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面向21世紀的低壓電器新技術(shù)

文章來(lái)源: 閱讀:次 2014-09-07

 

摘要: 隨著(zhù)WTO的加入,進(jìn)入21世紀我國低壓電器面臨更大的挑戰,為了加速我國低壓電器的發(fā)展,以適應新的形勢需要,及時(shí)分析國內外低壓電器發(fā)展動(dòng)態(tài),了解和掌握當前低壓電器的新技術(shù)具有重要意義。本文從智能電器、可通訊電器及信息電器;仿真技術(shù)與虛擬電器;環(huán)保電器;電器的高性能、小型化與結構設計的現代化等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

隨著(zhù)WTO的加入,進(jìn)入21世紀我國低壓電器面臨更大的挑戰,為了加速我國低壓電器的發(fā)展,以適應新的形勢需要,及時(shí)分析國內外低壓電器發(fā)展動(dòng)態(tài),了解和掌握當前低壓電器的新技術(shù)具有重要意義。本文從智能電器、可通訊電器及信息電器;仿真技術(shù)與虛擬電器;環(huán)保電器;電器的高性能、小型化與結構設計的現代化等幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

一、智能電器、可通訊電器與信息電器

  微處理機和計算機技術(shù)引進(jìn)低壓電器,一方面使低壓電器具有智能化的功能,另一方面使低壓開(kāi)關(guān)電器,包括智能化斷路器和智能化電動(dòng)機控制器實(shí)現與中央控制計算機雙向通訊。進(jìn)入20世紀90年代,隨著(zhù)計算機信息網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展,低壓配電系統和電動(dòng)機控制中心已統一形成了智能化監控、保護與信息網(wǎng)絡(luò )系統。

  智能化低壓斷路器與電動(dòng)機控制器是低壓開(kāi)關(guān)柜和電動(dòng)機控制中心實(shí)現智能化的主要電器元件。微處理器引入低壓斷路器,首先使斷路器的保護功能大大增強。諸如:它的三斷保護特性中的短延時(shí)可設置成I2t特性,以便與后一級保護更好地匹配;接地保護可實(shí)現選擇性,對斷續的電弧接地故障可帶記憶功能。
  
   目前工業(yè)用電的電網(wǎng)絡(luò )中使用大量的軟起動(dòng)器、電力電子調速裝置和不間斷電源等,這些裝置都會(huì )使配電系統產(chǎn)生高次諧波,而模擬式電子脫扣器一般反映故障電流的峰值,因而電源的高次諧波會(huì )造成斷路器的誤動(dòng)作。帶微處理的智能化斷路器反映負載電流真實(shí)的有效值(RMS值),它的采樣和保持電路能消除輸入信號中的高次諧波,因而能避免高次諧波造成的誤動(dòng)作,它的中央處理單元能保證斷路器的正確動(dòng)作。

  與傳統的雙金屬熱繼電器相比,智能化過(guò)載繼電器有一系列的優(yōu)點(diǎn)。它能保護多種起動(dòng)條件的電動(dòng)機,具有很高的動(dòng)作可靠性。它不但可保護電動(dòng)機過(guò)載與斷相,并可保護接地、三相不平衡、反相或低電流等。由智能化電動(dòng)機保護繼電器進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的智能電動(dòng)機控制器,兼有監控、保護和通訊的功能,它的保護功能也較智能化電動(dòng)機保護繼電器進(jìn)一步增強。

  由新型低壓電器元件與中央控制計算機組成的網(wǎng)絡(luò )系統與傳統的低壓配電系統與電動(dòng)機控制中心相比有以下優(yōu)點(diǎn):

 ?、賹?shí)現中央計算機集中控制,提高了低壓配電系統自動(dòng)化程度。低壓開(kāi)關(guān)設備與中央控制計算機的數據信息雙向傳輸是指:一方面智能化斷路器或其它開(kāi)關(guān)設備向中央控制計算機傳送線(xiàn)路和保護對象的運行參數,保護整定值和故障信息;另一方面中央控制計算機向智能化斷路器或其它開(kāi)關(guān)設備發(fā)出操作指令,改變和調節保護整定值。
  
