低壓電氣開關(guān)接觸性能分析與設(shè)計

羅波

摘要：在我國現(xiàn)代經(jīng)濟不斷高速發(fā)展的狀況下，對電力的使用也在日漸廣泛，其中低壓電器的使用也在不斷的變化中，我們?nèi)粘３Ｓ玫牡蛪弘娖髦饕袃煞N，一種是配電的，另一種就是控制電器的。無論是哪種都需要設(shè)置電器開關(guān)，本文主要對低壓電氣開關(guān)的性能以及設(shè)計方面的內(nèi)容進行簡要的分析和探討，希望同行予以參考。

關(guān)鍵詞：低壓；電氣開關(guān)；接觸性能；設(shè)計

凡用在1000V以下的電器，通常稱為低壓電器。它在供配電系統(tǒng)中對電能的發(fā)送、分配與應(yīng)用起著轉(zhuǎn)換、控制、保護與調(diào)節(jié)等作用。開關(guān)器件是手動操作的電器，如刀開關(guān)、鐵殼開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、低壓斷路器（空氣開關(guān)）等。一般用于不頻繁地接通和分斷容量不是很大的低壓供電線路，也可作為電源隔離開關(guān)。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和小型工廠中還經(jīng)常用來直接起動小容量的籠型異步電動機。本文主要對低壓電氣開關(guān)接觸性能進行分析與設(shè)計。

一、低壓電氣開關(guān)的作用

在我國電氣開關(guān)中，低壓開關(guān)是其中的一部分，它的主要作用就是斷開或接通電路，保證電流正常流經(jīng)工作電器。一般是在空氣中拉長電弧或利用滅弧柵將長電弧分為短電弧。常用的低壓開關(guān)有閘刀開關(guān)、接觸器、磁力滅弧器和自動空氣開關(guān)。開關(guān)電器觸頭的接觸電阻不僅與觸頭本身的材料、結(jié)構(gòu)、機械力、電壓和電流等有關(guān)，還與開關(guān)電器的工作狀態(tài)有關(guān)。開關(guān)電器的觸頭在閉合狀態(tài)時，由于通有電流，必然要引起發(fā)熱，而發(fā)熱對觸頭接觸電阻有一定的影響；觸頭在通斷工作狀態(tài)時，在斷開的瞬間將出現(xiàn)電弧，而電弧的高溫也影響接觸電阻。

二、低壓開關(guān)動、靜觸頭的接觸性能分析

在低壓電器中，當觸頭的壓力適當時，就可以對其接觸面積進行有效的判斷了，其中最常用的方法是 “痕跡法”。該方法的主要步驟是：取一張白紙和一張復(fù)寫紙，疊好后放在動、靜觸頭之間，然后使電器合閘，于是在觸頭接觸部位的白紙上便會留下復(fù)寫紙的痕跡。與此同時，便可以得出接觸面積的大小了。一般線接觸或?qū)挾仍?mm以內(nèi)的面接觸，其接觸長度或接觸面積不應(yīng)小于全部應(yīng)接觸長度或應(yīng)接觸面積的3/4；寬度在5mm以上的面接觸，接觸面積不應(yīng)小于全部應(yīng)接觸面積的2/3。

實踐證明，觸頭的長期熱態(tài)接觸電阻與原來的熱態(tài)接觸電阻的關(guān)系可能有三種不同情況：1）長期熱態(tài)接觸電阻保持穩(wěn)定不變，并且基本上等于原來的熱態(tài)接觸電阻。2）是長期熱態(tài)接觸電阻保持穩(wěn)定不變，但比原來的熱態(tài)接觸電阻增大一些。3）在觸頭溫升穩(wěn)定并經(jīng)一段時間后，接觸電阻基本上保持不變，接著就開始逐漸增大，且與觸頭溫升的升高互為因果，互相促進，最后發(fā)展為惡性循環(huán)，即觸頭電阻和觸頭溫度都迅速不斷增加，這種惡性發(fā)展的原因是由于觸頭上有氧化膜存在，且此氧化膜可隨通電時間的增加和觸頭溫度的升高而加厚所致。開關(guān)電器在通斷能力試驗、電壽命試驗或?qū)嶋H運行過程中，在分斷電流瞬間不免要出現(xiàn)電弧，觸頭在電弧產(chǎn)生的高溫的強烈作用下，其接觸情況會有很大的不同。

原因主要有：1）觸頭表面被電弧燒損后將變成凹凸不平，使接觸點的數(shù)目比原來的減少，因而收縮電阻增大；2）觸頭表面原來的氧化膜在電弧瞬時的高溫作用下可能被燒損，但同時新的氧化膜迅速增長；3）觸頭附近的絕緣材料在電弧的瞬時高溫下可能會釋放出有機物蒸氣附著和污染觸頭表面，使觸頭的表面膜電阻增大。

三、低壓電器開關(guān)接觸性能設(shè)計

（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 CarbonateResin），強度高：抗沖擊、耐扭曲、抗老化；耐高溫：100°C*60、850°/5秒鐘（國際IEC標準）；不褪色：抗紫外線、不易褪色、極難染色；無污染：表面極為細密光滑、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）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。

