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摘要：塑壳断路器静触头的结构对断路器的限流性能有着至关重要的作用，好的结构能够使电弧弧根快速转移，能够让电弧顺利进入栅片冷却切割，能够给灭弧室提供更多的空间布置栅片。通过实例分析了七种结构的静触头，从多角度阐述了它们的优与劣，为设计不同性能的断路器提供依据。
关键词：塑壳断路器；静触头；罗伦兹力；自励磁场；栅片空间；材料成本
0引言
塑壳断路器是低压配电网中重要的控制与保护电器，主要用于工业低压配电网系统，用来分配电能，作为线路及电源设备的过载、短路、欠电压等保护。它能够接通、承载以及分断正常与非正常条件下的电流。
断路器对过载或短路电流的分断主要通过断路器的操作机构、动静触头、灭弧室来完成，利用快速增长的电弧电压来限制短路电流，机构动作越快，电弧熄灭的越早，短路电流上升的越小，则断路器的限流性能越好。
为了提高塑壳断路器的限流性能，可以通过优化机构来提高断路器的动作速度；也可以改进灭弧室，增强磁吹，增加气吹，尽早将电弧拉入栅片冷却、切割，以提高电弧电压，限制短路电流的快速增长；还可以通过改进动静触头的结构，提高电弧弧根的转移速度，减小电弧弧根在触点上的停留时间，最终达到快速灭弧的目的。
本文结合市场上已有塑壳断路器的静触头，对它们的结构、限流性能、加工工艺性及材料成本进行对比分析，旨在总结出性价比较优的静触头结构方案。
1静触头的设计思路与理论分析
在单断点塑壳断路器中，静触头不但是分断短路电流的重要器件，也是断路器与主回路进线连接的重要端口，断路器与主回路一般通过接线鼻或铜排连接考虑到它们到断路器安装底板的电气间隙，要求静触头的连接面必须高于GB14048.1标准规定的电气间隙。同时，当静触头采用螺纹结构与接线鼻或铜排连接时，在静触头连接面的下方还要给螺母或接线端子留下一定的空间。因此，静触头连接端在实际设计中是必须离开断路器底面一定距离的。
为了提高断路器的限流性能，设计时希望充分利用灭弧室空间布置更多的灭弧栅片，这就要求静触头上的触点尽可能布置在断路器的底部位置，电弧的弧根始于触点及静触头上的引弧片，它们的位置越低，越接近断路器底部，为电弧拉得更长提供更多的空间。另一方面，为了增强电弧的磁吹效果，往往会在静触头下方增加导磁体，以加强自励磁场。此时，触点将不能完全布置在断路器的底部位置。
在断路器处于闭合状态，当故障电流通过断路器时，动静触头瞬间斥开，决定触头斥开时间的因素主要受霍姆力(FH)和罗伦兹力(FL)的影响，公式如下所示：
图7为“Q”形结构静触头，它采用上进线导电回路，电流进入灭弧室后，从灭弧室底部两侧由下向上再往下绕了近一圈，三段导体框出了一个方形区域，根据右手螺旋法则，这三段导体在这个方形区域形成了方向相同的强磁场区域，当动静触头斥开产生电弧时，根据左手定则，电弧将在强磁的驱动下进入栅片冷却切割。虽然触点处反向电流导体段的长度有限，但触点布置在灭弧室的底部，且三段导体所形成的同方向强磁场能够保证电弧被拉得更长、被充分切割。因此，“Q”形结构静触头必然有着最优的限流性能。但这种结构特殊的静触头对灭弧室的设计、对相间的绝缘性能都提出了极高的要求。
从“Q”形结构零件展开图可以看出，它的展开面积很大，材料利用低，虽然模具成形工艺难度不大，但材料成本很高。
3静触头结构总结
从上文中的分析可以看出，“Z”形结构3的综合性能最高，在实际应用中，这种结构既能保证断路器较优的分断性能，又不会导致断路器的材料成本偏高，属于性价比最高的静触头结构。但在一些应用场合，如光伏及风电领域，为了提高输配电的效能，额定工作电压运行在AC800V或更高，确实需要高分断性能的断路器，而对材料成本要求不高，“Z+倒U”形结构2和“Q”形结构则是比较好的选择对象，它们的结构特点对于提高断路器的限流性能帮助较大。还有一些应用场合，需要断路器满足一定的分断性能，而要求成本尽可能低时，“Z”形结构1静触头则是一种比较经济实惠的选择，结构简单，用料少，好加工。
4结语
在单断点塑壳断路器中，为了提高开断性能，还有一类可动结构的静触头，当短路电流通过时，动静触头能同时向相反方向斥开，提高了它们间的斥开速度。但可动静触头结构相对复杂，不利于实际生产中技术参数的控制，因此，本文中没有把这类可动静触头结构列入对比范围。
本文从四个角度对比分析了七种结构的不可动静触头，如果从综合分数上考量上，它们的差别并不大，但如果单方面追求某些性能时，每一种静触头结构都有着自己的独特优势，再结合动触头、灭弧室、操作机构及脱扣器的设计，就能设计出一款独特的断路器产品。
参考文献:
[1]陈德桂.低压断路器的开关电弧与限流技术[M]北京：机械工业出版社，2006.10.
[2]陈德桂，李兴文.低压断路器的虚拟样机技术[M].北京：机械工业出版社，2009：1-3.