我国低压电器现状及国内外发展趋势(98.上电所)
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1. 相关新技术的发展与应用 影响低压电器发展的新技术很多 ,如现代设 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 。上述新技术的应用给低压电器产品的发展注 入了新的活力 ,它可能引发低压电器产品一场新 的“革命”。 (1) 现代设计技术 前面已经指出 ,传统低压电器设计是不成熟 的 。随着计算机硬件 、软件的迅猛发展 ,低压电器 CAD 、CAM 、CA E 日益普及 ,它使低压电器设计与 研究跨入了一个新的阶段 。 ①三维计算机辅助设计系统的应用与发展 。 三维计算机辅助设计系统集设计 、制造和分析于
监控器在网络中起参数测量与显示 ,某些保 护功能 、通信接口并代替传统的指令电器 、信号电 器与测量仪表 。
计算机网络系统的应用提高了低压配电 、控 制系统的自动化程度 ,并且实现了信息化 ,使低压 配电 、控制系统的调度和维护达到四遥 :遥控 、遥 测 、遥讯 、遥调 ;提高配电系统供电可靠性 ,实现区 域联锁 ,使前后级断路器选择性保护合理匹配 ;采 用新型监控元件 ,使提供的信息量大幅度增加 ,实 现信息共享 ,减少信息重复和信息通道 ,简化二次 控制线路 ,接线简单 ,安装方便 ,提高工作可靠性 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
我国低压电器现状及国内外发展趋势
低压电器( 1998 №4)
头的材料 、形状 、接触方式和接触压力进行了全面 分析 ,并对产品的设计和使用提出了要求 。
长期以来 ,科研人员一直在探索 ,低压电器产 品设计好以后 ,能否通过理论分析计算获得新产 品动作性能和分断性能 ,计算机技术的发展与应 用有可能实现这一目标 。从目前技术水平看 ,完 成机构和触头运动过程动态仿真有可能实现 。西 安交通大学已开展这方面前期研究工作 ,一旦开 发成功 ,对限流式断路器就有可能在产品设计完 成以后就获得限流系数 ,并进行优化设计 。这对 预测新产品分断性能有极大好处 ,使低压电器设 计水平上一个台阶 。低压电器电弧产生与熄灭过 程的仿真难度要大得多 ,主要原因是电弧数学模 型建立十分困难 ,随着电弧研究的不断深入 ,以及
设计人员在产品开发任何阶段 ,对产品任一 处所作的修改能自动反映到相关零件的修改 。同 时 ,三维软件系统根据完成的零件设计自动进行 零件的模具设计 ,从而大大缩短了产品试制时间 。
计算机分析 ( CA E) 软件包括运动分析 、受力 分析 、有限元分析 、塑料压注成型分析等等 ,CAD 、 CAM 、CA E 的综合运用能有效提高设计正确性 。 加上研究 、设计人员的智慧 ,低压电器产品开发完 全有可能一次成功 ,大大缩短产品开发周期 。从 而能不断以合适的价格向市场推出具有出色功能 的产品 ,提高企业市场竞争能力 。
一体 (CAD 、CAM 、CA E) ,计算机辅助设计包括零 件设计与装配直至产品总装 ,设计者可在计算机 屏幕上直接观察零件装配中的干涉与碰撞以及开 关电器闭合 ,分断过程运动部件动作情况及相关 参数 ,如触头开距 、超程等 。从而保证了设计正确 性 ,为低压电器产品试制跨越模型阶段创造了条 件。
随着计算机网络的应用 ,对低压电器产品提 出了许多新的要求 :首先是如何实现低压电器元 件与网络的连接 ; 其次是标准化的通信规约 (协 议) 以及工作可靠性问题 , 尤其是 EMC 要求等 等。
(3) 可靠性技术 随着低压配电和控制系统大型化 、复杂化 ,一 个系统中使用的低压电器元件越来越多 ,只要一 个电器元件出现故障 ,就会导致整个系统发生故 障 。因此 ,低压电器可靠性研究与应用已成为国 外电器工厂及研究部门的一项重要工作 。当前 , 国内外可靠性研究工作的重点主要为以下几个方 面: ①可靠性物理研究 ,即产品失效机理研究 。 它对产品怎样失效及为什么失效的具体物理 、化 学过程进行研究 ,从而找出失效的真正原因 ,它是 提高产品可靠性的基础性措施 。美国 、日本等国 家对触头接触可靠性的研究尤为重视 ,他们研究 了各种使用环境条件对接触可靠性的影响 ,对触
二 、国内外低压电器发展趋势
随着经济的发展 ,对电能的需求和依赖不断 增大 。因此承担电能的传输与分配 、用电设备保 护与控制任务的低压电器显得更为重要 。世界各 国十分重视低压电器的发展 ,每年投入大量的资 金进行研究 、开发 。
