中压开关产品的发展趋势（一）
发布日期：2022-04-25
作者：法腾电力
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摘要：中压开关设备生产厂家众多，使用数量庞大，要想研发出好的产品，如何系统的做好产品发展趋势研究十分重要，通过对产品发展的主要几个主要方面需求、发展进行评估，有目的性的对产品在某些领域进行创新性、前瞻性研究，才能掌控产品发展的方向，研发出符合发展趋势的产品，使产品无论在技术上还是在市场上都处于领先地位，避免盲目的跟风造成研发资源浪费、产品无法在市场上立足。
1. 引言
中压开关产品的研发方向需要系统、全面的分析，主要从以下几个方面进行分析：
A. 产品竞争性的需求，即产品在满足使用的前提下，如何进一步提高产品竞争性，使产品始终处于领先地位的一些要求，包括产品的适用范围产品的特性、产品的成本等如何领先于竞争对手，这些需求主要来自于竞争对手、行业发展分析等数据；
B. 客户的需求，即客户对产品的期待，哪些方面是客户真正希望要什么样的产品，未来产品需要满足的要求，这些需求主要通过走访客户及市场调查等取得；
C. 技术发展方向，即新技术、新材料、新工艺等专业领域的发展动态，各行各业都在不断的创新、发展，同时也指出产品需要在哪些技术领域提升，这些数据主要来自专利检索、技术文献检索等资源；
D. 法律法规的要求，随着时代的进步，不断面临新的问题，法律法规也在不断完善，新要求应运而生，需要实时的跟进、了解，以便尽早做出相应的反应，通过及时准确掌握各地标准、法律、法规等来精准判断。
图1 中压开关设备发展方向的驱动因素
通过图1列出的驱动因素，可以看出安全可靠、增强适用性、节能环保始终是大的发展方向。
2. 增强产品适用性、安全可靠、节能环保
2.1.产品增强适用性包括产品规格齐全、容易安装维护、满足特殊需求的产品、特定的验证等，反应到产品上，主要有以下几个方面。
a.产品的性能指标提升，大电流、高开断参数是发展趋势之一，由于供电负荷的增加，产品需要扩容，额定电流从4000A升至5000A甚至6300A，开断电流从40kA到50/63kA，这些参数的产品虽然量少，但利润大；并且也是一个公司技术水平的体现。
b. 针对目标市场，相应的开发针对性产品，如发电机出口断路器，对于100MW及以下的发电机，使用真空断路器可以满足要求，通过计算发电机参数，按照标准IEC/IEEE62271-37-013:2015进行试验，并掌握发电机的设备的技术，即可设计出满足发电机出口要求的开关设备。同样光伏、风力发电站设备，根据负载的情况，设计出专用的36kV的环网柜，满足尺寸小、容易安装等需求，而数据中心应用，需要专用型中压双电源转换装置，要求具有适用性强，转换迅速，动作可靠等特点。
c. 环境的影响，对于船用产品，需要考虑振动、倾斜摇摆、高温高湿、海上盐雾的环境影响，以及安装空间狭小等情况；对于安装在户外箱的环网柜，需要充分考虑凝露的影响，昼夜温差变化、电缆沟积水等都是造成凝露的主要原因；而光伏电站、风力发电等使用地理位置特殊，高温环境、沙尘环境等都是影响产品性能的因素。因此无论是新研发产品还是老产品新应用都要针对性的去做研发。
d. 操作的人性化、智能化，开关设备的操作要符合人机工学要求，操作友好，不需要很大的操作力，或过高、过低的操作位置；通过主动防护，程序化操作，避免被动的机械联锁；充分考虑安装、维护、更换方便的需求，特别是有些需要靠墙安装，要预留足够空间保证可以完全柜前操作。
2.2.安全可靠包括高可靠性、满足法律法规的要求，如：客户的技术条件、船级社要求等。
a.耐内部电弧故障作为开关柜安全的重要指标，是产品研发的方向之一，基于标准要求“抵抗”内部电弧故障是必须的，但相对于被动的“抵抗”，基于弧光检测，快速开断-将故障电流能量切断，快速接地-主动的将内部故障产生的电弧超快速转化为金属连接的短路接地，即能量转移，没有空气快速膨胀、没有高温燃烧；主动的保护效果明显，内部电弧故障切断小于50ms的开关设备，只需解决内部电弧故障原因，经简单的维护就可以恢复供电，这样可以节省因内部故障烧毁更换开关柜造成的大量成本浪费，开关柜也无需做的特别强壮，节省材料使用等。
b.智能化是提高安全性的重要一步，基于在线监测，及时发现异常并采取措施，避免故障的发生；需要在不影响现有设备的可靠性基础上安装在线监测设备，如断路器本身可靠性99.99%，而添加的监测设备电子元件的可靠性确只有98%，那整体可靠性还有所降低。在线监测需要更多的结合人工智能，大数据、云计算等精准的预测产品检修周期，改善产品运行问题，延长产品使用寿命；远程操作可以避免现场操作开关的风险。
2.3 节能环保已成为整个世界各行各业追求的目标，对于开关设备也不例外。
a.小型化，节约材料使用，降低成本，降低建筑成本，标准化、模块化等降低制造时间等。如400mm宽开关柜，通过可抽出侧装式断路器，改变了固定式窄型柜电缆安装不变的弊端；1100mm深，2000mm高，如10台排列开关柜，小型柜占地面积只为普通中置柜的36%，如图2 所示，同环网柜相当。但额定电流1250A、开断31.5kA是环网柜无法比拟的，对于箱变、商业楼宇、公路、小工业、数据中心等是很好的选择，加之集成智能监控单元，实现在线监测，无人值守。
图2 400mm宽小型柜占地面积比较
同样550mm宽双层断路器柜，采用小型抽出式断路器，中置和下部布置便于操作维护，仪表室高度同普通中置式相当，便于操作检修；同时综保等保护也可以装在边柜上，边柜的前部用于二次进线、仪表、接线等，后部作为下部断路器室的泄压通道，保证开关柜满足内部故障要求。同样的模块化设计可用于三层接触器熔断器组合开关柜，由于熔断器保护，电缆室提供电缆连接，不需要考虑内部故障要求。图3所示650mm宽中置柜与550mm宽双层柜一次方案比较，宽度比为42%，占地面积比为50%。
图3 中置柜与550双层柜应用比较
a. 使用环保材料，降低能耗，无SF6是典型的应用，中压开关柜的去SF6化相对容易，采用干燥空气、氮气等绝缘，真空灭弧的设计已比较成熟，另一条技术路线固体绝缘通过不断的设计、材料、工艺优化，已趋于成熟。
b. 智能化，小巧的电流、电压传感器的应用替代传统的电磁型互感器，材料大量减少，光纤取代传统、复杂的大量电线的应用，信号直接与保护配合使用，无需再经过变压供数字综合使用，高度集成化，使开关柜结构更加简单。
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