第二章断路器的设计和计算第一节路器的导电系统设计断路器的导电系统，又称为断路器的触头系统。
它包括了触头［触点和触刀（触桥）］，载流连接板和软连接等。
对导电系统的基本要求是：!）能安全可靠地接通和分断短路电流及其以下的所有电流。
"）长期通过额定电流（发热电流）而不产生超过允许的温升（它本身的和与之相邻的绝缘体）。
#）能保证所设计的（预期）机械寿命和电气寿命。
并在寿命试验结束后能达到标准规定的必须验证的试验（如温升、保护特性等）。
一、触头的设计（一）断路器对触头材科的要求!$耐电弧性断路器在分开电路或者分断短路电流时，触头（动、静触头）之间将产生电弧，而电弧将给触头带来磨损，并加速触头物质的迁移，引起触头的组织成份、微观结构和物理、化学性能的急剧变化。
电弧的弧根有极高的温度，将引起触头表面局部熔化、飞散。
当动、静触头闭合时，因触头弹簧的初压力不够，而产生机械振动（颤动），就可能发生动熔焊。
触头的电磨损与电流大小和燃弧时间有密切关系。
燃弧时间短时，电磨损主要决定·%"&·w ww .bz fx w.co m于电流的大小，若燃弧时间在!"#以上，则电磨损骤增，就可能出现“重燃”现象。
触头材料的电磨损率可用下式表示。
$!$!%"#&’(（)*&）式中$!$!———电磨损率；"———常数；#———电流。
"是一个常数，但当电流大于某一值时，"值会突然增大，它表示电磨损从以蒸发损失为主转变到以熔化损失为主的电流值。
这种电流称为“突变电磨损电流”，它主要决定于触头的材料。
耐电弧性较好（电磨损较小）的材料有+,*-（银*钨）、+,*-.（银碳化钨）。
目前短路分断电流!)/0+的断路器都采用这两种材料。
)’触头的导电性（或称通电性）触头的导电性与动、静触头的接触电阻有密切的关系。
如果动、静触头仅是在表面的突出点发生接触，该处电流就产生集中现象，而由此引起的接触电阻被称为束流电阻（也称为收缩电阻和集中电阻）12；触头在接触中，在其表面产生氧化膜附着层引起的是界面电阻（也称膜电阻）13。
我们所说的接触电阻，就是这两种电阻之和。
触头经多次通断（或带负载的分合），受电弧的侵蚀，使表面变得粗糙，形成变质层，接触电阻增大。
例如+,*-（银*钨）触头，+,粒子在高温下容易氧化，形成+,)-45绝缘膜，银*钨*镍（+,*-6!*78!）每次短路分断后，接触电阻就会增大&/倍。
电流通过接触电阻产生焦耳热，这是引起触头发热的主要原因。
此外，触头表面受完全的腐蚀，会使有效截面积逐渐变小，导致触头过热或烧损。
触头的温升取决于它的导电性和导热性。
由此可见，它与接触电阻有密切的关系。
接触电阻的计算方式：$9%"3（/’&/)%）"（)*)）式中$9———接触电阻；"3———与接触材料、表面的情况、接触方式等有关的系数，可查《低压电器设计手册》；（周茂祥主编，机械工业出版社出版）；&———与接触形式有关的系数（/’:;&’/）可查《低压电器设计手册》；%———触头压力，7；据日本资料：·<)<·w ww .bz fx w .co m!!"#"#$（%"&）式中!———接触电阻；"———系数（见表%"#）；#———触头压力，’；$———系数（见表%"#）。
表%"#与接触电阻有关的"、$值接触种类点接触线接触平面接触!!"#"#$"()(((%(*+()(((%&()(((%+()(((&&()(((&,+()(*$%#)(#+#)*表%"#是科学工作者-)./$01$2提出的，它是以铜对铜材料（触点）进行多项试验所得。
对于34"5或34"56还必须再摸索试验，确定其最符合实际的值，但有一点可以肯定，触头压力越大，!值越小，导电性能越佳（对银合金触头电阻的初步设计，仍可按式（%"&）进行修正）。
日本某电器公司，为了满足触头温升的规定值（要求触头温升在*(+7(8），它们规定了各种等级的塑壳式断路器的触头两端的电压降为#(9:。
对一些体积较小，无法提高触头压力的情况下，可使触点的接触电压提高一些，约#*+%(9:。
有了接触电压降后，也可以大致推算它的接触电阻，例如#((3电流，触头压力为#);<4（#=)7’），!!#(9:#((3!()(((#!，再用!!"#"#$来验证。
另外，还有一个计算点接触的接触电阻的公式（它要求动、静触点表面要清洁，且仅考虑其束流电阻）：!.!"%>（%",）式中%———单点接触半径；!———电阻率；%根据材料的布氏硬度?@与接触压力#来决定。
