濟發(fā)展導致對電能的需求和依賴不斷增大，作為承擔電能輸送與分配、用電設備保護與控制的低壓電器的作用顯得尤為重要。目前，世界各國每年都投入大量資金對低壓電器進行研究、開發(fā)。
一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展及展望
?。ㄒ唬┪覈蛪弘娖鳟a(chǎn)品的發(fā)展歷程
近年來，我國低壓電器行業(yè)出現(xiàn)了巨大的變化，低壓電器產(chǎn)品發(fā)展到了一個嶄新的階段。
我國低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展大致可分為以下幾個階段：20世紀50年代的全面仿蘇，20世紀60～70年代在模仿基礎上的第一代統(tǒng)一設計產(chǎn)品，70～80年代在更新?lián)Q代和引進國外先進技術制造的第二代產(chǎn)品，90年代跟蹤國外新技術自行開發(fā)的第三代智能化電器和最近研發(fā)的第四代智能化可通訊電器。其中第四代產(chǎn)品具有性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、組合化、模塊化、模塊化的特點，總體技術性能達到或接近國外20世紀80年代末、90年代初水平。
我國截至2003年底，低壓電器元件獲3C認證13000多個單位，低壓成套裝置獲3C認證6000多個單位，生產(chǎn)的低壓電器產(chǎn)品近1000個系列、產(chǎn)值約200億人民幣。
?。ǘ┑蛪弘娖髟O計的特點
由于低壓電器在運行時存在著電、磁、光、熱、機械等多種能量轉換，這些轉換過程的規(guī)律大多是非線性的，許多現(xiàn)象又是一種瞬態(tài)過程，它使低壓電器的理論分析變得極為復雜。
低壓電器傳統(tǒng)理論基礎中的“電接觸、電弧、電磁、熱效應與電動力效應”等除了要依靠必要的理論推導和分析運算外，還必須依賴成熟可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
即使這樣，設計計算的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的實際性能間有時仍會有很大差距，必須通過試驗予以驗證。 因此，低壓電器產(chǎn)品開發(fā)周期較長、投入也比較大。
為了適應電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結構提出了更高的要求。
同時，隨著科學技術的進步，新技術、新工藝、新材料不斷出現(xiàn)，為低壓電器產(chǎn)品開發(fā)提供了良好的條件。
?。ㄈ┑蛪弘娖靼l(fā)展展望
低壓電器發(fā)展方向主要取決于電力系統(tǒng)的發(fā)展需要和新工藝、新材料、新技術的研究與應用。20世紀70、80年代研發(fā)的新型電器主要是限流電器、真空電器、漏電電器和電子電器。
從80年代后期開始，對傳統(tǒng)新一代低壓電器產(chǎn)品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化的要求。
其后，隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與應用，采用計算機網(wǎng)絡控制的低壓電器均要求能與中央控制計算機進行通信，為此，各種可通信低壓電器應運而生，它可能成為今后一段時間低壓電器重要發(fā)展方向之一。
1．為了實現(xiàn)低壓電器元件與計算機網(wǎng)絡的連接，可通信電器根據(jù)其自身的特點及其在網(wǎng)絡中的作用，一般采用三種方案：第一是開發(fā)新型接口電器，連接于網(wǎng)絡和傳統(tǒng)低壓電器元件之間，如ASI接口模塊、分布式I/O接口、網(wǎng)絡之間接口；第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計算機聯(lián)網(wǎng)接口功能，它們具有接口和通信功能，如智能化萬能式斷路器、智能化塑殼斷路器、智能化交流接觸器、智能化電動機保護器和起動器等。 第三是直接開發(fā)帶有計算機接口和通信功能的新型電器，內(nèi)部包含了為計算機網(wǎng)絡服務的單元，如總線、地址編碼器、尋址單元、負載反饋模塊等。
2．傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向
?。?）在提高主要技術性能的同時，重點提高綜合技術經(jīng)濟指標。
如低壓斷路器在提高短路分斷能力的同時，應特別關注飛弧距離的減小，并力求產(chǎn)品小型化，這對發(fā)展新一代緊湊型低壓成套設備十分重要，而交流接觸器的研究重點放在了產(chǎn)品功能組合與派生、分斷可靠性（包括縮小飛弧距離，防止相間飛?。?、動作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。
?。?）模塊化和組合化
低壓電器組合化是實現(xiàn)電器產(chǎn)品多功能化的重要途徑，電器組合化有功能組合和組合功能兩種方式。