   ②使低壓配電、控制系統的調度和維護達到新的水平。通過(guò)信息傳輸,中央控制計算機能存儲線(xiàn)路和被保護設備過(guò)去的運行參數及前10次甚至前50次故障情況。這些信息加上計算機強大的綜合計算能力,有助于操作者事先預測故障的產(chǎn)生和作出相應的決策,使線(xiàn)路和設備的停機維修時(shí)間大大減少;信息傳輸也提高了對配電系統的電能調度能力,能保證在用電高峰階段,對重要用戶(hù)安全可靠地供電;信息傳輸可實(shí)現區域間連鎖保護,使前后級智能化斷路器的選擇性保護獲得合理的匹配。

 ?、塾捎诓捎脭底只男滦捅O控元件,使開(kāi)關(guān)柜平面上提供信息大幅度增加。通過(guò)液晶顯示板可測量并顯示相和線(xiàn)的電流、電壓、功率因數、功率等各種參數,也能顯示被保護對象和線(xiàn)路過(guò)去的運行參數和故障情況,它還可以以圖形方式顯示被整定的斷路器保護特性。

 ?、鼙O控元件和傳統的指示和指令電器相比較,接線(xiàn)簡(jiǎn)單、便于安裝,提高了工作的可靠性。

 ?、菘梢詫?shí)現數據共享,減少信息重復和信息通道

  網(wǎng)絡(luò )通訊的發(fā)展,日益要求用戶(hù)和設備之間的開(kāi)放性和兼容性,因而制定一個(gè)統一的通訊協(xié)議是急待解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。目前由智能化電器與中央計算機通過(guò)接口構成的自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò )正從集中式控制向分布式控制發(fā)展?,F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現,不但為構造分布式計算機控制系統提供條件,并且它即插即用,擴充性好,維護方便,因而目前這種技術(shù)成為國內外關(guān)注的焦點(diǎn)。

  現場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能化現場(chǎng)設備和控制室之間全數字化、開(kāi)放的雙向的局部通信網(wǎng)絡(luò )?,F場(chǎng)總線(xiàn)種類(lèi)很多,比較有影響的有:CAN、Lonworks和Profibus等。它們各有特點(diǎn)和優(yōu)勢,在不同領(lǐng)域有不同的應用價(jià)值。但也正是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)多種多樣和通訊標準的各自為政,給這種技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)不利的影響。目前國際電工委員會(huì )和現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )正致力于現場(chǎng)總線(xiàn)標準的統一,我國有些單位也在做這方面工作,我們把基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù),具有通信功能的電器稱(chēng)為可通訊電器。目前現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正向上下兩端延伸,其上端和企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的主干Ethernet、Intranet和Internet等通訊,其下端延伸到工業(yè)控制現場(chǎng)區域。這方面有西門(mén)子公司的AS接口和羅克威爾公司的Devicenet兩種總線(xiàn)系統,這兩種總線(xiàn)應用于低層區域,是一種低成本的通信連接,它把工業(yè)控制用的傳感器和執行器,包括:限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、電動(dòng)機起動(dòng)器、按鈕指示燈、多功能繼電器等簡(jiǎn)單的控制元件作為從設備連接到網(wǎng)絡(luò ),與作為主設備的控制計算機或可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行通信,傳統的繼電接觸控制系統的觸點(diǎn)轉換信息變成二進(jìn)制數字信息通過(guò)串行接口和尋址進(jìn)行通信,這使傳統的低壓控制元件也有了革命性的變革,例如西門(mén)子AS總線(xiàn)系統中應用的Logo多功能繼電器實(shí)際上是一個(gè)小型的PLC,它能起延時(shí)、閂鎖、記數器和脈沖繼電器等功能。

   使智能電器進(jìn)一步實(shí)現信息化,是使智能電器在現場(chǎng)級實(shí)現Internet/Intranet功能,其技術(shù)核心是實(shí)現TCP/IP協(xié)議。把TCP/IP協(xié)議嵌入到智能電器的ROM中,使得信號的收發(fā)都以TCP/IP方式進(jìn)行,進(jìn)一步發(fā)展智能電器的信息化功能。利用Internet/intranet功能,不但使企業(yè)的網(wǎng)絡(luò )授權用戶(hù),并且在任何開(kāi)通了Internet的地區都可以通過(guò)瀏覽共享現場(chǎng)信息,并對現場(chǎng)的智能電器進(jìn)行遠程在線(xiàn)控制、編程、和組態(tài)等,這使智能化電器進(jìn)入了信息電器的新時(shí)代。

