1 低压电器基本概念
1.1 低压电器产品范围
1.1.1 低压电器:通常是指在低压配电系统和控制系统中起通断、保护控制或调节作用的电器。
1.1.2 低压电器的电压范围:我国把交流1000V及以下,直流1500V及以下作为低压电器的电压范围。
1.2 低压电器产品分类:
低压电器按用途分为配电电器和控制电器两大类。
1.2.1 配电电器
主要用于电能的分配,并对电路和用电设备进行保护以及通断、转换电源或负载。
断路器——框架式(万能式)、塑壳式、小型;
熔断器——有填料管式、无填料管式、插入式、螺旋式、自复式;
隔离器——刀开关、熔断器式刀开关、负荷开关、隔离开关;
漏电保护器——漏电断路器、漏电继电器。
1.2.2 控制电器
主要用于控制用电设备,使其达到预期要求的工作状态。
接触器——交流、直流、可逆、空气、真空、切换电容器式等,
继电器——热过载、中间、时间、电流、电压、温度、速度等;
主令电器——按扭、转换开关、凸轮控制器、行程开关等;
起动器——电磁、自耦减压、星三角、软启动,变频器等。
电磁铁——起动、制动、牵引;
变阻器——励磁、起动、频敏、划线。
控制电器中,按其所处电路和功能,又分为主电路控制电器和控制电路电器两类。
主电路控制电器:
控制电路电器:
v 1.2.3 低压开关装置
把低压电器元件按其功能组装成的系统,成为低压开关装置:主要用于动力和照明等用电设备的配电线路的配电装置。
1.2.3.1 低压开关装置按功能分,有配电装置和控制装置两大类。
1.2.3.2 按装置结构分,有
小三箱——照明箱,计量箱、动力箱;
控制箱——操作箱,操作台,控制屏、控制柜;
低压开关柜——固定式(PJL型、 GGD型)
抽屉式;GCK(GCL)型抽屉式开关柜;
GLG型固定分隔式开关柜;
GCS型抽屉式开关柜;
多米诺型抽屉式开关柜;
MNS型开关柜等。
1.2.3.3 抽屉式开关柜特点:
按功能分动力柜和控制柜;
短路能力高;
进线和分路母线分隔;
抽屉功能模块能互换;
各种安全联锁功能.
v 2 常见低压电器产品简介
2.1 断路器
属配电电器,曾称为自动开关,用于对配电电路、电动机或其它用电设备实行通断操作并起过载、短路或欠电压等保护作用的开关电器。
按功能和结构,有框架断路器、塑壳断路器和小型断路器三类。
2.1.1 断路器的保护功能
早期的断路器只具有短路瞬动的一段保护。后来发展为过载长延时和短路瞬动的二段保护。现在大量生产的小型短路器和塑壳短路器都是二段保护。断路器有再增加过载短延时保护和接地故障保护的所谓“四段”保护。此外,断路器还可通过加装附件,实现欠电压保护。当代先进的断路器引入微电子技术,使它具有一定的智能化功能。
2.1.2 断路器的工作原理
合、分闸机构(手动、电动、四连杆、弹簧储能及释能);
脱扣机构(四连杆—五连杆转换);
瞬动、延时、欠电压脱扣原理。
2.1.3 框架断路器
1) 从结构上说,将所有构件都安装在具有绝缘衬垫的框架上,形成一个整体的断路器;
2)也称万能式断路器,是从功能上说;
3)用于线路主干线的配电与保护;
4)框架断路器产品举例。
2.1.4 塑壳断路器
1)将所有构件都安装在模压绝缘外壳中的断路器;
2)主要用于分支干线电路的配电与保护;
3)塑壳断路器产品举例。
2.1.5 小型断路器
1)将所有构件都安装在小型模压绝缘外壳中的断路器;
2)用于电路的终端,对终端电路和用电设备作过载和短路保护;
3)现在的小型断路器一般都有模数化的尺寸和轨道化安装;
4)也归入建筑电器范畴。
v 2.2 隔离开关
在断开位置,能满足电路上隔离功能的一种电器。
1)能承载正常电路条件下的电流,也能在一个规定时间段内承载非正常电路条件下的电流(短时耐受电流);
2)不具有保护功能;
3)常与保护电器(熔断器、断路器)配合使用;
4)相关产品:刀开关、开关熔断器组(负荷开关)、熔断器式隔
离开关。
v 2.3 接触器
属控制电器(控制主电路)。能频繁地接通、承载和分断正常电路条件(包括运行中正常过载运行条件)下的电流的一种非手动操作的开关电器。
1)按操作方式有电磁式和气动式,电磁式又有直流和交流;
2)按主电路电源性质有直流接触器和交流接触器;
3)按绝缘介质分,有空气式接触器和真空接触器;
4)按结构形式分,有直动式接触器和转动式接触器;
5)产品举例。
2.4 继电器
属控制电路电器。具有一个或多个输出端,当输入信号达到规定要求时,电器的输出端发生状态跃迁变化的电器。
1)按输入信号分,有电压继电器(直流、交流)、电流继电器、速度继电器、频率继电器、温度继电器;
2)按用途分,有过电压、欠电压、过电流、热(过载)、速度、频率、时间、中间、通用
v 2.5 控制器
属控制电器,手动电器。按预定程序转换主电路或控制电路的接线以变更电路中参数的电器。
有凸轮控制器、主令控制器。
2.6 其它电器
CPS组合电器、ATS装置。
v 3.电器的基本性能参数
1)极限短路分断能力Icu——在规定的试验程序和试验参数下,电器能接通和分断的短路电流能力。试后还具有一定的介电耐压能力,但可不考虑继续承栽它的额定电流。
