22、断路器机械设计与触头理论解析

断路器机械设计与触头理论解析

1. 断路器基本功能与关键组件

断路器有两个最基本的功能，即根据指令打开和闭合触头。乍一看，这似乎是一项简单的任务，但实际上，触头的打开、闭合以及保持闭合状态的过程涉及众多要求颇高的特性。

据相关报告显示，超过90%的断路器故障归因于机械原因，这表明断路器本质上是执行电气功能的机械装置。大多数时候，断路器处于闭合状态，仅作为导电体，但在许多情况下，它们会执行预期的保护功能。从电气和机械的综合角度来看，触头结构无疑是最关键的组件之一，另一个同样重要的组件是用于驱动触头运动的操作机构。这两个组件相互紧密关联，在很大程度上决定了断路器的成败。

接下来将对操作机构的常见设计进行概述，主要关注其操作顺序，而非特定机构的详细设计。同时，将更深入地探讨电气触头，以更好地理解这一在断路器设计、性能评估和特殊应用中频繁出现的领域。

2. 触头理论要求

断路器触头首先要能够在不过热或不损坏的情况下承载额定连续电流，并且要在合理的功耗范围内。此外，在短路情况下，触头必须能够在规定时间内承载大电流，同样不能损坏或产生电弧。

为满足这些要求，需要做到以下几点：
- 尽可能降低触头电阻。
- 最大化触头面积。
- 为具体应用选择合适的材料。
- 施加适当的触头压力。
- 选择最佳的触头数量。
- 合理确定触头的横截面积和质量。
- 确保触头在闭合和打开时的最小操作速度足以限制触头的侵蚀。

3. 触头电阻

在理想情况下，忽略氧化膜影响且假设在半径为(r)的接触点实现完美接触时，清洁触头的电阻由以下公式给出