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(lái)看，目前常見(jiàn)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(wèn)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(lái)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(wèn)題來(lái)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(wèn)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(guò)濾金屬罩，將分段過(guò)程中釋放出來(lái)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(lái)看，主要可使開(kāi)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(lái)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(guò)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(guò)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(wèn)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(lái)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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?，F(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(yǔ)

通過(guò)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(guò)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。