  低壓電器的一個(gè)重要功能是通斷能力,近年來(lái)智能電器發(fā)展的另一途徑是通過(guò)微處理器的智能控制來(lái)提高電器的通斷性能。一個(gè)令人關(guān)注的新動(dòng)向是金鐘–默勒公司開(kāi)發(fā)的新一代DIL-M系列接觸器,在它185A以上電流等級中采用了智能控制技術(shù)。接觸器閉合時(shí)觸頭的磨損主要是由于觸頭彈跳造成的斷續電弧而引起的,在A(yíng)C-3工作任務(wù)下接觸器要在額定電壓下閉合6倍額定電流,因而它是影響觸頭電氣壽命的主要因素。DIL-M系列智能控制接觸器的電磁鐵線(xiàn)圈由一脈沖整流電壓供電,可以按照存儲在微處理器中的一個(gè)與反力特性配合最佳的吸力特性曲線(xiàn)來(lái)調節線(xiàn)圈電流,在接觸器吸合階段輸入寬脈沖電壓,使主觸頭安全可靠地吸合,在保持階段將輸入窄脈沖電壓,在足夠保持觸頭閉合條件下節能。由于采用了智能控制,這種接觸器在節省觸頭材料條件下,電氣壽命可達到1.3X106次,采用了智能控制,不同規格的接觸器,其電磁系統的截面等幾何尺寸一致,給生產(chǎn)上帶來(lái)了方便和節約,從而補償了由于電子控制帶來(lái)的額外支出。

  智能化電器的發(fā)展,使電磁兼容性EMC變成越來(lái)越重要的問(wèn)題。EMC要求包括兩種含義,一方面要求低壓電器在使用場(chǎng)合工作時(shí),不受外界電磁干擾而引起誤動(dòng)作,而另一方面要求電器的操作產(chǎn)生的電磁場(chǎng)不干擾附近的電子設備。目前國外對智能化電器和機電一起化產(chǎn)品的EMC問(wèn)題非常重視,因為電磁干擾會(huì )引起這類(lèi)系統失靈而誤動(dòng)作,會(huì )造成巨大的經(jīng)濟損失。智能化電器和其保護、監護系統把敏感的數字電器元件處于強電流及高電壓電磁場(chǎng)中,使這些設備的電磁抗干擾能力在設備設計和運行中已成為不可忽視的因素,因而在國外智能化電器和其系統在設計初始階段即制定嚴格的電磁兼容控制與管理計劃,該計劃主要包括產(chǎn)品或系統EMC分析,制定EMC設計技術(shù)指標、設計計劃、標準、實(shí)施計劃與測試方法等,并把這一計劃作為產(chǎn)品或系統設計的重要一環(huán)。EMC分析和設計是為了達到EMC技術(shù)要求的關(guān)鍵工作,包括分析電子線(xiàn)路的輻射程度及抗干擾能力以及系統集成的電磁兼容性能,EMC設計包括電磁屏蔽,接地,導線(xiàn)間距的確定,以及考慮印刷電路板布線(xiàn)之間的電磁耦合等,目前隨著(zhù)高頻電磁場(chǎng)數值分析和計算機硬年的發(fā)展,采用現代仿真技術(shù)取代傳統的測試方法和經(jīng)驗分析方法,已在EMC分析中起越來(lái)越大的作用。

二、仿真技術(shù)與虛擬電器

  近年來(lái)國內工廠(chǎng)和設計院所紛紛引進(jìn)如UGH、Pro/E等三維計算機輔助設計軟件,這類(lèi)軟件能實(shí)現在三維空間內零部件和實(shí)體造型、裝配和自動(dòng)生成工程圖紙,并且按照設計的零部件自動(dòng)進(jìn)行模具設計和生成數控編碼。這些軟件使國內低壓電器設計工作上了一個(gè)新的臺階,但進(jìn)一步要使產(chǎn)品設計滿(mǎn)足原始技術(shù)條件的要求,達到預定的電氣和機械性能,則需要采用仿真技術(shù)。

  進(jìn)行一個(gè)低壓電器產(chǎn)品的設計,當根據給定的技術(shù)條件,確定了產(chǎn)品初步設計方案和尺寸后,必須進(jìn)行工程分析或樣機實(shí)驗,來(lái)驗證設計方案是否附合原訂技術(shù)要求。長(cháng)期以來(lái)人們用傳統的工程計算方法進(jìn)行特性分析,精度很差,特別是作為低壓開(kāi)關(guān)電器的主要特性,即開(kāi)斷特性無(wú)法計算,因而人們不得不依靠樣機制造和實(shí)驗驗證來(lái)檢驗設計方案的可行性,這樣做法要花費大量人力和物力,并使得產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期拉長(cháng),影響新產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。

