低壓電器機械開關電接觸可靠性分析及應用的研究

陳國洪　章聰聰　楊劍英　楊堅　楊凱　楊選華

摘要：社會的進一步發展，促使現階段我國電力事業發展速度不斷加快，此種背景下，如何通過保證電力設備應用質量，提升低壓電器應用效果，成為亟待解決的問題之一。基于此，本文立足于低壓電器機械開關角度，分析了內部電接觸的可靠性，研究了具體應用方法。希望以下內容的論述，可以推動我國機械行業穩步發展。

關鍵詞：低壓電器;電觸頭;可靠性

引言：近幾年，隨著經濟水平的不斷提升，我國機械制造行業需求量不斷增加，低壓電器機械開關作為其中的一個重要組成部分，應用范圍更加廣泛，電觸頭作為此類開關的關鍵構件，其質量將會直接影響低壓電器開關應用可靠性，嚴重情況下還會導致安全事故。因此，對低壓電器機械開關電接觸可靠性分析及應用研究有著鮮明現實意義。

1電接觸可靠性

1.1電觸頭影響

通常情況下會將電接觸總結為以下內容：是一種以電氣連接為目的的接觸方式。如果按照原理進行考慮，電接觸可以分為三種形式：第一種形式為固定接觸，按照具體連接方式進行連接;第二種為滑動接觸，此種接觸方式適應性較好;第三種為可分合接觸。以上三種接觸方法，接觸形式并不相同，并且在接觸的過渡區中都會產生各類復雜物理現象、化學現象以及機械現象等。

對于電接觸而言，最為需要注意與考慮的問題就是接觸電阻，因為低壓電器主要應用在低壓電路當中，所以要求接觸電阻較低，并且可以持續保持穩定性。鑒于此，連接過程中應用到的連接件需要具有良好的導電性能。電觸頭的作用便是降低電阻，提升穩定性的重要構件，也是影響設備應用可靠性的重要因素。

從實際應用角度而言，電觸頭本身對于接觸電阻大小的影響較為明顯，無論是構件材料、表面積大小、接觸力還是電流大小都會對基礎電阻產生不同影響。除此之外，電觸頭應用條件也是影響接觸電阻大小的重要因素之一，例如外界環境條件：溫度、濕度等。鑒于此，可以認為接觸電阻并非一層不變，會隨著各類影響因素的變化而發生動態變化。具體而言，可以將接觸電阻影響因素總結為以下內容：設備電磨損、機械磨損、機械彈跳、動態接觸等。

1.2電觸頭的要求

作為影響設備接觸電阻以及應用可靠性的重要元件，必須對電觸頭應用進行綜合論證，從基本角度進行控制。通常情況下，低壓電器對于電觸頭材料要求可以分為以下幾種：①要求應用的電觸頭材料具有良好的導電性以及導熱性。②要求材料具有一定的抗熔焊性以及抗磨損性。③如果應用過程中發生分段大電流時，要求材料不會發生電弧重燃。電觸頭材料種類很多，常見的材料多數都是以銀基為主，例如銀氧化鉻、銀鎢以及銀炭等。

2電觸頭可靠性

2.1電觸頭使用原則

從電觸頭的應用角度而言，其存在目的是為了保證電路可以正常運行，并且可以按照設計內容切斷電路。電觸頭的選擇應該結合相關電器實際應用需求，必須明確整體電路的額定電壓、額定電流以及其它類型數據參數，除此之外，還需要合理考慮到各個構建的具體機能，以免發生高配低走的問題。總的來說，需要立足于整體設計角度進行考慮。具體而言，電觸頭的選擇應該經歷以下幾個階段：首先，需要明確電觸頭材料、規格、形狀等內容;其次，需要在經電器定型前進行反復試驗，以求保證應用質量;最后，需要保證電觸頭安裝質量，確定電觸頭可以與低壓電器開關形成一個完整的整體。需要注意，即使電觸頭的選擇按照規定進行，在后續的使用過程中也會因為使用不當影響電觸頭質量，因此最終還需要在投入正常使用之前進行測試。

