低压电器机械开关电接触可靠性分析及应用

低压电器机械开关电接触可靠性分析及应用

吴利军(第一作者)  ,李宝仓 ,简小珊

雷顿电气科技有限公司  325699

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浙江欣灵智能电气有限公司  325699

摘要：低压电器机械开关触电部件的可靠性是影响电器运行质量及开关使用性能的重要因素，由于机械开关电接触部件在使用过程中很容易因使用次数的不断增加而产生磨损甚至损坏，再加之触头的材料、结构以及制造质量等多种因素也都会进一步加剧开关损毁的风险，不利于低压电器运行的安全性与稳定性，因此，深入分析低压电器机械开关电接触的可靠性，对于延长机械开关的使用寿命、提高低压电器的运行实效具有重要意义。

关键词：低压电器；机械开关；电接触

引言：通常情况下，在低压电器机械开关中，接触器是其实现电接触功能的主要元件，它是一种能够频繁开启或者关闭交直流电流的电磁式开关装置，常被应用于远程控制电气自动化设备中承担低电压释放保护工作。接触器主要是由电磁机构、触头系统以及灭弧装置等共同组成，其中，触头系统具备接通或者断开主电路的功能，灭弧装置能够对电弧起到限制作用并将其熄灭，而电磁机构则是在实际运行时控制触头系统开启或者关闭受控电路。虽然接触器的结构简单、造价低廉并且易于操控，但是，由于触头会随着使用时间的增加而产生磨损或者电弧损坏等系列问题，从而导致其使用年限大幅缩水，可靠性下降，对低压电器的运行安全构成威胁，故此，要保障低压电器的运行实效就应不断分析低压电器机械开关电接触的可靠性，以便切实提升其使用性能。

一、影响低压电器机械开关电接触可靠性的主要因素

    由于电接触的触头是低压电器机械开关电接触实现连续反复完成通断电路动作的关键部件，而持续时间和接触电阻是否能够长期保持稳定则是影响低压电器机械开关电接触可靠性的主要原因，因此，我们可以将影响低压电器机械开关电接触可靠性的因素主要划分为连接件的导电性能和电触头的接触电阻这两种类型。从连接件的导电性能来看，通常情况下，连接件的导电性越强，其连接接触的稳定性就越好，与之相对应的电接触可靠性也就越强，而据相关研究显示，连接件的材料则是影响其导电性能的主要因素[1]。对于电触头的接触电阻而言，接触电阻除了会受到电触头的材料、表面积大小、表面粗糙程度、电触头的接触形式、表面膜、通电时长、电流强度以及电接力等因素的影响之外，触点开路的电压大小、开关的使用频率、运行环境、负载类型等因素也会间接的对接触电阻造成不同程度的影响，其中，触头接触电阻会随着开关使用频率的增多以及使用时长的延长而增加，由此我们不难看出，电触头的接触电阻的状态并不是一成不变的，反而会因各种或直接或间接因素的影响而发生改变。

二、低压电器机械开关电接触可靠性设计分析

1. 设计要求

结合前述对于影响低压电器机械开关电接触可靠性的主要因素分析中我们可以看出，在设计过程中应当优先选用具有良好导热性能、导电性能、抗熔焊性能、耐电性能以及电弧阻燃性能的材料，并积极采用电镀工艺对电接触材料的导热性和导电性加以改进。此外，触头部分可以选择比如银碳、银钨、银镍以及银氧化铬等类型的银基金属材料，以便进一步加大对于电触器制作成本的控制效果[2]。

2. 设计原则

    电路通断的安全性和稳定性是开展电触头设计的首要基本原则，在设计过程中，设计人员应当从低压电器的实际情况出发，综合考量电触头的结构、额定电压、电路等参数指标，科学合理的确定并设计电触头的制作材料及形状，并按照设计方案将组装完成的电触头安装于相应的低压电器中实施可靠性试验，反复检测电触头设计方案的可靠性，以便确保设计方案与低压电器机械开关电接触的可靠性要求相符。

