断路器的设计和计算 (2)汇总

第二章断路器的设计和计算

第一节路器的导电系统设计

断路器的导电系统，又称为断路器的触头系统。它包括了触头［触点和触刀（触

桥）］，载流连接板和软连接等。对导电系统的基本要求是：

!）

能安全可靠地接通和分断短路电流及其以下的所有电流。"）长期通过额定电流（发热电流）而不产生超过允许的温升（它本身的和与之相邻的绝缘体）。

#）

能保证所设计的（预期）机械寿命和电气寿命。并在寿命试验结束后能达到标准规定的必须验证的试验（如温升、保护特性等）。

一、触头的设计

（一）断路器对触头材科的要求

!$耐电弧性

断路器在分开电路或者分断短路电流时，触头（动、静触头）之间将产生电弧，而电弧

将给触头带来磨损，并加速触头物质的迁移，引起触头的组织成份、微观结构和物理、化学性能的急剧变化。电弧的弧根有极高的温度，将引起触头表面局部熔化、飞散。当动、静触头闭合时，因触头弹簧的初压力不够，而产生机械振动（颤动），就可能发生动熔焊。

触头的电磨损与电流大小和燃弧时间有密切关系。燃弧时间短时，电磨损主要决定

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于电流的大小，若燃弧时间在!"#以上，则电磨损骤增，就可能出现“重燃”现象。

触头材料的电磨损率可用下式表示。

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（)*&）

式中

$!$!

———电磨损率；"———常数；#—

——电流。"是一个常数，但当电流大于某一值时，"值会突然增大，它表示电磨损从以蒸发损失为主转变到以熔化损失为主的电流值。这种电流称为“突变电磨损电流”，它主要决定于触头的材料。耐电弧性较好（电磨损较小）的材料有+,*-（银*钨）、+,*-.（银碳化钨）。目前短路分断电流!)/0+的断路器都采用这两种材料。

)’触头的导电性

（或称通电性）触头的导电性与动、静触头的接触电阻有密切的关系。如果动、静触头仅是在表面的突出点发生接触，该处电流就产生集中现象，而由此引起的接触电阻被称为束流电阻（也称为收缩电阻和集中电阻）12；触头在接触中，在其表面产生氧化膜附着层引起的是界面电阻（也称膜电阻）13。我们所说的接触电阻，

就是这两种电阻之和。触头经多次通断（或带负载的分合），受电弧的侵蚀，使表面变得粗糙，形成变质层，接触电阻增大。例如+,*-（银*钨）触头，+,粒子在高温下容易氧化，形成+,)-45绝缘膜，银*钨*镍（+,*-6!*78!）每次短路分断后，接触电阻就会增大&/倍。

电流通过接触电阻产生焦耳热，这是引起触头发热的主要原因。此外，触头表面受完全的腐蚀，会使有效截面积逐渐变小，导致触头过热或烧损。触头的温升取决于它的导电性和导热性。由此可见，它与接触电阻有密切的关系。

接触电阻的计算方式：

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（/’&/)%）

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（)*)）

式中

$9—

——接触电阻；"3—

——与接触材料、表面的情况、接触方式等有关的系数，可查《低压电器设计手册》；（周茂祥主编，机械工业出版社出版）；

&—

——与接触形式有关的系数（/’:;&’/）可查《低压电器设计手册》；%———触头压力，7；

据日本资料：·

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（%"&）

式中

!—

——接触电阻；"—

——系数（见表%"#）；#———触头压力，’；$—

——系数（见表%"#）。表%"#与接触电阻有关的"、$值

接触种类点接触

线接触

平面接触

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表%"#是科学工作者-)./$01$2提出的，它是以铜对铜材料（触点）进行多项试验所得。对于34"5或34"56还必须再摸索试验，确定其最符合实际的值，但有一点可以肯定，触头压力越大，!值越小，导电性能越佳（对银合金触头电阻的初步设计，仍可按式（%"&）进行修正）。

日本某电器公司，为了满足触头温升的规定值（要求触头温升在*(+7(8），它们规

定了各种等级的塑壳式断路器的触头两端的电压降为#(9:。对一些体积较小，无法提

高触头压力的情况下，可使触点的接触电压提高一些，约#*+%(9:。有了接触电压降

后，也可以大致推算它的接触电阻，例如#((3电流，触头压力为#);<4（#=)7’），!!

#(9:

#((3

!()(((#!，

再用!!"#"#$来验证。另外，还有一个计算点接触的接触电阻的公式（它要求动、静触点表面要清洁，且仅考虑其束流电阻）：

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%>（%",）

式中%—

——单点接触半径；!—

——电阻率；%根据材料的布氏硬度?@与接触压力#来决定。

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所以

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（%"*）

另按《低压电器设计手册》推荐的公式是：

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