未来低压电器在技术上和功能上都会有很大的发展, 各种继电器、接触器和断路器都普遍采用了电子和智能控制.随着微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术的飞速发展, 以及人工智能技术在低压电器中的应用, 智能电器将会从简单的采用微机控制取代传统继电器功能的单一封闭装置,发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统, 成为电气工程领域中
电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发展方向.
1 断路器的现状
在低压输配电网络中, 塑壳断路器是重要的基础元件之一, 对于那些经常会发生用电设备过载、短路的场合, 能安全、可靠地切断故障电流, 防止事故扩大危及到整个输配电系统.国外ABB、西门子、施耐德等公司已经推出新一代产品, 国内有些著名电气企业也在低压电器领域形成第四代塑料外壳式断路器.新一代电器的主要技术特征为: 高性能的触头灭弧系统, 采用模块化结构, 电子式脱扣器,性能优越, 安装方式简便多样, 与
现场总线进行通讯等.
1.1 高性能的触头灭弧系统目前ABB 公司、施耐德、GE 等欧美大部分公司新一代产品采用双断点旋转式触头系统, 加强了短弧度近阴极效应, 具有较高的电弧电压, 以提高分断能力, 并省去软连接.国内部分企业申请了相关双断点旋转式触头的专利, 如浙江正泰电器股份有限公司申请的发明专利、公开了一种多极低压双断点塑壳断路器.该发明采用相对简单的结构, 达到各单极单元之间可靠的机械连接和传动; 同时, 并使安装更为灵活和方便, 可简化装配工艺, 降低制造成本.
1.2 采用电子式脱扣器电子脱扣器是微电子、计算机和通信技术的结合, 具有传统热磁脱扣器不可比拟的优势.如: 脱扣特性稳定, 不受环境温度及气候的影响; 脱扣电流和时间的精度较高; 整定电流可调, 并可设置不同的特性曲线以适应各种负载保护的要求; 电子脱扣器可以派生通信功能, 实现网络化控制, 还可派生区域联锁、电量监控及电能分析等辅助功能.各公司的新一代塑壳断路器均可安装电子脱扣器, 并逐渐向160A 及以下的小容量额定电流壳架发展.
ABB 公司推出的SACEIsomaxS 低压塑壳断路器采用微处理器电子式脱扣器, 分断方式和形状特殊的开断元件使断路器能在极短时间内断开高达200kA 的短路电流.
1.3 与现场总线通讯全球电力与控制专家法国施耐德公司在M 系列基础上推出了MT、MVV、MTE 系列框架断路器.产品外形缩小、保护功能齐全、智能控制器在原保护功能基础上, 增加电压、频率和功率的测量、谐波和基波的计算、精确分析电网质量, 能与多种总线连接等.Osmart Powerpact 塑壳断路器符合UL, CSA 等多种认证, 采用双旋转分断系统, 限流能力强, 分断能力最高可达100kA, 具有短路保护功能和过载保护功能, 为OEM客户的使用和设备出口提供了更有力的支持.
1.4 采用模块化结构目前, 天水GS- 3 系列智能控制器是智能框架式断路器配用的核心
控制元件.可以显示设备或电网的工作电流、工作电压( 带电压显示型) , 并根据负载电流的大小实现各种保护,使线路和电源设备免受过载、短路、接地等故障的危害.按约定的保护方式断控控制回路.精度高、可靠性好, 还有负载监控、故障报警、故障查询、在线试验、现场编程、密码设备等辅助功能.
西门子公司推出了它的新一代产品SENTRONWL/VL 断路器系列, SENTRONWL 万能式断路器额定电流为630～6300A, SENTRONVL 塑壳断路器额定电流为160～1600A, 两咱产品虽然功能不尽相同, 接入网络的途径也不完全一样, 但使用同一通信规约和设备描述, 具有ProfiBCS DP,Ether net, RS 232C 等多种总线接口; 通过COM15模块可以使WL 接入ProfiBUS 网络两个特点.
