中壓開關產品的發展趨勢（一）
發布日期：2022-04-25
作者：法騰電力
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摘要：中壓開關設備生產廠家眾多，使用數量龐大，要想研發出好的產品，如何系統的做好產品發展趨勢研究十分重要，通過對產品發展的主要幾個主要方面需求、發展進行評估，有目的性的對產品在某些領域進行創新性、前瞻性研究，才能掌控產品發展的方向，研發出符合發展趨勢的產品，使產品無論在技術上還是在市場上都處于領先地位，避免盲目的跟風造成研發資源浪費、產品無法在市場上立足。
1. 引言
中壓開關產品的研發方向需要系統、全面的分析，主要從以下幾個方面進行分析：
A. 產品競爭性的需求，即產品在滿足使用的前提下，如何進一步提高產品競爭性，使產品始終處于領先地位的一些要求，包括產品的適用范圍產品的特性、產品的成本等如何領先于競爭對手，這些需求主要來自于競爭對手、行業發展分析等數據；
B. 客戶的需求，即客戶對產品的期待，哪些方面是客戶真正希望要什么樣的產品，未來產品需要滿足的要求，這些需求主要通過走訪客戶及市場調查等取得；
C. 技術發展方向，即新技術、新材料、新工藝等專業領域的發展動態，各行各業都在不斷的創新、發展，同時也指出產品需要在哪些技術領域提升，這些數據主要來自專利檢索、技術文獻檢索等資源；
D. 法律法規的要求，隨著時代的進步，不斷面臨新的問題，法律法規也在不斷完善，新要求應運而生，需要實時的跟進、了解，以便盡早做出相應的反應，通過及時準確掌握各地標準、法律、法規等來精準判斷。
圖1 中壓開關設備發展方向的驅動因素
通過圖1列出的驅動因素，可以看出安全可靠、增強適用性、節能環保始終是大的發展方向。
2. 增強產品適用性、安全可靠、節能環保
2.1.產品增強適用性包括產品規格齊全、容易安裝維護、滿足特殊需求的產品、特定的驗證等，反應到產品上，主要有以下幾個方面。
a.產品的性能指標提升，大電流、高開斷參數是發展趨勢之一，由于供電負荷的增加，產品需要擴容，額定電流從4000A升至5000A甚至6300A，開斷電流從40kA到50/63kA，這些參數的產品雖然量少，但利潤大；并且也是一個公司技術水平的體現。
b. 針對目標市場，相應的開發針對性產品，如發電機出口斷路器，對于100MW及以下的發電機，使用真空斷路器可以滿足要求，通過計算發電機參數，按照標準IEC/IEEE62271-37-013:2015進行試驗，并掌握發電機的設備的技術，即可設計出滿足發電機出口要求的開關設備。同樣光伏、風力發電站設備，根據負載的情況，設計出專用的36kV的環網柜，滿足尺寸小、容易安裝等需求，而數據中心應用，需要專用型中壓雙電源轉換裝置，要求具有適用性強，轉換迅速，動作可靠等特點。
c. 環境的影響，對于船用產品，需要考慮振動、傾斜搖擺、高溫高濕、海上鹽霧的環境影響，以及安裝空間狹小等情況；對于安裝在戶外箱的環網柜，需要充分考慮凝露的影響，晝夜溫差變化、電纜溝積水等都是造成凝露的主要原因；而光伏電站、風力發電等使用地理位置特殊，高溫環境、沙塵環境等都是影響產品性能的因素。因此無論是新研發產品還是老產品新應用都要針對性的去做研發。
d. 操作的人性化、智能化，開關設備的操作要符合人機工學要求，操作友好，不需要很大的操作力，或過高、過低的操作位置；通過主動防護，程序化操作，避免被動的機械聯鎖；充分考慮安裝、維護、更換方便的需求，特別是有些需要靠墻安裝，要預留足夠空間保證可以完全柜前操作。
2.2.安全可靠包括高可靠性、滿足法律法規的要求，如：客戶的技術條件、船級社要求等。
a.耐內部電弧故障作為開關柜安全的重要指標，是產品研發的方向之一，基于標準要求“抵抗”內部電弧故障是必須的，但相對于被動的“抵抗”，基于弧光檢測，快速開斷-將故障電流能量切斷，快速接地-主動的將內部故障產生的電弧超快速轉化為金屬連接的短路接地，即能量轉移，沒有空氣快速膨脹、沒有高溫燃燒；主動的保護效果明顯，內部電弧故障切斷小于50ms的開關設備，只需解決內部電弧故障原因，經簡單的維護就可以恢復供電，這樣可以節省因內部故障燒毀更換開關柜造成的大量成本浪費，開關柜也無需做的特別強壯，節省材料使用等。
b.智能化是提高安全性的重要一步，基于在線監測，及時發現異常并采取措施，避免故障的發生；需要在不影響現有設備的可靠性基礎上安裝在線監測設備，如斷路器本身可靠性99.99%，而添加的監測設備電子元件的可靠性確只有98%，那整體可靠性還有所降低。在線監測需要更多的結合人工智能，大數據、云計算等精準的預測產品檢修周期，改善產品運行問題，延長產品使用壽命；遠程操作可以避免現場操作開關的風險。
2.3 節能環保已成為整個世界各行各業追求的目標，對于開關設備也不例外。
a.小型化，節約材料使用，降低成本，降低建筑成本，標準化、模塊化等降低制造時間等。如400mm寬開關柜，通過可抽出側裝式斷路器，改變了固定式窄型柜電纜安裝不變的弊端；1100mm深，2000mm高，如10臺排列開關柜，小型柜占地面積只為普通中置柜的36%，如圖2 所示，同環網柜相當。但額定電流1250A、開斷31.5kA是環網柜無法比擬的，對于箱變、商業樓宇、公路、小工業、數據中心等是很好的選擇，加之集成智能監控單元，實現在線監測，無人值守。
圖2 400mm寬小型柜占地面積比較
同樣550mm寬雙層斷路器柜，采用小型抽出式斷路器，中置和下部布置便于操作維護，儀表室高度同普通中置式相當，便于操作檢修；同時綜保等保護也可以裝在邊柜上，邊柜的前部用于二次進線、儀表、接線等，后部作為下部斷路器室的泄壓通道，保證開關柜滿足內部故障要求。同樣的模塊化設計可用于三層接觸器熔斷器組合開關柜，由于熔斷器保護，電纜室提供電纜連接，不需要考慮內部故障要求。圖3所示650mm寬中置柜與550mm寬雙層柜一次方案比較，寬度比為42%，占地面積比為50%。
圖3 中置柜與550雙層柜應用比較
a. 使用環保材料，降低能耗，無SF6是典型的應用，中壓開關柜的去SF6化相對容易，采用干燥空氣、氮氣等絕緣，真空滅弧的設計已比較成熟，另一條技術路線固體絕緣通過不斷的設計、材料、工藝優化，已趨于成熟。
b. 智能化，小巧的電流、電壓傳感器的應用替代傳統的電磁型互感器，材料大量減少，光纖取代傳統、復雜的大量電線的應用，信號直接與保護配合使用，無需再經過變壓供數字綜合使用，高度集成化，使開關柜結構更加簡單。
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