  為了解決上述問(wèn)題,近年來(lái)計算機摸擬和仿真技術(shù)得到快速發(fā)展,依靠這種新技術(shù),人們可以在樣機制作以前就能精確掌握設計產(chǎn)品的性能,減少了重復樣機制作和實(shí)驗費用,加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,并提高了產(chǎn)品性能,這是當前低壓電器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)手段現代化的重要內容。

  低壓電器的基本特性包括開(kāi)斷能力、溫升、零部件的強度、電動(dòng)穩定和熱穩定、絕緣性能及其它電氣性能等。這就需要對設計對象的電磁場(chǎng)、應力場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)域進(jìn)行仿真和分析。計算機模仿和仿真技術(shù)的進(jìn)展和商品有限元分析軟件性能的不斷提高為這種新技術(shù)在低壓電器的應用創(chuàng )造了條件。70-80年代的有限元分析軟件,前后處理工作十分繁鎖,例如進(jìn)行一臺大型變壓器的電場(chǎng)分析、輸入各零部件的三維尺寸等原始數據,一般是幾天甚至幾個(gè)星期的艱苦勞動(dòng)。進(jìn)入90年代商品化的有限元分析軟件都和可視化技術(shù)結合起來(lái),用特征造型方式輸入三維圖形代替每鎖的數據輸入,使輸入工作十分簡(jiǎn)便而直觀(guān),并且后處理部分使輸出的數據或三維圖形,方便地進(jìn)行觀(guān)察和分析。與此同時(shí),隨著(zhù)解決復雜工程問(wèn)題的需要,這種仿真和分析軟件更擴展到流體動(dòng)力學(xué)、機械振動(dòng)和機構動(dòng)力學(xué)等方面。目前,市場(chǎng)上已能提供各種精確的計算機仿真與分析軟件,這類(lèi)軟件分成二種類(lèi)型,一種是通用軟件,另一種是專(zhuān)用軟件,例如ANSYS(ANSYS公司)和NISA(EMRC公司)有限元通用仿真和分析軟件屬于第一類(lèi),這種軟件都包括應力,溫度場(chǎng)、電磁場(chǎng)和流場(chǎng)等分析模塊,可以進(jìn)行單種場(chǎng)域分析,也可進(jìn)行綜合場(chǎng)分析,例如計算熔斷器的保護特性,首先要計算熔片中電流場(chǎng)的分布,然后是熱特性的計算,這是電流場(chǎng)和瞬態(tài)熱場(chǎng)計算的綜合,專(zhuān)用軟件是指用于專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)合,如ADAMS軟件用于機構動(dòng)態(tài)分析,VACTOR FIELDS軟件專(zhuān)門(mén)用于各種電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析。這兩種軟件都有可視化的前后處理摸塊,并且都有工作站和微機兩種版本。近年來(lái)國外著(zhù)名公司更是把特性的計算機仿真和分析看作是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)手段現代化的一個(gè)重要措施,如日本的富士公司在開(kāi)發(fā)SC新系列接觸器中,認為計算機仿真和采用新材料,是使新系列接觸器性能達到高水平的關(guān)鍵,他們開(kāi)發(fā)了一套對接觸器可動(dòng)部分動(dòng)態(tài)仿真的軟件系統,對接觸器可動(dòng)部分,包括鐵心和觸頭系統進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,分析了各種參數對鐵心及觸頭碰撞后的彈跳的影響,從而選擇了最佳的設計參數,日本的三菱公司和德國金鐘–默勒公司都以商品計算機分析軟件為基礎,通過(guò)二次開(kāi)發(fā)建立自己的低壓斷路器設計和開(kāi)發(fā)的計算機仿真系統。