（3）觸點材料及設(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材料。

（4）保護門和拔嘴材料

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

四、低壓電氣開關(guān)接觸電阻的設(shè)計

在我國目前對低壓電器的定義是指的直流電壓在1200伏以下或者交流電壓在一千伏以下的線路中的電氣元件。在我國低壓電器的品種較多，常見的分類為配電電器和控制電器兩大類。低壓配電電器主要用于低壓配電系統(tǒng)和動力回路，具有工作可靠、熱穩(wěn)定性好和電動力穩(wěn)定性好、能承受一定電動力作用等優(yōu)點。常用配電電器包括刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、熔斷器、低壓斷路器等。低壓控制電器主要用于電力傳輸系統(tǒng)中，具有工作準確可靠、操作效率高、壽命長、體積小等優(yōu)點。常用的低壓控制電器包括接觸器、繼電器、啟動器、主令電器、控制器、電阻器、變阻器、電磁鐵等。

接觸電阻一般都很小，因此，測量接觸電阻與測量金屬低電阻屬予同一范圍。但接觸電阻的性質(zhì)與金屬電阻有很大不同。因此，接觸電阻的測量又有其特殊要求。對強電開關(guān)電器來說，最主要的要求是在測量時加于觸頭上的電壓和通過觸頭中的電流都必須足夠大。這是由于觸頭上總是有一層薄膜存在，薄膜是否被擊穿而導(dǎo)電則與加在此薄膜上的電壓的大小即電場強度有關(guān)。電擊穿后薄膜被破壞的程度則與通過的電流的大小有關(guān)。開關(guān)電器在通斷能力試驗后或電壽命試驗后以及開關(guān)電器經(jīng)運行一定時間后，由于觸頭表面上的薄膜比新的要厚得多，因此，測量其接觸電阻時尤應(yīng)注意所施加的電壓和電流的大小。試驗證明，觸頭上的薄膜對接觸電阻的影響如果是占主要地位時，則測量電流的大小對接觸電阻值將有明顯的影響。測量觸頭接觸電阻時，如通入的電流不同，所測得的接觸電阻可能也不同。

如果觸頭的導(dǎo)電不是薄膜接觸而是金屬接觸占主要比例時，例如經(jīng)清理后或全新的觸頭，則測量電流大小與接觸電阻值幾乎無關(guān)，或測量電流增大，接觸電阻稍有增加，顯示出主要是屬于金屬導(dǎo)電的性質(zhì)。行程開關(guān)的觸頭動作方式有蠕動型和瞬動型兩種。蠕動型的觸頭與按鈕相似，當擋鐵移動速度低于0.4m/min時，觸頭切斷太慢，易受電弧灼傷，從而減少觸頭的使用壽命，也影響動作的可靠性及行程控制的位置精度。

為了克服這些缺點，行程開關(guān)一般都采用具有快速切換動作機構(gòu)的瞬動型觸頭。它的內(nèi)部有三對靜觸頭，分別裝在絕緣墊板上，并附有接線柱，用于與電源及用電設(shè)備的連接。三個動觸頭是由磷銅片或硬紫銅片和具有良好絕緣性能的絕緣鋼紙板鉚合而成，和絕緣墊板一起套在附有手柄的絕緣桿上，手柄每轉(zhuǎn)動90°，帶動三個動觸頭分別與三對靜觸頭接通或斷開，實現(xiàn)接通或斷開電路的目的。開關(guān)的頂蓋部分由凸輪、彈簧及手柄等零件構(gòu)成操作機構(gòu)，由于采用了扭簧儲能可使觸頭快速閉合或分斷，從而提高了開關(guān)的通斷能力。組合開關(guān)具有體積小、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、滅弧性能較好等優(yōu)點。選用時，應(yīng)根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸頭數(shù)以及電動機的容量進行選用。

由于接觸電阻具有上述的獨特性質(zhì)，因此，測量接觸電阻很少采用常用的測量低電阻的雙臂電橋（凱爾文電橋），否則，有可能出現(xiàn)較大的測量誤差，原因主要是電橋所提供的加在接觸點上的電壓和通過的電流都太小。

五 結(jié)論

低壓電器是指工作在交流額定電壓1200V及以下、直流額定電壓1500V及以下的電路中，以實現(xiàn)對電路或非電對象的控制、檢測、保護、變換、調(diào)節(jié)等作用的電器。

參考文獻：

[1] 李久軍.淺談建筑電氣中的低壓電氣安裝[J].黑龍江科技信息，2013.

[2] 王林強，夏熙杰.低壓電氣裝置保護接地系統(tǒng)中存在的問題[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013.

[3] 張靜.淺談低壓電氣供配電及設(shè)備安全管理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.

[4] 肖同軍，趙雪源.低壓電氣裝置保護接地系統(tǒng)中存在的問題[J].科技信息，2013.

[5] 董宗仁.低壓電氣供配電及設(shè)備安全運行探討[J].硅谷，2013.