萬能式斷路器是一種使用廣泛的低壓配電設備，具有經(jīng)濟價值高、技術含量高等優(yōu)點。分配電能、保護及避免線路和電源設備受到過載、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)結構。

1 聯(lián)結處溫升原理分析

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行過程中造成的溫度的上升，絕緣材料的絕緣電阻會按照指數(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，以保證斷路器運行的可靠性以及安全性。

此外，當溫度升高到極限值時，會加劇導電部件的軟化，導致斷路器的機械強度明顯降低，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，斷路器運行過程中造成的溫度升高會導致聯(lián)結處的接觸表面生成氧化膜等，使得聯(lián)結處的接觸電阻變大，聯(lián)結處的溫度進一步升高，形成惡性循環(huán)。因此，對正常運行狀態(tài)下斷路器的溫升加以限制，滿足相應的國家標準，對保證萬能式斷路器的使用壽命以及配電系統(tǒng)的安全可靠運行具有十分重大的意義。

萬能式斷路器觸頭系統(tǒng)中的動觸頭與母線采用額外器件將兩者進行連接，聯(lián)結器與動觸頭以及母線間的接觸電阻主要與聯(lián)結器和動觸頭以及母線間的接觸面積有關，聯(lián)結處的接觸面積大會導致聯(lián)結處的接觸電阻減小；聯(lián)結處的接觸面積小會造成聯(lián)結處的接觸電阻增大。

根據(jù)焦耳定律，聯(lián)結處的能量損耗

由式（1）及以上分析可知，當導體通過一定電流I時，聯(lián)結處的能量損耗和聯(lián)結處的接觸面積大小有關。聯(lián)結器件與動觸頭和母線之間的接觸面積大會造成聯(lián)結處的接觸電阻減小，從而能量損耗小，溫升低；聯(lián)結處的接觸面積小會造成聯(lián)結處的接觸電阻變大，導致能量損耗大，溫升高。

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

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，其主要有動觸頭、銅編織線以及母線構成。

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）進行連接，且聯(lián)結處采用焊接的方式進行固定。

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

此外，在焊接過程中，會產(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，導致斷路器在分合閘時，動觸頭的靈活性受到一定損傷，使得萬能式斷路器的極限分斷能力和運行分斷能力降低，從而影響斷路器的分合閘速度。銅編織線變硬還會影響萬能式斷路器操作機構的電氣壽命和機械壽命，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)結構

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)結構，結構包括基座、底板、動觸頭、動觸頭彈簧、觸頭支持、夾板、條齒狀母線、聯(lián)結板、彈簧、軸和支架，各部件結構如圖2所示。

圖2中，動觸頭采用長方形異形形狀結構，聯(lián)結板被設置在動觸頭和母線條齒的兩側面，采用鉚接的方式將聯(lián)結板和動觸頭進行固定連接，如圖3所示。動觸頭通過插入軸的方式安裝在母線上，并在兩個動觸頭的聯(lián)結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觸頭。將觸頭彈簧安裝在動觸頭和觸頭支持件間。用左右夾板將動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)結構如圖4所示。

圖2 斷路器的結構（a）動觸頭

圖2 斷路器的結構（b）聯(lián)結板

圖2 斷路器的結構（c）母線

圖2 斷路器的結構（d）夾板

圖2 斷路器的結構（e）壓縮彈簧

圖2 斷路器的結構（f）支架

圖2 斷路器的結構（g）觸頭支持

圖3 動觸頭與聯(lián)結板間的連接

該新型萬能式框架斷路器的觸頭系統(tǒng)結構具有以下優(yōu)點。

1）動觸頭和聯(lián)結板之間采用鉚接的方式進行連接，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現(xiàn)設計要求，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)結處的接觸壓力增大，確保了聯(lián)結處的有效緊密接觸，有效地改善了斷路器在運行過程中產(chǎn)生的溫升問題，保證了設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)結構

2）采用銅板材料的聯(lián)結板替代傳統(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，并大幅度延長了斷路器的機械壽命和電氣壽命。

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

4）動觸頭和聯(lián)結板之間采用鉚接的方式進行連接，使得動觸頭在分合閘活動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械壽命，同時相對于傳統(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斷能力和運行分斷能力。

5）該新型萬能式斷路器具有結構可靠、裝配工藝簡單、成本低、綠色環(huán)保的特點，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)斷路器的動觸頭采用銅編織線制作而成，本文提出的動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)結與新型斷路器聯(lián)結板間的成本對比。

表1 傳統(tǒng)結構與新型結構的觸頭系統(tǒng)溫升對比

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

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

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

表3 傳統(tǒng)結構與新型結構的動觸頭分合閘參數(shù)對比

表4為傳統(tǒng)結構與新型結構之間的回路電阻對比。由表4可知，新型結構中的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)結構的回路電阻，新型結構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)結構與新型結構的回路電阻對比

5 結論

本文提出了一種新型萬能式框架斷路器的觸頭系統(tǒng)結構，使用銅板材料聯(lián)結板替代傳統(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觸頭和母線與聯(lián)結板進行連接，不需要焊接加工就能滿足設計要求，有效地減小了接觸電阻、降低了溫升，達到了綠色環(huán)保的要求，解決了動觸頭在焊接過程中變硬的問題，保證了動觸頭在分合閘時的靈活性，有效延長了萬能式斷路器的電氣壽命和機械壽命，保證了萬能式斷路器正常安全運行工作下的可靠性。