低压电器设计的标准化是关键

（1）低压电器设计中标准化原则

长期以来，将简化、统一、协调作为低压电器设计标准化的基本原则。

（1）标准化基本原则的应用

1）产品品种、规格的简化。产品参数系列化是对产品品种、规格简化的最典型的标准化形式。参数系列化最终目的是确立系列产品总体最合理的参数分布方案（如系列产品电流等级的确定）从而能以有限的产品种类，满足尽量广泛的市场需求。

2）原材料的品种、规格的简化。每一个企业要进行产品的生产，都要有足够数量的各种原材料，如果原材料品种、规格过多、过杂就会造成材料储备总量增加、采购供应困难、大量积压资金、长期占用仓库面积等经济损失。在原材料管理方面要经常运用简化原则对其实行简化，不仅可以收到综合经济效果，还有利于材料管理，为企业稳定生产、供应正常和及时创造条件。

3）产品中零部件、附件的简化。低压电器产品中同类零件、部件、附件简化就是将功能、结构、尺寸等差异不大的零件、部件、附件统一起来。以减少零件、部件、附件种类。这对生产管理有极大的好处，可大大降低产品制造成本。

（2）产品设计中统一原则的应用

1）概念、符号的统一，它包括名词、术语、工程图样、符号、单位、标志、语言、代号、编码等。这是任何国家、任何行业、任何企业最有代表性的统一原则。

2）产品品种规格和特性的统一，它是产品的规格、性能和质量满足使用部门要求的技术保证，是产、供、需之间利益协调一致的方式。低压电器国家标准、行业标准、企业标准、内控标准就属于这一类。

3）产品中零件、部件、内外部附件的统一。产品零件、部件、附件的标准化和通用化，可以减少零件、部件种类，消除设计、生产准备过程中不必要的重复劳动，而且可以组织专业化生产。便于采用先进制造技术与装备，扩大生产规模，扩大统一化零件、部件、附件重复利用的范围，带来更大的经济效益与社会效益。目前，不少企业为了体现产品的差异化，在附件设计上没有任何结构、性能上的特色或优势，为差异而差异。在个别尺寸或形状上做不必要的改变。这种做法既谈不上产品差异化，又破坏了产品设计的统一化原则。

4）重要参数和数值的统一。包括优先数、优先数系、标准电压、标准长度、标准直径等。它对设计标准化也有重要现实意义。

（3）协调原则的应用

协调是标准化工作的一项基本任务，一项先进的标准应该是一个最佳协调的结果。一个好的产品设计、合理的结构布局、最佳的参数和技术指标都应该是经过协商、协调的产物。

1）产品之间结构与性能协调。如塑料断路器、交流接触器、热继电器三个产品之间的协调。在控制、保护电动机回路中，上述三个产品往往串联使用。那么三个产品之间连接、安装如何达到最简洁的形式呢。国外优秀低压电器制造商在新一代小容量塑壳断路器、交流接触器、热继电器产品宽度保持一致，相距保持一致，上、下产品之间导电连接不通过铜排，而是直接将交流接触器上出线端连接到塑壳断路器下出线排上，热继电器用同样方式与交流接触器连接。这样既节省成套设备空间，又节省材料。另外，交流接触器、热继电器、塑壳断路器之间的特性和短路性能应协调一致，以保证系统的可靠运行。

2）低压电器内部参数与性能之间的协调。低压电器内部参数如交流接触器总行程、开距、超程之间存在一定的关系，即总行程=开距+超程。当总行程确定以后，增大开距必定会减少超程。开距增大有助于分断能力的提高，而超程增大有助于电气寿命的提高。又如，触头压力增大有助于降低温升，但是磁系统吸合功率将同时增加，对限流电器来说增加触头压力会降低限流性能，使分断能力下降，但是提高了短时耐受电流。这就需要协调，一般以最佳综合性能为原则。

3）配电、控制系统与低压电器元件之间的协调。低压电器元件一般安装在成套开关设备中并在配电、控制系统中应用，那么低压电器元件与成套装置、配电与控制系统之间也有一个协调问题。如低压电器飞弧距离就与成套装置设计密切相关。低压电器设计的工作者不能因为产品小型化要求或设计不合理造成飞弧距离很大，把困难留给成套装置设计的工作者。我国第二代塑壳断路器的飞弧距离达250mm，使该产品在抽屉柜中很难选用。