由于低压电器在运行时存在着电 、磁 、光 、热 、 机械等多种能量转换 ,这些转换过程的规律大多 是非线性的 ,许多现象又是一种瞬态过程 ,它使低 压电器的理论分析变得极为复杂 。低压电器传统 理论基础电接触 、电弧 、电磁 、热效应与电动力效 应等除了必要的理论推导 、分析计算外 ,还必须依 赖成熟可靠的经验数据 。即使这样 ,设计计算数 据与产品实际性能 ,有时仍会有很大差距 ,必须通 过试验予以验证 。因此 ,低压电器产品开发周期 较长 ,投入也比较大 。
作者 何瑞华 ,男 ,1941 年生 ,1964 年浙江大学毕业 ,教授级高级工程师 。
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© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
低压电器( 1998 №4)
我国低压电器现状及国内外发展趋势
2. 产品总体发展方向 低压电器发展方向主要取决于系统发展的需 要以及新技术 (包括新工艺 、新材料) 研究与应用 。 70～80 年代除了传统低压电器外 ,新型电器 主要发展限流电器 、真空电器 、漏电电器 、电子电 器 。从 80 年代后期开始 ,对传统新一代低压电器 产品普遍提出了高性能 、高可靠 、小型化 、多功能 、 组合化 、模块化 、电子化 、智能化的要求 。随着计 算机网络的发展与应用 ,采用计算机网络控制的 低压电器均要求能与中央控制计算机进行通信 , 为此 ,各种可通信低压电器应运而生 ,它可能成为 今后一段时间低压电器重要发展方向之一 。 (1) 可通信低压电器 为了实 现 低 压 电 器 元 件 与 计 算 机 网 络 的 连 接 ,一般采用三种方案 。第一种是开发新型接口 电器 ,连接于网络和传统低压电器元件之间 ;第二 种是在传统的产品上派生或增加计算机联网接口 功能 ;第三种是直接开发带有计算机接口和通信 功能的新型电器 。可通信电器根据其自身特点及 其在网络中的作用 ,大致可分为以下几类 : ①接口电器 。如 ASI 接口模块 、分布式 I/ O 接口 、网络之间接口 。 ②具有接口和通信功能电器 。如智能化万 能式断路器 、智能化塑壳断路器 、智能化交流接触
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计算机技术的进步 ,低压电器这一难题必将逐步 得到解决 。
(2) 微处理机技术和计算机技术的引入及计 算机网络技术和信息通信技术的应用
它一方面使低压电器具有智能化功能 ,如带 有智能化脱扣器的万能式断路器 、塑壳断路器 、真 空断路器 、智能化交流接触器 、起动器等 。另一方 面使智能化电器与中央控制计算机实现双向通 信 。进入 90 年代以来 ,随着计算机信息网络的发 展 ,低压配电与控制系统已统一形成智能化监控 、 保护与信息网络 ,它由三部分组成 :智能化电器 、 监控器 、中央计算机 。
为了适应电网容量的不断增大 ,低压配电与 控制系统日益复杂化 ,对低压电器产品的性能与
结构提出了更高的要求 。同时 ,随着科学技术的 进步 ,新技术 、新工艺 、新材料不断出现 ,为低压电 器产品开发提供了良好的条件 。下面主要介绍低 压电器相关新技术的发展与应用 ,低压电器产品 与标准发展动向 。
④提高可靠性的研究 。根据可靠性考核中 暴露的问题 ,通过失效机理分析 ,提出改进措施 , 从而提高产品可靠性 。
我国已经Hale Waihona Puke Baidu电磁式中间继电器 、小容量交流 接触器 、熔断器 、漏电电器可靠性开展了一些工作 并制订了部分标准 ,研制了相应试验装置 。“九· 五”期间将重点对低压断路器操作可靠性进行研 究。
我国低压电器现状及国内外发展趋势
低压电器( 1998 №4)
综 述 我国低压电器现状及国内外发展趋势
何瑞华 上海电器科学研究所 (200063)
摘 要 回顾了我国低压电器的发展及生产现状 ,介绍主要产品的性能 、特点及目前存在的主要问题及 差距 。阐述低压电器相关新技术 ,如低压电器现代设计技术 、微处理器和计算机技术在低压电器中的应用和 低压电器可靠性技术等的发展与应用 ;产品的发展方向和主要产品 (包括万能式断路器 、塑料外壳式断路器 、 交流接触器和剩余电流保护器等) 的发展趋势 。介绍低压电器标准的发展动向 。
②低压电器可靠性指标及考核方法研究 。 影响低压电器可靠性因素很多 ,根据不同产品的 使用场合及常见故障 、早期故障 ,科学地确定可靠 性指标及考核方法是低压电器可靠性研究的核心 问题 。
③低压电器可靠性试验装置研制 。根据低 压电器可靠性指标及考核方法 ,研制相应的试验 装置是提高低压电器可靠性的必备条件 。
