萬(wàn)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)。萬(wàn)能式斷路器的本體母線和抽屜座母線通過橋型觸頭的接觸片進(jìn)行連接接觸，接觸片與母線之間的接觸情況直接影響到接觸表面的接觸電阻和溫升，從而影響斷路器的正常安全穩(wěn)定工作。

本文針對(duì)當(dāng)本體母線和抽屜座母線的中心線出現(xiàn)位置偏差時(shí)，現(xiàn)有的斷路器中橋型觸頭的接觸片會(huì)出現(xiàn)偏移或旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其與母線間存在接觸電阻變大、溫升增大的問題，提出了一種新型萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)，確保了橋型觸頭的有效緊密接觸，有效改善了萬(wàn)能式斷路器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的溫升問題，提高了萬(wàn)能式斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，保證了萬(wàn)能式斷路器正常安全運(yùn)行工作的可靠性。

1 溫升原理分析

當(dāng)斷路器工作時(shí)，接觸連接位置的導(dǎo)電部分發(fā)熱和電阻發(fā)熱是造成橋型觸頭溫度升高的主要原因，本文主要對(duì)接觸電阻發(fā)熱導(dǎo)致溫升超標(biāo)進(jìn)行分析。萬(wàn)能式斷路器的斷路器本體母線和抽屜座母線通過橋型觸頭的接觸片進(jìn)行連接接觸。

接觸片與母線之間的接觸電阻主要與接觸片和母線間的接觸面積、接觸壓力等有關(guān)，本文主要分析接觸面積對(duì)溫升的影響。接觸電阻的大小和接觸面積為反比關(guān)系，接觸面積越大、接觸電阻越小；接觸面積越小，接觸電阻將會(huì)越大。

由分析可知，當(dāng)導(dǎo)體通過一定電流I時(shí)，接觸處的溫升與接觸面積大小有關(guān)。接觸片與母線之間的接觸面積大會(huì)造成接觸片與母線之間的接觸電阻減小，從而溫升變低；接觸片與母線間的接觸面積小會(huì)造成接觸片與母線之間的接觸電阻變大，導(dǎo)致溫升變高。

絕緣材料是萬(wàn)能式斷路器中不可或缺的重要材料。隨著萬(wàn)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，運(yùn)行過程中溫升過高會(huì)加劇斷路器中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，在抽屜式斷路器的使用過程中，當(dāng)溫度升高到極限值時(shí)，斷路器的橋型觸頭接觸片會(huì)軟化、橋型觸頭上的彈簧拉力減小，導(dǎo)致接觸壓力減少，在電斥力的作用下，接觸片與母線之間會(huì)出現(xiàn)間隙，從而產(chǎn)生電弧。

因?yàn)殡娀?huì)產(chǎn)生高達(dá)2000℃左右的溫度，使得接觸片與母線發(fā)生熔焊現(xiàn)象，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，影響配電系統(tǒng)的安全可靠工作。

因此，對(duì)正常運(yùn)行狀態(tài)下斷路器的溫升加以限制，保證橋型觸頭與母線之間的可靠接觸，減小接觸電阻，滿足相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)保證萬(wàn)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。

2 現(xiàn)有斷路器橋型觸頭結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示，其主要由斷路器本體母線、接觸片、軸、彈簧和支架以及抽屜座母線構(gòu)成。

圖1 現(xiàn)有的斷路器橋型觸頭結(jié)構(gòu)及母線

由圖1可知，現(xiàn)有的萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)中接觸片與斷路器本體母線以及抽屜座母線的連接均為直線接觸連接。在工程設(shè)計(jì)中，斷路器本體母線和抽屜座母線的中心線要求在同一水平線上，而在實(shí)際裝配中，由于加工誤差和制造誤差，斷路器本體母線和抽屜座母線的中心線很難在同一水平面上，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)有的斷路器橋型觸頭結(jié)構(gòu)及母線

如圖2所示，當(dāng)斷路器本體母線的中心線和抽屜座母線的中心線不在一條水平線出現(xiàn)位置偏差時(shí)，由于連接片與母線間為直線接觸連接，因此接觸片與母線間的接觸處會(huì)出現(xiàn)一定的偏移或旋轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致接觸片與母線間的接觸面積減少，嚴(yán)重時(shí)甚至不能完成接觸，從而造成接觸電阻增大，溫升增高。

輕則造成絕緣材料的老化、金屬支持件軟化；重則燒損橋型觸頭及母線，從而燒損斷路器，降低斷路器的機(jī)械壽命和電氣壽命，影響了萬(wàn)能式斷路器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性和安全性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，造成橋型觸頭熔化，嚴(yán)重影響斷路器運(yùn)行的安全性。

3 新型萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有的萬(wàn)能式斷路器在斷路器本體母線與抽屜座母線不在同一水平面上時(shí)出現(xiàn)接觸片偏移或旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致接觸面減少、接觸電阻增大、溫升升高的問題，本文提出了一種新型萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)，由斷路器本體母線、抽屜座母線、接觸片、軸、彈簧、支架組成，各部件結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中母線與橋型觸頭接觸片的接觸位置設(shè)計(jì)為半圓槽形狀。

