面向21世纪的低压电器新技术

封闭在真空管壳中，触头开断时产生的电弧不会影响环境，因而它可以工作在苛刻的不利的工作环境下。在低压电器领域中，尽管它的价格比一般空气中灭弧的开关电器的价格要高，但它的优良性能和环保作用已越来越引起人们的关注。原先真空接触器一般用于特殊环境下，目前由于真空技术的进展、真空技术的应用已推广至通用的接触器。最近，德国金钟–默勒公司新推出的接触器系列，其额定电流580A至820A的规格采用了真空接触器。这种接触器有非常高的电器寿命，并且由于没有飞弧，需要的安装空间少，外壳的视窗便于观察触头的磨损情况。真空技术也应用于低压断路器，西门子公司于九十年代中期首先推出了3WS1真空低压断路器，其额定电流是630A至2500A，开断能力达50KA。目前国内研究单位和工厂也正积极开发这种产品，主要目标是提高其额定电流和开断能力。

　　由于电力电子技术的发展，新型电子器件如GTO，GTR及IGBT等第三代大功率半导体开关器件的出现，固态无触点开关近年来也得到很大的发展。与机械式开关相比较，它是一种无电弧开关，因而它有很长的寿命，并且不需要维护，从环保角度来看，一方面因为没有电弧，不会因为电弧引起触头材料和塑料气化而污染环境，另一方面也不会因为环境污染而使触头上产生氧化膜而影响接触可靠性。由于没有触头，机械式开关因电弧的作用使触头发热现象也不存在，这样无触点开关的操作频率可达到很高，固态断路器由于工作过程中的损耗大，并且缺乏足够额定电压和电流的功率电子器件，加上体积大、价格高，因而限制了它的应用。但近十年来的研究工作使它的缺点逐步在克服，Takamu【2】提出了一种混合式固态断路器，它应用于400V的低压线路，主回路由可关断晶闸管GTO与真空开关并联组成，以保证在正常工作时由真空开关接通电路，以减少GTO的功率损耗。带灵敏继电器的固态断路器线路中应用了一种快速反应的过流保护，去降低短路电流对晶闸管GTO的过热作用，当线路发生故障时，过流继电器送出的信号同时打开真空开关和接通GTO装置，真空开关上出现的电弧电压把故障电流转移到GTO回路中。紧接着，GTO快速关断，使断路器开断故障电流，这种线路减轻GTO的负担取决于灵敏继电器的快速动作。另一线路由Brice【3】等提出，把混合式固态断路器与聚合物限流电阻PTC结合起来。PTC是一种具有正温度特性的热敏元件，其反应速度非常快，当温度上升至居里温度，它的电阻就急剧增大，以限制短路电流。带PTC的固态断路器，PTC限流电阻与GTO装置相串连，当开断故障电流时，依靠PTC的限流作用，减轻了GTO装置的负担。在以上两种固态断路器中，金属氧化物避雷器和吸收电路是用于吸收GTO通断时的过电压。

四、高性能、小型化与结构设计现代化

　　由于城市电网的发展，配电变压器容量增大，对低压开关电器提出了高性能、小型化要求。为了提高低压开关电器的开断能力，国外公司提出了一些新的灭弧系统和限流技术，其中日本三菱公司在该公司发明的VJC技术基础上又提出了一种ISTAC技术。这种技术一方面通过导电回路的特殊布置来增加作用在动触杆的电动力，另一方面使用VJC材料形成的窄缝加强对电弧冷却作用。梅兰日兰公司则推出一种旋转式双断点的限流结构，并在前后级保护特性配合方面提出一种“能量匹配”的新概念。近年来，如上面已提到的PTC热敏限流电阻受到人们的极大兴趣，首先把这种限流电阻和塑壳开关串联使用，可大大增强限流效应，目前PTC电阻还可以单独作为限流器使用，并且应用范围已扩大到中压领域。

　　开关电器小型化有两种含义，一方面是电器本身的尺寸要小，另一方面是减少喷弧距离或实现“无飞弧”以缩小安装这种电器的开关柜尺寸。三菱公司提出的新型接触器，在灭弧室出气口加装了用以压制热气流的多孔金属板，可以使喷出热气流的温度降低到原来的10%，我国新设计的S系列和TM30系列塑壳断路器及DW40框架断路器都已作到了零飞弧。

　　对接触器来说，由于控制系统中电子器件增加，因而与PLC等电子器件的接口日趋重要，富士公司设计的新系列NEO SC系列中辅助触点设计成5V和3mA以与电子器件接口。接触器线圈节能技术近年来也有很大的发展，富士公司NEO SC系列接触器采用改进的超级电磁铁，不但保持原设计的节能和电源电压降低至极限值时能可靠工作的特色，并且能在保证50%额定电压时可靠吸合条件下，而在额定电压时较原设计的吸力特性有较大幅度下降，使吸反力特性得到良好的配合，从而使新系列接触器在吸合时，其冲击较原产品降低80%。改进后的超级电磁铁仍为一般电子控制，进一步发展为如上介绍的智能控制，用微处理器来控制电磁铁的动态特性。目前除金钟–默勒公司外，ABB公司也推出类似产品。

　　当前低压电器在结构设计上广泛应用模块化、组合化、模数化和零部件通用化。模块化是电器制造过程大为简便，通过不同模块积木式的组合，使电器可获得不同的附加功能。组合化使不同功能的电器组合在一起，有利于电器结构紧凑，减少线路中所需的元件品种，并使保护特性得到良好的配合。模数

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