低压电器分断能力、短路性能的选用与系统容量与可能出现的短路电流有关。一般来说低压断路器的极限短路分断能力应大于该断路器安装位置可能出现的最大短路电流。为了满足企业电流选择性保护要求，低压断路器I_cw也应等于或大于其安装位置可能出现的短路电流。双电源自动转换开关的设计与选用与配电系统必须协调配合。制造商应向用户提出整体解决方案，这也是低压电器元件与系统之间的协调问题。

2.低压电器设计的标准化、系列化、通用化

（1）低压电器产品的三化和三化系列产品

国际上公认的概念，产品标准化包括系列化、通用化。这里讲的产品三化指低压电器产品及其组成部分的标准化、系列化、通用化。这三者之间既有相同的概念，又有不同的含义。相同的是三者都有标准化的最终技术经济效果，不同的是其各有自己的内容。

1）产品标准化是按照标准化原则和手段开展产品标准化工作的过程，它包括产品标准的制订和贯彻实施的全过程，贯彻实施包括产品设计、制造、检测、质量控制等。

2）产品系列化是指产品品种和规格合理分档、分级以实现系列化，以最少的品种满足最广泛的要求。

3）产品通用化是指产品结构的要素和零件、部件的统一化、典型化和继承性。产品三化就是从产品标准的制订到产品系列设计、制造的全过程。按三化原则设计出的产品称三化系列产品，其中有基本系列和派生系列。一般基本系列应用面较广，派生系列多为专用。

（2）低压电器设计的标准化

1）制订既符合相关国家标准、行业标准，又符合新产品定位与总体目标要求的产品企业标准。它是新产品设计、试制最终考核的依据。也是新产品符合IEC标准和国家标准的可靠保证。

2）系列产品总体结构、布局、型式标准化。根据产品标准确定的主要参数和外形尺寸，按照标准化工作原则在产品设计时应满足整个系列产品的总体布局和型式的标准化，做到总体布局和结构型式相似，外形风格相似。将全系列不同电流等级产品放在一起，看上去就像一个“大家庭”。如我国第四代塑壳断路器VM60系列，800A以下均采用双断点触头灭弧系统，产品高度相同，产品外形风格相似，包括手柄、附件、接线方式等方面也相似。

3）产品结构典型化和标准化。产品结构优劣是产品总体水平的重要标志，还影响产品技术性能、使用性能和维护性能。产品主要部件、附件采用模块化结构以及附件的通用性是产品结构典型化和标准化的重要方法之一。

这里特别指出塑壳断路器内外部附件结构、外形尺寸的标准化。在计划经济年代，我国主要低压电器产品包括塑壳断路器都是由上海电器科学研究所牵头，组织行业优秀企业进行统一设计或联合设计，然后全行业发图生产。如DZ20塑壳断路器的生产企业超过200家。为了便于产品推广，对产品附件生产实行统一布点、统一生产。如苏州未来电器厂就是专业生产塑壳断路器附件的制造商，当时该厂生产的DZ20塑壳断路器附件供应数十家甚至上百家企业。这对组织专业化生产、提高附件产品质量、降低研发费用、降低产品成本具有重要意义。进入市场经济以后，特别是近年来，低压电器市场竞争更趋剧烈，由行业研究所统一研发，全行业生产的年代一去不复返。现在企业都在开发个性化、差异化的产品，造成最近几年企业设计的塑壳断路器结构、尺寸都有差异。导致塑壳断路器附件结构、连接方式、外形都不一致。为此，附件制造厂需要为每一个企业试制附件。造成附件试制周期和费用增大，更为严重的是附件制造厂同一产品批量大幅度下降。这给附件制造厂生产管理带来困难，更主要的是附件的制造成本提高，进而提高了塑壳断路器的制造成本。如果设计的附件确实有创新，性能与功能上有明显提高，那么试制这样一种新型附件是值得的。反之，技术上、结构上没有创新，性能与功能完全相同，整机制造厂为差异化而差异化，人为地将附件结构、外形、尺寸设计不一样是完全没有必要的。为此，提倡附件标准化设计，外形尺寸采用优先数系。这样便于附件制造厂有计划的开发标准化、系列化附件，也便于整机制造厂选用。