2 我国低压电器的发展趋势
随着新技术包括现代设计技术、微电子技术、计算机技术、计算机网络技术、通信技术、智能化技术、可靠性技术、测试技术等以及新工艺的出现, 如未来低压电器在技术上和功能上都会有很大的发展, 各种继电器、接触器和断路器都普遍采用了电子和智能控制.随着微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术的飞速发展, 以及人工智能技术在低压电器中的应用, 智能电器将会从简单的采用微机控制取代传统继电器功能的单一封闭装置,发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统, 成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发展方向.
2.1 高性能、高可靠、小型化新型低压电器的高性能除了提高其主要技术性能外, 重点追求综合技术经济指标, 如低压万能式断路器、塑壳断路器除了提高短路分断能力外, 特别关注飞弧距离的减小, 同时要求小型化.这对发展新一代紧凑型低压成套设备十分重要.交流接触器已经不片面追求机电寿命的提高, 而是把研究的重点放在产品功能组合与派生、分断可靠性( 包括缩小飞弧距离, 防止相间飞弧) 、动作可靠性、接触可靠性以及节银、节能等方面.
2.2 电器智能化、电子化电器智能化是以智能电器这种有形产品为基础建立的相关学科知识及应用技术的系统集成.随着电子技术和计算机技术的同步发展, 智能电器经历了半导体、电子式、智能式等几个阶段.目前, 随着专用集成电路和高性能的微处理器的出现( 如DSP) , 智能断路器、智能控制保护器、智能接触器等功能完善的智能电器元件和智能型配网络系统将应运而生.
未来脱扣器的智能化不仅体现在可实现长延时、短延时、瞬时过流保护、接地、欠保护等保护功能、可显示电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等系统运行参数.而且具备更强的分析能力和综合能力.
另外, 由于在供电系统中大量使用软起动器、变频器、电力电子调速装置、不间断电源等装置, 使电网和配电系统中出现大量的高次谐波, 而模拟式电子脱扣器一般只反映故障电流的峰值, 造成断路器在高次波的影响下发生误动作.带微处理器智能化断路器反映的是负载电流的真实有效值, 因此可避免高次谐波的影响.
2.3 电器智能化网络近年来, 现场总线的出现给工业自动化带来了革命性的变革.现场总线是一种造价低、可靠性强并适合工业环境使用的通信系统.仅需要一根双芯电缆, 使布线非常简单, 减少了安装维护费用.
将智能电器———中央控制设备, 智能电器与智能电器之间, 通过总线连接起来, 在低压配电系统和电动机控制中心统一就形成了一个智能化监控、保护与信息网络系统. 这种系统具有以下优点: 当系统中电器设备发生故障时, 通信电器与现场总线器能够显示故障信号, 便于排除故障, 保证系统正常运行; 系统传输的信号量增加, 提高了系统自动化程度; 信号传输的精度提高, 保证了系统运行的可靠性.因此, 这种系统使操作人员在控制室中能够方便地控制各种现场设备, 并且能够及时了解现场设备运行情况, 处理各种故障.
2.4 功能扩展随着智能电器的发展, 通过对智能电器的扩展可以完成其它功能.由于低压断路器的智能脱扣器以微处理为基础, 并具有通信功能,所以让新一代的智能断路器兼有电力质量监控功能是一种经济有效的做法.并且它颁在低压网络的各个供电端, 因而通过与中央控制计算机通信可获得配电网各端点的电力质量信息.
基于微处理器的智能电器具有强大的检测功能和通信功能, 因而利用智能电器实现电力质量监控是最合适的方案, 这也是当前中压和低压智能电器的一个新的发展方向. 用智能电器实现PQ 监控有两种结构: 一是用于低压智能配电系统中的专用智能化电力质量监控器; 二是让智能化低压断路器或保护继电器兼有电力质量监控功能.
3 结束语
未来的低压电器智能化将使电器的功能更加完善、性能更加优良、可靠性更高.电器智能化网络将使供电系统和工业自动化系统的管理更加完善,极大提高供电系统的可靠性和用电设备的安全性.人工智能的应用将提高电器在设计、生产和使用中的效率以及可靠性.