电器的现状及其发展趋势

电器的现状及其发展趋势

摘要：电器学科现在仍然是正在兴旺发达的科学之一。随着国民经济与国防建设现代化的迅猛发展，对电器提出愈来愈多的要求。目前，电器结构与工作原理不断地改进和创新，品种与规格日益繁多是其特点之一。

关键词：电器 现状 发展

1引言

电器学科现在仍然是正在兴旺发达的科学之一。随着国民经济与国防建设现代化的迅猛发展，对电器提出愈来愈多的要求。目前，电器结构与工作原理不断地改进和创新，品种与规格日益繁多是其特点之一。那么什么叫电器?凡是带电的器具可以统称作电器。 在电压等级方面，最高工作电压已经发展到765kv级以上，而且1500kv级超高压电器设备的样机也已研制出来，最低电压达到几伏以下。 在电流等级方面，最高工作电流达到数万安培以上，而最小工作电流达到毫安级或更小的电器设备或元件。 在电源频率方面，大家熟知的直流与50赫或60赫兹工频交流电源仍在广泛地应用。此外，低频、超低频、中频、高频超高频及脉冲电源供电的电器元件与装置也被广泛地开发研制与应用。 目前，电器设备或元器件的结构尺寸已从半根火柴大小发展到高达数层楼高的巨型没备。对合理地组织生产与使用电器，科学合理地划分电压与电流等级，尽可能地减少系列产品的规格与型号有实际意义。尽量发展“组合式”、“积木式”、“标准单元”，以及零部件通用化，互换性高的电器或元器件是十分重要的。特别是在目前经济改革过程中，加强宏观领导和积极开展学科的科学技术学术交流活动是非常重要的。这样，可以调动各学科互相配合，取长补短。

2高压电器

高压电器的发展与输配电网路的发展有着密切联系。目前，200～300万kw的发电站已经出现，1000～1200万kw大容量发电站是发展的必然趋势，例如，长江三峡水利工程及西南水利工程等。但是，还有小型河流的中、小型发电站也在到处兴建。为了经济传输电能，提高输电网路的工作电压是重要的方法之一。为此，将会出现一系列技术难题等待电器科学工作者去研究解决。例如：1)各种电器的极限工作电压与电流，即研究极限经济与可能输出容量问题；2)过电压防护的研究，研究过电压产生的原因与危害，从而采用相应的、降低或消除过电压的措施是非常有意义的。例如500kv级变压器的用铜量与绝缘重量几乎差不多少。由此可见，研究降低过电压的措施对降低绝缘耐压水平是有实际意义的。目前已有办法可以做到分合*作过电压在1.5～2.0倍范围内，3)内绝缘游离放电，防老化与脏污的研究，长间隙空气外绝缘放电特性的研究；4)电弧熄灭的新原理、新介质的研究。例如真空开关，六氟化硫等，以及传统的提高压缩空气达150个大气压的方法等；5)新原理、新结构的研究。例如，电容式电压互感器，光电式电流互感器(磁光效应式，光脉冲重复频率调制式等)。 另外，由于高电压、大电流可控硅元件研制成功，给发展直流输电网路提供了条件。为此，提出了切换直流输电网路的开关及电器设备要求。

目前我国已在电气化铁道线上采用了22kv级以上的直流供电系统，在上海、西安等地已有电压为500kv的试验性线路。总体上说，在国内已从试验型走向运行型的阶段。目前许多科学工作者在理论与技术上不断有新的进展。国外已经有1000kv级左右的超高直流输电网路在运行。这一系统对超距离输电的经济价值比较大。 高、低压开关电器的*作机构的灵活性与可*性的研究也是极有兴趣的课题。短路故障自动断开，然后再自动合闸的自动重合闸装置也是很有实用价值与经济效益的课题。六氟化硫与压缩空气及真空开关的防漏与检修也是亟待解决的重要课题。油断路器仍在应用。 3低压电器 低压电器是低压供电与用电的主要电器设备。多数情况下，装在控制屏(或柜)中做成成套电器使用。个别情况下也单独使用电器(或元件)。低压开关是低压电器领域主要产品之一。

目前的关键技术问题是提高使用寿命与可*性问题。这一点在国内外都得到了重视。它涉及到电磁结构与理论，机构理论、技术与材料工艺，以及各运动部分零部件(例如，弹簧、短路环、触头等)