4）系列产品参数、尺寸、标准化。系列产品中主回路和控制回路的额定工作电压、额定工作电流、产品极数或回路数应有统一规定。系列产品飞弧距离应尽可能保持一致，开距、超程也应有相对一致的规定等。产品外形尺寸、安装尺寸在产品标准中一般已作出规定，但是这些尺寸最好符合优先数系。对模数化终端电器来说，其宽度应符合模数要求。其长度、高度一般应保持一致，以便于终端配电箱的选用。

5）系列产品结构要素和公差的标准化。系列产品零件、部件设计时，要最大限度地采用标准化的结构要素，如标准的直径、长度、角度、锥度、空刀槽、倒角、倒圆、标准螺级等。还要最大限度地采用标准化公差。

6）最大限度地采用标准化的零件、部件。低压电器可采用的标准化零件、部件很多，如紧固件、连接件、装饰件、操作件、传动件、轴承、万向轴承等。在系列产品设计时，应最大限度地采用标准化零件、部件，以便于生产管理、降低成本。当然，紧固件过多的设计，一般不是好的设计，应尽量采用结构连接。

7）采用标准化的材料。低压电器中涉及的材料极为广泛，要尽可能选用标准化材料。除常用的黑色金属、有色金属、磁性材料、触头材料、工程塑料外，还包括粉末合金材料，微晶材料、异型材料、特种塑料和绝缘材料、特殊的油、脂等。

采用标准化材料时，应限制其品种、规格和尺寸，最好用企业标准予以规定。

8）采用标准化和统一化的外购元器件。在低压电器系列设计中往往要选用很多元器件，诸如电子元件、微电机、继电器、辅助触头、微动开关、万向结等。这些元器件最好采用标准化和统一化。同时要选择有品牌的供应商，以保证产品质量和供货畅通。

（3）低压电器设计的系列化

由于低压电器品种、规格繁多，为了对同类低压电器按照统一技术要求进行归类，并对其品种、规格进行合理分档、分级。具有统一特征、统一风格的一组产品称为系列产品。在设计低压电器产品时，一般应实现产品系列化，这对新产品的设计、试制，新产品的批量生产、管理，产品销售、用户选用和维护等带来极大的方便。

产品系列化的主要工作如下。

1）确定系列产品主参数和基本参数。对产品系列起主导作用并具有相对稳定性的参数称为主参数，反映产品基本性能的参数，保证互换性和配套需要以及影响制造成本的参数称为基本参数，对每一个系列产品来说主参数只有一个，有时也可以有两个。如塑壳断路器主参数就是壳架电流等级，万能式断路器主参数就是壳架等级电流，交流接触器一般为额定电流。电磁起动器主参数可以是额定电流和电动机最大控制功率。(www.xing528.com)

确定系列主参数应遵从以下原则：

①直接反映产品的特征和功能，影响产品主要零部件的尺寸大小，并直接影响产品整机尺寸的大小。

②能决定其他基本参数的大小。

③能作为产品设计出发点的参数。

④作为用户选择的主要依据的参数。

⑤国内外同类产品系列型号中常用的参数。

主参数的数值范围是指主参数上限和下限的取值。它是根据低压电器各行各业使用部门的需要，以及系列产品定位来确定的。如普通用途的交流接触器，主参数额定电流范围一般为6.3～630A，交流接触器用于特殊场合，如风电场与大电网的投切需要660V、2000A等级的交流接触器。

主参数范围确定以后，就应进一步确定主参数系列的排列。首先要在调查、分析的基础上，从产品定位、使用范围、总体目标出发，对主参数值和分档密度进行综合技术经济分析，然后确定先进合理的最佳方案。在确定最佳系列排列时，综合分析对比的原则如下：

①主参数值和分档密度与生产批量、制造成本的关系。一般来说生产批量大、制造成本相对较低的系列产品主参数档数应多一些，即分档密度大一些，反之亦然。

②发展派生产品或专用产品的需要与可能性。

③不同档次产品重叠范围必要性的分析与比较。

④同类产品继承性分析比较。

⑤引进技术与原厂委托制造（Original Equipment Manu-facturer，简称OEM）生产可行性的比较。

选择基本参数范围应考虑以下因素：

①反映产品基本功能的参数，如额定电流、短路分断能力、保护特性。

②反映产品使用频繁度和可靠性的参数，如电气寿命、机械寿命、操作频率。

③反映产品工况的参数，如工作电压、使用环境条件、防护型式。

④保证互换性和配套需要的参数，如最大外形尺寸和安装尺寸等。

⑤涉及制造成本和生产管理的参数，如零件、部件、附件结构标准化和结构要素的标准化。

⑥与技术经济指标有关的参数，如总重量、外形尺寸、消耗功率、发热与温升等。

至于产品基本参数实际项目为多少，应根据具体产品的特征、功能和应用而确定，还应比较国内外同类产品的情况，一般宜少不宜多，基本参数系列的确定原则与主参数确定原则基本相同。但应注意，基本参数在多数情况下与主参数有一定关系。

