丁 燕

(泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300)

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)、電力系統(tǒng)都廣泛應(yīng)用了低壓電器。工業(yè)發(fā)展用電、居民用電、農(nóng)業(yè)水利用電也多需要依賴低壓供電。在科技信息技術(shù)不斷進(jìn)步的趨勢(shì)下，低壓電器智能化發(fā)展成為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然要求。

1 低壓電氣智能化發(fā)展基礎(chǔ)及優(yōu)勢(shì)

從低壓電器的類型來看，目前常見的主要是配電電器與控制電器兩大類，這些都是組成整套電器設(shè)備的基礎(chǔ)原件。與之相比，智能化低壓電器的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：第一，其可以對(duì)繼電器起到保護(hù)作用，同時(shí)兼具監(jiān)控、通訊、保護(hù)設(shè)備的功能；第二，能夠更好地貢獻(xiàn)資源，在實(shí)際使用時(shí)使信息通道減少，降低信息重復(fù)問題出現(xiàn)的頻率；第三，普通的低壓配電器在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)出現(xiàn)部分高次諧波，從而出現(xiàn)操作失誤，而智能化配電電氣則能夠有效地將輸入信號(hào)中存在的高次諧波消除，避免出現(xiàn)上述失誤；第四，智能化低壓電器也更具可靠性，能夠?qū)Χ喾N啟動(dòng)條件的電機(jī)起到保護(hù)作用，例如低電流保護(hù)、接地保護(hù)、反相保護(hù)等；第五，在智能化低壓電器中一般應(yīng)用的是新型數(shù)字化監(jiān)控元件，能夠更好地對(duì)中心信息及配電系統(tǒng)最大增量進(jìn)行控制，也具有接線簡(jiǎn)單、安裝方便的優(yōu)勢(shì)；第六，智能化低壓電器還可以結(jié)合中央計(jì)算機(jī)的集中控制使配電系統(tǒng)自動(dòng)化性能得到增強(qiáng)，從而使控制系統(tǒng)與配電的維護(hù)調(diào)度水平得到提升[1]。

2 低壓電器智能化新技術(shù)分析

2.1 配電電器

從配電電器技術(shù)方面來看，創(chuàng)新方向主要體現(xiàn)在改進(jìn)滅弧系統(tǒng)弧室結(jié)構(gòu)以及采用塑料產(chǎn)氣吹弧方面[2]。從家用配電線路的電弧故障問題來看，主要可分為并聯(lián)電弧故障與串聯(lián)電弧故障兩種，前者一般由導(dǎo)線間絕緣層破壞而引發(fā)，后者則由導(dǎo)線被切斷或接頭松動(dòng)而引發(fā)(家用電器中幾種電弧故障情況如圖1)。為了有效解決電弧故障問題，在其弧室結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面，需要從上出線、下出線、后面這三個(gè)位置噴出電弧，在滅弧室里設(shè)置由不銹鋼片組成的過濾金屬罩，將分段過程中釋放出來的能量進(jìn)行吸收，同時(shí)將其對(duì)關(guān)柜的污染消除。從塑料產(chǎn)氣吹弧的使用情況來看，主要可使開斷時(shí)的電器觸頭在滅弧室中將產(chǎn)生的金屬相電弧轉(zhuǎn)化為氣相電弧，加快電弧轉(zhuǎn)移速度，促進(jìn)電氣安全性的提升。配電電器技術(shù)的創(chuàng)新還體現(xiàn)在提高供電質(zhì)量和加強(qiáng)環(huán)保性能等方面，在實(shí)際應(yīng)用中新技術(shù)的生產(chǎn)材料不會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在危害，且能夠在報(bào)廢后進(jìn)行重復(fù)利用，促進(jìn)C02排放量的降低，可有效起到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用。