  通過(guò)計算機仿真可獲得產(chǎn)品設計的可行性方案,即保證設計方案滿(mǎn)足所制定技術(shù)條件的要求,但尚不是經(jīng)濟技術(shù)指標最佳的方案,為了達到經(jīng)濟技術(shù)指標的最佳,這就需要把仿真技術(shù)和最優(yōu)化方法結合起來(lái)。一些商品仿真軟件,如上面提到的ANSYS軟件就提供一系列優(yōu)化工具,能自動(dòng)調整設計對象的幾何形狀,使規定的目標達到最優(yōu)。如德國著(zhù)名的低壓電器專(zhuān)家Lindmayer教授利用ANSYS軟件,把磁場(chǎng)仿真和優(yōu)化結合起來(lái),改變鐵心尺寸和線(xiàn)圈位置,實(shí)現了電磁鐵的優(yōu)化設計。

  計算機圖形技術(shù)的發(fā)展,一種新的三維機交互式圖形技術(shù),即虛擬現實(shí)(Virtual reality)技術(shù)的出現,給計算機仿真技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)辟了新的天地,虛擬現實(shí)與傳統的交互式三維圖形技術(shù)不同,后者操作者是在計算機外的現實(shí)世界操作計算機的圖形,而前者則可讓操作者進(jìn)入計算機里的虛擬世界親臨其境地進(jìn)行操作,把這種技術(shù)和計算機仿真相結合就可以在計算機內設計產(chǎn)品,這種產(chǎn)品我們稱(chēng)為虛擬產(chǎn)品,設計者可以在“虛擬”環(huán)境中對產(chǎn)品進(jìn)行仿真和優(yōu)化,這是計算機仿真技術(shù)的發(fā)展方向。長(cháng)期以來(lái),我國低壓電器產(chǎn)品往往是把各研究所和工廠(chǎng)有關(guān)技術(shù)人員集中在一處,進(jìn)行聯(lián)合設計,這種方式使大多數設計人員脫離本廠(chǎng)的環(huán)境而造成諸多不便。90年代以來(lái)出現的計算機協(xié)同設計CSCD(Computer Supported Cooperative Design)技術(shù),可提供遠程異地協(xié)同設計的環(huán)境,它是基于Internet而實(shí)現的一種群體設計的新概念,最近國外的計算機輔助設計軟件如PRO/E和Internet等已新增了這方面的功能。依靠這種技術(shù),人們可以在不同地點(diǎn)通過(guò)Internet共同討論設計方案,繪制和修改設計圖紙。

三、環(huán)保電器

  隨著(zhù)工農業(yè)的發(fā)展,環(huán)境保護問(wèn)題日趨嚴重,這對大量使用的低壓電器提出新的要求。低壓電器中幾近80%的材料是塑料,因而對這些材料來(lái)說(shuō),一方面要保證長(cháng)的壽命和電器本身的工作可靠性,還應考慮環(huán)保要求,即無(wú)污染,并且可以回收。目前不含CFC或鹵素的阻燃的塑料已得到推廣和應用。

  長(cháng)期以來(lái)由于AgCdO有較好的耐電弧侵蝕能力,因而在低壓電器、特別是作為控制電器的觸頭材料得到廣泛應用。但近年來(lái)由于A(yíng)gCdO材料有毒,從環(huán)保要求出發(fā),以AgSnO2代替AgCdO材料已經(jīng)得到推廣。但AgSnO2的觸頭溫升過(guò)高,一直是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。目前國際上一些觸頭材料生產(chǎn)廠(chǎng)都在研究如何通過(guò)加入添加劑來(lái)阻止觸頭表面SnO2膜的生成來(lái)降低觸頭溫升。德國Degussa AG公司推出以WO3和BiO3兩種材料復合作為添加劑的AgSnO2SPWIII新牌號材料,不但有與AgCdO相接近的溫升,并且在抗電弧侵蝕及抗熔焊性能上較老的牌號AgSnO2材料有較大的提高。