2）编制产品系列型谱。产品系列型谱是产品发展的总蓝图，是制订产品发展规划和技术发展规划的基础，也是指导产品设计和用户选用的依据。系列型谱是根据产品主参数和基本参数的规定，确定系列产品中品种、型式和它们相互关系及其应有的主要技术性能和技术参数，型式包括基本系列、派生系列及其相互关系。

产品系列型谱应包括：①系列构成及参数表；②产品型式分布；③产品品种规格；④产品零件、部件通用化规划；⑤产品附件构成。

3）产品系列设计。产品系列设计是在产品系列型谱的指导下，通过对典型产品的分析研究，按照相似设计原理进行的。通过产品系列设计，能大大缩短产品的设计周期，加快品种的发展，有利于产品技术水平和产品质量的提高，有利于生产、使用、维护、配套和管理。系列设计时产品基本参数统一、型式统一、安装和连接尺寸统一、易损件统一、验收规则和试验方法统一是生产、使用、维护、配套和管理统一的重要保证。

系列设计的步骤如下：

①首先在基本系列中选好典型产品，在充分考虑基本系列各个规格之间以及与派生系列之间的通用化原则的前提下，对典型产品进行剖析和设计。通常情况下，典型产品结构方案应经过专家、设计、工艺、市场、管理部门充分论证后确定，典型产品设计工艺的先进性、水平直接影响系列产品总体技术水平。

②根据相似设计原理，使产品向纵向扩展，充分利用结构典型化和零件、部件通用化设计出基本系列各种规格的产品。

③在产品基本系列设计、试制基础上，同样利用结构典型化和零部件通用化原则，设计派生系列产品，基本系列与派生系列试制应根据具体情况可以串联、并联或以串并结合的方式进行。

产品系列设计是功能单元系列设计和组合化设计的基础，后两者构成组合功能系统设计。国外优秀企业最近10年推出的新一代中、小容量电动机保护断路器、交流接触器、热继电器、电子式过载继电器就是采用了功能单元系列设计和组合化设计技术。其中电动机保护断路器与交流接触器组合构成的控制与保护开关电器（CPS），交流接触器与热继电器和电子式过载继电器组合构成电磁式起动器。组合式CPS加防护外壳和必要的控制元件以及通信模块组合成控制单元可直接安装在电动机现场。

（4）低压电器设计的通用化

产品通用化是产品结构、结构要素、零件和部件的通用和继承。它是把系列产品的结构、结构要素、零件和部件能通用的尽量统一起来，或者把已有的同类产品的最佳结构、结构要素、零件和部件继承到系列设计中来或作为通用件而独立出来以供新系列产品使用。

1）通用化原理和目的。根据通用性、继承性和互换性原理，将同列零件的种类、规格、尺寸和效能归类、简化并统一，以实现零部件的通用化。通用化和标准化的目的相同，以扩大使用范围、增加重复利用次数，达到简化设计和工艺、扩大生产批量、缩短生产周期、节约人力物力和降低成本的目的。

2）通用件分类。通用件是通用化的最终体现，它具有重复使用的属性，重复系数越高，经济效果越好。到目前为止，通用件还没有严格的定义，通常分类如下：

①独立通用件。独立通用件是脱离产品并以独立形式存在的通用零部件，其独立性、通用性仅次于标准件。独立通用件相对于标准件来说还不够成熟，一般只适用于一定行业、一个企业或一定产品范围内。最近，国外有公司把塑壳断路器附件通用化，不仅用于塑壳断路器，也可用于万能式断路器，部分独立通用件经一段时间选用可提升为标准件。

②隶属通用件。隶属通用件是隶属于产品的通用件，一般是在两种以上产品中重复使用。但不脱离产品，仍采用产品隶属编号，附属于产品之中。

③借用零件、部件。借用零件、部件是在同一产品的各部件之间重复采用的零件和部件。

（责任编辑：姜婧婧）