3. 电接触可靠性及故障分析

    将电触头组装完成安装于低压电器后，工作人员应当严格按照低压电器机械开关电接触的规定使用条件检验电路是否能够正常接通以及断开，如若在开关运行时电路通断无故障产生，则表明电接触的可靠性符合相应的规范标准，而一旦在检验过程中出现弱电条件下电触头接触不良、高负荷熔断等故障问题，则表明其电接触的可靠性不达标。通常情况下，在低压电器机械开关电接触可靠性检验过程中，开关出现运行故障应当从电触头的材料、设计机构以及接触电阻这三个因素入手展开分析[3]。在常规弱电负荷条件下，应当优先选用耐腐蚀性强的材料用于低压电器机械开关的电触头；在负荷强度较高的条件下，则应优先选用抗熔焊性优良的材料用于制作电触头；而对于容量较大的低压电器机械开关电触头而言，则可以通过适当增加电触头数量的方式增强其对于电流的承载能力，从而达成提高低压电器机械开关电接触可靠性的应用效果。

4. 设计要素

    低压电器机械开关电接触可靠性设计要素主要包括以下四个方面：第一，触头材料。从前述影响低压电器机械开关电接触可靠性因素分析中我们已经得知，触头的材料将直接关系到电触头的接触电阻，而一旦接触电阻产生了较大的变化，那么接触电阻的稳定性就会受到一定程度的影响。因此，在设计电触头时，设计人员应当利用相应的技术手段准确计算出接触电阻的具体数值，然后结合接触电阻的稳定要求以及触头大小、数量和使用年限对各类材料的材质特征进行筛选，以便在最大程度上降低因材料因素对低压电器机械开关电接触可靠性所造成的影响。第二，外部使用条件。由于应用于不同领域的低压电器机械开关在实际使用过程中的使用频率、接触力度以及开合关闭速度都各不相同，而这些差异性因素都将在很大程度上影响电触头的使用性能，从而导致低压电器机械开关的使用寿命降低，因此，设计人员应当全面考虑低压电器机械开关的实际外部使用条件，以延长开关的使用寿命为目标，根据低压电器机械开关的使用寿命设计要求开展电触头的设计工作。第三，电气条件。由于电源的类型、低压电器的工作负荷、分段电流电压的大小都会对低压电器机械开关电接触的可靠性造成影响，因此，要提升低压电器机械开关电接触的可靠性，设计人员在开展电接触设计时就应深入且全面的分析低压电器在运行过程中所需涉及的各种电气条件，以免因电接触的设计效果与电气条件不符而导致低压电器机械开关电接触的可靠性降低。第四，外部工作环境。低压电器机械开关在实际运行过程中很容易受到工作环境的影响，比如，空气中的悬浮颗粒、工作环境的湿度和温度以及通电时长等等，因此，在设计过程中，设计人员也应当注意考量低压电器机械开关工作环境的实际情况。

结束语：综上所述，与低压电器机械开关电接触可靠性相关的因素众多，无论是触头的材料、表面积大小、表面粗糙情况还是开关的开合频率以及工作环境等都会或直接或间接的对机械开关电接触的可靠性造成不同程度的影响，因此，要提升低压电器机械开关电接触的可靠性，就应首先明确影响其可靠性的原因和相关因素，以增强连接件的导电性能、改善电触头的接触电阻为目标，通过改进电接触器的结构和工作环境、增加触头的数量和表面积以及从优选择材料等方式对低压电器机械开关电接触的可靠性设计加以优化，以便不断强化低压电器机械开关的使用性能，为低压电器的运行质量及机械开关的使用效果提供有力保障。

参考文献：

[1] 晁阳,许振齐. 低压电器的故障排查[J]. 电子元器件与信息技术,2021,5(6):35-37. .

[2] 陈大山. 电气工程中的交流接触器应用分析[J]. 集成电路应用,2021,38(12):248-249.

[3] 蒋腾. 电力变压器故障诊断与处理[J]. 电力系统装备,2022(8):120-122.

第一作者：姓名：吴利军；出生年月：1980年6月；性别：男；籍贯：陕西咸阳

；民族：汉；学历：大专；

现有职称：中级工程师；研究方向：低压电器类产品设计与开发；

单位及邮编：雷顿电气科技有限公司

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第二作者：李宝仓  雷顿电气科技有限公司  325699；

第三作者：简小珊  浙江欣灵智能电气有限公司  325699；