低压电器开关接触性能分析与设计

【摘 要】低压电器开关是最常见的低压电器产品，也是老百姓日常生活中接触最多，使用最多，同时也是故障相对较多的产品。低压电器开关的接触性能对低压电器产品的质量至关重要。由于生产管理、材料及工艺设计等方面的因素，使得影响产品质量的问题也很多。本文将基于低压电器产品常见故障去分析其接触性能并由此提出一些与接触性能设计相关的一些策略。

【关键词】低压电器；电器开关；接触性能分析；接触性能设计

低压电器开关是最常见的低压电器产品，也是老百姓日常生活中接触最多，故障相对也多的电器产品。其作用主要是起隔离电源，不频繁通断电路。电器的接触性能对电器的使用起着至关重要的作用，同时也是电器产品质量最容易产生问题的地方。本文将基于低压断路器、封闭式负荷开关及组合开关等低压电器产品，根据其常见故障和问题，包括影响接触性能的问题就低压电器开关的接触性能进行分析，并提出与接触性能设计相关的一些策略。

1.低压电器开关接触性能分析

1.1低压断路器

结构说明：

1．弹簧

2．触点

3．锁键

4．搭钩

5．轴

6．电磁脱扣器

7．杠杆

8．衔铁

9．弹簧

10．衔铁

11．欠电压脱扣器

12．双金属片

13．电阻丝

接触性能问题分析

故障现象故障可能原因

不能合闸欠压脱扣器无电压或线圈损坏

储能弹簧变形

反作用弹簧力过大

操作机构不能复位再扣

电流达到整定值，断路器不动作热脱扣器双金属片损坏

电磁脱扣器的衔铁与铁心距离太大或电磁线圈损坏

主触头熔焊

启动电动机时断路器立即分断电磁脱扣器瞬时整定值过小

电磁脱扣器的某些零件损坏

断路器闭合后一定时间自行分断热脱扣器整定值过小

断路器温升过高触头压力过小

触头表面过分磨损或接触不良

两个导电零件链接螺钉松动

1.2 封闭式负荷开关

负荷开关分为开启式和封闭式，我们以封闭式负荷开关为例[1]。

封闭式负荷开关结构结构说明：

1.动触刀2.静夹座

3.熔断器4.进线孔

5.出线孔6.速断弹簧

7.转轴 8.手柄

9.罩盖 10.罩盖锁紧螺栓

接触性能问题分析

故障现象故障可能原因

操作手柄带电外壳未接地或接地线松脱

电源进出线绝缘损坏碰壳

夹座（静触头）过热或烧坏夹座表面烧毛

闸刀与夹座压力不足

负载过大

1.3 组合开关

左侧图示：a）外形，b）符号，c) 结构

结构：

静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通。

接触性能问题分析

故障现象可能原因

手柄转动后，内部触头未动手柄上的轴孔磨损变形

绝缘杆变形（由方形磨为圆形）

手柄与方轴，或轴与绝缘杆配合松动

手柄转动后，动静触头不能按要求动作组合开关型号选用不正确

触头角度装配不正确

触头失去弹性或接触不良

接线柱间短路因铁屑或油污附着在接線柱间，形成导电层，将胶木烧焦，绝缘损坏而形成短路

2.低压电器开关接触性能设计

电接触材料是低压电器的核心组成部件，被称为“低压电器的心脏”[2]。由于电接触材料对低压电器产品性能和寿命的决定性作用，因此选择好的电接触材料对提升低压电器开关的接触性能和质量起着关键作用。

2.1开关的壳体、结构件材料

采用：PC（聚碳酸酯）--俗称“防弹胶”(Poly Carbonate Resin)，强度高：抗冲击、耐扭曲、抗老化；耐高温：100OC*60、850O/5秒钟（国际IEC标准）；不褪色：抗紫外线、不易褪色、极难染色；无污染：表面极为细密光滑、易于清洁。相较于传统价廉质次的胶木粉以及ABS低档工程塑料有着无与伦比的优势。

