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    中國工業電器的現狀及其發展趨勢
     

    1、引言

        電器學科現在仍然是正在興旺發達的科學之一。隨著國民經濟與國防建設現代化的迅猛發展,對電器提出愈來愈多的要求。目前,電器結構與工作原理不斷地改進和創新,品種與規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稱作電器。

        在電壓等級方面,最高工作電壓已經發展到765kv級以上,而且1500kv級超高壓電器設備的樣機也已研制出來,最低電壓達到幾伏以下。

        在電流等級方面,最高工作電流達到數萬安培以上,而最小工作電流達到毫安級或更小的電器設備或元件。

        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研制與應用。

        目前,電器設備或元器件的結構尺寸已從半根火柴大小發展到高達數層樓高的巨型沒備。對合理地組織生產與使用電器,科學合理地劃分電壓與電流等級,盡可能地減少系列產品的規格與型號有實際意義。盡量發展“組合式”、“積木式”、“標準單元”,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。特別是在目前經濟改革過程中,加強宏觀領導和積極開展學科的科學技術學術交流活動是非常重要的。這樣,可以調動各學科互相配合,取長補短。

        2、高壓電器

        高壓電器的發展與輸配電網路的發展有著密切聯系。目前,200~300萬kw的發電站已經出現,1000~1200萬kw大容量發電站是發展的必然趨勢,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、小型發電站也在到處興建。為了經濟傳輸電能,提高輸電網路的工作電壓是重要的方法之一。為此,將會出現一系列技術難題等待電器科學工作者去研究解決。例如:1)各種電器的極限工作電壓與電流,即研究極限經濟與可能輸出容量問題;2)過電壓防護的研究,研究過電壓產生的原因與危害,從而采用相應的限制、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,3)內絕緣游離放電,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、新介質的研究。例如真空開關,六氟化硫等,以及傳統的提高壓縮空氣達150個大氣壓的方法等;5)新原理、新結構的研究。例如,電容式電壓互感器,光電式電流互感器(磁光效應式,光脈沖重復頻率調制式等)。

        另外,由于高電壓、大電流可控硅元件研制成功,給發展直流輸電網路提供了條件。為此,提出了切換直流輸電網路的開關及電器設備要求。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,在上海、西安等地已有電壓為500kv的試驗性線路??傮w上說,在國內已從試驗型走向運行型的階段。目前許多科學工作者在理論與技術上不斷有新的進展。國外已經有1000kv級左右的超高直流輸電網路在運行。這一系統對超距離輸電的經濟價值比較大。

        高、低壓開關電器的*作機構的靈活性與可*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濟效益的課題。六氟化硫與壓縮空氣及真空開關的防漏與檢修也是亟待解決的重要課題。油斷路器仍在應用。

        3、低壓電器

        低壓電器是低壓供電與用電的主要電器設備。多數情況下,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)。低壓開關是低壓電器領域主要產品之一。目前的關鍵技術問題是提高使用壽命與可*性問題。這一點在國內外都得到了重視。它涉及到電磁結構與理論,機構理論、技術與材料工藝,以及各運動部分零部件(例如,彈簧、短路環、觸頭等)的耐沖擊振動與耐磨性等。例如,目前交流電磁開關的短路環做成內嵌式是提高其使用壽命的有效方法之一。

        現在在民用建筑上開始采用新型的自動開關代替傳統的刀開關—熔斷器配合使用的方案,特別是在經常發生過載或短路故障的建筑物上使用時經濟效益比較大。雖然一次投資稍高些,但既可提高供電質量,又可以大量節省熔絲,同時,故障后恢復可*。因此低壓電器的開發研制及推廣應用是非常重要的。

        半導體與可控硅等新型元器件的出現,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備,它們將在國民經濟、國防與生活領域中得到廣泛的應用。例如,各種用途的中頻電源靜止裝置代替旋轉電機(已經做出幾百瓦至幾萬千瓦的裝置)、磁半導體電器、半導體開關、磁半導體調節與穩定裝置等。為了綜合解決上述技術問題,往往需要發展“復合式”、“積木式”或標準單元化及零部件通用化等電器設備。這是目前需要或已經在大力研究與開發的新動向。

        家用電器是低壓電器方面新開辟的又一技術領域。在美觀、適用、無噪音、安全、節電、功能優良、維護與使用方便等方面的技術指標應當盡量滿足,才能在市場上具有很強的競爭力,及進入國外市場,受到千家萬戶的歡迎。

        由于大規模及中規模等集成電路的研制成功,微型機及電子電器在許多方面得到了廣泛的應用。這給電器、儀器與儀表的小型化帶來很大的影響。因而,現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,目前國內外雜志介紹電器基礎理論、電磁鐵方面的文章又多了起來。磁放大器的應用又有所提高,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體等器件無法比擬的。電磁鐵的氣隙磁導gδ=f(δ)與導數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*經驗數據或公式近似計算。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、導電材料、磁性材料,及半導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陸續被研制出來。因而,耐高溫達到200℃的漆包線已經廣泛使用,而耐高溫250℃的漆包線也已經研制出來。以鋁代銅的研究工作在某些電工設備中得到了應用。

        目前磁性材料又有了許多新品種,優質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。高導磁高電阻與高強度磁性材料也在開發研究過程中。

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

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