淺談智能電網(wǎng)應(yīng)用中開關(guān)的重要性
隨著能源成本的上升和環(huán)境意識的提高,能源效率正成為一個越來越重要的話題。智能電網(wǎng)正在變得高度聯(lián)網(wǎng)且高度智能化,從而實現(xiàn)了前所未有的電源管理程度。
這種先進管理是由眾多設(shè)備提供,其中大部分依靠開關(guān)進行功能控制,并通常與高級顯示器配合使用來提供人機界面(HMI)。
由于開關(guān)被認為是低成本的簡單器件,設(shè)計人員通常不會花太多心思考慮。然而,選擇正確的開關(guān)可以顯著增強產(chǎn)品,相反,選擇錯誤的產(chǎn)品會導致過早失效,從而導致保修索賠和品牌聲譽方面的慘重代價。
在本技術(shù)文章中,C&K開關(guān)將研究開關(guān)技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中的作用,并重點介紹一些更受歡迎的常用器件。
能源業(yè)務(wù)正在發(fā)生變化:無論是在我們的家中、辦公室、工廠還是公共場所,隨著我們現(xiàn)代生活中的各個方面越來越依賴于技術(shù),我們也越來越依賴于這些技術(shù)背后的電力。然而,能源價格上漲導致商業(yè)和私人消費者越來越關(guān)注能源使用,特別是要避免浪費。將此與日益增長的環(huán)境意識及對環(huán)境的關(guān)注結(jié)合來看,發(fā)配電業(yè)務(wù)進入一個由智能電網(wǎng)技術(shù)所主導的新階段,也就不足為奇了。
雖然大多數(shù)配電基礎(chǔ)設(shè)施已有數(shù)十年歷史,但引入智能電網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)更大的智能控制,而為供應(yīng)商和消費者帶來整體系統(tǒng)可靠性和效益。自動化智能電網(wǎng)可以實時監(jiān)控電網(wǎng)狀況,而為操作員提供更好的信息,并對許多問題進行自動診斷。它還可以對有限的故障進行自動響應(yīng),例如變更供電路線,快速恢復故障區(qū)域,或者至少可以隔離該區(qū)域,以防止發(fā)生更廣泛的級聯(lián)故障。
從能源管理的角度來看,智能電網(wǎng)可以管理電能供應(yīng),通過在電費較低時向消費者發(fā)送自動信號,而促進在非高峰時段使用更便宜的電力。在極端情況下,當供應(yīng)量有限時,可以對非必要的消費者實施限電措施,從而保障醫(yī)院等基本功能能夠完全、正常地運行。未來,電動汽車將成為電網(wǎng)的一類大用戶,智能電網(wǎng)可以完全控制這一點,甚至可以在高峰時段從停放和連接的車輛“借用”能量,而在非高峰時段補充它們。
智能電網(wǎng)帶來了巨大的可能性,包括可以分散發(fā)電,而使小用戶(甚至是房主)可以為電網(wǎng)提供電能而獲取收益。然而,智能電網(wǎng)的可靠性僅與其采用的“智能”技術(shù)一樣好。
智能電網(wǎng)設(shè)備
雖然構(gòu)成智能電網(wǎng)的設(shè)備種類很多,但這些設(shè)備分為三個主要領(lǐng)域:輸電、配電和配電自動化——如下面圖1中的概要所述。
雖然所有這些設(shè)備在尺寸、成本和功能方面都非常多樣化,但都有一個共同點:它們都依靠各種開關(guān)來可靠、可重復地執(zhí)行其功能。
這些設(shè)備中的開關(guān)功能與設(shè)備本身一樣多種多樣,但幾乎可以肯定包括為系統(tǒng)提供輸入(單獨使用或與顯示器上的軟菜單配合使用)、與設(shè)備通信、重置和激活功能,以及在設(shè)備必須保持關(guān)閉以確保安全時防止篡改。
設(shè)計人員選擇開關(guān)時的要求
通常,設(shè)計人員在選擇開關(guān)時沒有給與其應(yīng)有的時間和關(guān)注。鑒于大多數(shù)開關(guān)的成本較低且性質(zhì)簡單,通常工程師在選擇它們時草草了事而沒有考慮到所有的相關(guān)點。然而,多種形式的開關(guān)是構(gòu)成較昂貴設(shè)備HMI的基礎(chǔ),并也因此定義了設(shè)備對用戶的“感覺”。另外,售價0.50美元的開關(guān)過早失效,有可能導致售價10,000美元的儀器無法使用。
最基本的考慮因素是功能類型——開關(guān)是需要鎖定,還是只需要瞬間按動。然后就需要定義刀擲個數(shù):此舉定義了開關(guān)的電氣要求,許多設(shè)計人員在此就停止而選擇開關(guān)了。
