电器的发展方向

**早的电器是18世纪物理学家研究电与磁现象时使用的刀开关。19世纪后期，由于电能的应用陆续推向社会，各种电器也相继问世。但这一时期的电器容量小，属于手动式。电路的保护主要采用熔断器（俗称保险丝）。20世纪以来，由于电能的应用在社会生产和人类生活中显示出巨大的优越性，并迅速普及，适应各种不同要求的电器也不断出现。大的有电力系统中所用的二、三层楼高的超高压断路器，小的有普通家用开关。近百年来，电器发展的总趋势是容量增大，传输电压增高，自动化程度提高。例如，开关电器由20世纪初采用空气或变压器油作灭弧介质，经过多油式、少油式、压缩空气式，发展到利用真空作灭弧介质和六氟化硫作灭弧介质的断路器，其开断容量从初期约20～30千安到80年代中后期达80～100千安，工作电压提高到765千伏，以至到1150千伏。又如，20世纪60年代出现晶体管时间继电器、接近开关、晶闸管开关等；70年代后，出现了机电一体化的智能型电器，以及六氟化硫全封闭组合电器等。这些电器的出现与电工新材料、电工制造新技术、新工艺相互依赖、相互促进，适应了整个电力工业和社会电气化不断发展的要求。随着WTO的加入，进入21世纪我国低压电器面临更大的挑战，为了加速我国低压电器的发展，以适应新的形势需要，及时分析国内外低压电器发展动态，了解和掌握当前低压电器的新技术具有重要意义。智能电器、可通讯电器与信息电器微处理机和计算机技术引进低压电器，一方面使低压电器具有智能化的功能，另一方面使低压开关电器，包括智能化断路器和智能化电动机控制器实现与中央控制计算机双向通讯。进入20世纪90年代，随着计算机信息网络的发展，低压配电系统和电动机控制中心已统一形成了智能化监控、保护与信息网络系统。智能化低压断路器与电动机控制器是低压开关柜和电动机控制中心实现智能化的主要电器元件。微处理器引入低压断路器，首先使断路器的保护功能大大增强。诸如：它的三断保护特性中的短延时可设置成I2t特性，以便与后一级保护更好地匹配；接地保护可实现选择性，对断续的电弧接地故障可带记忆功能。工业用电的电网络中使用大量的软起动器、电力电子调速装置和不间断电源等，这些装置都会使配电系统产生高次谐波，而模拟式电子脱扣器一般反映故障电流的峰值，因而电源的高次谐波会造成断路器的误动作。带微处理的智能化断路器反映负载电流真实的有效值（RMS值），它的采样和保持电路能消除输入信号中的高次谐波，因而能避免高次谐波造成的误动作，它的中央处理单元能保证断路器的正确动作。与传统的双金属热继电器相比，智能化过载继电器有一系列的优点。它能保护多种起动条件的电动机，具有很高的动作可靠性。它不但可保护电动机过载与断相，并可保护接地、三相不平衡、反相或低电流等。由智能化电动机保护继电器进一步开发的智能电动机控制器，兼有监控、保护和通讯的功能，它的保护功能也较智能化电动机保护继电器进一步增强。[1] 由新型低压电器元件与中央控制计算机组成的网络系统与传统的低压配电系统与电动机控制中心相比有以下优点：1）实现中央计算机集中控制，提高了低压配电系统自动化程度。低压开关设备与中央控制计算机的数据信息双向传输是指：一方面智能化断路器或其它开关设备向中央控制计算机传送线路和保护对象的运行参数，保护整定值和故障信息；另一方面中央控制计算机向智能化断路器或其它开关设备发出操作指令，改变和调节保护整定值。2）使低压配电、控制系统的调度和维护达到新的水平。通过信息传输，中央控制计算机能存储线路和被保护设备过去的运行参数及前10次甚至前50次故障情况。这些信息加上计算机强大的综合计算能力，有助于操作者事先预测故障的产生和作出相应的决策，使线路和设备的停机维修时间大大减少；信息传输也提高了对配电系统的电能调度能力，能保证在用电高峰阶段，对重要用户安全可靠地供电；信息传输可实现区域间连锁保护，使前后级智能化断路器的选择性保护获得合理的匹配。3）由于采用数字化的新型监控元件，使开关柜平面上提供信息大幅度增加。通过液晶显示板可测量并显示相和线的电流、电压、功率因数、功率等各种参数，也能显示被保护对象和线路过去的运行参数和故障情况，它还可以以图形方式显示被整定的断路器保护特性。4）监控元件和传统的指示和指令电器相比较，接线简单、便于安装，提高了工作的可靠性。5）可以实现数据共享，减少信息重复和信息通道。网络通讯的发展，日益要求用户和设备之间的开放性和兼容性，因而制定一个统一的通讯协议是急待解决的一个关键问题。由智能化电器与中央计算机通过接口构成的自动化通讯网络正从集中式控制向分布式控制发展。现场总线技术的出现，不但为构造分布式计算机控制系统提供条件，并且它即插即用，扩充性好，维护方便，因而这种技术成为国内外关注的焦点。低压电器的一个重要功能是通断能力，智能电器发展的另一途径是通过微处理器的智能控制来提高电器的通断性能。智能化电器的发展，使电磁兼容性EMC变成越来越重要的问题。EMC要求包括两种含义，一方面要求低压电器在使用场合工作时，不受外界电磁干扰而引起误动作，而另一方面要求电器的操作产生的电磁场不干扰附近的电子设备。国外对智能化电器和机电一起化产品的EMC问题非常重视，因为电磁干扰会引起这类系统失灵而误动作，会造成巨大的经济损失。智能化电器和其保护、监护系统把敏感的数字电器元件处于强电流及高电压电磁场中，使这些设备的电磁抗干扰能力在设备设计和运行中已成为不可忽视的因素，因而在国外智能化电器和其系统在设计初始阶段即制定严格的电磁兼容控制与管理计划，该计划主要包括产品或系统EMC分析，制定EMC设计技术指标、设计计划、标准、实施计划与测试方法等，并把这一计划作为产品或系统设计的重要一环。EMC分析和设计是为了达到EMC技术要求的关键工作，包括分析电子线路的辐射程度及抗干扰能力以及系统集成的电磁兼容性能，EMC设计包括电磁屏蔽，接地，导线间距的确定，以及考虑印刷电路板布线之间的电磁耦合等，随着高频电磁场数值分析和计算机硬年的发展，采用现代仿真技术取代传统的测试方法和经验分析方法，已在EMC分析中起越来越大的作用。