电器发展现状及未来趋势

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：电器的发展是和电的广泛使用分不开的。在电力网领域中，电器的发生和发展的演变过程相似。另外，高压电器从户外式、户内式单独结构发展到SF6全封闭组合式结构，组合化后的进一步发展，一是在一次设备方面，如采用自能式断路器、设计新型隔离开关和接地开关等；二是在二次检测、控制设备和元件方面提高技术含量。这些都是高压电器技术发展的重要特点。习题11.电器的定义是什么？

电器的发展是和电的广泛使用分不开的。强电领域和弱电领域都离不开电器。在强电领域，电器的控制对象可分为电网系统和电力拖动系统两大方面。

随着电网系统和电力拖动系统的不断发展，人们对电器提出了新的要求，既而推动了电器结构性能的改进和新品种的问世，而性能优良的新型电器元件反过来推动了系统的发展。因此系统和电器元件间存在着相互促进、相辅相成的关系。

正如从手动电器进入自动电器一样，从有触点电器发展到无触点电器也是电器发展的必然趋势。近年来，低压电器在发展过程中出现了有触点与无触点结合的混合式电器，如混合式接触器和起动器。仔细分析无触点电器和有触点电器的优缺点，会发现无触点电器的固有弱点恰好是有触点电器的固有优点，有触点电器执行机能强而感测机能弱，而无触点电器则与之相反。在同一执行机能中，有触点电器的主要矛盾是通断过程的电弧和磨损，而无触点电器的主要矛盾往往是管子压降和发热。如果通断的过程由晶闸管无弧实现，而闭合、断开状态由触头来担当，就避免了晶闸管长期通电的发热问题，也解决了有触点电器的电弧问题。这种混合式接触器国外已有产品问世，国内也已经研制成功。

在电力网领域中，电器的发生和发展的演变过程相似。

在电器应用初期，低压电力网广泛使用刀开关和熔断器。刀开关在正常情况下起切换电路和隔离电路的作用，而熔断器则在故障情况下对过载和短路起保护作用。熔断器结构简单，但是只能一次操作；刀开关一般只能手动操作，不适宜远程操作，而且执行机能也弱，不能满足网络的要求。于是发展了执行机能和感测机能都较强的自动空气断路器。

20世纪50年代，随着低压电力网容量的扩大，短路电流从104 A数量级增大到105 A数量级。巨大的短路电流不仅使开关本身通断困难，还使串联在电网内的电工设备因热稳定和动稳定不足而受损。为了保证供电的可靠性，提高断流容量，低压电力网对配电电器提出了限流要求，并随之研制出了限流熔断器和限流自动空气断路器。近年来，新的框架断路器和塑壳断路器不断推出，根据整个系统的需要，应同时考虑高指标、经济适用、缩小体积的要求，尽可能减小壳架规格，便于进行标准化设计。新开发的断路器均可带通信接口，可使系统达到最佳的配合，提高电网的安全性和可靠性。

进入21世纪以后，低压电器在技术上和功能上都有了很大的发展，各种继电器、接触器和断路器已经普遍采用了电子和智能控制。随着现代化设计技术、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，智能电器已经从简单的采用微机控制取代传统的继电控制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。

对于高压电力网，由于电力系统对输变电的质量和可靠性要求提高，人们对高压设备的性能要求也越来越高。另外，由于基础理论、材料技术、生产设备和加工工艺的不断进步，高压开关设备的技术水平也有了长足的进步，并在许多方面突破了以往传统开关电器的概念，与几十年前相比，无论是在产品种类、结构形式、介质，还是在综合技术水平上都有很大差别。中华人民共和国成立之初，我国电压等级最高为220 kV，2009年1月，我国自主研发、设计和建设的首条1 000 kV特高压输电线路（晋东南—南阳—荆门）正式投运，成为世界上技术水平最高的电网之一。特高压工程的建设，也带动了电器行业整体水平的提高。目前，高压电器正向着高压大容量、自能化、小型化、组合化、智能化和高可靠性方向发展。

随着电力系统工作电压的提高和输电容量的增加，出现了很多理论问题和技术问题。对短路而言，从经济性和可靠性的角度出发，都需要发展单元断口容量大、电压高的断路器。可见，对断路器的要求很高，多年来围绕高压断路器的许多问题，如灭弧方式、灭弧室结构、灭弧介质、开断性能及绝缘性能和操动机构等做了大量工作。高压断路器的结构演变主要就是灭弧原理与灭弧装置的变革，它经历了从多油灭弧到少油灭弧；从大压力压缩空气吹弧到负压力真空灭弧；从一般的空气、油气到SF6负电性气体灭弧等过程。不仅如此，自能式灭弧也是高压断路器的一个特点。自能式灭弧室就是最大限度地利用电弧自身的能量，使灭弧室建立起气吹熄弧所必需的压力，因而不需要操动机构提供很大的压缩功，自能式SF6断路器的操作功可降低为压气式的20%。由于自能式断路器的操作功大大减小，可以采用低操作功的操纵机构（如弹簧操纵机构），这样，断路器的机械可靠性大大提高。另外，高压电器从户外式、户内式单独结构发展到SF6全封闭组合式结构，组合化后的进一步发展，一是在一次设备方面，如采用自能式断路器、设计新型隔离开关和接地开关等；二是在二次检测、控制设备和元件方面提高技术含量。电力设备是电网中非常重要的组成部分，为了满足智能电网和电力设备自身性能提高的需要，发展数字化电力设备已经成为趋势。这些都是高压电器技术发展的重要特点。

总而言之，由于电网系统和电力拖动系统的推动，电器产品和电器技术发展十分迅速。可以说，电器技术理论和电器产品结构正处于不断更新和全面提高的阶段。传统的有触点电器在结构原理，最佳结构设计和应用新材料、新工艺方面不断创新和完善，真空电器、半导体电器和其他新型器件，如微电子技术和电器结合的机电一体化电器或智能化电器也在发展中，单件电器向着组合化、成套化发展。分析电器发展史，展望今后的方向，对电器工业和电器科学技术的推进无疑是有益的。

习题1

1.电器的定义是什么？

2.电器的用途有哪些？

3.电器的分类方式有哪些？

4.电器的主要参数和正常工作条件有哪些？

5.电器学的理论范畴包括什么？

6.电器的现状是怎样的？电器未来有什么前景？