2.2電觸頭的可靠性

電觸頭可靠性論證需要立足于規定使用條件之下，可靠性的具體體現為電路無故障條件下的開閉次次數與概率。

通過對各類電觸頭故障案例進行分析發現，低壓負荷區域造成電觸頭故障的主要原因其實是接觸不良，高壓負荷區域造成電觸頭故障的主要原因多數為熔焊。鑒于此，為提高低壓電器開關質量，保證電觸頭正常發揮作用，可以在低壓負荷區域應用耐腐蝕性較強的觸頭，而在高壓負荷區域則可以應用抗熔焊性能較好的觸頭。在部分大容量電氣中，為了進一步降低熔焊率，通常情況下會采用增加觸頭數量的方法將電流分散。

2.3電觸頭設計要素

電觸頭作為低壓電器開關中的一個重要組成部分，可以說是影響可靠性的重要因素，因此，為保證電觸頭質量，就需要從設計角度進行綜合分析，通常情況下需要考慮到以下幾種問題：①電氣條件。設計過程中需要明確考慮到電壓、電流以及電源類型等多方面內容。②機械條件。需要充分考慮到接觸壓力、設備開閉速度以及實際斷開力等內容[1]。③電氣使用條件。使用條件其實是外部環境，例如溫度、濕度等，內部環境：例如開閉頻率以及通電時間等。④電觸頭材料。需要結合實際應用情況進行綜合考慮。

3電觸頭設計改進與應用

3.1設計與實際案例概述

對于電觸頭的設計需要從多個角度進行綜合分析，具體的設計原則上文已經論述，在此不做過多贅述。

本次研究選取格力公司曾經應用到的一種機械式雙金屬溫度保護器為例，此種設備因為實際應用過程中具有良好的應用效果以及經濟性，所以被廣泛的應用到各類家用電器當中。通過對這類構件進行測試分析發現：一部分構件在倉庫中長期放置之后出現接觸電阻增大的問題，而在通電測試之后又發生電阻變小的現象，證明該類設備可靠性有待考證。

3.2問題分析

從保護器基礎構成角度而言，沒有發現不符合規定的設計內容，最終將保護器長時間放置發生電阻波動的問題總結為倉庫環境較為潮濕，觸頭表面形成一層氧化膜。

3.3改善方案確定

溫度保護器在實際應用過程中主要通過觸頭的開合完成電路控制，所以觸頭接觸性能便顯得十分重要，通過上述論述內容分析，觸頭接觸性能主要受材料與接觸性能的影響。在完成材料的選擇之后，需要對觸頭接觸效果進行論證。通常情況下，基礎效果的質量可以通過加強加工管理的方法實現。

一般而言，常規保護器觸頭接觸形式多數為單點接觸，從理論角度上進行分析，適當增加接觸點數量，可以提升觸頭應用的可靠性。因為當一個點發生故障之后，還有其它點可以正常支撐作業[2]。鑒于此，改善方案最終確定，在保護器表面進行開槽處理，通過增加接觸點個數提升設備應用可靠性。

3.4性能驗證

觸頭壓力對比：改造完成之后分別從原有保護器以及改造保護器中各抽取100件樣品進行壓力測試，測試結果顯示，新保護器觸頭壓力檢測平均數值要高于常規觸頭，但是二者平均檢測結果差異性并不明顯。

初始電阻測試：同樣是在以上檢測條件下對樣品初始電阻值進行檢測，檢測結果證明，二者平均初始電阻測試值差異性并不明顯，證明改造之后的觸頭不會影響保護器電阻質量。

產品壽命對比：以規定的觸頭容量進行測試，設置外部應用環境為：250VAC、7A、0.7pf。從最初的5k次測試逐漸提升，達到20k次之后，保護器仍然可以正常運行。

結論：綜上所述，對于低壓電器機械開關而言，影響其使用可靠性的因素有很多，這就要求在使用過程中需要從多個角度進行綜合考慮，保證外部應用條件質量，以求提升設備應用效果。除此之外，現階段市面上流通的低壓電器機械開關可以在正常環境下發揮作用，但是特殊環境下的使用情況還有待商榷，需要用戶自行斟酌。

參考文獻：

[1].RDMX智能控制在市政高架照明項目中的實踐應用——申字形高架夜景燈光提升工程案例透視[J].照明工程學報，2019，30（02）：95-98.

[2]王秀平，許曉峰，曲春雨，趙君有.基于能源電力行業崗位需求的電氣工程與智能控制專業培養方案的研究與實踐[J].沈陽工程學院學報（社會科學版），2017，13（04）：536-539.