低压电气开关接触性能分析与设计
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摘要：在我国现代经济不断高速发展的状况下，对电力的使用也在日渐广泛，其中低压电器的使用也在不断的变化中，我们日常常用的低压电器主要有两种，一种是配电的，另一种就是控制电器的。无论是哪种都需要设置电器开关，本文主要对低压电气开关的性能以及设计方面的内容进行简要的分析和探讨，希望同行予以参考。
凡用在1000V以下的电器，通常称为低压电器。它在供配电系统中对电能的发送、分配与应用起着转换、控制、保护与调节等作用。开关器件是手动操作的电器，如刀开关、铁壳开关、转换开关、低压断路器（空气开关）等。一般用于不频繁地接通和分断容量不是很大的低压供电线路，也可作为电源隔离开关。在工、农业生产和小型工厂中还经常用来直接起动小容量的笼型异步电动机。本文主要对低压电气开关接触性能进行分析与设计。
一、低压电气开关的作用
在我国电气开关中，低压开关是其中的一部分，它的主要作用就是断开或接通电路，保证电流正常流经工作电器。一般是在空气中拉长电弧或利用灭弧栅将长电弧分为短电弧。常用的低压开关有闸刀开关、接触器、磁力灭弧器和自动空气开关。开关电器触头的接触电阻不仅与触头本身的材料、结构、机械力、电压和电流等有关，还与开关电器的工作状态有关。开关电器的触头在闭合状态时，由于通有电流，必然要引起发热，而发热对触头接触电阻有一定的影响；触头在通断工作状态时，在断开的瞬间将出现电弧，而电弧的高温也影响接触电阻。
二、低压开关动、静触头的接触性能分析
在低压电器中，当触头的压力适当时，就可以对其接触面积进行有效的判断了，其中最常用的方法是 “痕迹法”。该方法的主要步骤是：取一张白纸和一张复写纸，叠好后放在动、静触头之间，然后使电器合闸，于是在触头接触部位的白纸上便会留下复写纸的痕迹。与此同时，便可以得出接触面积的大小了。一般线接触或宽度在5mm以内的面接触，其接触长度或接触面积不应小于全部应接触长度或应接触面积的3/4；宽度在5mm以上的面接触，接触面积不应小于全部应接触面积的2/3。
实践证明，触头的长期热态接触电阻与原来的热态接触电阻的关系可能有三种不同情况：1）长期热态接触电阻保持稳定不变，并且基本上等于原来的热态接触电阻。2）是长期热态接触电阻保持稳定不变，但比原来的热态接触电阻增大一些。3）在触头温升稳定并经一段时间后，接触电阻基本上保持不变，接着就开始逐渐增大，且与触头温升的升高互为因果，互相促进，最后发展为恶性循环，即触头电阻和触头温度都迅速不断增加，这种恶性发展的原因是由于触头上有氧化膜存在，且此氧化膜可随通电时间的增加和触头温度的升高而加厚所致。开关电器在通断能力试验、电寿命试验或实际运行过程中，在分断电流瞬间不免要出现电弧，触头在电弧产生的高温的强烈作用下，其接触情况会有很大的不同。
原因主要有：1）触头表面被电弧烧损后将变成凹凸不平，使接触点的数目比原来的减少，因而收缩电阻增大；2）触头表面原来的氧化膜在电弧瞬时的高温作用下可能被烧损，但同时新的氧化膜迅速增长；3）触头附近的绝缘材料在电弧的瞬时高温下可能会释放出有机物蒸气附着和污染触头表面，使触头的表面膜电阻增大。
三、低压电器开关接触性能设计
（1）开关的壳体、结构件材料
采用：PC（聚碳酸酯）--俗称“防弹胶”（Poly CarbonateResin），强度高：抗冲击、耐扭曲、抗老化；耐高温：100°C*60、850°/5秒钟（国际IEC标准）；不褪色：抗紫外线、不易褪色、极难染色；无污染：表面极为细密光滑、易于清洁。相较于传统价廉质次的胶木粉以及ABS低档工程塑料有着无与伦比的优势。
（2）载流件材料及设计