我国低压电器行业应用三维计算机辅助设计 系统相对较晚 ,常熟开关厂率先运用这套技术成 功地开发了 CM1 塑壳断路器 。随后 ,长征电器一 厂 、上海人民电器厂 、华通开关厂等单位相继应 用 ,最近又有一批企业开始应用 ,充分显示了这一 新技术的强大生命力 。
②低压电器专用计算机应用软件开发 。上 面介绍的 CAD 、CAM 、CA E 系统 ,一般指通用软 件 。为了提高设计效率 ,除建立必须的数据 、符 号 、标准件库以外 ,重点开发一批低压电器专用分 析 、计算软件 。如磁系统三维分析 、计算软件包 , 各类低压电器合闸 、分断过程动态仿真软件等 。
Abstract : The development of domestic low voltage electrical apparatus and its state of art are reviewed. The properties and features as well as deficiencies of t he main products ,including conventional circuit breaker , moulded case circuit breaker ,AC contactor ,and residual current operated protective device ,are introduced. The new relative technologies ,such as modern design met hod of low voltage electrical apparatus , application of microprocessor and computer ,and reliability technology , are described. The development direction of t he products , t he trends of main products and t he developments of t he standardization are presented.
Key words : low voltage electrical apparatus conventional circuit breaker moulded case circuit breaker AC contactor residual current operated protective device
叙 词 : 低压电器 万能式断路器 塑料外壳式断路器 交流接触器 剩余电流保护器
The State of Art of Lo w Voltage Electrical Apparatus in China and Its Development Trend at Home and Abroad
监控器在网络中起参数测量与显示 ,某些保 护功能 、通信接口并代替传统的指令电器 、信号电 器与测量仪表 。
计算机网络系统的应用提高了低压配电 、控 制系统的自动化程度 ,并且实现了信息化 ,使低压 配电 、控制系统的调度和维护达到四遥 :遥控 、遥 测 、遥讯 、遥调 ;提高配电系统供电可靠性 ,实现区 域联锁 ,使前后级断路器选择性保护合理匹配 ;采 用新型监控元件 ,使提供的信息量大幅度增加 ,实 现信息共享 ,减少信息重复和信息通道 ,简化二次 控制线路 ,接线简单 ,安装方便 ,提高工作可靠性 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
我国低压电器现状及国内外发展趋势
低压电器( 1998 №4)
头的材料 、形状 、接触方式和接触压力进行了全面 分析 ,并对产品的设计和使用提出了要求 。
长期以来 ,科研人员一直在探索 ,低压电器产 品设计好以后 ,能否通过理论分析计算获得新产 品动作性能和分断性能 ,计算机技术的发展与应 用有可能实现这一目标 。从目前技术水平看 ,完 成机构和触头运动过程动态仿真有可能实现 。西 安交通大学已开展这方面前期研究工作 ,一旦开 发成功 ,对限流式断路器就有可能在产品设计完 成以后就获得限流系数 ,并进行优化设计 。这对 预测新产品分断性能有极大好处 ,使低压电器设 计水平上一个台阶 。低压电器电弧产生与熄灭过 程的仿真难度要大得多 ,主要原因是电弧数学模 型建立十分困难 ,随着电弧研究的不断深入 ,以及
设计人员在产品开发任何阶段 ,对产品任一 处所作的修改能自动反映到相关零件的修改 。同 时 ,三维软件系统根据完成的零件设计自动进行 零件的模具设计 ,从而大大缩短了产品试制时间 。
