1.5 开关电器中的电工新材料和新器件

断路器作为一种历史悠久的工业装备，能够长久的存在并且不断发展，主要在于它一直处于发展过程中，许多新技术的出现极大地提升了它的性能，使其能够满足电力系统发展的需要。而突破性新技术的核心往往与新材料和新器件的出现有关。例如新的绝缘材料的出现，可以极大地提升断路器的工作电压水平，或者很大程度上减小电器的体积和重量。SF₆气体的出现就是一个实例，在SF₆气体出现之前，无论是空气还是油断路器都体积庞大，性能不可靠。而SF₆的应用极大地提升了断路器的性能，同时减小了电力装备的体积，使得变电站变得十分紧凑。然后由于SF₆气体的强温室效应，当前又面临绝缘气体材料的变革。新型永磁材料的出现，发展出了高性能的永磁式操动机构。新型高温超导材料的出现，使得高性能限流技术成为可能。

长期以来，电力开关始终以机械式为主导，人们一直期望发展基于电力电子器件的开关来替代机械式开关。尽管电力电子技术用于电力开关设备具有快速、敏捷的特点，可以使智能化操作得以完美实现，但由于材料和器件的限制，它的损耗、耐受电压水平和耐涌流能力等还无法满足电力系统的要求。因此新的颠覆性技术的出现必然与新材料相关。例如以氮化镓和碳化硅为代表的新一代宽禁带半导体材料，以它们的潜在高性能给人们带来了极大的期望。当以这些高性能材料为基础发展的高耐压、大工作电流和耐涌流的器件出现时，断路器技术将会发生根本性的变化。本书第11章专门介绍了以电力电子器件为基础的电力开关新技术的发展。

依托于物联网、人工智能和大数据等新技术，未来的电网将会向更加智能化的方向发展。新一代电网的基本特征之一应当是物联网，即在大量采集信息的基础上通过人工智能技术对电网进行更加经济、高效的管理，满足人们对各种新能源的大规模利用，同时满足多种能源的合理调配与管理。物联网技术的基础是各类传感器。目前电网中传感器的种类还是有限的，大量高智能、微型化的传感器还有待开发。随着各类传感器的不断涌现，电网的智能化水平也必然会上升到一个全新的阶段。