但是,還有許多方面需要考慮。智能電網(wǎng)應(yīng)用中使用的許多儀器/設(shè)備是在室外使用,或者在可能存在濕氣、污垢或灰塵等相對惡劣的環(huán)境中所使用。此外,這些產(chǎn)品的壽命可能長達十年或更長。接觸腐蝕和濕氣進入是這些環(huán)境中的潛在危險,因此設(shè)計人員應(yīng)考慮開關(guān)構(gòu)造所采用的材料,尤其是觸點材料,以及確保開關(guān)具有必要的密封。
可靠性非常關(guān)鍵,以便設(shè)備可以在其所有使用壽命中可靠地運行。開關(guān)的可靠性是以循環(huán)次數(shù)為單位衡量的,因此需要對應(yīng)用以及開關(guān)所要執(zhí)行的功能進行一些評估才能正確評價。信譽良好的制造商能夠為其產(chǎn)品提供表明其開關(guān)循環(huán)壽命的測試數(shù)據(jù)。
作為儀器HMI的一部分,人體工程學和美觀很重要,因為它們通常會影響用戶體驗及其對設(shè)備的感知。觸覺——開關(guān)的聲音和感覺——由于其向操作員提供開關(guān)已被操作的反饋,因此是開關(guān)操作的重要元素。選擇具有正確觸覺的開關(guān)可以為儀器提供“高品質(zhì)”的感覺。
開關(guān)的外觀可以輔以顏色來指示其功能,例如紅色表示“停止”或綠色表示“開啟”。可以通過顏色編碼識別具有類似功能的多組開關(guān),或者可以簡單地選擇開關(guān)顏色來適應(yīng)儀器制造商的品牌。
智能電網(wǎng)應(yīng)用中受歡迎的開關(guān)
雖然智能電網(wǎng)應(yīng)用中使用的開關(guān)類型非常廣泛,但某些流行類型的使用頻率高于其他類型:
KSC系列——密封觸覺開關(guān)
這種單刀單擲(SPST)瞬動按鈕開關(guān)通常用于顯示器激活和控制等應(yīng)用。
超薄KSC專為高達50mA和32VDC的小信號而設(shè)計,產(chǎn)品高度僅為2.5mm,可提供十種不同類型的傳動器,因而適用于多種應(yīng)用。該器件密封等級為IP67,適用于惡劣條件,可選的鍍金鎳觸點具有耐腐蝕性,適用于極低電流。采用金觸點的KSC,其額定工作溫度范圍為-40℃至+125℃,操作次數(shù)最高可達500萬次。這種緊湊型開關(guān)具有用于PCB安裝的“J”或“G”型表貼端子,并提供方便的卷帶包裝。
KSC的一個關(guān)鍵、獨特的功能是C&K能夠用其專用設(shè)備調(diào)整觸覺。
E系列——密封微型撥動開關(guān)
E系列密封微型撥動開關(guān)具有多種配置選擇,可通過C&K的“Build-A-Switch”零件編號系統(tǒng)輕松調(diào)出,幾乎可用于需要撥動開關(guān)的所有應(yīng)用。
E系列提供單刀、雙刀和三刀配置,提供各種開、關(guān)和瞬時動作,可以選擇合適的現(xiàn)貨器件來滿足幾乎所有要求。這種開關(guān)提供兩種尺寸的鍍鉻傳動器(以及塑料選件),所有產(chǎn)品都帶有內(nèi)部O形密封圈,符合IP57等級以及環(huán)氧樹脂密封??珊纳⒏哌_20,000VDC的碳纖維浸漬導電套管,可提供ESD保護。
E系列開關(guān)提供多種連接選擇,幾乎適用于任何應(yīng)用,包括直接和直角PCB安裝、焊接接線片、繞線和快速連接。接觸材料包括金、銀和啞光錫,可根據(jù)環(huán)境條件和可靠性需求指定為多種組合。這些開關(guān)在滿載(最高7.5A)下可達到40,000次通斷循環(huán)。
7000系列——微型撥動開關(guān)
7000系列微型撥動開關(guān)類似于E系列,但它們提供更高水平的密封,適用于特別惡劣的環(huán)境。與E系列一樣,它們可以通過“Build-A-Switch”進行配置,提供具有開、關(guān)和瞬時動作的單刀、雙刀和三刀配置。它們提供的傳動器選擇更多,包括多種尺寸和顏色的防旋轉(zhuǎn)和可鎖定位置。
可選的鍍金觸點可用于惡劣環(huán)境下的耐腐蝕性,也可用于極低的電平信號。這些開關(guān)采用環(huán)氧樹脂密封,符合IP67標準,并配有不銹鋼和電鍍元件,是惡劣環(huán)境的理想選擇。
與E系列一樣,它們的操作次數(shù)高達40,000次。
總結(jié)
我們的家庭、辦公室、工廠和公共場所在很大程度上依賴于電力供應(yīng),來對那些已成為我們現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分的設(shè)備進行供電或充電。因此,這意味著組成和管理智能電網(wǎng)的設(shè)備必須具有很高的可靠性,從而確保我們始終可以使用此電源。
每個智能電網(wǎng)儀器都離不開開關(guān),這些器件由于其表面上的簡單而經(jīng)常得不到設(shè)計者的重視。然而,為任何給定應(yīng)用選擇和部署正確的開關(guān),可以增強每個智能電網(wǎng)儀器的操作和可靠性。