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摘要：本文叙述了电触头的电弧侵蚀机理，介绍了影响电侵蚀的主要因素，主要包括：触头原材料、电路参数、机械参数和环境因素等，综述前人所建立的电弧侵蚀的相关模型，分析指出了各模型的优缺点，为以后电触头材料的研发奠定了基础。
关键词：电触头，侵蚀机理，数值模拟，有限元分析
引言
电触头材料是各种高低压开关的主要元件，担负着接通和分断电流的任务，一般的电触头材料必须满足物理性能、力学性能、电接触性能、化学性能、加工制造性能等多方面的要求。其中，电接触是指两个导体之间相互接触并通过接触界面实现电流传递或信号传输的一种物理、化学现象[1]。侵蚀现象会造成触头接触电阻升高、分断能力下降、温升增高等电性能恶化，因此研究触头电侵蚀机理对保障高低压电器可靠工作有十分重要的意义。由于电接触过程中熔核形成、电弧等的产生不可见性以及瞬时性给人们研究电侵蚀带来很大的困难，为了解决这一问题，国内外许多学者尝试用数值模拟的方法研究电接触材料的电侵蚀机理，建立了许多模型。本文就电触头材料使用过程中电侵蚀机理，影响因素及相关电弧侵蚀模型的研究进展进行了综述。
1电触头材料的电弧侵蚀机理研究
电触头材料受到电侵蚀的严重后果之一是材料转移，其中包括熔桥转移和电弧转移。20世纪40~50年代许多学者研究了熔桥转移[2]，熔桥的形成是在触头分断时，接触压力逐渐减小，承载电流的接触斑点减少，电流收缩引起的欧姆热使收缩点附近的电极材料熔化，熔化的金属最终形成液态的熔桥。熔桥转移机理的解释大多是基于金属的热电效应理论，主要有Thomson效应、Kohler效应和Pltier效应，但是这些观点都有一定的局限性，因此有关熔桥转移机理并没有形成共识。
2电触头材料的电侵蚀影响因素
2.1触头原材料
材料性质决定了材料抗侵蚀的能力，研究表明[3]，高的热传导性，可以使电弧或焦耳热产生的热量尽快传输到触头底座，高的比热，较大的熔化、汽化和分解潜热，较高的熔点、沸点可降低燃弧的趋势，较高的化学电位使材料具有稳定的化学性质，可以抵抗腐蚀气体对材料损耗。对于银基电触头材料，为了减小侵蚀，改善Ag的润湿能力，人们经常向AgMeO 材料中加入添加物。
2.2电路参数
电路参数对侵蚀性的影响主要包括触头两端的电压、通过电流的电流和负载类型（阻性、感性或灯载等）[4]。文献[3]中讲到，在小电流作用下，触头表面材料因电弧作用而气化的体积与电弧放电期间通过触头的电量成正比，由此可写出触头分合一次引起电弧磨损质量的经验公式为：
其中Q为单位体积产生的焦耳热。该模型采用焓法处理了相变，在计算中还考虑了蒸发引起的触头材料表面边界的变化，因此该模型对电极加热过程的处理相对精确。
4 结论
触头电侵蚀是严重影响开关电器寿命及工作可靠性的重要问题之一，本文重要就综述了电触头的侵蚀机理，影响因素以及电侵蚀的相关模型。到目前为止，还没有发现能反映喷溅侵蚀量与电弧量材料性能参数关联的综合电弧侵蚀模型。在今后的研究中，必须考虑多方面的影响因素，从新触头材料的开发，电接触设备的研制，电路参数的设置以及新的结合力、热、电等多方面的模型的建立，结合理论和实验研究，研发出抗电侵蚀性能更好的触头材料。
基金项目
四川省科技支撑计划项目，项目编号：2018JY0423；四川省教育厅项目，项目编号：15ZB0426
参考文献：
[1]荣命哲编著.电接触理论[M]北京：机械工业出版社，2004.
[2]Chen Zhuan-Ke，Koichiro Sawa.Effect of arc behavior on material transfer：a review [J].IEEE Trans.and Packaging，Manufacture Technology，1998，21：310~321.
[3]郭迎春，耿永红，陈松等.电触头直流电侵蚀研究[J].稀有金属材料与工程，2007，36（3）：264-268
[4] 吴细秀，邵可然，李震彪.开关电器触头材料喷溅侵蚀模型研究及其试验[D]2005，3.
[5] Nakagana Y.Theoretical Calculation of The Process of Contact Using One Dimensional Contact Model [J].8th ICECP.Tokyo.1976：216-220.
论文作者:同艳维,钱英强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：触头论文; 材料论文; 电弧论文; 机理论文; 模型论文; 电流论文; 因素论文; 《电力设备》2019年第3期论文;