自1995年以來，我國電力工業(yè)保持了較快發(fā)展速度。到2004年底，我國裝機(jī)容量達(dá)到4.4億kW，2004年發(fā)電量為2. 1萬億kW·h。據(jù)預(yù)計，到2010年我國裝機(jī)容量將達(dá)到7億kW，2020年將達(dá)到10kW。 按年新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為2000萬kW計算（保守），每年需要配套高壓斷路器20萬臺，高壓隔離開關(guān)約40萬臺，低壓電器元件需要量更多（約2億件），其中萬能式斷路器（ACB）年需約46萬臺，塑殼斷路器（MCCB）約440萬臺，交流接觸器（ACC）約3200 萬臺?？梢姡?jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致對電能的需求和依賴不斷增大，作為承擔(dān)電能輸送與分配、用電設(shè)備保護(hù)與控制的低壓電器的作用顯得尤為重要。目前，世界各國每年都投入大量資金對低壓電器進(jìn)行研究、開發(fā)。 一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展及展望 （一）我國低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展歷程 近年來，我國低壓電器行業(yè)出現(xiàn)了巨大的變化，低壓電器產(chǎn)品發(fā)展到了一個嶄新的階段. 我國低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展大致可分為以下幾個階段：20世紀(jì)50年代的全面仿蘇，20世紀(jì)60～70年代在模仿基礎(chǔ)上的第一代統(tǒng)一設(shè)計產(chǎn)品，70～80年代在更新?lián)Q代和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)制造的第二代產(chǎn)品，90年代跟蹤國外新技術(shù)自行開發(fā)的第三代智能化電器和最近研發(fā)的第四代智能化可通訊電器。其中第四代產(chǎn)品具有性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、組合化、模塊化、模塊化的特點，總體技術(shù)性能達(dá)到或接近國外20 世紀(jì)80年代末、90 年代初水平。 我國截至2003年底，低壓電器元件獲3C認(rèn)證13000 多個單位，低壓成套裝置獲3C 認(rèn)證6000 多個單位，生產(chǎn)的低壓電器產(chǎn)品近1000 個系列、產(chǎn)值約200 億人民幣。 （二）低壓電器設(shè)計的特點 由于低壓電器在運行時存在著電、磁、光、熱、機(jī)械等多種能量轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)換過程的規(guī)律大多是非線性的，許多現(xiàn)象又是一種瞬態(tài)過程，它使低壓電器的理論分析變得極為復(fù)雜. 低壓電器傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)中的“電接觸、電弧、電磁、熱效應(yīng)與電動力效應(yīng)”等除了要依靠必要的理論推導(dǎo)和分析運算外，還必須依賴成熟可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù). 即使這樣，設(shè)計計算的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的實際性能間有時仍會有很大差距，必須通過試驗予以驗證. 因此，低壓電器產(chǎn)品開發(fā)周期較長、投入也比較大. 為了適應(yīng)電網(wǎng)容量的不斷增大，低壓配電與控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化，對低壓電器產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)提出了更高的要求. 同時，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)、新工藝、新材料不斷出現(xiàn)，為低壓電器產(chǎn)品開發(fā)提供了良好的條件. （三）低壓電器發(fā)展展望 低壓電器發(fā)展方向主要取決于電力系統(tǒng)的發(fā)展需要和新工藝、新材料、新技術(shù)的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)70、80年代研發(fā)的新型電器主要是限流電器、真空電器、漏電電器和電子電器。 