中国工业电器的现状及其发展趋势
发布日期：2013-07-09
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，从而采用相应的限制、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限制分合*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、利用磁单晶体制成的滤波元件等。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。
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，从而采用相应的限制、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限制分合*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、利用磁单晶体制成的滤波元件等。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。
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