低壓電器開關(guān)接觸性能分析與設(shè)計

【摘 要】低壓電器開關(guān)是最常見的低壓電器產(chǎn)品，也是老百姓日常生活中接觸最多，使用最多，同時也是故障相對較多的產(chǎn)品。低壓電器開關(guān)的接觸性能對低壓電器產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。由于生產(chǎn)管理、材料及工藝設(shè)計等方面的因素，使得影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題也很多。本文將基于低壓電器產(chǎn)品常見故障去分析其接觸性能并由此提出一些與接觸性能設(shè)計相關(guān)的一些策略。

【關(guān)鍵詞】低壓電器；電器開關(guān)；接觸性能分析；接觸性能設(shè)計

低壓電器開關(guān)是最常見的低壓電器產(chǎn)品，也是老百姓日常生活中接觸最多，故障相對也多的電器產(chǎn)品。其作用主要是起隔離電源，不頻繁通斷電路。電器的接觸性能對電器的使用起著至關(guān)重要的作用，同時也是電器產(chǎn)品質(zhì)量最容易產(chǎn)生問題的地方。本文將基于低壓斷路器、封閉式負(fù)荷開關(guān)及組合開關(guān)等低壓電器產(chǎn)品，根據(jù)其常見故障和問題，包括影響接觸性能的問題就低壓電器開關(guān)的接觸性能進(jìn)行分析，并提出與接觸性能設(shè)計相關(guān)的一些策略。

1.低壓電器開關(guān)接觸性能分析

1.1低壓斷路器

結(jié)構(gòu)說明：

1．彈簧

2．觸點(diǎn)

3．鎖鍵

4．搭鉤

5．軸

6．電磁脫扣器

7．杠桿

8．銜鐵

9．彈簧

10．銜鐵

11．欠電壓脫扣器

12．雙金屬片

13．電阻絲

接觸性能問題分析

故障現(xiàn)象故障可能原因

不能合閘欠壓脫扣器無電壓或線圈損壞

儲能彈簧變形

反作用彈簧力過大

操作機(jī)構(gòu)不能復(fù)位再扣

電流達(dá)到整定值，斷路器不動作熱脫扣器雙金屬片損壞

電磁脫扣器的銜鐵與鐵心距離太大或電磁線圈損壞

主觸頭熔焊

啟動電動機(jī)時斷路器立即分?jǐn)嚯姶琶摽燮魉矔r整定值過小

電磁脫扣器的某些零件損壞

斷路器閉合后一定時間自行分?jǐn)酂崦摽燮髡ㄖ颠^小

斷路器溫升過高觸頭壓力過小

觸頭表面過分磨損或接觸不良

兩個導(dǎo)電零件鏈接螺釘松動

1.2 封閉式負(fù)荷開關(guān)

負(fù)荷開關(guān)分為開啟式和封閉式，我們以封閉式負(fù)荷開關(guān)為例[1]。

封閉式負(fù)荷開關(guān)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)說明：

1.動觸刀 2.靜夾座

3.熔斷器 4.進(jìn)線孔

5.出線孔 6.速斷彈簧

7.轉(zhuǎn)軸 8.手柄

9.罩蓋 10.罩蓋鎖緊螺栓

接觸性能問題分析

故障現(xiàn)象故障可能原因

操作手柄帶電外殼未接地或接地線松脫

電源進(jìn)出線絕緣損壞碰殼

夾座（靜觸頭）過熱或燒壞夾座表面燒毛

閘刀與夾座壓力不足

負(fù)載過大

1.3 組合開關(guān)

左側(cè)圖示：a）外形，b）符號，c) 結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：

靜觸頭一端固定在膠木盒內(nèi)，另一端伸出盒外，與電源或負(fù)載相連。動觸片套在絕緣方桿上，絕緣方軸每次作90°正或反方向的轉(zhuǎn)動，帶動靜觸頭通。