  采用真空技術(shù)與電力電子技術(shù)是解決環(huán)保電器的重要途徑。目前真空技術(shù)在中壓開(kāi)關(guān)領(lǐng)域已具統治地位,在低壓開(kāi)關(guān)領(lǐng)域近幾年也有很大的發(fā)展。真空中不存在氣體,在開(kāi)斷故障電路時(shí)僅能產(chǎn)生能量較少的金屬蒸汽電弧,其強度、燃弧時(shí)間和對觸頭的燒蝕都比空氣中少,因而真空開(kāi)關(guān)是不需要維護的。從環(huán)保的角度來(lái)看,真空開(kāi)關(guān)的觸頭系統是封閉在真空管殼中,觸頭開(kāi)斷時(shí)產(chǎn)生的電弧不會(huì )影響環(huán)境,因而它可以工作在苛刻的不利的工作環(huán)境下。在低壓電器領(lǐng)域中,盡管它的價(jià)格比一般空氣中滅弧的開(kāi)關(guān)電器的價(jià)格要高,但它的優(yōu)良性能和環(huán)保作用已越來(lái)越引起人們的關(guān)注。原先真空接觸器一般用于特殊環(huán)境下,目前由于真空技術(shù)的進(jìn)展、真空技術(shù)的應用已推廣至通用的接觸器。最近,德國金鐘–默勒公司新推出的接觸器系列,其額定電流580A至820A的規格采用了真空接觸器。這種接觸器有非常高的電器壽命,并且由于沒(méi)有飛弧,需要的安裝空間少,外殼的視窗便于觀(guān)察觸頭的磨損情況。真空技術(shù)也應用于低壓斷路器,西門(mén)子公司于九十年代中期首先推出了3WS1真空低壓斷路器,其額定電流是630A至2500A,開(kāi)斷能力達50KA。目前國內研究單位和工廠(chǎng)也正積極開(kāi)發(fā)這種產(chǎn)品,主要目標是提高其額定電流和開(kāi)斷能力。

  由于電力電子技術(shù)的發(fā)展,新型電子器件如GTO,GTR及IGBT等第三代大功率半導體開(kāi)關(guān)器件的出現,固態(tài)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)近年來(lái)也得到很大的發(fā)展。與機械式開(kāi)關(guān)相比較,它是一種無(wú)電弧開(kāi)關(guān),因而它有很長(cháng)的壽命,并且不需要維護,從環(huán)保角度來(lái)看,一方面因為沒(méi)有電弧,不會(huì )因為電弧引起觸頭材料和塑料氣化而污染環(huán)境,另一方面也不會(huì )因為環(huán)境污染而使觸頭上產(chǎn)生氧化膜而影響接觸可靠性。由于沒(méi)有觸頭,機械式開(kāi)關(guān)因電弧的作用使觸頭發(fā)熱現象也不存在,這樣無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的操作頻率可達到很高,固態(tài)斷路器由于工作過(guò)程中的損耗大,并且缺乏足夠額定電壓和電流的功率電子器件,加上體積大、價(jià)格高,因而限制了它的應用。但近十年來(lái)的研究工作使它的缺點(diǎn)逐步在克服,Takamu【2】提出了一種混合式固態(tài)斷路器,它應用于400V的低壓線(xiàn)路,主回路由可關(guān)斷晶閘管GTO與真空開(kāi)關(guān)并聯(lián)組成,以保證在正常工作時(shí)由真空開(kāi)關(guān)接通電路,以減少GTO的功率損耗。帶靈敏繼電器的固態(tài)斷路器線(xiàn)路中應用了一種快速反應的過(guò)流保護,去降低短路電流對晶閘管GTO的過(guò)熱作用,當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí),過(guò)流繼電器送出的信號同時(shí)打開(kāi)真空開(kāi)關(guān)和接通GTO裝置,真空開(kāi)關(guān)上出現的電弧電壓把故障電流轉移到GTO回路中。緊接著(zhù),GTO快速關(guān)斷,使斷路器開(kāi)斷故障電流,這種線(xiàn)路減輕GTO的負擔取決于靈敏繼電器的快速動(dòng)作。另一線(xiàn)路由Brice【3】等提出,把混合式固態(tài)斷路器與聚合物限流電阻PTC結合起來(lái)。PTC是一種具有正溫度特性的熱敏元件,其反應速度非???,當溫度上升至居里溫度,它的電阻就急劇增大,以限制短路電流。帶PTC的固態(tài)斷路器,PTC限流電阻與GTO裝置相串連,當開(kāi)斷故障電流時(shí),依靠PTC的限流作用,減輕了GTO裝置的負擔。在以上兩種固態(tài)斷路器中,金屬氧化物避雷器和吸收電路是用于吸收GTO通斷時(shí)的過(guò)電壓。