%!&"!?@所以!.!!"!?@%!#（%"*）另按《低压电器设计手册》推荐的公式是：·A %;·w ww .bz fx w.co m!!"!#"#$%!"#（#"$）（#&’）#———一般情况为()*+,，当接触面较平，以弹性变形为主时，#取较小值；当接触点全部是塑性变形时，#取,。
现在各国的断路器都向小型化发展，触点的压力$保持不变。
当电流增大时，!!相应地要减小，从!!"!#"#$%!"$公式来看，必须相应地减少!值和$%值。
具体的说，就是采用-.（’(）&/0或-.（1(）&/0或-.（’(）&/0&0等触头材料来满足。
*)触头的抗熔焊性触头的熔焊可分动熔焊和静熔焊两个类型。
（,）动熔焊性。
它是触头闭合时弹跳造成的。
当触头弹开时，动、静触头间产生电弧，触头重新闭合时，在弧根的金属熔化部分发生熔焊。
（#）静熔焊。
当两个闭合的触头间通过大电流（特别是短路电流）时，由于接触电阻使接触点的温度超过材料的熔化温度而发生熔焊。
熔焊电流：%2"&$3式中$———触头的接触压力（触头弹簧的终压力）；"",4#&———各种材料的值（常数）；%2———熔焊电流，是冲击电流的峰值。
结论是：熔焊电流随触头的接触压力，触头材料的熔点及热导率的增大而增大，并随触头材料的电阻率!及布氏硬度$%硬度的减少而增大，但随过载或短路电流的流过时间’的增大而减小。
（二）适用的触头材料塑料外壳式断路器：-.&056（银氧化镉）、-.&736#（736#和其他氧化物总和,89）（银氧化锡）、-.&:;*(（银镍）、-.&08（银石墨）、-.&/0,(&0（银碳化钨石墨）、-.&/0<(（银碳化钨）、-.&/8(（银钨）。
万能式（框架式）断路器：-.&/8(、-.&=36（弧触头用）、-.&/’8、-.&/1*和0>（铜）。
在塑壳断路器上，小型规格（%3#,((-）常用-.&056，因-.&056有一定的毒性，现被-.&=36所代替。
工业用断路器使用的有-.&736#、-.&/和-.&/0、-.&:;·(*?·w ww .bz fx w .co m等。
短路分断能力!!"!#$%&，可用&’()"*#，而!!"+#$%&的用&’(,和&’(,-。
目前小型断路器已有采用&’(-.作静触头的（动触头用铜）。
国内最新一代配电型断路器使用的触头材料是：塑壳式断路器的动触头用&’(,.$，静触头用&’(,-/#(-01,2.智能型万能式断路器的触头，!"34#$$$&时，动触头用&’(,.$，静触头用&’(560$(-0；!"340#$$780$$&的，动触头用&’(,.$，静触头用&’(56#.(-#1,9.万能式断路器的弧触头用&’(-:（银铜合金）。
各种触头材料的优缺点：/）现在各种配电型、电动机保护型以及工业用剩余电流保护型的断路器，选用&’(,（银钨）和&’(,-（银碳化钨）触头材料是最多最广的。
&’(,材料有很高的突变电磨损电流值，耐电磨损，熔焊强度小。
抗熔焊性能好，故很适合做大电流规格的断路器。
（但在中等负载（几百安培）下频繁操作时，容易在表面生成氧化膜，使接触电阻增大，因此它不适于作通断频繁的接触器。
&’(,触头在电弧作用下，表面易形成很复杂的氧化物如&’#,*2和,0$;。
在8$$<时熔化，,0*=易挥发，这些都有损于触头的电性能。
&’(,另一个缺点是，在电弧的热冲击和机械力的冲击下易开裂，损耗大。
&’(,-是在&’(,的基础上为改进其耐氧化性而发展起来的一个品种。
与&’(,相比，它的抗氧化性较好，接触电阻小而稳定。
但因增加了碳，导电率较低，在大中电流下操作时随通断次数的增加接触电阻逐渐增大，同时耐熔焊性也比&’(,差。
#）&’(56(-（银(镍(石墨）。
对于中等负载（额定电流和额定短路分断电流），要求适当的导电性、抗熔焊性和耐电磨损性能，一般采用&’(56、&’(-（银石墨）、&’(56(-等触头。
例如1,2.壳架电流为#$$$&、0#$$&、2$$$&的静触头就使用了&’(560$(-0和&’(56#.(-#，现在还有采用&’(-(->（银石墨镉）的，它可提高耐磨性。
0）各种触头材料抗熔焊性比较。
抗动熔焊性（以下从头至尾次序分别表示最好和最差），&’(-.或&’(-0"&’()"*#（银氧化锡）"&’?"*（银氧化锌）"&’(->*（)@）（银氧化镉，烧结挤压法制造）"&’->*（/"*A ）（银氧化镉，内氧法制造）"&’(,-"&’(,"&’(56"&’(-:0（银铜）"-:（铜）"&’（纯银）。