的耐冲击振动与耐磨性等。例如，目前交流电磁开关的短路环做成内嵌式是提高其使用寿命的有效方法之一。 现在在民用建筑上开始采用新型的自动开关代替传统的刀开关—熔断器配合使用的方案，特别是在经常发生过载或短路故障的建筑物上使用时经济效益比较大。虽然一次投资稍高些，但既可提高供电质量，又可以大量节省熔丝，同时，故障后恢复可*。因此低压电器的开发研制及推广应用是非常重要的。 半导体与可控硅等新型元器件的出现，使其与电磁装置组合起来，可以做出具有各种功能的自动化设备，它们将在国民经济、国防与生活领域中得到广泛的应用。

例如，各种用途的中频电源静止装置代替旋转电机(已经做出几百瓦至几万千瓦的装置)、磁半导体电器、半导体开关、磁半导体调节与稳定装置等。为了综合解决上述技术问题，往往需要发展“复合式”、“积木式”或标准单元化及零部件通用化等电器设备。这是目前需要或已经在大力研究与开发的新动向。 家用电器是低压电器方面新开辟的又一技术领域。在美观、适用、无噪音、安全、节电、功能优良、维护与使用方便等方面的技术指标应当尽量满足，才能在市场上具有很强的竞争力，及进入国外市场，受到千家万户的欢迎。

由于大规模及中规模等集成电路的研制成功，微型机及电子电器在许多方面得到了广泛的应用。这给电器、仪器与仪表的小型化带来很大的影响。因而，现在已研制出许多弱电电器、微型电器及仪器与仪表的样品。

尽管如此，目前国内外杂志介绍电器基础理论、电磁铁方面的文章又多了起来。磁放大器的应用又有所提高，特别是在要求原副边电隔离及高精度测量与控制方面是半导体等器件无法比拟的。电磁铁的气隙磁导gδ＝f(δ)与导数dg8/ds的精确计算方法，灭弧理论与计算方法都未完全解决。目前仍依*经验数据或公式近似计算。最后仍依*试验来解决。 4电工材料 电工材料主要包括绝缘材料、导电材料、磁性材料，及半导体材料等几个主要方面。 绝缘材料在耐高温、耐压、红外辐射、超低温等新型材料的合成体已经陆续被研制出来。

因而，耐高温达到200℃的漆包线已经广泛使用，而耐高温250℃的漆包线也已经研制出来。以铝代铜的研究工作在某些电工设备中得到了应用。 目前磁性材料又有了许多新品种，优质低矫顽磁力的合金钢片可以轧制成0.1mm厚度，具有高矫顽磁力的永磁材料，如br=12000gs，hc＝3000oe，及br＝6000gs，hc＝6000oe的磁性陶瓷也被研制出来。此外，热敏磁芯、磁泡、利用磁单晶成的滤波元件等。高导磁高电阻与高强度磁性材料也在开发研究过程中。

半导体材料制造工艺的不断完善，晶体管、可控硅、可关断可控硅元件、双向可控硅元件、热敏、磁敏、气敏、力敏，光敏等特殊半导体器件已经研制出来。中、大规模集成电路等可以巧妙地实现各种控制逻辑功能，使生产过程自动化更容易实现。

随着经济的发展，对电能的需求和依赖不断地增大。因此承担电能的伟输与分配、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、分析运算外，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。

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。

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，它可能引入低压电器产品一项新的“”。

（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、CAE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

分析于一体（CAD、CAM、CAE），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。

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（CAE）软件包括运动分析、受力分析、有限元分析、塑料压注成形分析等等， CAD、CAM、CAE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，提高企业的竞争能力。

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、CAE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。

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。从目前技术来看，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的研究工作，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新台阶。低压电器电弧产生与熄灭过程的难度要大得多，主要原因是电弧数学模型建产十分困难，随着电弧研究的不断深入，以及计算机技术的进步，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、计算机。

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、摇测、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。

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，尢其是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、日本等国家对触头可靠性的研究尤为重视，他们研究了各种使用坏境条件对接触可靠性的影响，对触头的材料、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。

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。

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，提出了改进措施，从而提高产品可靠性。

我国已经对电磁式中间继电器、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。

电器的现状及其发展趋势

王士和 蔡桂芬

(大连交通大学，大连 110628)

