当导体通电时,因电接触面产生的电阻称为接触电阻,接触电阻通常由收缩电阻(束流电阻)和表面电阻(膜电阻)两部分组成,由于接触电阻的存在,在设备搭接处将产生热损耗。
以触头接触处为例 触头在导电状态从闭合位置开始移至断开位置过程中,接触压力与实际接触面都在逐渐减少,使接触电阻逐渐增大,造成接触处温度的升高;加之电弧的高温作用,会使触头表面金属融合而导致焊接。
如果把触头与接触连接面的温升Tjd作为触头本体的温升,把触头最高温升Tjm与触头本体温升之差称为触头接触处的温升Tj,并以接触电阻Rj和电流I的乘积来表示接触压降Vj,则接触处的温升为 Tj=Tjm-Tjd=Vj2/8lt=I2Rj2/8LT 式中:T—热力学温度,取触头的平均温度。T=(Qr+Qc)/2, Qr为材料的熔点, Qc为触头本体的温度; L---劳伦兹常数,取 2.4x10-8(V2/K2) Rj—接触电阻(Ohm),经验公式估算Rj=K x 10-3/(0.102F)m 其中:F---接触压力(N) m—接触形式,点接触0.5,线接触0.75,面接触0.8~0.9; K—接触材料和接触面状况系数。
以中置柜梅花触头为例计算如下,1250A 30片梅花触头相对温升不高,而3150A 即使使用82片梅花触头,温升依然很高,需要通过铜排传导,加大空气对流来把温度降下来。
通过计算,理论上30片梅花触头电阻330/30=11μΩ,30片梅花触头应用于1250A断路器,一般1250A抽出式断路器每相电阻是45μΩ,梅花触头温升40.42k。
而82片梅花触头电阻 393/82=4.8μΩ,3150A抽出式断路器电阻每相小于20μΩ。由于电流大,因此每相梅花触头发热温升133k。 弹簧触指载流量大,电阻小,广泛应用于直动式三工位开关,对于中压抽出式断路器触头同样适用。
当前,为保证碳达峰、碳中和双碳目标实现,开关设备也需要行动,减少电阻,减少热损耗。变压器已经有了能耗等级产品标准,低压柜也有了相应的认证标准。如1250A 6-7个回路的低压开关柜的损耗功率小于1150W,即可认定为节能型产品,抽屉的每相电阻就要小于35μΩ。同样2500A 7-8个回路,功率损耗小于3200W,每相触头电阻要小于21μΩ。根据上面公式,触头电阻和压力对应,压力越大,电阻越小; 而压力大意外着抽屉进出触头咬合力大,抽屉操作困难,必须通过摇进机构实现。
新型弹簧触指可以实现低电阻,小插拔力的要求,电阻和弹簧线径、圈数相关,而与触头压力关系不敏感,因此新型抽屉应用弹簧触指可实现节能环保。
采用弹簧触指由于压力小,接触点多,因此触头磨损小,摇进摇出10000次。而且外径小,载流量大,抗短路能力强,触头系统电场均匀。
很多人会担心弹簧触指应用于抽出式断路器的对中问题,其实通过提高精度,定位销提前定位,完全可以保证弹簧触指+/-1mm的要求。
弹簧触指不一定都是圆形。可以针对不同应用,制成其它形状,如应用于低压框架断路器替代鸭嘴式触头的矩形触头,针对于低压抽屉的单边触头等等。