中國工業(yè)電器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

1、引言

電器學(xué)科現(xiàn)在仍然是正在興旺發(fā)達(dá)的科學(xué)之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)現(xiàn)代化的迅猛發(fā)展，對電器提出愈來愈多的要求。目前，電器結(jié)構(gòu)與工作原理不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新，品種與規(guī)格日益繁多是其特點之一。那么什么叫電器?凡是帶電的器具可以統(tǒng)稱作電器。

在電壓等級方面，最高工作電壓已經(jīng)發(fā)展到765kv級以上，而且1500kv級超高壓電器設(shè)備的樣機(jī)也已研制出來，最低電壓達(dá)到幾伏以下。

在電流等級方面，最高工作電流達(dá)到數(shù)萬安培以上，而最小工作電流達(dá)到毫安級或更小的電器設(shè)備或元件。

在電源頻率方面，大家熟知的直流與50赫或60赫茲工頻交流電源仍在廣泛地應(yīng)用。此外，低頻、超低頻、中頻、高頻超高頻及脈沖電源供電的電器元件與裝置也被廣泛地開發(fā)研制與應(yīng)用。

目前，電器設(shè)備或元器件的結(jié)構(gòu)尺寸已從半根火柴大小發(fā)展到高達(dá)數(shù)層樓高的巨型沒備。對合理地組織生產(chǎn)與使用電器，科學(xué)合理地劃分電壓與電流等級，盡可能地減少系列產(chǎn)品的規(guī)格與型號有實際意義。盡量發(fā)展“組合式”、“積木式”、“標(biāo)準(zhǔn)單元”，以及零部件通用化，互換性高的電器或元器件是十分重要的。特別是在目前經(jīng)濟(jì)改革過程中，加強(qiáng)宏觀領(lǐng)導(dǎo)和積極開展學(xué)科的科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)交流活動是非常重要的。這樣，可以調(diào)動各學(xué)科互相配合，取長補(bǔ)短。

2、高壓電器

高壓電器的發(fā)展與輸配電網(wǎng)路的發(fā)展有著密切聯(lián)系。目前，200～300萬kw的發(fā)電站已經(jīng)出現(xiàn)，1000～1200萬kw大容量發(fā)電站是發(fā)展的必然趨勢，例如，長江三峽水利工程及西南水利工程等。但是，還有小型河流的中、小型發(fā)電站也在到處興建。為了經(jīng)濟(jì)傳輸電能，提高輸電網(wǎng)路的工作電壓是重要的方法之一。為此，將會出現(xiàn)一系列技術(shù)難題等待電器科學(xué)工作者去研究解決。例如：1)各種電器的極限工作電壓與電流，即研究極限經(jīng)濟(jì)與可能輸出容量問題；2)過電壓防護(hù)的研究，研究過電壓產(chǎn)生的原因與危害，從而采用相應(yīng)的限制、降低或消除過電壓的措施是非常有意義的。例如500kv級變壓器的用銅量與絕緣重量幾乎差不多少。由此可見，研究降低過電壓的措施對降低絕緣耐壓水平是有實際意義的。目前已有辦法可以做到限制分合*作過電壓在1.5～2.0倍范圍內(nèi)，3)內(nèi)絕緣游離放電，防老化與臟污的研究，長間隙空氣外絕緣放電特性的研究；4)電弧熄滅的新原理、新介質(zhì)的研究。例如真空開關(guān)，六氟化硫等，以及傳統(tǒng)的提高壓縮空氣達(dá)150個大氣壓的方法等；5)新原理、新結(jié)構(gòu)的研究。例如，電容式電壓互感器，光電式電流互感器(磁光效應(yīng)式，光脈沖重復(fù)頻率調(diào)制式等)。

另外，由于高電壓、大電流可控硅元件研制成功，給發(fā)展直流輸電網(wǎng)路提供了條件。為此，提出了切換直流輸電網(wǎng)路的開關(guān)及電器設(shè)備要求。目前我國已在電氣化鐵道線上采用了22kv級以上的直流供電系統(tǒng)，在上海、西安等地已有電壓為500kv的試驗性線路。總體上說，在國內(nèi)已從試驗型走向運行型的階段。目前許多科學(xué)工作者在理論與技術(shù)上不斷有新的進(jìn)展。國外已經(jīng)有1000kv級左右的超高直流輸電網(wǎng)路在運行。這一系統(tǒng)對超距離輸電的經(jīng)濟(jì)價值比較大。

高、低壓開關(guān)電器的*作機(jī)構(gòu)的靈活性與可*性的研究也是極有興趣的課題。短路故障自動斷開，然后再自動合閘的自動重合閘裝置也是很有實用價值與經(jīng)濟(jì)效益的課題。六氟化硫與壓縮空氣及真空開關(guān)的防漏與檢修也是亟待解決的重要課題。油斷路器仍在應(yīng)用。