插座采用锡磷青铜整体载流件，导电性能高、弹性好、耐磨能保证载流件有效接触，更具安全保障。载流件表面要做抗氧化处理可有效减少载流件的金属氧化变质导致接触性能降低。
（3）触点材料及设计
银合金导电性好、耐高温、抗氧化、不易磨损是良好的触点材料。
（4）保护门和拔嘴材料
由于增强尼龙坚硬耐磨、耐高温并具韧性，开关电器的保护门宜采用增强尼龙材料，这样能起到更好的保护作用。拔嘴宜采用增强尼龙和高强度钢带。
四、低压电气开关接触电阻的设计
在我国目前对低压电器的定义是指的直流电压在1200伏以下或者交流电压在一千伏以下的线路中的电气元件。在我国低压电器的品种较多，常见的分类为配电电器和控制电器两大类。低压配电电器主要用于低压配电系统和动力回路，具有工作可靠、热稳定性好和电动力稳定性好、能承受一定电动力作用等优点。常用配电电器包括刀开关、转换开关、熔断器、低压断路器等。低压控制电器主要用于电力传输系统中，具有工作准确可靠、操作效率高、寿命长、体积小等优点。常用的低压控制电器包括接触器、继电器、启动器、主令电器、控制器、电阻器、变阻器、电磁铁等。
接触电阻一般都很小，因此，测量接触电阻与测量金属低电阻属予同一范围。但接触电阻的性质与金属电阻有很大不同。因此，接触电阻的测量又有其特殊要求。对强电开关电器来说，最主要的要求是在测量时加于触头上的电压和通过触头中的电流都必须足够大。这是由于触头上总是有一层薄膜存在，薄膜是否被击穿而导电则与加在此薄膜上的电压的大小即电场强度有关。电击穿后薄膜被破坏的程度则与通过的电流的大小有关。开关电器在通断能力试验后或电寿命试验后以及开关电器经运行一定时间后，由于触头表面上的薄膜比新的要厚得多，因此，测量其接触电阻时尤应注意所施加的电压和电流的大小。试验证明，触头上的薄膜对接触电阻的影响如果是占主要地位时，则测量电流的大小对接触电阻值将有明显的影响。测量触头接触电阻时，如通入的电流不同，所测得的接触电阻可能也不同。
如果触头的导电不是薄膜接触而是金属接触占主要比例时，例如经清理后或全新的触头，则测量电流大小与接触电阻值几乎无关，或测量电流增大，接触电阻稍有增加，显示出主要是属于金属导电的性质。行程开关的触头动作方式有蠕动型和瞬动型两种。蠕动型的触头与按钮相似，当挡铁移动速度低于0.4m/min时，触头切断太慢，易受电弧灼伤，从而减少触头的使用寿命，也影响动作的可靠性及行程控制的位置精度。
为了克服这些缺点，行程开关一般都采用具有快速切换动作机构的瞬动型触头。它的内部有三对静触头，分别装在绝缘垫板上，并附有接线柱，用于与电源及用电设备的连接。三个动触头是由磷铜片或硬紫铜片和具有良好绝缘性能的绝缘钢纸板铆合而成，和绝缘垫板一起套在附有手柄的绝缘杆上，手柄每转动90°，带动三个动触头分别与三对静触头接通或断开，实现接通或断开电路的目的。开关的顶盖部分由凸轮、弹簧及手柄等零件构成操作机构，由于采用了扭簧储能可使触头快速闭合或分断，从而提高了开关的通断能力。组合开关具有体积小、寿命长、结构简单、操作方便、灭弧性能较好等优点。选用时，应根据电源种类、电压等级、所需触头数以及电动机的容量进行选用。
由于接触电阻具有上述的独特性质，因此，测量接触电阻很少采用常用的测量低电阻的双臂电桥（凯尔文电桥），否则，有可能出现较大的测量误差，原因主要是电桥所提供的加在接触点上的电压和通过的电流都太小。
五 结论
低压电器是指工作在交流额定电压1200V及以下、直流额定电压1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。
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