新一代低压电器的基本要求与特征

我国低压电器行业从20世纪50年代末、60年代初至本世纪初，经过40多年时间先后开发了三代低压电器产品。每一代产品开发花了大约15年左右的时间，不仅其产品结构与性能、功能上的差异是非常明显的，而且每一代产品开发的模式与思路也有很大差异。作为我国低压电器行业新一代产品与前几代相比必须有重大突破和明显差异。如果在第三代产品基础上作局部改进，使性能得到部分提升的产品，一般仍不宜称为新一代产品。作为低压电器行业21世纪的新一代产品应具备以下基本要求与特征。

1.低压电器相关技术应用有重大突破

低压电器性能的提高主要得益于新技术的应用，我国第二代塑壳断路器分断能力提高主要得益于限流技术的应用。第二代万能式断路器短路性能提高与保护性能完善，主要是采用了电动力补偿新型触头灭弧系统以及脱扣器采用三段保护技术。第三代智能型万能式断路器主要是采用了带微处理器的智能控制器，以及多回路并联触头、防止相间和对地飞弧的新型触头灭弧系统，使万能式断路器不仅具有智能化功能，分断能力又有了明显提高且安全可靠。那么第四代低压断路器又有哪些新技术，使产品性能发生重大飞跃。

最近几年研究成果表明：①如能全面提高低压断路器短路性能并通过区域连锁选择性保护技术，能实现低压配电系统全选择保护，对提高低压配电系统可靠运行具有重大意义，是低压配电系统过电流保护技术的重大飞跃；②大电流分断技术在第三代产品基础上又有了新的发展，特别是双断点触头系统应用，不仅进一步提高了塑壳断路器限流性能与分断能力，也为万能式断路器省去软连接，以及触头多回路并联与电动力相结合技术的应用创造了条件，使新一代万能式断路器短时耐受电流明显提高；③模块化与集成化和现代设计技术及先进材料进一步发展与应用，使第四代低压电器更加小型化、功能更加强大；④随着建设智能电网要求的提出，对低压电器断路器又提出了电网质量监控、电能管理、故障预警等要求。为此，智能控制器相关技术必须有新的突破。

2.新一代低压电器性能与功能有明显提升

作为低压电器新一代产品，不仅其性能与功能必须有明显提升，而且性能的提升主要借助于新技术的应用和结构上创新。同时，性能的提升也不能仅靠“挖掘”产品性能上的裕量而影响产品的可靠性。对我国第四代低压电器经过了充分的论证后提出了高性能、小体积、少规格、高可靠、绿色环保的要求。

（1）高性能：以低压断路器为例。我国第三代低压电器分断能力已达到相当高的水平，保持特性也相当完善。那么，如何体现第四代低压断路器高性能？通过深入的前期研究，对第四代低压断路器的高性能提出了以下要求。

1）大幅度提高万能式断路器短时耐受电流，为实现万能式断路器全电流选择性保护创造条件。

2）全面提高塑壳断路器短路分断能力和限流性能，特别强调大幅度提高塑壳断路器运行短路分断能力。这将为塑壳断路器实现限流选择性保护创造条件，也为低压配电系统上、下级保护特性配合及配电系统安全运行提供了保障。

3）大幅度提高低压断路器的机、电气寿命，达到低压断路器当前国际先进水平，提高低压断路器市场竞争能力。

4）低压断路器能实现低压配电系统全选择性保护，包括终端配电系统以及配电系统任何短路电流出现，都能避免上、下级断路器同时跳闸和越级跳闸的状况。使短路故障限制在最小范围，确保配电系统安全运行。

5）新一代低压电器保护功能大大扩展且能满足智能电网发展的要求。

（2）小体积：新一代低压电器要进一步实现产品小型化。产品小型化既是低压电器设计技术的综合体现，也是成套设备和系统小型化的需要。对电器产品节材、节能具有重要意义。低压电器小型化主要借助于新技术、新工艺的应用及产品结构上创新。与上一代产品相比，体积平均缩小20%～50%。

（3）少规格：新一代低压电器作为未来市场的高端产品，其产量的提升需要相当一段时间，为减少研发和生产装备投入，方便生产管理，要求新一代系列产品规格品种尽可能少一些。以第四代塑壳断路器为例，壳架电流等级设定为160A、320A、630A、1250A等4个等级，比第三代MCCB普遍的6～7个等级减少了2～3个壳架电流等级。(www.xing528.com)

（4）高可靠：对新一代低压电器从产品的设计阶段开始就提出了高可靠性的要求。利用现代低压电器设计技术，尽可能减少设计缺陷，对产品可靠性尽可能提出量化要求，作为内控标准。在产品试制阶段采用VA测试（产品适应性试制），产品装配过程设置必要的在线检测和质量监控点等。

（5）绿色环保：新一代低压电器所用材料应严格采用环保材料，并实现主要材料可回收。在产品试制、试验、生产、使用中均不应污染环境。

3.新一代低压电器产品结构上应有重大创新

通过低压电器结构上创新实现产品性能的提升与突破是低压电器产品发展根本之路。当然，结构上创新应有相关新技术应用作为基础。那么，我国第四代第一批四大系列低压电器产品结构上创新有哪些突破呢？

（1）新一代塑壳断路器半封闭双断点触头灭弧系统，新型可靠的触头斥开卡住机构以及巧妙的双断点触头自动平衡系统，使新一代塑壳断路器短路分断能力和限流能大幅度提高。

（2）为了大幅度提高低压断路器短时耐受电流，新一代万能式断路器首次采用双断点触头系统，并采用多回路触头的结构以及必要的电动力补偿使其短路性能大大提高。

（3）在小断路器中采用附加并联回路，首次实现小断路器选择性保护，使我国终端配电系统实现完整的选择性保护成为可能。大大提高了终端配电系统供电可靠性。

（4）基于电子技术的控制保护模块和新型操作机构的采用，使控制与保护开关电器（CPS）进一步小型化、多功能化。

4.低压电器研发手段与设计技术取得重大突破

新一代产品研发、设计与试制过程中普遍采用现代设计技术和现代测试技术。上海电器科学研究所（集团）有限公司创建了用于低压电器研发用实验室。产品设计大力推广数字化仿真技术，产品性能验证采用现代测试技术。

在新一代产品研发、设计过程中采用的数字化仿真技术，主要包括操作机构运动受力分析、导电回路发热分布、电动力计算、磁系统计算与设计等。采用这一技术大大提高了设计科学性、准确性，减少因设计盲目性带来的不必要反复，缩短了新产品试制周期。如新一代塑壳断路器研发中，通过数字化仿真，很好地解决了双断点触头平衡与可靠卡住机构设计这两个技术难题。另外，在灭弧室设计中，对开关电弧建模的仿真技术也开展了一些初步的探索性研究。我国第四代塑壳断路器产品性能达到国际先进水平，部分性能处于国际领先水平。

现代测试技术主要包括模拟大电流试验技术、灭弧室内电弧运动与分析、区域连锁与级联试验、可通信一致性试验、浪涌过电压试验、产品可靠性试验等。通过基础技术研究实验和现代测试技术获得的技术数据和试验结果，不仅能探索和掌握影响产品性能的真正原因，也为产品改进设计提供科学依据。