從80年代后期開始，對傳統(tǒng)新一代低壓電器產(chǎn)品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化的要求. 其后，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用，采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的低壓電器均要求能與中央控制計算機(jī)進(jìn)行通信，為此，各種可通信低壓電器應(yīng)運而生，它可能成為今后一段時間低壓電器重要發(fā)展方向之一。 1．為了實現(xiàn)低壓電器元件與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接，可通信電器根據(jù)其自身的特點及其在網(wǎng)絡(luò)中的作用，一般采用三種方案：第一是開發(fā)新型接口電器，連接于網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)低壓電器元件之間，如ASI接口模塊、分布式I/ O 接口、網(wǎng)絡(luò)之間接口；第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)接口功能，它們具有接口和通信功能，如智能化萬能式斷路器、智能化塑殼斷路器、智能化交流接觸器、智能化電動機(jī)保護(hù)器和起動器等. 第三是直接開發(fā)帶有計算機(jī)接口和通信功能的新型電器，內(nèi)部包含了為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的單元，如總線、地址編碼器、尋址單元、負(fù)載反饋模塊等。 2．傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向 （1）在提高主要技術(shù)性能的同時，重點提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo). 如低壓斷路器在提高短路分?jǐn)嗄芰Φ耐瑫r，應(yīng)特別關(guān)注飛弧距離的減小，并力求產(chǎn)品小型化，這對發(fā)展新一代緊湊型低壓成套設(shè)備十分重要，而交流接觸器的研究重點放在了產(chǎn)品功能組合與派生、分?jǐn)嗫煽啃裕òs小飛弧距離，防止相間飛?。?、動作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。 （2）模塊化和組合化 低壓電器組合化是實現(xiàn)電器產(chǎn)品多功能化的重要途徑，電器組合化有功能組合和組合功能兩種方式. 前者由各種功能單元組合而成，除基本單元能獨立使用外，其他單元一般不能獨立使用，但要求系列通用性。這類產(chǎn)品（如控制與保護(hù)開關(guān)電器）的基本單元的動作與接觸器一樣具有很高的機(jī)械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性，能可靠分?jǐn)?0kA預(yù)期短路電流；保護(hù)功能單元、隔離單元和輔助觸頭單元使該產(chǎn)品兼有隔離器、斷路器、接觸器和熱繼電器等產(chǎn)品的功能。后者把兩種以上電器有機(jī)地組合在一起，如刀開關(guān)—熔斷器組合電器、熔斷器- 接觸器組合電器、熔斷器—斷路器組合電器等. 隨著塑殼斷路器分?jǐn)嗄芰Φ奶岣?，在低壓領(lǐng)域熔斷器組合電器的應(yīng)用正在減少，但在6 kV～10kV中壓領(lǐng)域，熔斷器—真空接觸器組合電器（即F-C 裝置）由于其獨特的優(yōu)越性而正在不斷發(fā)展. 由于20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展起來的模數(shù)化終端電器具有寬度模數(shù)化、安裝導(dǎo)軌化、外形尺寸一致、性能協(xié)調(diào)的特點，從而為發(fā)展新型組合電器或成套裝置創(chuàng)造了條件。 （3）電子化和智能化。過去多年，電子式低壓電器因受容量、價格、可靠性等影響，發(fā)展一直不快。隨著電子元件質(zhì)量提高和價格下降、EMC 技術(shù)逐步成熟，尤其是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用、低壓電器與中央控制計算機(jī)雙向通信的實現(xiàn)，使得低壓電器必須朝著電子化、機(jī)電一體化方向發(fā)展，同時要求部分電器具有智能化功能。目前，智能化電器的發(fā)展主要集中在萬能式斷路器、塑殼式斷路器、交流接觸器以及電動機(jī)控制器等產(chǎn)品。