再论我国第四代低压电器

　　表1国外新一代万能式断路器主要规格及技术性能公司名称产品型号额定电流/A额定电压额定极限短路分断能力/kA（AC415V时）额定运行短路分断能力/kA（AC415V时）额定短时酎受电流/（kA/ls）（AC415V时）三极抽屉式外形尺寸（宽X高X深）/mmXmmXmm公司ABB公司GE公司国外新一代塑壳断路器主要规格及技术性能见表2.国外新一代交流接触器主要规格及技术性能见表3.与第三代低压电器相比，在产品结构、性能上应有新的突破。

　　各类产品主要部件结构应有新的突破，如万能式断路器在触头灭弧系统、操作机构、智能控制器等主要部件结构应有所创新（详见本文第六部分）。

　　产品主要部件和各种附件模块化程度应明显提高。

　　产品附件与配套件包括连接方式应齐全，以满足不同用户需要。

　　产品技术指标或功能上应有新的突破，产品进一步小型化、多功能化。

　　提高产品维护性能，产品设计应考虑用户使用、维护方便，可靠性应进一步提高。

　　表2国外新一代塑壳断路器主要规格及技术性能公司名称产品型号额定电流/A额定电压/V脱扣器型式额定极限短路分断能力/kA（AC415V时）额定运行短路分断能力/kA（AC415V时）三极断路器外形尺寸（宽X高X涞）/mmXmmXmm ABB公司可调热磁式可调热磁、电子式可调热磁式GE公司可调热磁式可调热磁、电子式电子式可调热磁可调热磁、电子式电子式可调热磁可调热磁、电子式电子式可调热脱扣、固定电磁可调热磁可调热磁、电子式公司可调热磁式电子式时）表3国外新一代交流接触器主要规格及技术性能公司名称产品型号额定电流/A额定电压/V机械寿命OT次最高电寿命380V/AC3历次A系列AF系列第四代低压电器强调成系统开发，单一可通信电器不可能组成系统。同时强调标准化，除低压电器本身应符合有关标准外，其通信协议，通信规约（含通信内容）必须标准化，不同公司生产的同类产品有较好互换性。

　　第四代低压电器产品主要材料选用应符合欧盟有关指令。新一代产品外壳材料，其它塑料件材料，触头材料应符合欧盟二个指令中明确的“在电气设备中限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴二苯醚和多溴联苯等六种有害物质”的要求。为此，现有某些阻燃塑料应重新研究与选用，银氧化镉触头将不能使用。另外低压电器外壳材料应便于回收，如塑壳断路器外壳材料应选用热塑性材料等。

　　第四代低压电器产品零部件结构应适合自动装配和自动检测的需要。

　　随着我国低压电器产品与制造技术不断发展与提高，目前部分产品，如小型断路器、塑壳断路器等产品自动检测设备和自动检测线已经在我国部份优秀低压电器企业应用，某些产品部件自动装配和整机半自动装配生产线也已开始应用。但是，我国现有许多低压电器产品与零部件结构难以适应自动装配的要求。目前，我国低压电器生产规模和制造水平已初步具备采用自动装配线的条件。为此，第四代低压电器从新产品设计开始不仅要考虑产品技术性能的要求，同时零部件结构与形状要适合自动装配的工艺要求，为我国低压电器整体水平的提篼奠定基础。

　　4第四代低压电器与现场总线第四代低压电器与现场总线的关系电子技术与微处理器在低压电器中应用，使低压电器开始具有智能化功能，从而在我国诞生了以DW45系列为代表的智能化低压电器，但是低压系统中单一智能化断路器不能充分发挥其智能化功能，只有将智能化电器与计算机联网才有可能将智能化低压电器的功能全面发挥出来。而传统的一对一并行连接的通信方式，由于系统复杂、价格昂贵、维护与系统扩展麻烦而难以推广。现场总线用一根总线以串行方式将各种现场设备与上位机连接起来，使网络系统大为简化。同时，给系统设计、安装、调试、维护带来极大方便，系统成本一般可降低40%左右。因此，现场总线技术在低压电器系统的应用，为智能化低压电器的发展与推广创造了良好的条件。