前者由各種功能單元組合而成，除基本單元能獨立使用外，其他單元一般不能獨立使用，但要求系列通用性。這類產(chǎn)品（如控制與保護開關電器）的基本單元的動作與接觸器一樣具有很高的機械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性，能可靠分斷50kA預期短路電流；保護功能單元、隔離單元和輔助觸頭單元使該產(chǎn)品兼有隔離器、斷路器、接觸器和熱繼電器等產(chǎn)品的功能。后者把兩種以上電器有機地組合在一起，如刀開關—熔斷器組合電器、熔斷器-接觸器組合電器、熔斷器—斷路器組合電器等。
隨著塑殼斷路器分斷能力的提高，在低壓領域熔斷器組合電器的應用正在減少，但在6kV～10kV中壓領域，熔斷器—真空接觸器組合電器（即F-C裝置）由于其獨特的優(yōu)越性而正在不斷發(fā)展。
由于20世紀80年代中后期發(fā)展起來的模數(shù)化終端電器具有寬度模數(shù)化、安裝導軌化、外形尺寸一致、性能協(xié)調(diào)的特點，從而為發(fā)展新型組合電器或成套裝置創(chuàng)造了條件。
?。?）電子化和智能化
過去多年，電子式低壓電器因受容量、價格、可靠性等影響，發(fā)展一直不快。隨著電子元件質(zhì)量提高和價格下降、EMC技術逐步成熟，尤其是計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與應用、低壓電器與中央控制計算機雙向通信的實現(xiàn)，使得低壓電器必須朝著電子化、機電一體化方向發(fā)展，同時要求部分電器具有智能化功能。目前，智能化電器的發(fā)展主要集中在萬能式斷路器、塑殼式斷路器、交流接觸器以及電動機控制器等產(chǎn)品。其中，智能型斷路器主要特征是裝有智能脫扣器，具有外部電路各種故障保護、內(nèi)部故障自診斷及自動報警功能、故障動作記憶及顯示、電路參數(shù)測定、可雙向通信等功能，能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)選擇性保護。而智能型交流接觸器和智能馬達控制器的主要特征是裝有智能型電磁系統(tǒng)，其控制回路包括電壓檢測電路、吸合信號發(fā)生電路和保持信號發(fā)生電路。它能判別門檻吸合電壓，當控制電源電壓低于接觸器門檻吸合電壓時，不發(fā)出吸合信號，接觸器不能合閘并有相應顯示，接觸器吸合后能降低激磁電流，達到節(jié)能的目的。
按年新增發(fā)電機裝機容量為2000萬kW計算（保守），每年需要配套高壓斷路器20萬臺，高壓隔離開關約40萬臺，低壓電器元件需要量更多（約2億件），其中萬能式斷路器（ACB）年需約46萬臺，塑殼斷路器（MCCB）約440萬臺，交流接觸器（ACC）約3200萬臺?？梢?，經(jīng)濟發(fā)展導致對電能的需求和依賴不斷增大，作為承擔電能輸送與分配、用電設備保護與控制的低壓電器的作用顯得尤為重要。目前，世界各國每年都投入大量資金對低壓電器進行研究、開發(fā)。
一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展及展望
?。ㄒ唬┪覈蛪弘娖鳟a(chǎn)品的發(fā)展歷程
近年來，我國低壓電器行業(yè)出現(xiàn)了巨大的變化，低壓電器產(chǎn)品發(fā)展到了一個嶄新的階段。
我國低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展大致可分為以下幾個階段：20世紀50年代的全面仿蘇，20世紀60～70年代在模仿基礎上的第一代統(tǒng)一設計產(chǎn)品，70～80年代在更新?lián)Q代和引進國外先進技術制造的第二代產(chǎn)品，90年代跟蹤國外新技術自行開發(fā)的第三代智能化電器和最近研發(fā)的第四代智能化可通訊電器。其中第四代產(chǎn)品具有性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、組合化、模塊化、模塊化的特點，總體技術性能達到或接近國外20世紀80年代末、90年代初水平。
我國截至2003年底，低壓電器元件獲3C認證13000多個單位，低壓成套裝置獲3C認證6000多個單位，生產(chǎn)的低壓電器產(chǎn)品近1000個系列、產(chǎn)值約200億人民幣。
?。ǘ┑蛪弘娖髟O計的特點
由于低壓電器在運行時存在著電、磁、光、熱、機械等多種能量轉換，這些轉換過程的規(guī)律大多是非線性的，許多現(xiàn)象又是一種瞬態(tài)過程，它使低壓電器的理論分析變得極為復雜。
低壓電器傳統(tǒng)理論基礎中的“電接觸、電弧、電磁、熱效應與電動力效應”等除了要依靠必要的理論推導和分析運算外，還必須依賴成熟可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
即使這樣，設計計算的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的實際性能間有時仍會有很大差距，必須通過試驗予以驗證。 因此，低壓電器產(chǎn)品開發(fā)周期較長、投入也比較大。
為了適應電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結構提出了更高的要求。
