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控制與保護開關(guān)電器( Control and Protective Switching Device，CPS) 作為一種多功能電器，能夠接通、承載和分斷正常條件下包括規(guī)定的運行過載條件下的電流，且能夠在規(guī)定時間內(nèi)承載并分斷規(guī)定的非正常條件下的電流，如短路電流［1］。一體式或模塊化設(shè)計的CPS，通常使用一套觸頭系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，可以有效解決接觸器和短路保護裝置的協(xié)調(diào)配合問題。但是由于要同時兼顧斷路器和接觸器的功能，因此觸頭系統(tǒng)必須同時滿足斷路器的高短路分斷能力以及接觸器的高操作頻率、高機械壽命、高電氣壽命的要求。現(xiàn)有產(chǎn)品中一體式/模塊化CPS 的設(shè)計大多采用類似接觸器的觸頭系統(tǒng)形式，即觸頭系統(tǒng)采用雙斷點橋型觸頭。大電流時利用電動斥力將觸頭斥開，瞬動脫扣機構(gòu)使操作機構(gòu)完成脫扣并操動到斷開位

置，使短路電流分斷。如觸頭系統(tǒng)采用斷路器的單斷點或雙斷點旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，雖然能夠大大提高短路電流分斷能力，但卻難以達到高操作頻率、高機械壽命、高電氣壽命要求，即不能滿足CPS 的整體性能要求。因此要提高采用雙斷點直動式觸頭系統(tǒng)的一體式/模塊化設(shè)計的CPS 產(chǎn)品，短路分斷能力必須在觸頭滅弧系統(tǒng)、檢測和保護、快速響應(yīng)機構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)方面進行深入研究。

1． 1 CPS 觸頭系統(tǒng)研究

由于電流產(chǎn)生磁場，因此載流導(dǎo)體之間也受電動力的作用。當電流通過觸頭時，電流線在接觸面附近發(fā)生收縮觸頭間會出現(xiàn)電動斥力，這是一種電流磁場作用下的電動力［2］。為了提高短

路分斷能力，達到更好的限流效果，在分斷短路電流時往往利用電動斥力來幫助觸頭斥開［3］。因此CPS 的觸頭系統(tǒng)采用動、靜觸頭之間由于電流線強烈收縮產(chǎn)生的節(jié)點斥力和平行導(dǎo)體間的電動斥力相結(jié)合的限流結(jié)構(gòu)，動、靜觸頭結(jié)構(gòu)如圖1 所示。靜觸頭設(shè)計成U 形結(jié)構(gòu)，可使動觸頭導(dǎo)體和靜觸頭導(dǎo)體之間產(chǎn)生電動力; 動、靜觸頭接觸處由于電流線的強烈收縮也會產(chǎn)生電動力。以上電動力之和為觸頭系統(tǒng)的電動力。該電動力隨電流變化而變化，當合力大于觸頭壓力時，觸頭將會被斥開。

   由于CPS 除了要分斷短路電流外，還需頻繁接通和分斷正常或過載電流，因此觸頭參數(shù)的選擇是非常重要的。觸頭壓力小，則觸頭受電動力的影響容易被斥開。這有利于分斷短路電流，反之會容易使頻繁接通和分斷正常或過載電流時的觸頭發(fā)生彈跳，影響正常使用壽命。為此，必須對不同觸頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和觸頭參數(shù)進行研究和分析，找出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和觸頭參數(shù)。