　　现场总线系统是一个数字化通信系统。总线技术的应用将给低压和控制系统带来一场新的革命。可通信低压电器可以安装在带总线系统的智能化开关柜内，也可以安装在被控制设备现场，通过总线与上位机连接，进行实时数据交换，并使系统具有四遥功能。从发展趋向看，采用现场总线系统后，低压控制柜，特别是马达控制中心可逐步取消，原马达控制中心每一个抽屉发展成为独立的智能化控制单元，直接安装在现场，通过现场总线与上位机连接起来。从而大大节省主回路电缆和二次控制线。

　　国际上现场总线种类很多，按使用场合大致分为三个层次：设备层、控制层和信息层。与低压电器连接的总线属设备层（底层）总线。国外大部份专家认为，从目前技术水平看，没有绝对先进的现场总线，每一个总线都有它的优点，也有它的不足之处，应根据产品特点，使用场合合理选用。

　　根据低压电器产品和低压与控制系统特点，目前我们重点选择Profibus，DeviceNet，Modbus，Asi四个总线。Profibus总线通信速率较高，但协议比较复杂、成本较高、通信方式相对单一、技术开放性不够，DeviceNet通信速率较Profibus总线相对低一些，但由于其通信方式灵活、网络利用率篼，因此实际通信速度并不低。另外DeviceNet总线通信协议相对简单，成本低一些。Mcdbus总线通信协议更为简洁，便于使用者掌握，但通信速度较慢，功能较弱。Asi总线主要传输开关量信息，适合低压控制电器使用，一般与ProfibusDP配合使用。

　　上述四类总线中，考虑综合技术经济性能及低压电器与低压系统特点，目前重点推广DeviceNet总线，其主要特点如下：完全开放的协议，其协议的版本可以从全球DeviceNet供货商协会的国际组织ODVA或中国DeviceNet供货商协会ODVACHINA得到。

　　DeviceNet是一个设备层的协议，更适合于低压设备和控制设备使用。

　　采用带CAN的芯片，主要的芯片供应商均可提供带CAN的芯片。

　　利用CAN作5为介质访问控制和物理信号，具有较强的抗干扰性能，数据通信可靠，适合于在低压和控制系统的强磁场环境下使用。

　　用位仲裁机制，网络利用率高，具有较高的通信速率，可满足低压电器实时通信的要求。

　　通信协议相对简单，系统组态方便，采用对象模型和设备描述，同类设备的互换性较好，开发成本相对较低。

　　DeviceNet已批准为正式的家标准GB18858.3-2002《低压开关设备和控制设备控制器-设备接口（CDI）第3部分：DeviceNet》，并于2003年4月1日正式实施，具有更广阔的应用推广前景。

　　5至2010年新一代低压电器与相关领域总体发展目标开发完成低压电器主要品种符合第四代产品基本要求和主要技术特征的新一代产品，主要包括：万能式断路器、塑壳断路器、真空断路器、交流接触器、真空接触器、软起动器、电动机保护断路器、控制与保护开关电器等。

　　第三代、第四代低压电器有代表性系列产品均具有双向通信功能，可以直接或通过通信适配器与多种开放式现场总线连接。不同企业生产的同一类可通信低压电器在总线系统中应有较好互换性。因此，在产品开发同时应完成低压电器通信规约标准制定与推广工作。

　　完成低压电器各类产品通信接口和通信适配器研制，包括具有自主知识产权的通信接口和通信适配器中专用协议芯片的研制。

　　完成现场总线系统中其它可通信电器及各类配套元件系列产品的开发，包括电量监控仪、数字童与模拟量I/O模块，可编程I/O模块及总线延伸器、总线连接器、总线电源及各种配套元件等。

　　智能化低压系统组态软件和上位机应用介面开发，同时完成智能化可通信低压成套开关设备研制与推广，有一批低压电器和低压成套生产企业具有系统集成能力。

　　用现场总线实现低压系统与中压系统联网，实现低压系统和中压系统区域联锁，进而实现保护自动化。区域联锁的目标是：扩大选择性保护范围，直至实现全范围选择性保护（包括低、中压）争取在极短时间内实现选择性保护，减少系统动、热稳定要求。

　　建立可通信低压电器及相关现场总线产品标准体系及测试基地。

　　6第四代低压电器主要产品发展设想拟通过以下几个方面寻找结构与性能上的突破口触头灭弧系统研究。通过计算机仿真分析，寻找现有产品缺陷，同时分析国外最新一代产品结构特点，着重研究/eu=/es=/ewB决方案，为实现全范围选择性保护奠定基础。

