未來低壓電器在技術(shù)上和功能上都會(huì)有很大的發(fā)展,各種繼電器、接觸器和斷路器都普遍采用了電子和智能控制.隨著微機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展,以及人工智能技術(shù)在低壓電器中的應(yīng)用,智能電器將會(huì)從簡單的采用微機(jī)控制取代傳統(tǒng)繼電器功能的單一封閉裝置,發(fā)展到具有完整的理論體系和多學(xué)科交叉的電器智能化系統(tǒng),成為電氣工程領(lǐng)域中電力開關(guān)設(shè)備、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、工業(yè)供配系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的發(fā)展方向.

1斷路器的現(xiàn)狀

在低壓輸配電網(wǎng)絡(luò)中,塑殼斷路器是重要的基礎(chǔ)元件之一,對于那些經(jīng)常會(huì)發(fā)生用電設(shè)備過載、短路的場合,能安全、可靠地切斷故障電流,防止事故擴(kuò)大危及到整個(gè)輸配電系統(tǒng).國外ABB、西門子、施耐德等公司已經(jīng)推出新一代產(chǎn)品,國內(nèi)有些著名電氣企業(yè)也在低壓電器領(lǐng)域形成第四代塑料外殼式斷路器.新一代電器的主要技術(shù)特征為:高性能的觸頭滅弧系統(tǒng),采用模塊化結(jié)構(gòu),電子式脫扣器,性能優(yōu)越,安裝方式簡便多樣,與現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊等.

1.1高性能的觸頭滅弧系統(tǒng)目前ABB公司、施耐德、GE等歐美大部分公司新一代產(chǎn)品采用雙斷點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式觸頭系統(tǒng),加強(qiáng)了短弧度近陰極效應(yīng),具有較高的電弧電壓,以提高分?jǐn)嗄芰?并省去軟連接.國內(nèi)部分企業(yè)申請了相關(guān)雙斷點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式觸頭的專利,如浙江正泰電器股份有限公司申請的發(fā)明專利、公開了一種多極低壓雙斷點(diǎn)塑殼斷路器.該發(fā)明采用相對簡單的結(jié)構(gòu),達(dá)到各單極單元之間可靠的機(jī)械連接和傳動(dòng);同時(shí),并使安裝更為靈活和方便,可簡化裝配工藝,降低制造成本.

1.2采用電子式脫扣器電子脫扣器是微電子、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的結(jié)合,具有傳統(tǒng)熱磁脫扣器不可比擬的優(yōu)勢.如:脫扣特性穩(wěn)定,不受環(huán)境溫度及氣候的影響;脫扣電流和時(shí)間的精度較高;整定電流可調(diào),并可設(shè)置不同的特性曲線以適應(yīng)各種負(fù)載保護(hù)的要求;電子脫扣器可以派生通信功能,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制,還可派生區(qū)域聯(lián)鎖、電量監(jiān)控及電能分析等輔助功能.各公司的新一代塑殼斷路器均可安裝電子脫扣器,并逐漸向160A及以下的小容量額定電流殼架發(fā)展.

ABB公司推出的SACEIsomaxS低壓塑殼斷路器采用微處理器電子式脫扣器,分?jǐn)喾绞胶托螤钐厥獾拈_斷元件使斷路器能在極短時(shí)間內(nèi)斷開高達(dá)200kA的短路電流.

1.3與現(xiàn)場總線通訊全球電力與控制專家法國施耐德公司在M系列基礎(chǔ)上推出了MT、MVV、MTE系列框架斷路器.產(chǎn)品外形縮小、保護(hù)功能齊全、智能控制器在原保護(hù)功能基礎(chǔ)上,增加電壓、頻率和功率的測量、諧波和基波的計(jì)算、精確分析電網(wǎng)質(zhì)量,能與多種總線連接等.OsmartPowerpact塑殼斷路器符合UL,CSA等多種認(rèn)證,采用雙旋轉(zhuǎn)分?jǐn)嘞到y(tǒng),限流能力強(qiáng),分?jǐn)嗄芰ψ罡呖蛇_(dá)100kA,具有短路保護(hù)功能和過載保護(hù)功能,為OEM客戶的使用和設(shè)備出口提供了更有力的支持.

1.4采用模塊化結(jié)構(gòu)目前,天水GS-3系列智能控制器是智能框架式斷路器配用的核心控制元件.可以顯示設(shè)備或電網(wǎng)的工作電流、工作電壓(帶電壓顯示型),并根據(jù)負(fù)載電流的大小實(shí)現(xiàn)各種保護(hù),使線路和電源設(shè)備免受過載、短路、接地等故障的危害.按約定的保護(hù)方式斷控控制回路.精度高、可靠性好,還有負(fù)載監(jiān)控、故障報(bào)警、故障查詢、在線試驗(yàn)、現(xiàn)場編程、密碼設(shè)備等輔助功能.

西門子公司推出了它的新一代產(chǎn)品SENTRONWL/VL斷路器系列,SENTRONWL萬能式斷路器額定電流為630～6300A,SENTRONVL塑殼斷路器額定電流為160～1600A,兩咱產(chǎn)品雖然功能不盡相同,接入網(wǎng)絡(luò)的途徑也不完全一樣,但使用同一通信規(guī)約和設(shè)備描述,具有ProfiBCSDP,Ethernet,RS232C等多種總線接口;通過COM15模塊可以使WL接入ProfiBUS網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)特點(diǎn).

