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為什么開關在智能電網應用中很重要


作者:Michael Bolduc    時間:2018/11/2 17:12:45  來源:   

作者:C&K 工業和消費類環球部門經理 Michael Bolduc

 

隨著能源成本的上升和環境意識的提高,能源效率正成為一個越來越重要的話題。智能電網正在變得高度聯網且高度智能化,從而實現了前所未有的電源管理程度。

 

這種先進管理是由眾多設備提供,其中大部分依靠開關進行功能控制,并通常與高級顯示器配合使用來提供人機界面 (HMI)。

 

由于開關被認為是低成本的簡單器件,設計人員通常不會花太多心思考慮。然而,選擇正確的開關可以顯著增強產品;相反,選擇錯誤的產品會導致過早失效,從而導致保修索賠和品牌聲譽方面的慘重代價。

 

在本技術文章中,C&K 將研究開關技術在智能電網應用中的作用,并重點介紹一些更受歡迎的常用器件。

 

能源業務正在發生變化:無論是在我們的家中、辦公室、工廠還是公共場所,隨著我們現代生活中的各個方面越來越依賴于技術,我們也越來越依賴于這些技術背后的電力。然而,能源價格上漲導致商業和私人消費者越來越關注能源使用,特別是要避免浪費。將此與日益增長的環境意識及對環境的關注結合來看,發配電業務進入一個由智能電網技術所主導的新階段,也就不足為奇了。

 

雖然大多數配電基礎設施已有數十年歷史,但引入智能電網技術可實現更大的智能控制,從而為供應商和消費者帶來整體系統可靠性和效益。自動化智能電網可以實時監控電網狀況,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,例如變更供電路線,快速恢復故障區域,或者至少可以隔離該區域,以防止發生更廣泛的級聯故障。

 

從能源管理的角度來看,智能電網可以管理電能供應,通過在電費較低時向消費者發送自動信號,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的一類大用戶,智能電網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。

 

智能電網帶來了巨大的可能性,包括可以分散發電,而使小用戶(甚至是房主)可以為電網提供電能而獲取收益。然而,智能電網的可靠程度與使其獲得「智能」證書的技術一樣。

 

智能電網設備

 

雖然構成智能電網的設備種類很多,但這些設備分為三個主要領域:送電、配電和配電自動化 ─—如下面圖 1 中的概要所述。

 

圖 1:智能電網依賴于多種設備的可靠功能

 

雖然所有這些設備在尺寸、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來可靠、重復地執行其功能。

 

這些設備中的開關功能與設備本身一樣多種多樣,但幾乎可以肯定包括為系統提供輸入(單獨使用或與顯示器上的軟菜單配合使用)、與設備通信、重置和激活功能,以及在設備必須保持關閉以確保安全時防止篡改。

 

設計人員選擇開關時的要求

 

通常,設計人員在選擇開關時沒有給與其應有的時間和關注。鑒于大多數開關的成本較低且性質簡單,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點。然而,多種形式的開關是構成較昂貴設備人機界面的基礎,并也因此定義了用戶對設備的「感覺」。另外,售價 0.5 美元的開關過早失效,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 —本開關是需要鎖定,還是只需要瞬間按動。然后就需要定義刀擲個數:此舉定義了開關的電氣要求,許多設計人員在此就停止而選擇開關了。

 

但是,還有許多方面需要考慮。智能電網應用中使用的許多儀器/ 設備是在室外使用,或者在可能存在濕氣、污垢或灰塵等相對惡劣的環境中所使用。此外,這些產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境中的潛在危險,因此設計人員應考慮開關構造所采用的材料,尤其是觸點材料,以及確保開關具有必要的密封。

 

可靠性非常關鍵,以便設備可以在其所有使用壽命中可靠地運行。開關的可靠性是以循環次數為單位衡量的,因此需要對應用以及開關所要執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品提供表明其開關循環壽命的測試數據。

 

開關作為儀器人機界面的一部分,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備的(使用)感受。觸覺 —覺開關的聲音和感覺 — 是開關操作的重要元素, 因為開關的聲音和感覺向用戶提供反饋, 讓客戶知悉開關已運行。選擇具有正確觸覺的開關可以為儀器提供「高品質」的感覺。

 

開關的外觀可以輔以顏色來顯示其功能,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,或者生產商的品牌效果可利用開關顏色來進行增強。

 

智能電網應用中受歡迎的開關

 

雖然智能電網應用中使用的開關類型非常廣泛,但某些流行類型的使用頻率高于其他類型:

 

KSC 系列 — 密封輕觸開關

這種單刀單擲 (SPST) 瞬動按動開關通常用于顯示器激活和控制等應用。

 

 

圖 2:KSC 系列開關提供總共十種起動器選擇,同時可進行其它定制

 

超薄 KSC 專為高達 50mA 和 32VDC 的小信號而設計,產品高度僅為 2.5mm,可配備十種不同類型的起動器,使其適用于多種應用。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℃,操作次數最高可達 500 萬次。這種緊湊型開關具有用于 PCB 安裝的「J」或「G」型表貼端子,并提供方便的卷帶包裝。

 

KSC 的一個關鍵、獨特的功能是 C&K 能夠用其專用設備調整觸覺。

 

E 系列 — 觸密封微型鈕子開關

E 系列密封微型鈕子開關具有多種配置選擇,可通過 C&K 的「Build-A-Switch」 部件號系統輕松構建,幾乎可用于需要鈕子開關的所有應用。

 

圖 3:E 系列鈕子開關標配有數千種版本

 

E 系列提供單刀、雙刀和三刀配置,提供各種開、關和瞬時動作,可以選擇合適的現貨器件來滿足幾乎所有要求。開關提供兩種尺寸的鍍鉻起動器(以及塑料選件),所有產品都帶有內部 O 型圈和密封底座結構,符合 IP57 等級。并附帶 UL 94V-0 尼龍套和襯套,可提供 ESD 保護。

 

E 系列開關提供多種連接選擇,幾乎適用于任何應用,包括垂直和直角 PCB 安裝、焊接、導線和快速連接。接觸材料包括金、銀和啞光錫,可根據環境條件和可靠性需求指定為多種組合。這些開關在滿載(最高 7.5A)下可達到 40,000 次通斷循環。

 

7000 系列 — 微型鈕子開關

7000 系列微型鈕子開關類似于 E 系列,但它提供更高水平的密封,適用于特別惡劣的環境。與 E 系列一樣,7000 系列可以通過「Build-A-Switch」進行配置,提供具有開、關和瞬時動作的單刀、雙刀和三刀配置。它提供的起動器選擇更多,包括多種尺寸和顏色的防旋轉和可鎖定位置。


可選的鍍金觸點提供可用于惡劣環境的耐腐蝕性,也可傳導低電平電流。開關采用密封底座結構,符合 IP67 標準,并配有不銹鋼和電鍍元件,是惡劣環境的理想選擇。


與 E 系列一樣,7000 系列的操作次數高達 40,000 次。


總結

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,來對那些已成為我們現代生活中不可或缺的一部分的設備進行供電或充電。這意味著組成和管理智能電網的設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。


每個智能電網儀器都離不開開關,這些器件由于其表面上的簡單而經常得不到設計者的重視。然而,為任何特定應用選擇和部署正確的開關,可以增強每個智能電網儀器的操作和可靠性。

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