從斷路器的現狀看我國低壓電器的發展趨勢

　　未來低壓電器在技術上和功能上都會有很大的發展, 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.隨著微機技術、微電子技術、計算機網絡和數字通信技術的飛速發展, 以及人工智能技術在低壓電器中的應用, 智能電器將會從簡單的采用微機控制取代傳統繼電器功能的單一封閉裝置,發展到具有完整的理論體系和多學科交叉的電器智能化系統, 成為電氣工程領域中電力開關設備、電力系統繼電保護、工業供配系統及工業控制網絡技術新的發展方向.

　　1 斷路器的現狀

　　在低壓輸配電網絡中, 塑殼斷路器是重要的基礎元件之一, 對于那些經常會發生用電設備過載、短路的場合, 能安全、可靠地切斷故障電流, 防止事故擴大危及到整個輸配電系統.國外ABB、西門子、施耐德等公司已經推出新一代產品, 國內有些著名電氣企業也在低壓電器領域形成第四代塑料外殼式斷路器.新一代電器的主要技術特征為: 高性能的觸頭滅弧系統, 采用模塊化結構, 電子式脫扣器,性能優越, 安裝方式簡便多樣, 與現場總線進行通訊等.

　　1.1 高性能的觸頭滅弧系統目前ABB 公司、施耐德、GE 等歐美大部分公司新一代產品采用雙斷點旋轉式觸頭系統, 加強了短弧度近陰極效應, 具有較高的電弧電壓, 以提高分斷能力, 并省去軟連接.國內部分企業申請了相關雙斷點旋轉式觸頭的專利, 如浙江正泰電器股份有限公司申請的發明專利、公開了一種多極低壓雙斷點塑殼斷路器.該發明采用相對簡單的結構, 達到各單極單元之間可靠的機械連接和傳動; 同時, 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、計算機和通信技術的結合, 具有傳統熱磁脫扣器不可比擬的優勢.如: 脫扣特性穩定, 不受環境溫度及氣候的影響; 脫扣電流和時間的精度較高; 整定電流可調, 并可設置不同的特性曲線以適應各種負載保護的要求; 電子脫扣器可以派生通信功能, 實現網絡化控制, 還可派生區域聯鎖、電量監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, 分斷方式和形狀特殊的開斷元件使斷路器能在極短時間內斷開高達200kA 的短路電流.

　　1.3 與現場總線通訊全球電力與控制專家法國施耐德公司在M 系列基礎上推出了MT、MVV、MTE 系列框架斷路器.產品外形縮小、保護功能齊全、智能控制器在原保護功能基礎上, 增加電壓、頻率和功率的測量、諧波和基波的計算、精確分析電網質量, 能與多種總線連接等.Osmart Powerpact 塑殼斷路器符合UL, CSA 等多種認證, 采用雙旋轉分斷系統, 限流能力強, 分斷能力最高可達100kA, 具有短路保護功能和過載保護功能, 為OEM客戶的使用和設備出口提供了更有力的支持.

　　1.4 采用模塊化結構目前, 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.可以顯示設備或電網的工作電流、工作電壓( 帶電壓顯示型) , 并根據負載電流的大小實現各種保護,使線路和電源設備免受過載、短路、接地等故障的危害.按約定的保護方式斷控控制回路.精度高、可靠性好, 還有負載監控、故障報警、故障查詢、在線試驗、現場編程、密碼設備等輔助功能.

　　西門子公司推出了它的新一代產品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, 兩咱產品雖然功能不盡相同, 接入網絡的途徑也不完全一樣, 但使用同一通信規約和設備描述, 具有ProfiBCS DP,Ether net, RS 232C 等多種總線接口; 通過COM15模塊可以使WL 接入ProfiBUS 網絡兩個特點.

