小型断路器过电流试验温度过高改善。小型断路器过电流试验温度过高改善 罗宪庆 【摘 要】摘 要:某型号小型断路器在过电流脱扣特性试验中，由于温度过高， 导致断路器内塑料件熔化，不能正常使用，严重影响产品性能。通过对产品进 行过电流温度试
小型断路器过电流试验温度过高改善 罗宪庆 【摘 要】摘 要:某型号小型断路器在过电流脱扣特性试验中，由于温度过高， 导致断路器内塑料件熔化，不能正常使用，严重影响产品性能。通过对产品进 行过电流温度试验及分析，在控制产品成本不变的情况下，提出减小接触电阻 的方案，改善温升过高。 【期刊名称】电器与能效管理技术 【年(卷),期】2014(000)022 【总页数】3 【关键词】关键词:小型断路器;过电流脱扣特性试验;引弧角;静触头;动触头;接触 电阻 0 引言 小型断路器是一种用电安全终端保护装置，其过载保护原理是利用双金属片变 形产生推力，推动跳扣使其脱扣，从而切断电源，实现过载保护。 1 概况 (1)物理结构。小型断路器由手柄、跳扣、动触头、引弧角、静触头、双金属片 和编织线等组成，可实现过载、短路保护。断路器内部机构如图 1 所示。 (2)工作原理。电流从右侧端子流入，通过编织线、双金属片、动触头、静触头、 引弧角及线圈后由左侧端子板流出。当电流流入时，双金属片发热变形产生推 力，推动锁扣跳闸，动触头和静触头分离，电源切断。 (3)过电流脱扣特性试验分析。根据 GB 16917.1—2003《家用和类似用途的带 过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第 1 部分:一般规则》规定，在环境 温度 30℃条件下，通以 1.45 倍额定电流、1 h 内断路器脱扣，且内部不能有 影响产品性能的损坏现象。 根据 GB 16917.1—2003 要求，额定电流的 1.13 倍 1 h 内不脱扣，1.45 倍电 流 1 h 内脱扣。规格为 63 A 断路器，通电电流为 91.35 A、通电时间 1 h，过 电流试验后打开断路器，内部金属件经过高温后严重变色，底盖相邻地方烧焦。 经测量可得，动触头与引弧角处温度达到 125℃以上。试验后照片也可判断， 在静触头和动触头的地方氧化最严重，判断该位置温度最高，因此需减小动触 头和静触头间的接触电阻。 (4)动触头与静触头的设计参数。静触头和动触头间压力(简称接压)，为 12±3 N;接触电阻:1 mΩ 以下;动触头材料:T2 铜，表面镀银;静触头:银合金，直径 3.3 mm。 (5)T2 铜 材 料 参 数 。 相 对 密 度 :8.9; 化 学 成 分 :Cu+Ag:99.90%;Bi:0.001% 、 Sb:0.002%;As:0.002%、Fe:0.005%;Pb:0.005%、S:0.005%。 2 试验分析 为分析过热现象发生的原因，需测得触头间的接触电阻和压力。因接触电阻在 整个断路器回路电阻中占主导部分，故本文用测量回路电阻的方法来模拟。由 于电阻很小，一般都在毫欧级，因此测量时电压调到毫伏级。 (1)接触电阻测量试验。断路器组装完成后，在其两端通入直流 1 A，用数字万 用表测量，其电压为 1.12 mV，根据欧姆定律，利用欧姆定律计算得接触电阻 R=1.12 mΩ。 (2)接触压力测量试验。先在断路器盖上开一个孔，使压力测量表头部能拨动动 触头。在断路器两端接入万用表，断路器手柄置于接通状态。用压力表头部拨 动动触头，当接通时，万用表发出嘀嘀的鸣叫，断开时，声音停止，此时压力 表的数值即为接点压力，其数值为 10.5 N。 试验装置原理如图 2 所示。 (3)分析。根据设计要求，接点压力已经满足，接触电阻必须再减小。根据焦耳 定律，在电流和通电时间相同的情况下，电阻 R 越大，发热越多，在相同的空 间散热情况下，温度上升越高。 3 结构改善 改变动触头与静触头的有效接触面积。静触头为片状 3.3 mm×3.3 mm，现行 动触头厚度 2 mm，理论上动触头还有 1.3 mm 的厚度可增加。动触头及静触 头如图 3 所示。 (1)方案一。将动触头厚度由 2 mm 变更为 3.3 mm，与其他有配合的地方，用 铣床去除材料加工，厚度达到 2.0 mm，配合部分不需要设计变更。加工形状 如图 4 所示。 试验验证:做成 63 A 断路器样品成品，首先对其接点压力测量，测量值为 10.8 N，接触电阻为 0.34 mΩ。理论上满足了设计要求。 通电试验:根据标准要求，通电 91.35 A 电流 1 h，测量动触头与引弧角处温度 为 94℃。打开断路器内部确认，金属件没有严重氧化，相邻塑料件也完好，没 有出现烧焦。 成本计算:首先材料厚度增加了 1.3 mm，材料费上升 50%左右。由于需要用铣 床加工，不能实现大批量生产，其加工成本十分昂贵。在保证其形状变化不大 的情况，如何减小材料及加工成本成了亟需解决的问题。 (2)方案二。通过对 T2 材料性能的研究，发现该材料在各方向都具有较好的延 展性。于是想到在其断面能否进行 2 次墩压加工，将厚度为 2 mm 的断面墩压 到 3 mm。通过样品试制，只增加断面的宽度。改善后的动触头如图 5 所示。 通电试验:方法和变更前一样，其操作方法不再复述，测量其接触电阻 0.31 mΩ。 接点压力几乎没有变化，满足设计要求。在 63 A 的断路器上通电 91.35 A 电 流，1 h 后，里面塑料件没有烧焦，温度最高维持在 95℃左右。 采取以上设计方案，模具上做了修改，在最后成型时加了挤压工序，由于是连 续模具结构，成本没有变化。在保证产品设计要求的同时，有效控制了产品成 本。 4 结语 在小型断路器中，影响温度的结构部分主要是断路器内部回路电阻，包括焊接 电阻、双金属片电阻和触点接触电阻 3 部分。由于低压电器行业利润低，在保 持成本不增加的同时，怎样有效提升产品性能，是大家都面临的一大课题。 【参考文献】 ［1］ 铜及铜合金标准汇编［M］.北京:中国标准出版社，2004. ［2］ GB 16917.1—2003 家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断 路器(RCBO)第 1 部分:一般规则［S］. 罗宪庆(1977—)，男，工程师，主要从事家用断路器研究。