　　新一代超大容量产品（50006300A）应采用整体式结构，并探索采用强迫冷却的可行性及结构方案。

　　发展并完善小容量万能式断路器，国外上一代万能式断路器最小额定电流为630A，框架等级一般为3200A.最新一代产品最小框架等级1600A（或1250A），最小额定电流一般为630A，个别产品为400A.根据我国低压系统现状，拟发展框架等级为1200A或1600A，最小额定电流为200A产品。

　　通过灭弧系统改进，进一步缩小灭弧室尺寸。

　　通过不同出线方式，提高散热效果。

　　新型操作机构研究，简化五连杆操作机构，提高动作可靠性。探索在低压断路器中采用永磁操作机构可行性。

　　智能控制器功能应有新的突破，在现有功能基础上应增加电网质量监控与管理功能：电量检测精度应进一步提高；发展内置式通信接口，研究智能控制器与通信接口CPU采用一个芯片的方案。能与多种开放式现场总线连接（一般通过不同通信适配器实现）。

　　万能式断路器内部附件连接采用内部总线，发展区域联锁模块，探索区域联锁模块通过总线连接的方案。

　　研究万能式断路器用外置式智能控制器的可行性以及万能式断路器群控运行方式。

　　提高万能式断路器各部件、附件、配套件，模块化程度。

　　提高万能式断路器可靠性研究，探索可靠性设计技术。

　　根据国外产品发展趋势，我国新一代塑壳断路器可以从以下几个方面寻找创新点。

　　触头灭弧系统。欧洲大部分公司新一代产品采用双断点旋转式触头系统，以提高分断能力，并省去软连接。以日本三菱、富士公司为代表的仍采用单断点触头系统。我国新一代产品应统筹考虑产品主要部件结构，并开展大电流分断过程仿真研究后提出新型触头灭弧系统方案。

　　产品各部件及主要附件应采用模块化结构，对100200A产品零部件设计应考虑采用自动装配线工艺要求。

　　保护功能齐全、特性调整方便。新一代产品均应带有热磁式、电子式、剩余电流、智能可通信脱扣器。电磁式与电子式过电流保护特性均实现面板可调。

　　外壳材料采用可回收的热塑性材料，并符合欧盟有关指令。

　　断路器可配置通信接口，一般通过各类通信适配器与多种开放式现场总线连接。

　　安装与出线方式多样化。安装方式：固定式、抽屉式、插入式、导轨安装、安装与母排连接一体化结构。出线方式：板前、板后、多种连接附件。

　　根据近几年国外产品的发展，可从以下几个方面寻找突破口：壳体材料和灭弧罩材料塑性化。接触器的壳体或灭弧罩采用可回收的热塑性材料，并符合欧盟指令的要求。

　　提高安全防护性能和可靠性。通过电磁系统仿真设计和有效的工艺措施，提高电磁系统和触头系统的工作可靠性。改进结构设计，防止接触器带电导体外露，提高防电击保护性能。

　　触头材料。探索使用工艺简单、灭弧性能好的新型环保触头材料，替代原来的含有镉等有害物质的触头材料。

　　小型化。通过新材料的采用，进一小缩小接触器的体积。

　　用电子技术和新技术对传统的接触器进行改造，开发新产品。

　　例如，采用由专用集成电路制成的电子模块控制电磁系统，电子模块包括浪涌吸收、整流、电压信号检测、接通和保持信号转换等电路，对接触器实行最佳控制，进一步提高接触器的可靠性和减少能耗。

　　开发特殊规格及多用途的接触器：如超低功耗的“迷你型”接触器，真空接触器，无触点接触器，永磁式、锁扣式等节能型接触器等。

　　具有通信接口，通信接口可以在专用的通信模块上，也可与电磁系统的电子控制器件组合在一起。通信接口可通过通信适配器或直接与各种现场总线连接。

　　带选择性保护终端系统研究，发展具有延时功能小型断路器，以实现终端电器上、下级选择性保护。

　　为满足不同终端系统要求，发展高分断小型断路器，并发展各类附件如欠压、分励、辅助触头等。

　　智能化终端系统研究，为此应发展带电动操作的小型断路器，为终端系统实现网络化创造条件。

　　新一代小型剩余电流断路器。重点考虑发展B型剩余电流断路器和带自检功能的剩余电流断路器。