圖1 家用電器中電弧故障情況Fig.1 Arc fault of household appliances

2.2 控制電器

智能化控制電器將原來控制電氣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)變，能夠進(jìn)一步有效降低人體必需接觸帶電設(shè)備的概率，促進(jìn)電氣操作過程的智能化。在其實(shí)際設(shè)置中，智能化控制電器設(shè)定了最低電壓，使得電器在預(yù)設(shè)電壓范圍內(nèi)的正常運(yùn)作有了一定的保障，一旦有超出設(shè)定范圍內(nèi)的部分，該智能化設(shè)備就會(huì)在第一時(shí)間自主切斷電壓，極大程度地降低因電器振動(dòng)導(dǎo)致的能源消耗，也可以進(jìn)一步延長(zhǎng)電器設(shè)備的使用期限。智能化控制電器主要借助恒流激磁電路實(shí)現(xiàn)設(shè)備正常運(yùn)行，采用這種以原電流制造的恒流激磁能夠進(jìn)一步為電氣的持續(xù)運(yùn)作提供基礎(chǔ)保障[3]。由于控制電器的觸頭一旦震動(dòng)很容易導(dǎo)致觸頭接觸面受到破壞，采用智能化控制電器則能夠有效通過直流操控的方式為接觸器線圈供電，從而極大降低出現(xiàn)上述問題的可能。智能化控制電器將原變交流操控轉(zhuǎn)換為直流操控，達(dá)到節(jié)約能源消耗的作用。

2.3 電磁兼容

隨著現(xiàn)代社會(huì)資源短缺情況的日漸嚴(yán)重，人們環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也逐漸加強(qiáng)，這也導(dǎo)致人們對(duì)電器產(chǎn)品兼容性的要求越來越高。在電氣兼容的研發(fā)中，對(duì)電氣產(chǎn)品的要求主要有以下兩方面：第一，必須具備抵御電磁干擾的能力；第二，不能為環(huán)境帶來電磁干擾。在現(xiàn)階段電器的發(fā)展中，基本處于強(qiáng)電、弱電共同存在的平衡狀態(tài)，開關(guān)電路與數(shù)字電路同樣處于設(shè)置的共同設(shè)備里，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制一般則需要設(shè)置在強(qiáng)電開關(guān)設(shè)備中，這進(jìn)一步提升了對(duì)電磁兼容的要求。在智能化電器系統(tǒng)、接觸器、智能化斷路器等系統(tǒng)中都需要具備相關(guān)的工作性能，這也是電磁兼容設(shè)計(jì)重要的考核指標(biāo)。要想有效滿足這些比較高的要求，就需要進(jìn)一步從硬件、軟件、材料等方面對(duì)電磁兼容性評(píng)估進(jìn)行控制，以確保電磁兼容能夠準(zhǔn)確達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值要求。

2.4 負(fù)荷開關(guān)

在配電網(wǎng)中，由于其結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，這就大大提升了負(fù)荷開關(guān)的用量，因此進(jìn)一步研發(fā)體積小且性能高的負(fù)荷開關(guān)就成為了推動(dòng)低壓電器向智能化發(fā)展的重要研究方向。但由于運(yùn)用了環(huán)網(wǎng)柜，也促使配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變化，形成了環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加上FTU監(jiān)控單元的加入，就能夠以更加先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)達(dá)成電網(wǎng)不斷供電的目的，有效提升電網(wǎng)的供電效率與質(zhì)量。通過對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控也能有效降低出現(xiàn)停電的頻率，在運(yùn)用監(jiān)控原理的同時(shí)也能對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)起到優(yōu)化作用，促進(jìn)電網(wǎng)在滿負(fù)荷狀態(tài)下的安全運(yùn)行。只要故障出現(xiàn)，就能夠通過監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)并迅速改變供電系統(tǒng)設(shè)置，將電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)的損失降到最低。

2.5 浪涌保護(hù)

根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查顯示，因電壓線路中各種涌浪導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年約達(dá)260億美元(部分單位及損失金額如表1)，數(shù)量如此巨大的損失直接促使電器生產(chǎn)企業(yè)必須要全力研發(fā)低壓避雷器以及浪涌吸收器，以全面確保用電安全性的提升。現(xiàn)階段市面上應(yīng)用效果比較顯著的電涌保護(hù)器主要是Phoenix Contact公司、ABB公司以及Schne i der公司的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是使用范圍比較廣泛，可以配備保護(hù)主配電系統(tǒng)、終端設(shè)備及分配電系統(tǒng)的微型模塊，提升安全性能。

表1 涌浪對(duì)部分單位造成的經(jīng)濟(jì)損失Tab.1 Financial loss of some units caused by surge

3 結(jié)語

通過對(duì)智能低壓電器技術(shù)的應(yīng)用研究可以發(fā)現(xiàn)，其與傳統(tǒng)低壓電器相比具有更加顯著的優(yōu)勢(shì)，也是促進(jìn)電網(wǎng)智能化發(fā)展過程中必然要經(jīng)歷的環(huán)節(jié)。對(duì)智能化低壓電器進(jìn)一步加大研發(fā)力度，令其向更環(huán)保、更安全、更智能化的方向發(fā)展。