摘要：本文根据作者多年工作经验，对断路器用辅助开关的常见故障进行分析，并提出相关改进措施，仅供同仁参考。
关键词：断路器；故障；措施
0引言
现阶段，国内外普遍使用唇型插入式结构的辅助开关，其主要优点是：1.通过增加开关层数可方便地实现多回路的控制；2.通过不同弧度的静触头配套可实现多种接点方案；3.对开关动作的角度精度要求低，方便操作机构的安装和调整，因而，唇型插入式结构的辅助开关应用十分广泛。随着真空灭弧室技术的成熟，高压开关的电气性能和机械性能均有明显的提高，如断路器的机械寿命从2000次提高到10000次以上。随着高压开关设备整体可靠性的提高，因唇型插入式辅助开关转换不灵、磨损快、温升高等质量原因以及不合理的使用条件，使辅助开关动作卡滞、失效，甚至烧毁，导致高压开关设备故障的情况凸现出来。
近年来，西方发达国家的同类产品通过设计、工艺和材料的不断改进，虽然外观变化不大，但产品的质量和性能指标已具有了革命性的进步。如西门子公司辅助开关的技术指标要求操作力矩仅为0.2～0.3Nm，机械寿命达到10万次以上，寿命试验前后的接触电阻不超过5mΩ。相比国内多数产品，寿命仅为1～2万次，试验后操作力矩近1Nm，接触电阻几十毫欧，已经是升级换代产品。鉴于此，我公司针对西门子辅助开关的技术指标、结合国内的使用要求，对产品的触头设计、绝缘材料和灭弧原理提出改进措施。
图1
1触头的改进设计
辅助开关的基本结构是依靠唇形动触头自身弹性夹紧静触头滑动，实现电气连接。由于纯铜带弹性不足，且无法通过热处理获得足够的硬度，现有的产品大多采用黄铜带作为动触头材料，以使触头具有一定的弹性。但黄铜的导电性能和机械性能一般，动静触头间的滑动接触导致较快磨损，弹性下降，触头压力迅速下降，电阻快速增大。为此，选择具有良好导电性、弹性和抗磨损能力较强的铜合金作为动触头材料，通过变形强化和热处理获得合理的硬度（过硬，导致接触压力过大，加快静触头磨损，也会导致接触电阻过快增大；过软，接触压力小，接触电阻大，导致开关发热，导致表面加速氧化膜产生且不能通过触头间的滑动有效擦除，影响触点接触的稳定性），并确定了唇片的合理间距。将改进前后的开关分别进行机械操作100、200、500、1000、2000、5000、10000次循环试验，并记录相应的电阻值，符合图1的预期设计目标，提交西门子柏林工厂检测，10万次机械操作循环后，电阻值不超过5mΩ。
2绝缘材料的改进
国外的材料和工艺技术较为先进，产品质量性能总体较好。但为保证可靠性，控制开关的使用还是较为保守，如电机或线圈负载经常采用两路触点串联使用。国内虽然大多数产品质量一般，但经常满负荷甚至超负荷使用，使辅助开关极易烧毁。图2是使用过程中烧毁的辅助开关。在该层的两对触点中，分别接入了DC220V控制线圈和AC380V信号回路。假定接线端6为线圈正极、8为负极，接线端5、7接交流信号回路。由于直流线圈分断时电弧较大，且当接线端5交变为负极时，5、6之间的电位差达600V，使电弧能量进一步加大，绝缘支架表面经电弧烧蚀后绝缘性能下降，泄漏电流增加，直至丧失绝缘性能，短路烧毁，虽然属于不当使用，但国内此类问题较为普遍。为此，我们在两方面加以改进：1、提高绝缘材料的耐热性能，延缓其绝缘性能的下降；2、改善灭弧性能（在下面讨论）。
为提高材料的耐热性能，绝缘支架采用热固性塑料制造，与热塑性塑料的相比，具有耐高温、不变形的优点，有利于抵抗燃弧对绝缘性能的影响，且防止绝缘件变形导致静触头移动。其缺点是采用压塑法制造，成型时间长、自动化水平低、劳动强度大。为此，采用注塑法制造绝缘支架，效率提高2～3倍，克服了上述缺点。
3灭弧室的设计
现有的辅助开关采用空气作为灭弧介质，用于阻性负载或小功率感性负载基本可以满足使用要求。但如上所述的情况，在同一层的常开、常闭触点全部使用，而且其中一路接入了直流控制线圈，即高感性负载下过载使用，极易出现故障。操作试验表明，DC220V/2A的线圈负载回路（用一对触点），开关尚能分断电路，但绝缘件燃弧区域已有明显烧蚀痕迹；当同层另一对触点接入一小型继电器后，辅助开关很快出现故障。为降低电弧能量，提高辅助开关的分断能力，在绝缘支架上嵌入磁铁，构成磁吹灭弧室。当开关分断时，产生的电弧在其周边产生磁场，该磁场与磁铁的磁场产生作用力，使电弧弯曲拉长，加速冷却并迅速熄灭。对改进后的辅助开关进行试验，DC220V/4A的线圈负载回路，另一对触点接入小型控制继电器均能可靠分断电路。
4结束语
目前，唇插式辅助开关因使用方便，在高压开关设备应用非常广泛。辅件行业要适应高压开关设备的发展，有待于制造厂家、科研和试验机构共同努力，推动产品质量的全面提升，为设备制造厂商提供高性能、高可靠性的控制元件。
参考文献
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论文作者:熊白云,沈磊,许磊淼,鲁丹杰,诸益栋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：触头论文; 触点论文; 电弧论文; 线圈论文; 性能论文; 负载论文; 回路论文; 《电力设备》2018年第7期论文;