圖3中斷路器本體母線與接觸片的接觸處為一段圓弧，圓弧中間存在一段長(zhǎng)度的直線，從而保證在斷路器本體母線推進(jìn)不到位或推進(jìn)超過設(shè)計(jì)位置時(shí)，斷路器本體母線與接觸片之間始終為線接觸，不會(huì)出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，故不會(huì)產(chǎn)生電弧導(dǎo)致接觸片與母線發(fā)生熔焊。

圖3-1 新型橋型觸頭的組成部件

圖3-2 新型橋型觸頭的組成部件

接觸片為長(zhǎng)方形半圓狀結(jié)構(gòu)，28件接觸片通過14件軸和7件彈簧安裝在支架上，如圖4所示。斷路器本體母線和抽屜座母線與接觸片的接觸形狀為半圓形。抽屜座的絕緣基座用來安放抽屜座母線，接觸處為半圓形的本體母線安放在斷路器本體的絕緣件中，組裝好的橋型觸頭放置在接觸處為半圓形槽的抽屜座母線上。利用抽屜座的操作機(jī)構(gòu)將斷路器本體推動(dòng)，使本體母線移動(dòng)到橋型觸頭聯(lián)結(jié)處。通過以上連接形成導(dǎo)電回路。

圖4 橋型觸頭結(jié)構(gòu)

圖5為斷路器橋型觸頭及母線的設(shè)計(jì)圖。由圖可知，斷路器本體母線的中心線和抽屜座母線的中心線位置未出現(xiàn)偏差，在一條水平面上時(shí)，斷路器橋型觸頭的接觸片與兩部分母線均緊密接觸。

圖6為斷路器橋型觸頭的接觸片與母線的實(shí)際安裝位置圖（中心線不同水平面）。由圖6可知，當(dāng)斷路器本體母線和抽屜座母線的中心線不在同一水平面時(shí)，由于接觸片為長(zhǎng)方形半圓狀結(jié)構(gòu)且斷路器本體母線和抽屜座母線與接觸片的接觸形狀為半圓形槽結(jié)構(gòu)，因此接觸片與母線間仍為可靠的緊密接觸。

與現(xiàn)有的斷路器的橋型觸頭相比，在相同的接觸壓力下，本體母線和抽屜座母線的中心線出現(xiàn)位置偏差時(shí)，該新型橋型觸頭的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)增大了接觸片與母線的接觸面積，確保了橋型觸頭的有效緊密接觸，有效地改善了萬(wàn)能式斷路器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的溫升問題，同時(shí)在斷路器本體母線的圓弧槽中設(shè)置一段長(zhǎng)度的直線，保證推進(jìn)機(jī)構(gòu)能在推進(jìn)距離范圍內(nèi)，都能使接觸片的弧形凸臺(tái)能夠可靠地與本體母線的凹形弧進(jìn)行線接觸。

此外，在推進(jìn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置斷路器本體母線到位后的鎖定裝置，保證斷路器本體母線到位后斷路器才能進(jìn)行合閘操作。有效提高了萬(wàn)能式斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，保證了設(shè)備正常安全運(yùn)行工作的可靠性。

圖5 斷路器橋型觸頭及母線（同一水平面）

圖6 斷路器橋型觸頭及母線（不同水平面）

4 溫升對(duì)比

在室溫為20℃的密閉空間內(nèi)，對(duì)傳統(tǒng)橋型觸頭結(jié)構(gòu)與新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)通以2kA的額定電流進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)比較，觀察兩者在通電4h過程中的溫度變化情況。

表1為新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)橋型觸頭結(jié)構(gòu)每隔1h后的溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)值對(duì)比。由表1可知，在相同的室溫條件下，每隔1h，傳統(tǒng)橋型觸頭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度均高于新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)；通電4h溫度穩(wěn)定后，傳統(tǒng)斷路器的橋型觸頭的溫度為95℃，溫升為75K（20℃～95℃），新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)的溫度為85℃，溫升為65K（20℃～85℃）。

由GB 14048.2標(biāo)準(zhǔn)可知，與外部連接的接線端子的溫升極限值為80K。故新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)的溫升值在標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)，且相對(duì)于傳統(tǒng)斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)而言，大大降低了溫升，故本文提出的新型橋型觸頭結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表1 溫度對(duì)比

5 結(jié)論

本文提出了一種新型萬(wàn)能式斷路器的橋型觸頭結(jié)構(gòu)，將接觸片與母線的接觸連接處設(shè)計(jì)為半圓結(jié)構(gòu)，有效地改善了現(xiàn)有的斷路器的橋型觸頭在斷路器本體母線和抽屜式母線中心線不在同一水平線時(shí)，接觸片出現(xiàn)偏移或旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致接觸片與母線之間的接觸面積減小、接觸電阻增大、溫升增高的問題，有效提高了萬(wàn)能式斷路器的電氣壽命和機(jī)械壽命，保證了萬(wàn)能式斷路器正常安全運(yùn)行工作的可靠性。