四、高性能、小型化與結構設計現代化

  由于城市電網(wǎng)的發(fā)展,配電變壓器容量增大,對低壓開(kāi)關(guān)電器提出了高性能、小型化要求。為了提高低壓開(kāi)關(guān)電器的開(kāi)斷能力,國外公司提出了一些新的滅弧系統和限流技術(shù),其中日本三菱公司在該公司發(fā)明的VJC技術(shù)基礎上又提出了一種ISTAC技術(shù)。這種技術(shù)一方面通過(guò)導電回路的特殊布置來(lái)增加作用在動(dòng)觸桿的電動(dòng)力,另一方面使用VJC材料形成的窄縫加強對電弧冷卻作用。梅蘭日蘭公司則推出一種旋轉式雙斷點(diǎn)的限流結構,并在前后級保護特性配合方面提出一種“能量匹配”的新概念。近年來(lái),如上面已提到的PTC熱敏限流電阻受到人們的極大興趣,首先把這種限流電阻和塑殼開(kāi)關(guān)串聯(lián)使用,可大大增強限流效應,目前PTC電阻還可以單獨作為限流器使用,并且應用范圍已擴大到中壓領(lǐng)域。

  開(kāi)關(guān)電器小型化有兩種含義,一方面是電器本身的尺寸要小,另一方面是減少?lài)娀【嚯x或實(shí)現“無(wú)飛弧”以縮小安裝這種電器的開(kāi)關(guān)柜尺寸。三菱公司提出的新型接觸器,在滅弧室出氣口加裝了用以壓制熱氣流的多孔金屬板,可以使噴出熱氣流的溫度降低到原來(lái)的10%,我國新設計的S系列和TM30系列塑殼斷路器及DW40框架斷路器都已作到了零飛弧。

  對接觸器來(lái)說(shuō),由于控制系統中電子器件增加,因而與PLC等電子器件的接口日趨重要,富士公司設計的新系列NEO SC系列中輔助觸點(diǎn)設計成5V和3mA以與電子器件接口。接觸器線(xiàn)圈節能技術(shù)近年來(lái)也有很大的發(fā)展,富士公司NEO SC系列接觸器采用改進(jìn)的超級電磁鐵,不但保持原設計的節能和電源電壓降低至極限值時(shí)能可靠工作的特色,并且能在保證50%額定電壓時(shí)可靠吸合條件下,而在額定電壓時(shí)較原設計的吸力特性有較大幅度下降,使吸反力特性得到良好的配合,從而使新系列接觸器在吸合時(shí),其沖擊較原產(chǎn)品降低80%。改進(jìn)后的超級電磁鐵仍為一般電子控制,進(jìn)一步發(fā)展為如上介紹的智能控制,用微處理器來(lái)控制電磁鐵的動(dòng)態(tài)特性。目前除金鐘–默勒公司外,ABB公司也推出類(lèi)似產(chǎn)品。

  當前低壓電器在結構設計上廣泛應用模塊化、組合化、模數化和零部件通用化。模塊化是電器制造過(guò)程大為簡(jiǎn)便,通過(guò)不同模塊積木式的組合,使電器可獲得不同的附加功能。組合化使不同功能的電器組合在一起,有利于電器結構緊湊,減少線(xiàn)路中所需的元件品種,并使保護特性得到良好的配合。模數化使電器外形尺寸規范化,便于安裝和組合。不同額定值或不同類(lèi)型電器實(shí)現零部件通用化,對制造廠(chǎng)商來(lái)說(shuō),將大大減小產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的費用;對用戶(hù)來(lái)說(shuō),也便于維修和減少零部件的庫存量。目前,低壓電器結構設計的現代化有新的發(fā)展,ABB公司推出的新系列接觸器產(chǎn)品提出低壓配電系統一體化設計的新概念,新型的塑殼斷路器面板上都有一個(gè)小門(mén),各種功能模塊通過(guò)這個(gè)小門(mén)可安裝于操作機構兩側空余的間隙內,以縮小整個(gè)開(kāi)關(guān)柜的體積。日本三菱和富士新系列的塑殼斷路器把各種電流規格的產(chǎn)品設計成同一高度以利于開(kāi)關(guān)柜的布置,施耐德公司的Masterpact800A3200A的產(chǎn)品采用同一個(gè)框架尺寸,這樣不但便于安裝,并且使零部件的通用性增強。人機工程的引入更使斷路器的外觀(guān)造型改變了過(guò)去單調的樣式,變得明快和美觀(guān)。西屋公司提出面板設計的透明觀(guān)點(diǎn),要求低壓電器的面板要做到界面友好,所有在面板上的操作手柄、按鈕和顯示器要做到顯而易見(jiàn),并且對操作者安全可靠。
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