2.2载流件材料及设计

插座采用锡磷青铜整体载流件，导电性能高、弹性好、耐磨能保证载流件有效接触，更具安全保障。载流件表面要做抗氧化处理可有效减少载流件的金属氧化变质导致接触性能降低。

2.3触点材料及设计

银合金导电性好、耐高温、抗氧化、不易磨损是良好的触点材料。

2.4保护门和拔嘴材料

由于增强尼龙坚硬耐磨、耐高温并具韧性，开关电器的保护门宜采用增强尼龙材料，这样能起到更好的保护作用。拔嘴宜采用增强尼龙和高强度钢带。

3.低压电器开关接触性能设计的其它考虑

低压电器开关看似简单的产品设计，实际上对工艺流程要求非常高，这就需要精益求精的精细化生产和设计。低压电器开关的材料选择对低压电器开关的质量起着决定性作用，但工艺设计和技术标准的融合才是产品最好的出路。必须以追求质量和精益求精为产品生产和设计的最佳过程做好低压电器产品的性能设计。

开关应设计成：当开关在按正常使用要求安装和接线后，甚至在那些不用工具便可拆下的零部件被拆除后，其带电部件仍是不易触及的。开关中，凡设计要安装由非ELV（特低电压）电源供电的信号灯，应有防止与灯直接接触的措施。旋钮、操作杆、按钮、跷板等应为绝缘材料制品[3]，否则，必须用双绝缘或加强绝缘将它们的易触及金属部件与开关机构的金属部件隔开，或将它们的易触及金属部位牢靠接地。

3.1金属盖或盖板应以由绝缘衬垫或绝缘隔层组成的附加绝缘来保护。这些绝缘衬垫或绝缘隔层应：

固定到开关的盖或盖板或本体，并应固定得若不使之永久损坏，便不能将它们拆下；或设计成：无法将它们置换于不正确位置；如果缺了他们，开关便不能使用或明显地不完整；即使导线从端子脱出，带电部件与金属盖或盖板之间亦不会有例如由固定螺钉等引起的意外接触危险。

有预防措施，能防止爬电距离或电气间隙降至低于爬电距离或电气间隙和通过密封胶距离的规定值。

应固定金属盖或盖板的同时将该盖或盖板接地。可以只使用固定件来进行这种接地。这种接地连接应是低阻连接[4]。

3.2开关机构中的不与带电部件绝缘的金属部件，如转轮或跷板的心轴或枢轴等，不应伸出外壳。若是用可取下的钥匙或类似部件来操作的开关，开关机构中的这种金属部件必须与带电部件绝缘。

开关按正常使用要求固定好后，其开关机构中的金属部件，如转轮或跷板的心轴或枢轴等，应是不易触及的。此外，这些金属部件应与易触及金属部件，包括支撑暗装式开关底座的可能要安装在金属安装盒内的金属框架等绝缘，还应与将底座固定到其支架的螺钉绝缘。

如果开关机构中的金属部件与带电部件隔开，二者间的爬电距离和电气距离为标准规定值的至少两倍，或将这些金属部件牢靠接地，就不需满足上述附加要求。

用可取下的钥匙或用中间部件，例如拉线、链条或杆等来操作的开关应设计得其钥匙或中间部件只能触及与带电部件绝缘的部件。此钥匙或中间部件应与开关机构的金属部件绝缘否则，带电部件与开关机构的金属部件之间的爬电距离和电气间隙应为标准规定值的至少两倍[5]。

3.3开关的结构应能保证正常使用时温升不会超过规定值。

3.4触头所用金属及触头的设计均应能保证开关的操作不会因触头氧化或劣化而受到不利影响。

3.5开关应经受得住正常使用时出现的机械应力、电应力和热应力而不会出现过度磨损或其他有害影响。

4.低压电气的技术和性能发展趋势

随着新技术的发展，特别是电子、微电子技术和计算机的迅速发展，将对低压电器元件带来深远的影响，在原有产品继续完善性能、功能、提高质量的同时，将产生一批新型产品。我国未来的低压电器产品技术开发及发展将主要有以下几个趋势：低压电器产品智能化；产品电子化；产品组合化、模块化；提高产品的可靠性和产品质量。参考文献

[1]乔伟杰,汤立坚,邵茂春.怎样选用转换开关—转换开关电气性能介绍.机床电器,2007,(1): 56-61.

[2]凌铭.家用插座保护门的防触电保护.中国测试技术,2004,(4):61-62.

[3]王严.开关电气防跳回路分析与探讨.继电器,2003,(1):72-73.

[4]朱海君.浅析低压电气装置的防触电保护.农村电气化,1999,(5): 37-37.

[5]沈五修.斷路器中使用低压电气元件的管理.河北电力技术,1994,(3): 49-51.