摘 要：从高压、低压及电工材料方面论述了目前电器的现状及未来发展的趋势。

关键词：电器；高压、低压、电工材料

中图分类号：tm5 文献标识码：b

1 引言

电器学科现在仍然是正在兴旺发达的科学之一。随着国民经济与国防建设现代化的迅猛发展，对电器提出愈来愈多的要求。目前，电器结构与工作原理不断地改进和创新，品种与规格日益繁多是其特点之一。那么什么叫电器?凡是带电的器具可以统称作电器。

在电压等级方面，最高工作电压已经发展到765kv级以上，而且1500kv级超高压电器设备的样机也已研制出来，最低电压达到几伏以下。

在电流等级方面，最高工作电流达到数万安培以上，而最小工作电流达到毫安级或更小的电器设备或元件。

在电源频率方面，大家熟知的直流与50赫或60赫兹工频交流电源仍在广泛地应用。此外，低频、超低频、中频、高频超高频及脉冲电源供电的电器元件与装置也被广泛地开发研制与应用。

目前，电器设备或元器件的结构尺寸已从半根火柴大小发展到高达数层楼高的巨型没备。对合理地组织生产与使用电器，科学合理地划分电压与电流等级，尽可能地减少系列产品的规格与型号有实际意义。尽量发展“组合式”、“积木式”、“标准单元”，以及零部件通用化，互换性高的电器或元器件是十分重要的。特别是在目前经济改革过程中，加强宏观领导和积极开展学科的科学技术学术交流活动是非常重要的。这样，可以调动各学科互相配合，取长补短。

2 高压电器

高压电器的发展与输配电网路的发展有着密切联系。目前，200～300万kw的发电站已经出现，1000～1200万kw大容量发电站是发展的必然趋势，例如，长江三峡水利工程及西南水利工程等。但是，还有小型河流的中、小型发电站也在到处兴建。为了经济传输电能，提高输电网路的工作电压是重要的方法之一。为此，将会出现一系列技术难题等待电器科学工作者去研究解决。例如：1)各种电器的极限工作电压与电流，即研究极限经济与可能输出容量问题；2)过电压防护的研究，研究过电压产生的原因与危害，从而采用相应的、降低或消除过电压的措施是非常有意义的。例如500kv级变压器的用铜量与绝缘重量几乎差不多少。由此可见，研究降低过电压的措施对降低绝缘耐压水平是有实际意义的。目前已有办法可以做到分合*作过电压在1.5～2.0倍范围

内，3)内绝缘游离放电，防老化与脏污的研究，长间隙空气外绝缘放电特性的研究；4)电弧熄灭的新原理、新介质的研究。例如真空开关，六氟化硫等，以及传统的提高压缩空气达150个大气压的方法等；5)新原理、新结构的研究。例如，电容式电压互感器，光电式电流互感器(磁光效应式，光脉冲重复频率调制式等)。

另外，由于高电压、大电流可控硅元件研制成功，给发展直流输电网路提供了条件。为此，提出了切换直流输电网路的开关及电器设备要求。目前我国已在电气化铁道线上采用了22kv级以上的直流供电系统，在上海、西安等地已有电压为500kv的试验性线路。总体上说，在国内已从试验型走向运行型的阶段。目前许多科学工作者在理论与技术上不断有新的进展。国外已经有1000kv级左右的超高直流输电网路在运行。这一系统对超距离输电的经济价值比较大。

高、低压开关电器的*作机构的灵活性与可*性的研究也是极有兴趣的课题。短路故障自动断开，然后再自动合闸的自动重合闸装置也是很有实用价值与经济效益的课题。六氟化硫与压缩空气及真空开关的防漏与检修也是亟待解决的重要课题。油断路器仍在应用。

3 低压电器

低压电器是低压供电与用电的主要电器设备。多数情况下，装在控制屏(或柜)中做成成套电器使用。个别情况下也单独使用电器(或元件)。低压开关是低压电器领域主要产品之一。目前的关键技术问题是提高使用寿命与可*性问题。这一点在国内外都得到了重视。它涉及到电磁结构与理论，机构理论、技术与材料工艺，以及各运动部分零部件(例如，弹簧、短路环、触头等)的耐冲击振动与耐磨性等。例如，目前交流电磁开关的短路环做成内嵌式是提高其使用寿命的有效方法之一。

现在在民用建筑上开始采用新型的自动开关代替传统的刀开关—熔断器配合使用的方案，特别是在经常发生过载或短路故障的建筑物上使用时经济效益比较大。虽然一次投资稍高些，但既可提

