1.5 開關電器中的電工新材料和新器件

斷路器作為一種歷史悠久的工業裝備，能夠長久的存在并且不斷發展，主要在于它一直處于發展過程中，許多新技術的出現極大地提升了它的性能，使其能夠滿足電力系統發展的需要。而突破性新技術的核心往往與新材料和新器件的出現有關。例如新的絕緣材料的出現，可以極大地提升斷路器的工作電壓水平，或者很大程度上減小電器的體積和重量。SF₆氣體的出現就是一個實例，在SF₆氣體出現之前，無論是空氣還是油斷路器都體積龐大，性能不可靠。而SF₆的應用極大地提升了斷路器的性能，同時減小了電力裝備的體積，使得變電站變得十分緊湊。然后由于SF₆氣體的強溫室效應，當前又面臨絕緣氣體材料的變革。新型永磁材料的出現，發展出了高性能的永磁式操動機構。新型高溫超導材料的出現，使得高性能限流技術成為可能。

長期以來，電力開關始終以機械式為主導，人們一直期望發展基于電力電子器件的開關來替代機械式開關。盡管電力電子技術用于電力開關設備具有快速、敏捷的特點，可以使智能化操作得以完美實現，但由于材料和器件的限制，它的損耗、耐受電壓水平和耐涌流能力等還無法滿足電力系統的要求。因此新的顛覆性技術的出現必然與新材料相關。例如以氮化鎵和碳化硅為代表的新一代寬禁帶半導體材料，以它們的潛在高性能給人們帶來了極大的期望。當以這些高性能材料為基礎發展的高耐壓、大工作電流和耐涌流的器件出現時，斷路器技術將會發生根本性的變化。本書第11章專門介紹了以電力電子器件為基礎的電力開關新技術的發展。

依托于物聯網、人工智能和大數據等新技術，未來的電網將會向更加智能化的方向發展。新一代電網的基本特征之一應當是物聯網，即在大量采集信息的基礎上通過人工智能技術對電網進行更加經濟、高效的管理，滿足人們對各種新能源的大規模利用，同時滿足多種能源的合理調配與管理。物聯網技術的基礎是各類傳感器。目前電網中傳感器的種類還是有限的，大量高智能、微型化的傳感器還有待開發。隨著各類傳感器的不斷涌現，電網的智能化水平也必然會上升到一個全新的階段。