接觸性能問題分析

故障現(xiàn)象可能原因

手柄轉(zhuǎn)動后，內(nèi)部觸頭未動手柄上的軸孔磨損變形

絕緣桿變形（由方形磨為圓形）

手柄與方軸，或軸與絕緣桿配合松動

手柄轉(zhuǎn)動后，動靜觸頭不能按要求動作組合開關(guān)型號選用不正確

觸頭角度裝配不正確

觸頭失去彈性或接觸不良

接線柱間短路因鐵屑或油污附著在接線柱間，形成導(dǎo)電層，將膠木燒焦，絕緣損壞而形成短路

2.低壓電器開關(guān)接觸性能設(shè)計

電接觸材料是低壓電器的核心組成部件，被稱為“低壓電器的心臟”[2]。由于電接觸材料對低壓電器產(chǎn)品性能和壽命的決定性作用，因此選擇好的電接觸材料對提升低壓電器開關(guān)的接觸性能和質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。

2.1開關(guān)的殼體、結(jié)構(gòu)件材料

采用：PC（聚碳酸酯）--俗稱“防彈膠”(Poly Carbonate Resin)，強(qiáng)度高：抗沖擊、耐扭曲、抗老化；耐高溫：100OC*60、850O/5秒鐘（國際IEC標(biāo)準(zhǔn)）；不褪色：抗紫外線、不易褪色、極難染色；無污染：表面極為細(xì)密光滑、易于清潔。相較于傳統(tǒng)價廉質(zhì)次的膠木粉以及ABS低檔工程塑料有著無與倫比的優(yōu)勢。

2.2載流件材料及設(shè)計

插座采用錫磷青銅整體載流件，導(dǎo)電性能高、彈性好、耐磨能保證載流件有效接觸，更具安全保障。載流件表面要做抗氧化處理可有效減少載流件的金屬氧化變質(zhì)導(dǎo)致接觸性能降低。

2.3觸點(diǎn)材料及設(shè)計

銀合金導(dǎo)電性好、耐高溫、抗氧化、不易磨損是良好的觸點(diǎn)材料。

2.4保護(hù)門和拔嘴材料

由于增強(qiáng)尼龍堅硬耐磨、耐高溫并具韌性，開關(guān)電器的保護(hù)門宜采用增強(qiáng)尼龍材料，這樣能起到更好的保護(hù)作用。拔嘴宜采用增強(qiáng)尼龍和高強(qiáng)度鋼帶。

3.低壓電器開關(guān)接觸性能設(shè)計的其它考慮

低壓電器開關(guān)看似簡單的產(chǎn)品設(shè)計，實(shí)際上對工藝流程要求非常高，這就需要精益求精的精細(xì)化生產(chǎn)和設(shè)計。低壓電器開關(guān)的材料選擇對低壓電器開關(guān)的質(zhì)量起著決定性作用，但工藝設(shè)計和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合才是產(chǎn)品最好的出路。必須以追求質(zhì)量和精益求精為產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)計的最佳過程做好低壓電器產(chǎn)品的性能設(shè)計。

開關(guān)應(yīng)設(shè)計成：當(dāng)開關(guān)在按正常使用要求安裝和接線后，甚至在那些不用工具便可拆下的零部件被拆除后，其帶電部件仍是不易觸及的。開關(guān)中，凡設(shè)計要安裝由非ELV（特低電壓）電源供電的信號燈，應(yīng)有防止與燈直接接觸的措施。旋鈕、操作桿、按鈕、蹺板等應(yīng)為絕緣材料制品[3]，否則，必須用雙絕緣或加強(qiáng)絕緣將它們的易觸及金屬部件與開關(guān)機(jī)構(gòu)的金屬部件隔開，或?qū)⑺鼈兊囊子|及金屬部位牢靠接地。

3.1金屬蓋或蓋板應(yīng)以由絕緣襯墊或絕緣隔層組成的附加絕緣來保護(hù)。這些絕緣襯墊或絕緣隔層應(yīng)：

固定到開關(guān)的蓋或蓋板或本體，并應(yīng)固定得若不使之永久損壞，便不能將它們拆下；或設(shè)計成：無法將它們置換于不正確位置；如果缺了他們，開關(guān)便不能使用或明顯地不完整；即使導(dǎo)線從端子脫出，帶電部件與金屬蓋或蓋板之間亦不會有例如由固定螺釘?shù)纫鸬囊馔饨佑|危險。