高供电质量，又可以大量节省熔丝，同时，故障后恢复可*。因此低压电器的开发研制及推广应用是非常重要的。

半导体与可控硅等新型元器件的出现，使其与电磁装置组合起来，可以做出具有各种功能的自动化设备，它们将在国民经济、国防与生活领域中得到广泛的应用。例如，各种用途的中频电源静止装置代替旋转电机(已经做出几百瓦至几万千瓦的装置)、磁半导体电器、半导体开关、磁半导体调节与稳定装置等。为了综合解决上述技术问题，往往需要发展“复合式”、“积木式”或标准单元化及零部件通用化等电器设备。这是目前需要或已经在大力研究与开发的新动向。

家用电器是低压电器方面新开辟的又一技术领域。在美观、适用、无噪音、安全、节电、功能优良、维护与使用方便等方面的技术指标应当尽量满足，才能在市场上具有很强的竞争力，及进入国外市场，受到千家万户的欢迎。

由于大规模及中规模等集成电路的研制成功，微型机及电子电器在许多方面得到了广泛的应用。这给电器、仪器与仪表的小型化带来很大的影响。因而，现在已研制出许多弱电电器、微型电器及仪器与仪表的样品。

尽管如此，目前国内外杂志介绍电器基础理论、电磁铁方面的文章又多了起来。磁放大器的应用又有所提高，特别是在要求原副边电隔离及高精度测量与控制方面是半导体等器件无法比拟的。电磁铁的气隙磁导gδ＝f(δ)与导数dg8/ds的精确计算方法，灭弧理论与计算方法都未完全解决。目前仍依*经验数据或公式近似计算。最后仍依*试验来解决。

4 电工材料

电工材料主要包括绝缘材料、导电材料、磁性材料，及半导体材料等几个主要方面。

绝缘材料在耐高温、耐压、红外辐射、超低温等新型材料的合成体已经陆续被研制出来。因而，耐高温达到200℃的漆包线已经广泛使用，而耐高温250℃的漆包线也已经研制出来。以铝代铜的研究工作在某些电工设备中得到了应用。

目前磁性材料又有了许多新品种，优质低矫顽磁力的合金钢片可以轧制成0.1mm厚度，具有高矫顽磁力的永磁材料，如br=12000gs，hc＝3000oe，及br＝6000gs，hc＝6000oe的磁性陶瓷也被研制出来。此外，热敏磁芯、磁泡、利用磁单晶成的滤波元件等。高导磁高电阻与高强度磁性材料也在开发研究过程中。

半导体材料制造工艺的不断完善，晶体管、可控硅、可关断可控硅元件、双向可控硅元件、热敏、磁敏、气敏、力敏，光敏等特殊半导体器件已经研制出来。中、大规模集成电路等可以巧妙地实现各种控制逻辑功能，使生产过程自动化更容易实现。

摘要：微处理机和计算机技术引入电器设备，一方面使电器设备具有智能化的功能，另一方面使开关电器，包括智能化断路器和智能化电动机控制器实现与控制计算机双向通讯。进入20世纪90年代，随着计算机信息网络的发展，配电系统和电动机控制中心已形成了智能化监控、保护与信息网络系统。

关键词：智能电器 现状 发展

1智能电器

微处理机和计算机技术引入电器设备，一方面使电器设备具有智能化的功能，另一方面使开关

电器，包括智能化断路器和智能化电动机控制器实现与控制计算机双向通讯。进入20世纪90年代，随着计算机信息网络的发展，配电系统和电动机控制中心已形成了智能化监控、保护与信息网络系统。

智能化断路器与电动机控制器是开关柜和电动机控制中心实现智能化的主要电器元件。微处理器引入断路器，首先使断路器的保护功能大大增强。诸如：它的三段保护特性中的短延时可设置成I2t特性，以使与后一级保护更好地匹配；接地保护可实现选择性，对断续的电弧接地故障可带记忆功能。

目前自动化控制中使用大量的软起动器、电力电子调速装置和不间断电源等，这些装置都会使配电系统产生高次谐波，而模拟式电子脱扣器一般反映故障电流的峰值，因而电源的高次谐波会造成断路器的误动作。而带微处理器的智能化断路器的处理单元能准确反映负载电流真实的有效值(RMS值)，它的采样和保持电路能消除输入信号中的高次谐波，因而能避免高次谐波造成的误动作。