3、低壓電器

低壓電器是低壓供電與用電的主要電器設(shè)備。多數(shù)情況下，裝在控制屏(或柜)中做成成套電器使用。個別情況下也單獨使用電器(或元件)。低壓開關(guān)是低壓電器領(lǐng)域主要產(chǎn)品之一。目前的關(guān)鍵技術(shù)問題是提高使用壽命與可*性問題。這一點在國內(nèi)外都得到了重視。它涉及到電磁結(jié)構(gòu)與理論，機(jī)構(gòu)理論、技術(shù)與材料工藝，以及各運動部分零部件(例如，彈簧、短路環(huán)、觸頭等)的耐沖擊振動與耐磨性等。例如，目前交流電磁開關(guān)的短路環(huán)做成內(nèi)嵌式是提高其使用壽命的有效方法之一。

現(xiàn)在在民用建筑上開始采用新型的自動開關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刀開關(guān)—熔斷器配合使用的方案，特別是在經(jīng)常發(fā)生過載或短路故障的建筑物上使用時經(jīng)濟(jì)效益比較大。雖然一次投資稍高些，但既可提高供電質(zhì)量，又可以大量節(jié)省熔絲，同時，故障后恢復(fù)可*。因此低壓電器的開發(fā)研制及推廣應(yīng)用是非常重要的。

半導(dǎo)體與可控硅等新型元器件的出現(xiàn)，使其與電磁裝置組合起來，可以做出具有各種功能的自動化設(shè)備，它們將在國民經(jīng)濟(jì)、國防與生活領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。例如，各種用途的中頻電源靜止裝置代替旋轉(zhuǎn)電機(jī)(已經(jīng)做出幾百瓦至幾萬千瓦的裝置)、磁半導(dǎo)體電器、半導(dǎo)體開關(guān)、磁半導(dǎo)體調(diào)節(jié)與穩(wěn)定裝置等。為了綜合解決上述技術(shù)問題，往往需要發(fā)展“復(fù)合式”、“積木式”或標(biāo)準(zhǔn)單元化及零部件通用化等電器設(shè)備。這是目前需要或已經(jīng)在大力研究與開發(fā)的新動向。

家用電器是低壓電器方面新開辟的又一技術(shù)領(lǐng)域。在美觀、適用、無噪音、安全、節(jié)電、功能優(yōu)良、維護(hù)與使用方便等方面的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)盡量滿足，才能在市場上具有很強(qiáng)的競爭力，及進(jìn)入國外市場，受到千家萬戶的歡迎。

由于大規(guī)模及中規(guī)模等集成電路的研制成功，微型機(jī)及電子電器在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。這給電器、儀器與儀表的小型化帶來很大的影響。因而，現(xiàn)在已研制出許多弱電電器、微型電器及儀器與儀表的樣品。

盡管如此，目前國內(nèi)外雜志介紹電器基礎(chǔ)理論、電磁鐵方面的文章又多了起來。磁放大器的應(yīng)用又有所提高，特別是在要求原副邊電隔離及高精度測量與控制方面是半導(dǎo)體等器件無法比擬的。電磁鐵的氣隙磁導(dǎo)gδ＝f(δ)與導(dǎo)數(shù)dg8/ds的精確計算方法，滅弧理論與計算方法都未完全解決。目前仍依*經(jīng)驗數(shù)據(jù)或公式近似計算。最后仍依*試驗來解決。

4、電工材料

電工材料主要包括絕緣材料、導(dǎo)電材料、磁性材料，及半導(dǎo)體材料等幾個主要方面。

絕緣材料在耐高溫、耐壓、紅外輻射、超低溫等新型材料的合成體已經(jīng)陸續(xù)被研制出來。因而，耐高溫達(dá)到200℃的漆包線已經(jīng)廣泛使用，而耐高溫250℃的漆包線也已經(jīng)研制出來。以鋁代銅的研究工作在某些電工設(shè)備中得到了應(yīng)用。

目前磁性材料又有了許多新品種，優(yōu)質(zhì)低矯頑磁力的合金鋼片可以軋制成0.1mm厚度，具有高矯頑磁力的永磁材料，如br=12000gs，hc＝3000oe，及br＝6000gs，hc＝6000oe的磁性陶瓷也被研制出來。此外，熱敏磁芯、磁泡、利用磁單晶體制成的濾波元件等。高導(dǎo)磁高電阻與高強(qiáng)度磁性材料也在開發(fā)研究過程中。

半導(dǎo)體材料制造工藝的不斷完善，晶體管、可控硅、可關(guān)斷可控硅元件、雙向可控硅元件、熱敏、磁敏、氣敏、力敏，光敏等特殊半導(dǎo)體器件已經(jīng)研制出來。中、大規(guī)模集成電路等可以巧妙地實現(xiàn)各種控制邏輯功能，使生產(chǎn)過程自動化更容易實現(xiàn)。