计算机分析 ( CA E) 软件包括运动分析 、受力 分析 、有限元分析 、塑料压注成型分析等等 ,CAD 、 CAM 、CA E 的综合运用能有效提高设计正确性 。 加上研究 、设计人员的智慧 ,低压电器产品开发完 全有可能一次成功 ,大大缩短产品开发周期 。从 而能不断以合适的价格向市场推出具有出色功能 的产品 ,提高企业市场竞争能力 。
一体 (CAD 、CAM 、CA E) ,计算机辅助设计包括零 件设计与装配直至产品总装 ,设计者可在计算机 屏幕上直接观察零件装配中的干涉与碰撞以及开 关电器闭合 ,分断过程运动部件动作情况及相关 参数 ,如触头开距 、超程等 。从而保证了设计正确 性 ,为低压电器产品试制跨越模型阶段创造了条 件。
随着计算机网络的应用 ,对低压电器产品提 出了许多新的要求 :首先是如何实现低压电器元 件与网络的连接 ; 其次是标准化的通信规约 (协 议) 以及工作可靠性问题 , 尤其是 EMC 要求等 等。
(3) 可靠性技术 随着低压配电和控制系统大型化 、复杂化 ,一 个系统中使用的低压电器元件越来越多 ,只要一 个电器元件出现故障 ,就会导致整个系统发生故 障 。因此 ,低压电器可靠性研究与应用已成为国 外电器工厂及研究部门的一项重要工作 。当前 , 国内外可靠性研究工作的重点主要为以下几个方 面: ①可靠性物理研究 ,即产品失效机理研究 。 它对产品怎样失效及为什么失效的具体物理 、化 学过程进行研究 ,从而找出失效的真正原因 ,它是 提高产品可靠性的基础性措施 。美国 、日本等国 家对触头接触可靠性的研究尤为重视 ,他们研究 了各种使用环境条件对接触可靠性的影响 ,对触
二 、国内外低压电器发展趋势
随着经济的发展 ,对电能的需求和依赖不断 增大 。因此承担电能的传输与分配 、用电设备保 护与控制任务的低压电器显得更为重要 。世界各 国十分重视低压电器的发展 ,每年投入大量的资 金进行研究 、开发 。
由于低压电器在运行时存在着电 、磁 、光 、热 、 机械等多种能量转换 ,这些转换过程的规律大多 是非线性的 ,许多现象又是一种瞬态过程 ,它使低 压电器的理论分析变得极为复杂 。低压电器传统 理论基础电接触 、电弧 、电磁 、热效应与电动力效 应等除了必要的理论推导 、分析计算外 ,还必须依 赖成熟可靠的经验数据 。即使这样 ,设计计算数 据与产品实际性能 ,有时仍会有很大差距 ,必须通 过试验予以验证 。因此 ,低压电器产品开发周期 较长 ,投入也比较大 。
作者 何瑞华 ,男 ,1941 年生 ,1964 年浙江大学毕业 ,教授级高级工程师 。
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© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
低压电器( 1998 №4)
我国低压电器现状及国内外发展趋势
2. 产品总体发展方向 低压电器发展方向主要取决于系统发展的需 要以及新技术 (包括新工艺 、新材料) 研究与应用 。 70～80 年代除了传统低压电器外 ,新型电器 主要发展限流电器 、真空电器 、漏电电器 、电子电 器 。从 80 年代后期开始 ,对传统新一代低压电器 产品普遍提出了高性能 、高可靠 、小型化 、多功能 、 组合化 、模块化 、电子化 、智能化的要求 。随着计 算机网络的发展与应用 ,采用计算机网络控制的 低压电器均要求能与中央控制计算机进行通信 , 为此 ,各种可通信低压电器应运而生 ,它可能成为 今后一段时间低压电器重要发展方向之一 。 (1) 可通信低压电器 为了实 现 低 压 电 器 元 件 与 计 算 机 网 络 的 连 接 ,一般采用三种方案 。第一种是开发新型接口 电器 ,连接于网络和传统低压电器元件之间 ;第二 种是在传统的产品上派生或增加计算机联网接口 功能 ;第三种是直接开发带有计算机接口和通信 功能的新型电器 。可通信电器根据其自身特点及 其在网络中的作用 ,大致可分为以下几类 : ①接口电器 。如 ASI 接口模块 、分布式 I/ O 接口 、网络之间接口 。 ②具有接口和通信功能电器 。如智能化万 能式断路器 、智能化塑壳断路器 、智能化交流接触
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计算机技术的进步 ,低压电器这一难题必将逐步 得到解决 。
(2) 微处理机技术和计算机技术的引入及计 算机网络技术和信息通信技术的应用
它一方面使低压电器具有智能化功能 ,如带 有智能化脱扣器的万能式断路器 、塑壳断路器 、真 空断路器 、智能化交流接触器 、起动器等 。另一方 面使智能化电器与中央控制计算机实现双向通 信 。进入 90 年代以来 ,随着计算机信息网络的发 展 ,低压配电与控制系统已统一形成智能化监控 、 保护与信息网络 ,它由三部分组成 :智能化电器 、 监控器 、中央计算机 。