智能化过载继电器与传统的双金属热继电器相比，具有一系列的优点，它能保护多种起动条件的电动机，具有很高的动作可靠性。它不但可保护电动机过载与断相，并可保护接地、三相不平衡、反相或低电流等。在智能化电动机保护继电器基础上进一步开发的智能电动机控制器，兼有监控、保护和通讯的功能。

由智能电器单元与控制计算机组成的网络系统与传统的配电系统与电动机控制中心相比有以下优点：实现计算机集中控制，提高了配电系统自动化程度；使配电、控制系统的调度和维护达到新的水平。由于采用数字化的新型监控元件，使配电系统和控制中心向上提供信息量大幅度增加；监控元件和传统的指示和指令电器相比较，接线简单、便于安装，提高了工作的可靠性；可以实现数据共享，减少信息重复和信息通道。

2可通讯电器与信息电器

网络通讯的发展，要求用户和设备之间的开放性和兼容，因而制定一个统一的通行协议是亟待解决的一个关键问题。目前由智能化电器与计算机通过接口构成的自动化通讯网络正从集中式控制向分布式控制发展。现场总线技术的出现，不但为构造分布式计算机控制系统提供条件，并且它即插即用，扩充性好，维护方便，因而目前这种技术成为国内外关注的焦点。

现场总线是连接智能化现场设备和控制室之间全数字化、开放的双向的局部通信网络。现场总线种类很多，比较有影响的有：CAN、Lonworks和Profibus等。它们各有特点和优势，在不同领域有不同的应用价值。但也正是现场总线技术多种多样和通讯标准，给这种技术的发展带来不利的影响。目前国际电工委员会和现场总线基金会正致力于现场总线标准的统一，我国有些单位也在做这方面工作，我们把基于现场总线技术，具有通信功能的电器称为可通讯电器。

目前现场总线技术正向上下两端延伸，其上端和企业网络的主干Ethernet、Intranet和Internet等通讯，其下端延伸到工业控制现场区域。这方面有西门子公司的AS接口和罗克威尔公司的Devicenet两种总线系统，这两种总线应用于低层区域，是一种低成本的通信连接，它把工业控制用的传感器和执行器，包括限位开关，光电传感器，电动机起动器、按钮指示灯、多功能继电器等简单的控制元件作为从设备连接到网络，与作为主设备的控制计算机或可编程逻辑控制器(PLC)进行通信。传统的继电器、接触器控制系统的触点转换信息变成二进制数字信息通过串行接口和寻址进行通信，这使传统的控制元件也有了性的变革，例如西门子AS总线系统中应用的Logo多功能继电器实际上是一个小型的PLC，它能起延时、闩锁、记数器和脉冲继电器等功能。

使智能电器进一步实现信息化，是使智能电器在现场级实现Internet/Intranet功能，其技术核心是实现TCP/IP协议。把TCP/IP协议嵌入到智能电器的ROM中，使得信号的收发都以TCP/IP方式进行，进一步发展智能电器的信息化功能。利用Internet/In-tranet功能，对现场的智能电器

进行远程在线控制、编程和组态等，这使智能化电器进入了信息电器的新时代。

3智能脱扣器

脱扣器的定义是随其功能不断变化的。在早期，脱扣器可定义为在大于额定电流值的过电流(故障电流)流通时使操作机构脱扣跳闸，从而达到使断路器自动分闸的机构。而随着过电压、欠电压脱扣器、分励脱扣器的发展，特别是现在脱扣器智能化、可通讯化的发展，脱扣器的功能是越来越强，附加功能也越来越多。上面简单的定义显然已不符合实际情况。

现在，我们把能使断路器实现对电气设备免受过载、短路、欠电压、过电压等故障的危害的各种保护功能的机构统称为脱扣器。而具备电路参数检测和信号处理的则称为电子式脱扣器；配置微处理器系统，而且能实现通信化的称为智能型脱扣器。

3.1脱扣器的现状

脱扣器是随着断路器的发展而发展的。我国90年代前的脱扣器产品以电磁式和热式为主，有少量的电子式和智能化的脱扣器产品。而国外在脱扣器的电子化和智能化研究和制造方面则走在前面，现在大约领先我国5～10年。

智能化脱扣器能使断路器具有更强大的功能。我国新研制开发的DW45系列等产品的脱扣器已具有与工控机、PLC等通讯的功能，能提供开关状态、三相电流、电压、功率因数、有功功率等参数。在通信化方面，各国都比较重视采用比较成熟的现场总线技术。我国当前主要采用FCS现场总线系统。