2我國低壓電器的發(fā)展趨勢

隨著新技術(shù)包括現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能化技術(shù)、可靠性技術(shù)、測試技術(shù)等以及新工藝的出現(xiàn),如未來低壓電器在技術(shù)上和功能上都會(huì)有很大的發(fā)展,各種繼電器、接觸器和斷路器都普遍采用了電子和智能控制.隨著微機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展,以及人工智能技術(shù)在低壓電器中的應(yīng)用,智能電器將會(huì)從簡單的采用微機(jī)控制取代傳統(tǒng)繼電器功能的單一封閉裝置,發(fā)展到具有完整的理論體系和多學(xué)科交叉的電器智能化系統(tǒng),成為電氣工程領(lǐng)域中電力開關(guān)設(shè)備、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、工業(yè)供配系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的發(fā)展方向.

2.1高性能、高可靠、小型化新型低壓電器的高性能除了提高其主要技術(shù)性能外,重點(diǎn)追求綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),如低壓萬能式斷路器、塑殼斷路器除了提高短路分?jǐn)嗄芰ν?特別關(guān)注飛弧距離的減小,同時(shí)要求小型化.這對發(fā)展新一代緊湊型低壓成套設(shè)備十分重要.交流接觸器已經(jīng)不片面追求機(jī)電壽命的提高,而是把研究的重點(diǎn)放在產(chǎn)品功能組合與派生、分?jǐn)嗫煽啃?包括縮小飛弧距離,防止相間飛弧)、動(dòng)作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面.

2.2電器智能化、電子化電器智能化是以智能電器這種有形產(chǎn)品為基礎(chǔ)建立的相關(guān)學(xué)科知識(shí)及應(yīng)用技術(shù)的系統(tǒng)集成.隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的同步發(fā)展,智能電器經(jīng)歷了半導(dǎo)體、電子式、智能式等幾個(gè)階段.目前,隨著專用集成電路和高性能的微處理器的出現(xiàn)(如DSP),智能斷路器、智能控制保護(hù)器、智能接觸器等功能完善的智能電器元件和智能型配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將應(yīng)運(yùn)而生.

未來脫扣器的智能化不僅體現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)長延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)過流保護(hù)、接地、欠保護(hù)等保護(hù)功能、可顯示電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù).而且具備更強(qiáng)的分析能力和綜合能力.

另外,由于在供電系統(tǒng)中大量使用軟起動(dòng)器、變頻器、電力電子調(diào)速裝置、不間斷電源等裝置,使電網(wǎng)和配電系統(tǒng)中出現(xiàn)大量的高次諧波,而模擬式電子脫扣器一般只反映故障電流的峰值,造成斷路器在高次波的影響下發(fā)生誤動(dòng)作.帶微處理器智能化斷路器反映的是負(fù)載電流的真實(shí)有效值,因此可避免高次諧波的影響.

2.3電器智能化網(wǎng)絡(luò)近年來,現(xiàn)場總線的出現(xiàn)給工業(yè)自動(dòng)化帶來了革命性的變革.現(xiàn)場總線是一種造價(jià)低、可靠性強(qiáng)并適合工業(yè)環(huán)境使用的通信系統(tǒng).僅需要一根雙芯電纜,使布線非常簡單,減少了安裝維護(hù)費(fèi)用.

將智能電器———中央控制設(shè)備,智能電器與智能電器之間,通過總線連接起來,在低壓配電系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)控制中心統(tǒng)一就形成了一個(gè)智能化監(jiān)控、保護(hù)與信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).這種系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)系統(tǒng)中電器設(shè)備發(fā)生故障時(shí),通信電器與現(xiàn)場總線器能夠顯示故障信號(hào),便于排除故障,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行;系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)量增加,提高了系統(tǒng)自動(dòng)化程度;信號(hào)傳輸?shù)木忍岣?保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性.因此,這種系統(tǒng)使操作人員在控制室中能夠方便地控制各種現(xiàn)場設(shè)備,并且能夠及時(shí)了解現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況,處理各種故障.

2.4功能擴(kuò)展隨著智能電器的發(fā)展,通過對智能電器的擴(kuò)展可以完成其它功能.由于低壓斷路器的智能脫扣器以微處理為基礎(chǔ),并具有通信功能,所以讓新一代的智能斷路器兼有電力質(zhì)量監(jiān)控功能是一種經(jīng)濟(jì)有效的做法.并且它頒在低壓網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)供電端,因而通過與中央控制計(jì)算機(jī)通信可獲得配電網(wǎng)各端點(diǎn)的電力質(zhì)量信息.

基于微處理器的智能電器具有強(qiáng)大的檢測功能和通信功能,因而利用智能電器實(shí)現(xiàn)電力質(zhì)量監(jiān)控是最合適的方案,這也是當(dāng)前中壓和低壓智能電器的一個(gè)新的發(fā)展方向.用智能電器實(shí)現(xiàn)PQ監(jiān)控有兩種結(jié)構(gòu):一是用于低壓智能配電系統(tǒng)中的專用智能化電力質(zhì)量監(jiān)控器;二是讓智能化低壓斷路器或保護(hù)繼電器兼有電力質(zhì)量監(jiān)控功能.

3結(jié)束語

未來的低壓電器智能化將使電器的功能更加完善、性能更加優(yōu)良、可靠性更高.電器智能化網(wǎng)絡(luò)將使供電系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的管理更加完善,極大提高供電系統(tǒng)的可靠性和用電設(shè)備的安全性.人工智能的應(yīng)用將提高電器在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中的效率以及可靠性.