同時，隨著科學技術的進步，新技術、新工藝、新材料不斷出現(xiàn)，為低壓電器產(chǎn)品開發(fā)提供了良好的條件。
?。ㄈ┑蛪弘娖靼l(fā)展展望
低壓電器發(fā)展方向主要取決于電力系統(tǒng)的發(fā)展需要和新工藝、新材料、新技術的研究與應用。20世紀70、80年代研發(fā)的新型電器主要是限流電器、真空電器、漏電電器和電子電器。
從80年代后期開始，對傳統(tǒng)新一代低壓電器產(chǎn)品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化的要求。
其后，隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與應用，采用計算機網(wǎng)絡控制的低壓電器均要求能與中央控制計算機進行通信，為此，各種可通信低壓電器應運而生，它可能成為今后一段時間低壓電器重要發(fā)展方向之一。
1．為了實現(xiàn)低壓電器元件與計算機網(wǎng)絡的連接，可通信電器根據(jù)其自身的特點及其在網(wǎng)絡中的作用，一般采用三種方案：第一是開發(fā)新型接口電器，連接于網(wǎng)絡和傳統(tǒng)低壓電器元件之間，如ASI接口模塊、分布式I/O接口、網(wǎng)絡之間接口；第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計算機聯(lián)網(wǎng)接口功能，它們具有接口和通信功能，如智能化萬能式斷路器、智能化塑殼斷路器、智能化交流接觸器、智能化電動機保護器和起動器等。 第三是直接開發(fā)帶有計算機接口和通信功能的新型電器，內(nèi)部包含了為計算機網(wǎng)絡服務的單元，如總線、地址編碼器、尋址單元、負載反饋模塊等。
2．傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向
?。?）在提高主要技術性能的同時，重點提高綜合技術經(jīng)濟指標。
如低壓斷路器在提高短路分斷能力的同時，應特別關注飛弧距離的減小，并力求產(chǎn)品小型化，這對發(fā)展新一代緊湊型低壓成套設備十分重要，而交流接觸器的研究重點放在了產(chǎn)品功能組合與派生、分斷可靠性（包括縮小飛弧距離，防止相間飛?。?、動作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。
?。?）模塊化和組合化
低壓電器組合化是實現(xiàn)電器產(chǎn)品多功能化的重要途徑，電器組合化有功能組合和組合功能兩種方式。
前者由各種功能單元組合而成，除基本單元能獨立使用外，其他單元一般不能獨立使用，但要求系列通用性。這類產(chǎn)品（如控制與保護開關電器）的基本單元的動作與接觸器一樣具有很高的機械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性，能可靠分斷50kA預期短路電流；保護功能單元、隔離單元和輔助觸頭單元使該產(chǎn)品兼有隔離器、斷路器、接觸器和熱繼電器等產(chǎn)品的功能。后者把兩種以上電器有機地組合在一起，如刀開關—熔斷器組合電器、熔斷器-接觸器組合電器、熔斷器—斷路器組合電器等。
隨著塑殼斷路器分斷能力的提高，在低壓領域熔斷器組合電器的應用正在減少，但在6kV～10kV中壓領域，熔斷器—真空接觸器組合電器（即F-C裝置）由于其獨特的優(yōu)越性而正在不斷發(fā)展。
由于20世紀80年代中后期發(fā)展起來的模數(shù)化終端電器具有寬度模數(shù)化、安裝導軌化、外形尺寸一致、性能協(xié)調(diào)的特點，從而為發(fā)展新型組合電器或成套裝置創(chuàng)造了條件。
?。?）電子化和智能化
過去多年，電子式低壓電器因受容量、價格、可靠性等影響，發(fā)展一直不快。隨著電子元件質(zhì)量提高和價格下降、EMC技術逐步成熟，尤其是計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與應用、低壓電器與中央控制計算機雙向通信的實現(xiàn)，使得低壓電器必須朝著電子化、機電一體化方向發(fā)展，同時要求部分電器具有智能化功能。目前，智能化電器的發(fā)展主要集中在萬能式斷路器、塑殼式斷路器、交流接觸器以及電動機控制器等產(chǎn)品。其中，智能型斷路器主要特征是裝有智能脫扣器，具有外部電路各種故障保護、內(nèi)部故障自診斷及自動報警功能、故障動作記憶及顯示、電路參數(shù)測定、可雙向通信等功能，能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)選擇性保護。而智能型交流接觸器和智能馬達控制器的主要特征是裝有智能型電磁系統(tǒng)，其控制回路包括電壓檢測電路、吸合信號發(fā)生電路和保持信號發(fā)生電路。它能判別門檻吸合電壓，當控制電源電壓低于接觸器門檻吸合電壓時，不發(fā)出吸合信號，接觸器不能合閘并有相應顯示，接觸器吸合后能降低激磁電流，達到節(jié)能的目的。
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