智能化脱扣器可实现过电流，电压和分励等传统脱扣器的功能。在硬件上，微处理器模块、辅

助功能模块和执行单元都可以是相同的，对电流和电信号处理、显示等的不同，可以在软件设计里实现。另外，过电流保护功能需要配置过电流信号检测单元，而电压保护则需配置电源、整波滤波、稳压、欠压延时等单元，分励功能只须增加一个开关即可。

3.2智能脱扣器的发展趋势

根据国内外电器厂商已推向市场的新产品和研究动态来看，智能脱扣器具有以下发展趋势：

3.2.1

智能化脱扣器的产品化：即将智能脱扣器做成相对断路器的通用性的产品，使其使用范围不仅限于某种断路器，而且脱扣器的检测和维修也会相对简单。以前断路器产品的测试必须在断路器整个设备装配完成后才能进行，而脱扣器产品化以后，其测试可以于断路器进行，这使得整个断路器的测试程序大为简化，而测试时间也大为减少。

3.2.2

脱扣器的电子化：随着半导体集成技术，微电子和计算机技术的迅猛发展，智能脱扣器控制的能力越来越强，将从常规的电压、电流、功率等电参数的智能化检测与控制，发展到对诸如触头材料磨损量，灭弧室温升等非电参数的检测与控制等方面。

智能化和可通信化：智能化与电子化最大区别就是其采用了微处理器。从而具有应用软件，这样在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力，可通信化是在脱扣器产品中加入相关的检测、判断和通信等芯片或电路，使脱扣器的各种状态和工作参数能较好地通过传输媒质(如现场总线、串口线等)与线路上的其它电气设备进行信息交流，以适应当前电气设备智能化及网络化的发展趋势，

而采用现场总线则使技术上有了较统一的标准，也使得脱扣器测试、检测和维修等有了更多的参考数据。电气产品检测、工作电路的集成化甚至芯片化也是当前的趋势。

在我国，脱扣器可通信化的具体要求可体现为“四遥”—遥测、遥控、遥讯和遥调，这距离网络化能力还有很大的差距，但比较符合我国科研水平和经济水平。

3.2.4

模块化，通用性：模块结构给产品设计、制造及市场适应能力带来了许多好处，诸如降低产品设计、制造和新产品开发的复杂性，增强了功能扩展，使维护方便，产品的市场应变能力强等。模块化设计及尺寸、零件等具有通用性，无论在生产者的设计、制造和技术继承等方面，还是在用户使用、维修中的作用及重要性，当前都已为多数人所认识。

另外，提高脱扣器的高可靠性、高稳定性，操作方便与安全方面也是其发展的主流趋势。对我国的产品，在材料和加工工艺，产品的外观和整体布局也是值得注意的方面

智能脱扣器具有以上的这些功能和特点，一方面可以在同一台断路器上实现多种功能，使单一的动作特性有可能做到一种保护功能多种动作特性；另一方面可使断路器实现与控制计算机双向通讯，构成智能化的监控、保护、信息网络系统，使断路器从基本保护功能发展到智能化的保护功能。

4智能电器的关键技术

4.1检测和传感技术

线路上的电参数测量时，电压通常用电压传感器(变压器)，而电流常用电流传感器(电流互感器)，

后者有实心和空心之分，两者各有利弊。采用实心电流互感器在小电流时线性度虽好，但大电流时铁心易于饱和，线性度差，测量范围小；采用空心电流互感器，线性度好，测量范围广，但在小电流时，信号较小，测量误差大。要提高小电流的测量精度，必须改变互感器线圈匝数，增加互感副边输出信号。但是小电流时，若副边输出信号过大，大电流时则信号难以采样，甚至破坏电路的正常工作。因此，要提高小电流时的测量精度，同时兼顾电流的测量范围，实现全范围电流的精度测量。

另外，信号检测单元在采用适当的传感器后，还应采取各种信号放大器对电信号进行适当的放大，采取噪声滤波器进行噪声滤波等电路。此外，需要考虑的因素还有很多，如输入输出的特性、灵敏度、频率响应、时间常数、温度系数、测量范围等，是实现电器产品智能化的关键技术之一。

4.2微处理器及其接口技术

4.2.1

对微处理器的基本要求是具有硬件通用化、应用灵活化、记忆、计算、查表能力，指令系统适合实时控制、执行速度快等一系列优点，因为这是智能化电器的核心。目前微处理器已形成多系列、多品种局面，我国当前用得较多的是MCS—51系列，有10多种型号。

