萬能式斷路器是一種使用廣泛的低壓配電設(shè)備，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、技術(shù)含量高等優(yōu)點(diǎn)。分配電能、保護(hù)及避免線路和電源設(shè)備受到過載、短路以及欠電壓等故障的危害是萬能式斷路器的主要功能，故其穩(wěn)定可靠性直接影響到配電系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。

在斷路器的各種工作狀態(tài)下產(chǎn)生的溫升問題將直接影響斷路器的安全性和可靠性，因此，本文從能量損耗的原理出發(fā)，分析斷路器連接處溫升原理，提出了一種新型萬能式斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1 聯(lián)結(jié)處溫升原理分析

絕緣材料是萬能式斷路器中不可或缺的重要材料。隨著萬能式斷路器運(yùn)行過程中造成的溫度的上升，絕緣材料的絕緣電阻會(huì)按照指數(shù)規(guī)律減小，且其隨溫度上升的老化是永久性的、不可逆轉(zhuǎn)的，因此，溫升過高會(huì)加劇電器絕緣材料的老化，故絕緣材料的極限允許溫度必須要受到限制，以保證斷路器運(yùn)行的可靠性以及安全性。

此外，當(dāng)溫度升高到極限值時(shí)，會(huì)加劇導(dǎo)電部件的軟化，導(dǎo)致斷路器的機(jī)械強(qiáng)度明顯降低，輕則發(fā)生變形，影響斷路器的正常工作；重則導(dǎo)致斷路器燒損，縮短斷路器的使用壽命，影響所配電系統(tǒng)的安全可靠工作。

同時(shí)，斷路器運(yùn)行過程中造成的溫度升高會(huì)導(dǎo)致聯(lián)結(jié)處的接觸表面生成氧化膜等，使得聯(lián)結(jié)處的接觸電阻變大，聯(lián)結(jié)處的溫度進(jìn)一步升高，形成惡性循環(huán)。因此，對正常運(yùn)行狀態(tài)下斷路器的溫升加以限制，滿足相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對保證萬能式斷路器的使用壽命以及配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有十分重大的意義。

萬能式斷路器觸頭系統(tǒng)中的動(dòng)觸頭與母線采用額外器件將兩者進(jìn)行連接，聯(lián)結(jié)器與動(dòng)觸頭以及母線間的接觸電阻主要與聯(lián)結(jié)器和動(dòng)觸頭以及母線間的接觸面積有關(guān)，聯(lián)結(jié)處的接觸面積大會(huì)導(dǎo)致聯(lián)結(jié)處的接觸電阻減??；聯(lián)結(jié)處的接觸面積小會(huì)造成聯(lián)結(jié)處的接觸電阻增大。

根據(jù)焦耳定律，聯(lián)結(jié)處的能量損耗

由式（1）及以上分析可知，當(dāng)導(dǎo)體通過一定電流I時(shí)，聯(lián)結(jié)處的能量損耗和聯(lián)結(jié)處的接觸面積大小有關(guān)。聯(lián)結(jié)器件與動(dòng)觸頭和母線之間的接觸面積大會(huì)造成聯(lián)結(jié)處的接觸電阻減小，從而能量損耗小，溫升低；聯(lián)結(jié)處的接觸面積小會(huì)造成聯(lián)結(jié)處的接觸電阻變大，導(dǎo)致能量損耗大，溫升高。

如何有效地增大萬能式斷路器中動(dòng)觸頭和母線與聯(lián)結(jié)器件的接觸面積，使得聯(lián)結(jié)處的接觸電阻減小，溫升降低，保證萬能式斷路器正常安全運(yùn)行工作下的可靠性，是一個(gè)必須解決的問題。

2 傳統(tǒng)的斷路器觸頭系統(tǒng)