有預(yù)防措施，能防止爬電距離或電氣間隙降至低于爬電距離或電氣間隙和通過密封膠距離的規(guī)定值。

應(yīng)固定金屬蓋或蓋板的同時將該蓋或蓋板接地。可以只使用固定件來進(jìn)行這種接地。這種接地連接應(yīng)是低阻連接[4]。

3.2開關(guān)機(jī)構(gòu)中的不與帶電部件絕緣的金屬部件，如轉(zhuǎn)輪或蹺板的心軸或樞軸等，不應(yīng)伸出外殼。若是用可取下的鑰匙或類似部件來操作的開關(guān)，開關(guān)機(jī)構(gòu)中的這種金屬部件必須與帶電部件絕緣。

開關(guān)按正常使用要求固定好后，其開關(guān)機(jī)構(gòu)中的金屬部件，如轉(zhuǎn)輪或蹺板的心軸或樞軸等，應(yīng)是不易觸及的。此外，這些金屬部件應(yīng)與易觸及金屬部件，包括支撐暗裝式開關(guān)底座的可能要安裝在金屬安裝盒內(nèi)的金屬框架等絕緣，還應(yīng)與將底座固定到其支架的螺釘絕緣。

如果開關(guān)機(jī)構(gòu)中的金屬部件與帶電部件隔開，二者間的爬電距離和電氣距離為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的至少兩倍，或?qū)⑦@些金屬部件牢靠接地，就不需滿足上述附加要求。

用可取下的鑰匙或用中間部件，例如拉線、鏈條或桿等來操作的開關(guān)應(yīng)設(shè)計得其鑰匙或中間部件只能觸及與帶電部件絕緣的部件。此鑰匙或中間部件應(yīng)與開關(guān)機(jī)構(gòu)的金屬部件絕緣否則，帶電部件與開關(guān)機(jī)構(gòu)的金屬部件之間的爬電距離和電氣間隙應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的至少兩倍[5]。

3.3開關(guān)的結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證正常使用時溫升不會超過規(guī)定值。

3.4觸頭所用金屬及觸頭的設(shè)計均應(yīng)能保證開關(guān)的操作不會因觸頭氧化或劣化而受到不利影響。

3.5開關(guān)應(yīng)經(jīng)受得住正常使用時出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力、電應(yīng)力和熱應(yīng)力而不會出現(xiàn)過度磨損或其他有害影響。

4.低壓電氣的技術(shù)和性能發(fā)展趨勢

隨著新技術(shù)的發(fā)展，特別是電子、微電子技術(shù)和計算機(jī)的迅速發(fā)展，將對低壓電器元件帶來深遠(yuǎn)的影響，在原有產(chǎn)品繼續(xù)完善性能、功能、提高質(zhì)量的同時，將產(chǎn)生一批新型產(chǎn)品。我國未來的低壓電器產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)及發(fā)展將主要有以下幾個趨勢：低壓電器產(chǎn)品智能化；產(chǎn)品電子化；產(chǎn)品組合化、模塊化；提高產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量。參考文獻(xiàn)

[1]喬偉杰，湯立堅，邵茂春.怎樣選用轉(zhuǎn)換開關(guān)—轉(zhuǎn)換開關(guān)電氣性能介紹.機(jī)床電器，2007，(1): 56-61.

[2]凌銘.家用插座保護(hù)門的防觸電保護(hù).中國測試技術(shù)，2004，(4):61-62.

[3]王嚴(yán).開關(guān)電氣防跳回路分析與探討.繼電器，2003，(1):72-73.

[4]朱海君.淺析低壓電氣裝置的防觸電保護(hù).農(nóng)村電氣化，1999，(5): 37-37.

[5]沈五修.斷路器中使用低壓電氣元件的管理.河北電力技術(shù)，1994，(3): 49-51.