4.2.2

接口技术指微处理器与外围设备之间联系的技术，即包括硬件，也包括软件的技术。接口电路多种多样，常用的有微处理器通用接口，键盘、显示器接口、打印机接口，A/D、D/A接口等。

4.3应用软件设计技术

可以说软件是智能元件的灵魂，微处理器与数字电路的本质区别就在于它具有软件系统，很多硬件电路能实现的，软件也能做到，因此在硬件电路设计时，有时可以考虑用软件来部分或全部实现。

由于脱扣器的工作特点，快速反映对其工作性能的作用不言而喻，在加强传感器技术研究的前提下，采用先进的算法也是很有必要的。而且，为了能够早期检测增加的短路电流值，仅检测现在电流值是不够的，必须能够预测电流的变化趋势。可以通过观察相电流的一阶或多阶导数di(t)/dt获得，即对所预测情况的实际电流i(t)和它导数之间的联系进行跟踪。这也需要先进复杂的算法。

4.4抗干扰技术

智能化电器的发展，使电磁兼容性EMC变成越来越重要的问题。EMC要求包括两种含义：一方面要求智能电器在使用场合工作时，不受外界电磁干扰而引起误动作；而另一方面要求电器操作产生的电磁场不干扰附近的电子设备。目前国外对智能化电器和机电一体化产品的EMC问题非常重视，因为电磁干扰会引起这类系统失灵而误动作，会造成巨大的经济损失。智能化电器和其保护、监控系统把敏感的数字电器元件处于强电流及高电压电磁场中，使这些设备的电磁抗干扰能力在设备设计和运行中已成为不可忽视的因素，因而在国外智能化电器及其系统在设计初始阶段即制定严格的电磁兼容控制与管理计划。该计划主要包括产品或系统EMC分析，制定EMC设计技术指标、设计计划、标准、实施计划与测试方法等，并把这一计划作为产品或系统设计的重要一环，EMC分析和设计是为了达到EMC技术要求的关键工作，包括分析电子线路的辐射程度及抗干扰能力以及系统集成的电磁兼容性能；EMC设计包括电磁屏蔽、接地、导线间距的确定，以及考虑印刷电路板布线之间的电磁耦合等。目前随着高频电磁场数字分析和计算机硬件的发展，采用现代仿真技术取代传统的测试方法和经验分析方法，已在EMC分析中起到越来越大的作用。

电子电器的干扰来自各方面，有电气干扰，环境温度变化以及气压、振动、时间等各种因素，

其中电气干扰是各类干扰中的主要因素。干扰通过各种线路侵入微处理器系统，也以场的形式从空间侵入微机系统，供电线路是电网中各种浪涌电压入侵的主要途径。抗干扰有硬件抗干扰、软件抗干扰，也有软硬件相结合的措施。硬件抗干扰具有效率高的优点，但要增加系统的投资和设备的体积；软件抗干扰有投资低的优点，但要降低系统的效率，因此分析干扰源及干扰波的传播途径，合理选择抗干扰措施是智能化电器产品设计和应用的重要内容。

4.5可靠性技术

电子产品的可靠性涉及的范围很广，诸如元器件的可靠性、技术设计、工艺水平和技术管理等共同决定了电子产品的可靠性指标。提高产品的可靠性，必须掌握产品的失效规律，只有对产品的失效规律进行全面的了解，才能采取有效的措施来提高产品的可靠性。智能化电器产品在实现基本功能的基础上，还要实现很实用的辅助功能上。具体辅助功能如下：

1)电流电压显示功能；

2)对脱扣器各种参数的整定功能；

3)试验功能；自诊断功能；

4)通讯接口功能；

5)远端监控和诊断功能；

6)负载监控功能；

7)模拟功能等。

5结论

综上所述，智能电器具有更强大的功能，而智能电器的发展趋势是依靠微处理器的运算能力，较好地实现智能电器功能，只要在参数检测和信号处理单元进行相应的参数设置，一个智能电器就可实现传统意义上的几个电器产品的功能。

多功能化是智能化产品的特点，而可通信化也是智能化电器的一个重要发展方向。具备通用的通讯接口，采用标准化的通信协议使其与其计算机联网构成监控、保护与信息网络，使智能电器在现场级实现In-ternet/Intranet功能。