其中，智能型斷路器主要特征是裝有智能脫扣器，具有外部電路各種故障保護(hù)、內(nèi)部故障自診斷及自動報警功能、故障動作記憶及顯示、電路參數(shù)測定、可雙向通信等功能，能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)選擇性保護(hù)。而智能型交流接觸器和智能馬達(dá)控制器的主要特征是裝有智能型電磁系統(tǒng)，其控制回路包括電壓檢測電路、吸合信號發(fā)生電路和保持信號發(fā)生電路。它能判別門檻吸合電壓，當(dāng)控制電源電壓低于接觸器門檻吸合電壓時，不發(fā)出吸合信號，接觸器不能合閘并有相應(yīng)顯示. 接觸器吸合后能降低激磁電流，達(dá)到節(jié)能的目的。 （四）現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)應(yīng)用 影響低壓電器發(fā)展的新技術(shù)包括“現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能化技術(shù)、可靠性技術(shù)和測試技術(shù)”等。上述新技術(shù)的應(yīng)用給低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展注入了新的活力，引起一場低壓電器產(chǎn)品的“新革命”。 特別值得一提的是，隨著計算機(jī)軟、硬件的迅猛發(fā)展，低壓電器CAD/CAM/CAE日益普及，它使低壓電器設(shè)計與研究跨入了一個新的階段. 1．電器動態(tài)運動過程建模。長期以來，科研人員一直在對低壓電器動態(tài)運動過程的描述、建模與仿真進(jìn)行探索，包括操作機(jī)構(gòu)的仿真和觸頭運動過程的動態(tài)仿真。西安交通大學(xué)電器教研室能在“限流式斷路器”產(chǎn)品設(shè)計完成后馬上獲得限流系數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。湖南工程學(xué)院在電磁鐵優(yōu)化設(shè)計上作了一些工作，可利用軟件對交、直流電磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可減少設(shè)計時間、提高設(shè)計質(zhì)量。河北工業(yè)大學(xué)研制的“電磁式接觸器專家系統(tǒng)可根據(jù)用戶設(shè)計要求在輸入接觸器設(shè)計參數(shù)后，從知識庫中提取相應(yīng)的知識設(shè)計出接觸器各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對其動、靜特性進(jìn)行分析計算，具有重要的實用價值。 2．三維計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。三維計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)集設(shè)計、制造和分析于一身，從零件設(shè)計、裝配直至產(chǎn)品總裝，設(shè)計者都可在計算機(jī)屏幕上直接觀察零件裝配中的干涉與碰撞以及開關(guān)電器閉合、分?jǐn)噙^程中運動部件的動作情況及相關(guān)參數(shù)（如觸頭開距、超程等），從而保證了設(shè)計正確性，為低壓電器產(chǎn)品試制跨越模型階段創(chuàng)造了條件。 設(shè)計人員在產(chǎn)品開發(fā)的任何階段對產(chǎn)品任一處所作的修改都能自動反映到相關(guān)零件的修改。同時，三維軟件系統(tǒng)根據(jù)完成的零件設(shè)計自動轉(zhuǎn)去進(jìn)行零件模具設(shè)計，從而大大縮短了產(chǎn)品的試制時間，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，從而以合適的價格不斷向市場推出具有出色功能的產(chǎn)品，并提高企業(yè)的競爭能力。 3．低壓電器專用計算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)。在建立必須的數(shù)據(jù)、符號、標(biāo)準(zhǔn)件庫的基礎(chǔ)上，重點開發(fā)一批低壓電器的專用分析計算軟件，如電磁系統(tǒng)三維分析計算軟件包、各類低壓電器合閘與分?jǐn)噙^程動態(tài)仿真軟件等。 二、電器制造工藝及新發(fā)展 電器是一種具有電載荷的機(jī)械產(chǎn)品，它的主要零部件是金屬材料，它的主要加工工藝是金屬加工工藝，因此，電器制造工業(yè)是屬于機(jī)械制造工業(yè)的范疇，是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分。 （一）新材料的發(fā)展 電器制造技術(shù)的發(fā)展以“磁性材料、絕緣材料和電接觸材料”三種特種材料為基礎(chǔ)。 為提高我國發(fā)電機(jī)單機(jī)容量，開發(fā)高效節(jié)能的電機(jī)、電磁開關(guān)等電工產(chǎn)品的需要，先后研制成功的“高磁感應(yīng)低鐵損冷軋取向硅鋼片、特種硅鋼片、電工純鐵、高磁能稀土永磁”等磁性材料和“聚酰亞胺玻璃纖維塑料、氨基玻璃纖維塑料、酚醛注射塑料、三聚氰胺改性酚醛塑料”等高分子絕緣材料，促進(jìn)了高低壓電器與儀表更新?lián)Q代產(chǎn)品的開發(fā)研制。由于電接觸材料已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展不可缺少的重要材料，國外特別重視電接觸復(fù)合材料，其發(fā)展方向主要是“合金多元化、復(fù)合多元化、超小型化和性能綜合化”，如“粒狀強(qiáng)化（粉末冶金） 、彌散強(qiáng)化、纖維增強(qiáng)和層狀復(fù)合材料”，其中的“層狀復(fù)合材料”應(yīng)用廣泛。 目前，我國從事電觸頭材料生產(chǎn)的企業(yè)有60多家，職工總數(shù)約12000人，資產(chǎn)規(guī)模約12億元。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)低壓電觸頭材料整體發(fā)展水平與國外相差不大，某些品種的低壓電觸頭材料性能已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，但是在生產(chǎn)工藝研究和產(chǎn)品可靠性方面與國外先進(jìn)水平相比存在明顯差距，特別是不含有害物質(zhì)的銀金屬氧化物電觸頭材料的差距更大。我國對銀氧化鎘替代品的研究較少，基礎(chǔ)研究近乎空白，技術(shù)儲備嚴(yán)重不足. 歐盟二號指令出臺后，行業(yè)反應(yīng)強(qiáng)烈，企業(yè)感受到了前所未有的壓力。近年來，山東大學(xué)研究者提出的開發(fā)銀基導(dǎo)電陶瓷觸點材料為研究觸點材料體系開辟了新思路，替代品已部分替代了銀氧化鎘材料，但從性能看，與發(fā)達(dá)國家仍有較大差距。 （二）模具工業(yè)發(fā)展 20 世紀(jì)80 年代以來，中國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速，一直以年約15 %的增速快速發(fā)展，國內(nèi)目前已能生產(chǎn)精度達(dá)2μm的精密多工位級進(jìn)模，工位數(shù)最多已達(dá)160個，壽命1億～2億次，但中國模具在許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距. 例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高，許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛等等，特別在大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具技術(shù)上存在明顯差距[7 ] . 1．冷沖模技術(shù)。多工位級進(jìn)模和多功能模具是我國重點發(fā)展的精密模具品種. 目前，國內(nèi)已可制造具有自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜和安全保護(hù)等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具. 生產(chǎn)的電機(jī)定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級進(jìn)模的步距精度可達(dá)20μm，壽命達(dá)到1億次以上. 2．塑料模具技術(shù)。近年來，塑料模具發(fā)展很快，在國內(nèi)模具工業(yè)產(chǎn)值中塑料模具所占比例不斷擴(kuò)大. 在精度方面，塑料尺寸精度可達(dá)IT6-7級，型面的粗糙度達(dá)到Ra0.05-0.025μm，塑料模使用壽命達(dá)100萬次以上。 3．CAD/CAE/CAM技術(shù)，目前國內(nèi)模具企業(yè)中已有相當(dāng)多的廠家普及了計算機(jī)繪圖，并陸續(xù)引進(jìn)了高檔CAD/CAE/CAM、U G、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名軟件在中國模具工業(yè)應(yīng)用已相當(dāng)廣泛. 4．快速成形/快速制模技術(shù)?？焖俪尚?快速制模技術(shù)在我國得到重視和發(fā)展，許多研究機(jī)構(gòu)致力于這方面的研究開發(fā)，并不斷取得新成果。