傳統(tǒng)的萬能式斷路器的框架圖如圖1所示，其主要有動(dòng)觸頭、銅編織線以及母線構(gòu)成。

圖1 傳統(tǒng)的萬能式斷路器框架圖

由圖1可知，傳統(tǒng)的萬能式斷路器的觸頭系統(tǒng)中的動(dòng)觸頭和母線之間采用由0.05mm銅絲編織而成的銅編織線（軟連接）進(jìn)行連接，且聯(lián)結(jié)處采用焊接的方式進(jìn)行固定。

基于國內(nèi)現(xiàn)有的焊接工藝，采用焊接的方式對聯(lián)結(jié)處進(jìn)行固定，其釬著率即焊接面積很難達(dá)到85%以上，難以滿足焊線面積應(yīng)達(dá)到95%以上的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致動(dòng)觸頭和母線與銅編織線的接觸面積達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成萬能式斷路器在運(yùn)行過程中溫度升高，從而影響萬能式斷路的長期穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)可靠性和安全性以及其使用壽命。

此外，在焊接過程中，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，對工作人員的健康和環(huán)境造成一定程度的影響，達(dá)不到綠色環(huán)保要求。

銅編織線是采用多股銅線纏繞而成，加工工藝復(fù)雜；在相同質(zhì)量下，其成本約高于銅板的2/3。且在焊接過程中，受到焊接溫度的影響，銅編織線易變硬，從而影響銅編織線的柔韌度，導(dǎo)致斷路器在分合閘時(shí)，動(dòng)觸頭的靈活性受到一定損傷，使得萬能式斷路器的極限分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行分?jǐn)嗄芰档?，從而影響斷路器的分合閘速度。銅編織線變硬還會(huì)影響萬能式斷路器操作機(jī)構(gòu)的電氣壽命和機(jī)械壽命，降低斷路器的安全性和可靠性。

3 新型斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對傳統(tǒng)的萬能式斷路器存在的缺陷，本文提出了一種新型萬能式框架斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)包括基座、底板、動(dòng)觸頭、動(dòng)觸頭彈簧、觸頭支持、夾板、條齒狀母線、聯(lián)結(jié)板、彈簧、軸和支架，各部件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中，動(dòng)觸頭采用長方形異形形狀結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)板被設(shè)置在動(dòng)觸頭和母線條齒的兩側(cè)面，采用鉚接的方式將聯(lián)結(jié)板和動(dòng)觸頭進(jìn)行固定連接，如圖3所示。動(dòng)觸頭通過插入軸的方式安裝在母線上，并在兩個(gè)動(dòng)觸頭的聯(lián)結(jié)板之間安裝壓縮彈簧，通過軸安放在支架上。

觸頭系統(tǒng)中的觸頭支持件用來安放動(dòng)觸頭。將觸頭彈簧安裝在動(dòng)觸頭和觸頭支持件間。用左右夾板將動(dòng)觸頭固定在觸頭支持件上，再安放在基座和底板之間。本文提出的新型萬能式斷路器觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（a）動(dòng)觸頭

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（b）聯(lián)結(jié)板

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（c）母線

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（d）夾板

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（e）壓縮彈簧

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（f）支架

圖2 斷路器的結(jié)構(gòu)（g）觸頭支持

圖3 動(dòng)觸頭與聯(lián)結(jié)板間的連接

該新型萬能式框架斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）動(dòng)觸頭和聯(lián)結(jié)板之間采用鉚接的方式進(jìn)行連接，相對于傳統(tǒng)的萬能式斷路器而言，不需要采用焊接工藝即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，解決了傳統(tǒng)萬能式斷路器中銅編織線（軟連接）在焊接過程中變硬的問題；采用鉚接連接的方式相對于焊接而言，聯(lián)結(jié)處的接觸壓力增大，確保了聯(lián)結(jié)處的有效緊密接觸，有效地改善了斷路器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的溫升問題，保證了設(shè)備正常安全工作的可靠性。采用鉚接的連接方式加工成本低。