2)运行短路分断能力Ics——在规定的试验程序和试验参数下,电器能接通和分断的短路电流能力。试后还具有一定的介电耐压能力,并且须考虑继续承栽它的额定电流。
3) 短时耐受电流Icw——在规定的试验条件下,断路器能承载而不损坏的短时耐受电流值。短时耐受电流Icw只适用于具有短路短延时特性的电器。
4)电器的几种典型负载——
AC1(无感、微感、电阻炉)、 AC2(通断:2.5Ie/Ue)
AC3(通:6Ie/Ue,断:Ie/0.17Ue) AC4(通断:6Ie/Ue)
DC1(无感、微感、电阻炉) DC3(通断:2.5Ie/Ue/2mS并激电动机)
DC5(通断:2.5Ie/Ue/7.5mS串激电动机)
5)断路器的本体功耗——指断路器在通以最大额定电流时,因其本身的电阻发热而产生的功率损耗,通常以三相总功率(W)表示。
6)温升——电器在规定的使用条件(环境、安装条件)下,通以额定(约定发热)电流,达到稳定发热温度时,该温度与环境温度之
差,以K氏温标表示。
7)机械寿命——在正常安装条件下,电器的主电路不通电流,按规定的额定操作频率和负载因数动作,未经修理,不更换机械零件所能达到的操作循环数。
8)电气寿命——在正常安装条件下,电器的主电路在额定电压下通以额定负载,按规定的额定操作频率和负载因数操作,未经修理,不更换零件所能达到的有载通断操作循环次数。
9) 介电性能—— 绝缘性能的考核,绝缘电阻、耐压(工频、冲击)。
1 五十多年的四个阶段三代产品
1)50年代——没有独立设计开发能力,没有自己开发的产品。只有零星的电器修配业,从前苏联引进产品。
2)60年代 —— 开发我国自行设计的第一代电器产品。
3 )70 年代末~80 年代—— 全国统一设计第二代电器产品。
4 )90 年代~ 本世纪初—— 第三代电器产品。
5 )目前三代同堂—— 三代产品分别占有15% 、55%~60% 、25%~30% 。
6 )电器工业分布格局——
第一阶段,50~60 年代:沿海老工业基地。
第二阶段,60 年代后期~80 年代:五大电器基地。
第三阶段,90 年代至今国企、外企、民营(温州企业崛起} 。
2 各代产品水平分析
1)第一代产品:国外50年代水平。DW10、DZ10、CJ10、CJ12、CZ0
2)第二代产品:国外七末八初水平( 全国统一设计或引进)。DW15、ME、AH、DZ20、CJ20(CJ24)、CZ18。
3)第三代产品:国外90年代水平,个别跟踪当代水平。DW45、CM1、TM30、CJ45。
3 制造水平 市场分析
3.1 普遍水平不高,传统的十大工艺(冷冲、热固胶木压制、热塑注射、电镀、线圈绕制、线圈浸漆、点焊、钎焊、热处理、装配)。
普遍存在重设计,轻工艺的老问题。模具制造、关键零部件(触头、铁心、大电流焊接、热脱扣部件)工艺装备,在线检测设备,自动装配设备。
3.2 目前个别制造技术,个别企业有突破(模具制造、在线检测设备、大电流焊接)
3.3 市场现状
1)中低档产品生产能力过剩
2)高档产品主要由外企和少数国企提供
3) 互相渗透 争夺市场
外企开发经济型产品,争夺中低端市场。国产优秀产品进入高端市场,如DW45 ,1997 年投入市场,约占2% ,当时F 、M 约占18% ,DW15 、ME 、AH 占80% 。
高端市场 1998 年 DW45 约占 5% 2002 年 DW45 约占50% 2003 年 DW45 约占60%
4)市场需求量增加
电力发展,3000~4000万kW/年,80%经低压电器分配。
2003 年,ACB 45 万台,MCCB 1400 万台,MCB 1.5 亿极,CJ 3500 万台,
2005 年, ACB 60 万台,MCCB 1700 万台,MCB 2 亿极,CJ 4800 万台.
世界人均年耗电量1kW/ 人, 我国目前为0.26kW/ 人, 台湾为1.4kW/ 人 , 美国为33kW/ 人。
4 产品发展趋势
4.1 总趋势
小型化、高分断、安全性、模块化(组合化)、通用化(标准化)、智能化、可通信、高可靠、环保。( 以DW45 为代表展开)
1) 小型化 同规格产品体积缩小、重量减轻:耗铜量下降、性能提高。
2) 高分断
3) 安全性
DW10 : 全敞开式,喷弧,300mm 。
DW15 : 半敞开式,喷弧,100~200mm 。
DW45 : 封闭式,0 飞弧,前方双层绝缘。
4) 模块化
DW45:基座;分合闸传动机构;电操机构;主触头系统;灭弧室;
智能控制器;辅助触头;二次连接器;其他附件;抽屉座。
5) 通用化(标准化)
同框架、不同电流规格产品,仅主触头系统和抽屉座不同,其余模块通用,减少了零件种类,降低成本,提高效率。
6) 智能化
设定、显示、记忆(故障、热)、自诊(电寿、热故)、负载监控、试验。
7) 可通信 通信接口,总线技术。
8) 高可靠 设计手段提高,CAD、CAM、CAI;微电子技术引入;EMC要求。
9) 环保 绿色材料,绿色过程,绿色结果。
4.2 开发具选择性保护的微型断路器。
4.3 开发微型断路器. 的电操机构。
4.4 开发综合浪涌保护器件( 含B 、C 、D 级保护)。
4.4 发展总线技术。