　　2 我國低壓電器的發展趨勢

　　隨著新技術包括現代設計技術、微電子技術、計算機技術、計算機網絡技術、通信技術、智能化技術、可靠性技術、測試技術等以及新工藝的出現, 如未來低壓電器在技術上和功能上都會有很大的發展, 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.隨著微機技術、微電子技術、計算機網絡和數字通信技術的飛速發展, 以及人工智能技術在低壓電器中的應用, 智能電器將會從簡單的采用微機控制取代傳統繼電器功能的單一封閉裝置,發展到具有完整的理論體系和多學科交叉的電器智能化系統, 成為電氣工程領域中電力開關設備、電力系統繼電保護、工業供配系統及工業控制網絡技術新的發展方向.

　　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性能外, 重點追求綜合技術經濟指標, 如低壓萬能式斷路器、塑殼斷路器除了提高短路分斷能力外, 特別關注飛弧距離的減小, 同時要求小型化.這對發展新一代緊湊型低壓成套設備十分重要.交流接觸器已經不片面追求機電壽命的提高, 而是把研究的重點放在產品功能組合與派生、分斷可靠性( 包括縮小飛弧距離, 防止相間飛弧) 、動作可靠性、接觸可靠性以及節銀、節能等方面.

　　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品為基礎建立的相關學科知識及應用技術的系統集成.隨著電子技術和計算機技術的同步發展, 智能電器經歷了半導體、電子式、智能式等幾個階段.目前, 隨著專用集成電路和高性能的微處理器的出現( 如DSP) , 智能斷路器、智能控制保護器、智能接觸器等功能完善的智能電器元件和智能型配網絡系統將應運而生.

　　未來脫扣器的智能化不僅體現在可實現長延時、短延時、瞬時過流保護、接地、欠保護等保護功能、可顯示電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數等系統運行參數.而且具備更強的分析能力和綜合能力.

　　另外, 由于在供電系統中大量使用軟起動器、變頻器、電力電子調速裝置、不間斷電源等裝置, 使電網和配電系統中出現大量的高次諧波, 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生誤動作.帶微處理器智能化斷路器反映的是負載電流的真實有效值, 因此可避免高次諧波的影響.

　　2.3 電器智能化網絡近年來, 現場總線的出現給工業自動化帶來了革命性的變革.現場總線是一種造價低、可靠性強并適合工業環境使用的通信系統.僅需要一根雙芯電纜, 使布線非常簡單, 減少了安裝維護費用.

　　將智能電器———中央控制設備, 智能電器與智能電器之間, 通過總線連接起來, 在低壓配電系統和電動機控制中心統一就形成了一個智能化監控、保護與信息網絡系統. 這種系統具有以下優點: 當系統中電器設備發生故障時, 通信電器與現場總線器能夠顯示故障信號, 便于排除故障, 保證系統正常運行; 系統傳輸的信號量增加, 提高了系統自動化程度; 信號傳輸的精度提高, 保證了系統運行的可靠性.因此, 這種系統使操作人員在控制室中能夠方便地控制各種現場設備, 并且能夠及時了解現場設備運行情況, 處理各種故障.

　　2.4 功能擴展隨著智能電器的發展, 通過對智能電器的擴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, 并具有通信功能,所以讓新一代的智能斷路器兼有電力質量監控功能是一種經濟有效的做法.并且它頒在低壓網絡的各個供電端, 因而通過與中央控制計算機通信可獲得配電網各端點的電力質量信息.

　　基于微處理器的智能電器具有強大的檢測功能和通信功能, 因而利用智能電器實現電力質量監控是最合適的方案, 這也是當前中壓和低壓智能電器的一個新的發展方向. 用智能電器實現PQ 監控有兩種結構: 一是用于低壓智能配電系統中的專用智能化電力質量監控器; 二是讓智能化低壓斷路器或保護繼電器兼有電力質量監控功能.

　　3 結束語

　　未來的低壓電器智能化將使電器的功能更加完善、性能更加優良、可靠性更高.電器智能化網絡將使供電系統和工業自動化系統的管理更加完善,極大提高供電系統的可靠性和用電設備的安全性.人工智能的應用將提高電器在設計、生產和使用中的效率以及可靠性.