清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交通大學(xué)和隆源自動成形系統(tǒng)公司等單位都自主研究開發(fā)了快速成形技術(shù)與設(shè)備，生產(chǎn)出分層物體（LOM）、立體光固化（SLA）、熔融沉積（FDM）和選擇性燒結(jié)（SLS）等類型的快速成形設(shè)備。這些設(shè)備已在國內(nèi)應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)、精密鑄造和快速制模等方面。 （三）其他電器工藝的發(fā)展 國內(nèi)外的電器生產(chǎn)企業(yè)一直致力于提高鐵芯的自動化水平，廣泛采用高速自動壓機(jī)多工位連續(xù)沖壓，沖次可達(dá)每分鐘200～1200次，送料精度為0101～0. 03mm，采用砂帶磨床加工極面，超聲氣相清洗，采用自動裝鉚機(jī)鉚裝鐵芯和裝配短路環(huán)等，生產(chǎn)率可達(dá)每分鐘10～20件。開關(guān)柜（屏）的生產(chǎn)，引進(jìn)了各種數(shù)控沖壓中心，能自動更換模具，并配有自動裝卸料裝置和工件傳送機(jī)構(gòu)，可以采用計算機(jī)控制，并能自動編程，實現(xiàn)柜體CAD/CAM 集成生產(chǎn)系統(tǒng)。 線圈和繞組的制造工藝發(fā)展趨勢是提高線圈和繞組的制造質(zhì)量，提高裝備的自動化程度，廣泛應(yīng)用微電子技術(shù). 國外的全自動繞線機(jī)有12 頭～24 頭等多種規(guī)格，繞線速度達(dá)5000～1800 r/min，可繞線徑為0. 05～0. 4mm，裝有自動墊層間絕緣、焊引線頭、數(shù)顯匝數(shù)、調(diào)整張力、包裝、傳送等功能. 采用自粘性高強(qiáng)度漆包線，不需浸漆處理，或用自粘帶做層間絕緣代替浸漆處理，簡化工藝過程. 用環(huán)氧包封膠包封線圈，可提高機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)導(dǎo)熱性和防潮性。 絕緣處理工藝至關(guān)重要，它對包裝產(chǎn)品的電氣絕緣性能有直接關(guān)系，其發(fā)展趨勢是廣泛采用新型絕緣材料和新工藝，提高絕緣件的電氣性能，機(jī)械強(qiáng)度和制品的尺寸精度，提高處理設(shè)備的自動化水平和生產(chǎn)率。環(huán)氧樹脂絕緣件在SF6高壓電器中應(yīng)用越來越廣泛。為了保證質(zhì)量，對環(huán)氧樹脂的粘度特性、耐裂特性、機(jī)械特性和電器絕緣特性都很重視。對一些大型零件，如盆式絕緣子、大套管等均采用真空澆注，對形狀復(fù)雜的小型零件，均采用真空加壓澆注，即在環(huán)氧注射機(jī)上進(jìn)行. 隨著真空澆注工藝和設(shè)備的日臻完善，目前仍致力于套管澆注件的質(zhì)量，采用薄膜脫氣攪拌，兩級真空系統(tǒng)等措施. 工藝過程控制采用數(shù)控技術(shù)。 電器金屬零件防腐處理十分重要，傳統(tǒng)的電鍍工藝大量使用酸堿和重金屬，從而造成酸、堿、重金屬廢水和廢氣對環(huán)境的嚴(yán)重污染。為解決電鍍的污染問題，1972年國外研制成一項表面處理的高新技術(shù)，即達(dá)克羅（DACROMET）金屬防腐處理技術(shù)，它是一種熱固性鋅基鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層（TCCF），它采用了前處理到涂覆燒結(jié)固化的閉路循環(huán)工藝，改進(jìn)了大量使用酸堿和重金屬的傳統(tǒng)電鍍工藝，從而了電鍍的嚴(yán)重污染問題，它被稱為“綠色電鍍”。我國機(jī)械工業(yè)于1996 年引進(jìn)此項新技術(shù)，以替代污染嚴(yán)重的電鍍鋅、鎘、鋅基合金、磷化、熱浸鋅、粉末機(jī)械鍍鋅等工藝。 自20 世紀(jì)80 年代開始，我國低壓電器行業(yè)從國外因引進(jìn)了大量的先進(jìn)制造技術(shù)，包括鐵心自動生產(chǎn)線，線圈自動生產(chǎn)線，觸頭自動生產(chǎn)線等，同時引進(jìn)了大量的先進(jìn)制造設(shè)備，大大提高了我國的低壓電器的制造水平。同時，這些年來低壓電器行業(yè)重新洗牌，一批大型骨干企業(yè)已產(chǎn)生，企業(yè)的技術(shù)投入大大增加，也使得我國的低壓電器制造工藝水平有了較大的發(fā)展。但總體來看，我國的制造工藝水平與國外先進(jìn)水平還有較大差距，特別是在新材料的開發(fā)和應(yīng)用，精密加工設(shè)備的應(yīng)用，現(xiàn)代技術(shù)制造技術(shù)的應(yīng)用等方面。