【原创】中兴通讯前器件认证总监韦芳华浅谈断路器类器件的失效模式

通过并联来提高承载电流、通过串联来提高承载电压是接点器件使用的误区

众所周知，断路器、接触器、继电器是电源系统常用的电气控制元件。十多年前，我就向许多电源设计工程师提示过，如果不是非不得已，不可以通过并联来提高触点回路的承载电流、通过串联来提高触点回路的承载电压。但是，随着近年来电源系统的不断发展，尤其是高压直流技术在电能传输过程固有的优点，引起了大家更多的关注，再加上功率器件企业研制新产品的相对滞后，使得我们的设计师们仍然不能完全克服这种存在风险的器件使用方法。其中甚至存在因器件供应商供货不及时，临时采用串、并联替代装机出货的情况，更不可取。

风险出现的具体原理如下：

1、此类器件和半导体器件有一个非常明显的有点：有可目视的机械断点，切断功率高，能实现回路的可靠隔离。

2、动态过程有电弧出现，电弧必须在规定的条件下起弧和灭弧是此类器件触点能长期可靠工作而不被烧蚀损坏的关键。其中由灭弧栅片和金属导弧桥组成的灭弧系统就是用来管控电弧的。

3、开关过程属于机械动作，需要一定的开关时间。开和关的动态过程当中，多回路的多组触点从微观上而言是一定存在时间差异的；两个并联或者串联的器件，其开关时间差异更大。这种差异，就是存在风险的关键。

4、在并联的情况，工程师一般是企图增加载流量。假设器件按额定电流的80%负荷工作，如果我们用两个单极10A的断路器并联来代替一个单极20A的断路器，在闭合过程当中，触点先到达闭合位置和打开的过程当中，触点后离开闭合位置的情况下，就会出现一个10A的断路器在这个瞬间要承受16A的电流。此时，触点件出现的电弧会超过设计上限，对触头形成烧蚀，形成触头表面凹凸不平，从而增加了接触电阻、发热量增加，而凹凸形成的“山峰”也会降低起弧电压。接触电阻的增加和起弧电压的降低，在下一次的通断中会更加明显，长期多次会形成类似“雪崩”式的触头失效粘连，无法分断。断路器寿命明显缩短。

5、在串联的情况，工程师一般是企图增加电压值。同样的分析，假设器件按额定电压工作，如果我们用两个单极110VDC（部分厂家有这类产品的）的断路器并联来代替一个单极220VDC的断路器，在闭合过程当中，触点先到达闭合位置和打开的过程当中，触点后离开闭合位置的情况下，就会出现一个110VDC的断路器在这个瞬间要承受220VDC的电压。在同样的电流下，虽然发热量不会增加，但是会出现起弧快、灭弧慢，延长触头承受电弧的时间，同样会出现上面所述的断路器失效和寿命缩短。

6、以此类推，接触器、继电器的各回路间以及不同的产品间，也不提倡通过并联来提高承载电流、通过串联来提高承载电压。

那么，如何解决此类问题呢？建议如下：

1、最好的办法是优化系统设计，让器件在设计的额定值范围内工作；

2、器件厂家加强和使用方的技术交流，以客户市场为导向，加快新器件的开发进度；有些要求，是器件厂家稍加改进就可以解决的，研发成本并不高；有些要求则是变革性的要求，需要较大的投入，个别甚至是创新型研制。

3、器件使用方应重视器件技术交流，莫要一味陷入商务洽谈，鼓励器件厂家的创新和深度合作。

4、直流功率器件目前在行业内的技术积累和研制相对滞后，值得广大器件厂家关注！

本文作者：深圳市华尚贤科技有限公司 韦芳华   董事长

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老代从1月份开通自媒体后，大家由于经历、所处的位置和看的角度不同，各色人等褒贬不一。其实孔夫子早就说了一句话：“君子和而不同，小人同而不和”。老代一直赞同一个观点：争论或者讨论的目的是从中受益，而不是非要从中分出胜负。每个人都是有独立思想的个体，老代只是一家之言，并不在于说服那个人。文中大量引用朋友们的观点，在此一一谢过，电源行业的八卦和技术，希望朋友们多拍砖爆料