为了适应电网容量的不断增大 ,低压配电与 控制系统日益复杂化 ,对低压电器产品的性能与
结构提出了更高的要求 。同时 ,随着科学技术的 进步 ,新技术 、新工艺 、新材料不断出现 ,为低压电 器产品开发提供了良好的条件 。下面主要介绍低 压电器相关新技术的发展与应用 ,低压电器产品 与标准发展动向 。
④提高可靠性的研究 。根据可靠性考核中 暴露的问题 ,通过失效机理分析 ,提出改进措施 , 从而提高产品可靠性 。
我国已经Hale Waihona Puke Baidu电磁式中间继电器 、小容量交流 接触器 、熔断器 、漏电电器可靠性开展了一些工作 并制订了部分标准 ,研制了相应试验装置 。“九· 五”期间将重点对低压断路器操作可靠性进行研 究。
我国低压电器现状及国内外发展趋势
低压电器( 1998 №4)
综 述 我国低压电器现状及国内外发展趋势
何瑞华 上海电器科学研究所 (200063)
摘 要 回顾了我国低压电器的发展及生产现状 ,介绍主要产品的性能 、特点及目前存在的主要问题及 差距 。阐述低压电器相关新技术 ,如低压电器现代设计技术 、微处理器和计算机技术在低压电器中的应用和 低压电器可靠性技术等的发展与应用 ;产品的发展方向和主要产品 (包括万能式断路器 、塑料外壳式断路器 、 交流接触器和剩余电流保护器等) 的发展趋势 。介绍低压电器标准的发展动向 。
②低压电器可靠性指标及考核方法研究 。 影响低压电器可靠性因素很多 ,根据不同产品的 使用场合及常见故障 、早期故障 ,科学地确定可靠 性指标及考核方法是低压电器可靠性研究的核心 问题 。
③低压电器可靠性试验装置研制 。根据低 压电器可靠性指标及考核方法 ,研制相应的试验 装置是提高低压电器可靠性的必备条件 。
我国低压电器行业应用三维计算机辅助设计 系统相对较晚 ,常熟开关厂率先运用这套技术成 功地开发了 CM1 塑壳断路器 。随后 ,长征电器一 厂 、上海人民电器厂 、华通开关厂等单位相继应 用 ,最近又有一批企业开始应用 ,充分显示了这一 新技术的强大生命力 。
②低压电器专用计算机应用软件开发 。上 面介绍的 CAD 、CAM 、CA E 系统 ,一般指通用软 件 。为了提高设计效率 ,除建立必须的数据 、符 号 、标准件库以外 ,重点开发一批低压电器专用分 析 、计算软件 。如磁系统三维分析 、计算软件包 , 各类低压电器合闸 、分断过程动态仿真软件等 。
Abstract : The development of domestic low voltage electrical apparatus and its state of art are reviewed. The properties and features as well as deficiencies of t he main products ,including conventional circuit breaker , moulded case circuit breaker ,AC contactor ,and residual current operated protective device ,are introduced. The new relative technologies ,such as modern design met hod of low voltage electrical apparatus , application of microprocessor and computer ,and reliability technology , are described. The development direction of t he products , t he trends of main products and t he developments of t he standardization are presented.
Key words : low voltage electrical apparatus conventional circuit breaker moulded case circuit breaker AC contactor residual current operated protective device
叙 词 : 低压电器 万能式断路器 塑料外壳式断路器 交流接触器 剩余电流保护器
The State of Art of Lo w Voltage Electrical Apparatus in China and Its Development Trend at Home and Abroad