导电回路指低压电器承载电流的回路,一般由出线排、软连接(对双断点触头系统无需软连接)、触头回路组成。触头回路由于动、静触头接触存在接触电阻,且接触电阻随着触头工作状况的改变,特别触头经电弧烧损后发生变化,所以触头是电器发热的主要环节。软连接由于产品结构、工艺上的原因,其截面积一般比其他导电回路小一些,所以软连接也是发热的重要部分。出线排的截面通常比其他导电回路截面大一些,是低压电器发热通过传导散热的通导。导电回路除正常工作时发热不超过各部件允许温升外,还需在短路情况下能承受发热和电动力的冲击,即所谓的动、热稳定性。
(1)导电回路截面设计。导电回路截面设计首先考虑电器在正常工作和非正常工作(过载、短路)条件下低压电器各部件的极限允许温升。极限允许温升应考虑以下因素。
1)电器的绝缘不致因温升过高而损坏或过分降低其使用寿命。绝缘材料和带绝缘的导体极限允许温升取决于绝缘材料老化及其介质强度。长期工作制和八小时工作制的允许温度应不超过绝缘材料耐热等级所对应的长期工作极限温度。短时工作制和间断工作制时的允许温升一般可以比长期工作制提高15℃左右。
2)导体和结构部件不致因温升过高而降低其机械性能。一般导体材料在长期工作制和八小时工作制下不应超过其长期通电发热时机械强度明显下降点的温度。长期工作的铜导体的允许温度一般为150℃,发生短路时允许温度约为300℃。
3)电接触不致因温升过高氧化加剧引起的恶性循环而丧失其稳定性。电接触材料为铜时,当温度大于70~80℃时,将引起氧化加剧造成接触电阻和温升恶性循环。电接触材料为银及其合金时,接触稳定性好,其温度主要受邻近绝缘材料允许温度的限制。铜和铝导体连接处的允许温度与其有否涂复层以及涂复层的材料有关。例如搪锡铝导体极限允许温度为95℃,搪锡铜导体极限允许温度为105℃,镀银铜导体极限允许温度为110℃。(www.xing528.com)
(2)导电回路应能承受短路时峰值电流引起的电动力和发热引起的热作用而不致损坏,这是低压电器的重要指标之一。对不具备短路分断能力的刀开关等配电电器就是动稳定和热稳定,对低压断路器来说就是短时耐受电流Icw。最新发展的新一代万能式断路器要求Icw=Ics=Icu,这是万能式断路器最难实现的指标。对新一代中大容量塑壳断路器既有良好限流性能和高分断能力,又要有较高Icw,这也是十分困难的一项指标。对控制电器来说主要是热稳定以及前级保护电器断开短路电流过程中控制电器不造成超过产品标准允许的损坏。
(3)触头系统与相近导电回路设计在不明显增大体积和不明显增加铜损耗情况下,仍可能设计带有电动力补偿的结构。我国第二代万能式断路器DW15为了提高产品短路性能,导电回路形状设计带有电动力补偿结构,但是增加了体积和铜损耗。我国第三代万能式断路器为了克服上述缺陷,采用主触头多回路并联结构,使短路时电动力大大降低,从而无需专门设计电动力补偿回路。我国第四代万能式断路器为了大幅度提高短时耐受电流,在采用多回路触头并联外,触头导电回路还带有一定电动力补偿。
(4)低压电器在长期工作和短路状态下,导电回路各组成部分温升应尽可能均匀,切忌导电回路某一段温升特别高,而另一段温升特别低。这样会造成产品性能下降,浪费材料。过去只能靠经验设计和试验验证,现在利用低压电器发热仿真分析能较好解决这一问题。
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