低壓電器的發(fā)展及其新技術(shù)
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(jī)容量達(dá)到4.4億kW，2004年發(fā)電量為2.1萬億kW·h。據(jù)預(yù)計，到2010年我國裝機(jī)容量將達(dá)到7億kW，2020年將達(dá)到10kW。
按年新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)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(guān)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。可見，經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致對電能的需求和依賴不斷增大，作為承擔(dān)電能輸送與分配、用電設(shè)備保護(hù)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(jìn)行研究、開發(fā)。
一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展及展望
（一）我國低壓電器產(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(jì)50年代的全面仿蘇，20世紀(jì)60～70年代在模仿基礎(chǔ)上的第一代統(tǒng)一設(shè)計產(chǎn)品，70～80年代在更新?lián)Q代和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)制造的第二代產(chǎn)品，90年代跟蹤國外新技術(shù)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(shù)性能達(dá)到或接近國外20世紀(jì)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(rèn)證13000多個單位，低壓成套裝置獲3C認(rèn)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。
（二）低壓電器設(shè)計的特點
由于低壓電器在運行時存在著電、磁、光、熱、機(jī)械等多種能量轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)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(fù)雜。
低壓電器傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)中的“電接觸、電弧、電磁、熱效應(yīng)與電動力效應(yīng)”等除了要依靠必要的理論推導(dǎo)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(shè)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(yīng)電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。
同時，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)、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。
（三）低壓電器發(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(shù)的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)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(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用，采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的低壓電器均要求能與中央控制計算機(jī)進(jìn)行通信，為此，各種可通信低壓電器應(yīng)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(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接，可通信電器根據(jù)其自身的特點及其在網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)之間接口；第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計算機(jī)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(jī)保護(hù)器和起動器等。 第三是直接開發(fā)帶有計算機(jī)接口和通信功能的新型電器，內(nèi)部包含了為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的單元，如總線、地址編碼器、尋址單元、負(fù)載反饋模塊等。
2．傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向
（1）在提高主要技術(shù)性能的同時，重點提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
如低壓斷路器在提高短路分?jǐn)嗄芰Φ耐瑫r，應(yīng)特別關(guān)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(shè)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?jǐn)嗫煽啃裕òs小飛弧距離，防止相間飛弧）、動作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。
（2）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(hù)開關(guān)電器）的基本單元的動作與接觸器一樣具有很高的機(jī)械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性，能可靠分?jǐn)?0kA預(yù)期短路電流；保護(hù)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(jī)地組合在一起，如刀開關(guān)—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?jǐn)嗄芰Φ奶岣撸诘蛪侯I(lǐng)域熔斷器組合電器的應(yīng)用正在減少，但在6kV～10kV中壓領(lǐng)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(jì)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(dǎo)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。
（3）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(shù)逐步成熟，尤其是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用、低壓電器與中央控制計算機(jī)雙向通信的實現(xiàn)，使得低壓電器必須朝著電子化、機(jī)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(jī)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(hù)、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(hù)。而智能型交流接觸器和智能馬達(dá)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(dāng)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(yīng)顯示，接觸器吸合后能降低激磁電流，達(dá)到節(jié)能的目的。
按年新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)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(guān)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。可見，經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致對電能的需求和依賴不斷增大，作為承擔(dān)電能輸送與分配、用電設(shè)備保護(hù)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(jìn)行研究、開發(fā)。
一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展及展望
（一）我國低壓電器產(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(jì)50年代的全面仿蘇，20世紀(jì)60～70年代在模仿基礎(chǔ)上的第一代統(tǒng)一設(shè)計產(chǎn)品，70～80年代在更新?lián)Q代和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)制造的第二代產(chǎn)品，90年代跟蹤國外新技術(shù)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(shù)性能達(dá)到或接近國外20世紀(jì)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(rèn)證13000多個單位，低壓成套裝置獲3C認(rèn)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。
（二）低壓電器設(shè)計的特點
由于低壓電器在運行時存在著電、磁、光、熱、機(jī)械等多種能量轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)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(fù)雜。
低壓電器傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)中的“電接觸、電弧、電磁、熱效應(yīng)與電動力效應(yīng)”等除了要依靠必要的理論推導(dǎo)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(shè)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(yīng)電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。
同時，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)、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。
（三）低壓電器發(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(shù)的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)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(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用，采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的低壓電器均要求能與中央控制計算機(jī)進(jìn)行通信，為此，各種可通信低壓電器應(yīng)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(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接，可通信電器根據(jù)其自身的特點及其在網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)之間接口；第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計算機(jī)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(jī)保護(hù)器和起動器等。 第三是直接開發(fā)帶有計算機(jī)接口和通信功能的新型電器，內(nèi)部包含了為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的單元，如總線、地址編碼器、尋址單元、負(fù)載反饋模塊等。
2．傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向
（1）在提高主要技術(shù)性能的同時，重點提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
如低壓斷路器在提高短路分?jǐn)嗄芰Φ耐瑫r，應(yīng)特別關(guān)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(shè)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?jǐn)嗫煽啃裕òs小飛弧距離，防止相間飛弧）、動作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。
（2）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(hù)開關(guān)電器）的基本單元的動作與接觸器一樣具有很高的機(jī)械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性，能可靠分?jǐn)?0kA預(yù)期短路電流；保護(hù)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(jī)地組合在一起，如刀開關(guān)—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?jǐn)嗄芰Φ奶岣撸诘蛪侯I(lǐng)域熔斷器組合電器的應(yīng)用正在減少，但在6kV～10kV中壓領(lǐng)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(jì)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(dǎo)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。
（3）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(shù)逐步成熟，尤其是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用、低壓電器與中央控制計算機(jī)雙向通信的實現(xiàn)，使得低壓電器必須朝著電子化、機(jī)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(jī)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(hù)、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(hù)。而智能型交流接觸器和智能馬達(dá)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(dāng)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(yīng)顯示，接觸器吸合后能降低激磁電流，達(dá)到節(jié)能的目的。
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