圖4 新型萬能式斷路器觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2）采用銅板材料的聯(lián)結(jié)板替代傳統(tǒng)萬能式斷路器中的銅編織線（軟連接），具有成本低、可靠性高的特點(diǎn)，并大幅度延長了斷路器的機(jī)械壽命和電氣壽命。

3）母線和聯(lián)結(jié)板之間的接觸方式為平面滑動(dòng)的方式，這種接觸方式保證了聯(lián)結(jié)處的有效緊密連接，相對于傳統(tǒng)的連接方式，聯(lián)結(jié)處的接觸面積增大、有效地改善了斷路器運(yùn)行過程中造成的溫升問題。且用壓縮彈簧來保證聯(lián)結(jié)板與母線之間的可靠連接和接觸，保證聯(lián)結(jié)板與母線之間有足夠的接觸壓力。采用平面滑動(dòng)的接觸方式具有加工工藝簡單、結(jié)構(gòu)簡便的優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)斷路器而言，降低了成本。

4）動(dòng)觸頭和聯(lián)結(jié)板之間采用鉚接的方式進(jìn)行連接，使得動(dòng)觸頭在分合閘活動(dòng)過程的靈活度大大增加，延長了萬能式斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，同時(shí)相對于傳統(tǒng)的斷路器觸頭系統(tǒng)，新型觸頭系統(tǒng)也提高了斷路器的極限分?jǐn)嗄芰瓦\(yùn)行分?jǐn)嗄芰Α?/p>

5）該新型萬能式斷路器具有結(jié)構(gòu)可靠、裝配工藝簡單、成本低、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，不需要專用的工裝夾具就能完成組裝。

4 參數(shù)對比

傳統(tǒng)斷路器的動(dòng)觸頭采用銅編織線制作而成，本文提出的動(dòng)觸頭采用銅板材料制作而成。表1為傳統(tǒng)的觸頭系統(tǒng)和本文提出的觸頭系統(tǒng)間的溫升數(shù)據(jù)表。表2為傳統(tǒng)斷路器軟聯(lián)結(jié)與新型斷路器聯(lián)結(jié)板間的成本對比。

表1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)的觸頭系統(tǒng)溫升對比

表2 傳統(tǒng)斷路器軟聯(lián)結(jié)與新型斷路器聯(lián)結(jié)板間的成本對比

由表1和表2可知，相對于傳統(tǒng)斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，新型觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在溫升和成本上均有所改善。

表3為傳統(tǒng)的動(dòng)觸頭分合閘參數(shù)與本文提出的動(dòng)觸頭的分合閘參數(shù)數(shù)據(jù)對比表。由表3可知，新型結(jié)構(gòu)不論是在分合閘速度還是在分合閘時(shí)間上相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言均有所改善，保證了斷路器正常安全運(yùn)行工作的可靠性。

表3 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)的動(dòng)觸頭分合閘參數(shù)對比

表4為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)之間的回路電阻對比。由表4可知，新型結(jié)構(gòu)中的2000A殼架的固定式的回路電阻和抽屜式的回路電阻為12.5m◆和22.5m◆，相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的回路電阻，新型結(jié)構(gòu)的回路電阻均有所減少，從而改善了斷路器的溫升。

表4 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新型結(jié)構(gòu)的回路電阻對比

5 結(jié)論

本文提出了一種新型萬能式框架斷路器的觸頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用銅板材料聯(lián)結(jié)板替代傳統(tǒng)萬能式斷路器中的銅編織線（軟連接），利用鉚接的方式將動(dòng)觸頭和母線與聯(lián)結(jié)板進(jìn)行連接，不需要焊接加工就能滿足設(shè)計(jì)要求，有效地減小了接觸電阻、降低了溫升，達(dá)到了綠色環(huán)保的要求，解決了動(dòng)觸頭在焊接過程中變硬的問題，保證了動(dòng)觸頭在分合閘時(shí)的靈活性，有效延長了萬能式斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，保證了萬能式斷路器正常安全運(yùn)行工作下的可靠性。