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摘要：低压断路器是低压配电系统中的重要组成部分，不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流。低压断路器可有效控制电流强度，对输配电线路与设备进行安全保护。由此，低压断路器热脱扣器的设计显得尤为重要。完善低压配电器以及热脱扣器设计，对于电力系统的持续稳定运行具有现实意义。
关键词：低压断路器；热脱扣器；设计；短路电流
热脱扣器能够通过自动感知路过电流产生的热效应，对电流的荷载强度实行精准评估，进而对低压断路器进行过载延时保护，避免低压断路器、低压输配电装置及整体低压输配电线路因电流异常而发生故障隐患。可以说，热脱扣器的灵敏度，决定了低压断路器的使用效能，以及整体低压配电线路的供配电稳定性。对此，本文将探究热脱扣器的缺陷、核心原理与设计要点，旨在促进电力系统平稳运行。
1热脱扣器的特性缺陷
低压断路器作为低压配电系统的核心装置，其重要性不言而喻。尽管热脱扣器凭借其诸多优势被拓展运用到电力系统中，但是，其也存在着一定的不足。按照等效电流强度和等效时间内反馈差异，可将热脱扣器的特性缺陷划分为标准等效电流的等效时间外早脱扣和标准等效电流的等效时间内不脱扣两大类。等效电流值不仅与等效时间存在着既定的物理相关性，而且，与生产效率息息相关。在实际生产过程中，等效电流值越大，电子绕核运动频率越快，等效时间越短，生产效率越高。而电子绕核运行周期短，也对低压断路器热脱扣装置的安全稳定性提出了更高的标准要求。由此可知，热脱扣装置的性能灵敏性与稳定性也是决定生产效率的关键要素。
在工业生产过程中，外部环境条件在很大程度上决定了生产效率。如果环境温度保持恒定，额定电流保持不变，生产设备性能稳定可靠，且断路器无任何故障隐患，那么，生产效率必定可以达到预期。常见的低压断路器故障包括元器件功能异常、脱扣力过紧或过松、主回路运行不畅、焊接部位缺陷等。一旦低压断路器出现故障，必定会降低生产效率，影响工业企业的经济效益。
绝大多数低压断路器的热脱扣都是由金属材料制成的，而双金属零部件也是引起热脱扣特性缺陷的主要原因。例如，双金属零部件材料质量不达标，结构设计不合理等。针对此，有必要加大对金属材料的管理力度，优化金属零部件的结构设计形态，定期对金属零部件展开性能检测，加强金属零部件焊接处理，以降低性能故障的发生率，避免热脱扣特性缺陷，促使热脱扣发挥实际效用，保证低压配电器的正常使用。但是，需要格外强调的是，无论是采取何种处理方式，都难以从根本上改变热脱扣的使用稳定性效果。
2热脱扣器的核心原理
随着智能化电气设备的快速普及，以及微电子技术的推广运用，电子脱扣器的使用功能已经可以替代热脱元件的一部分功能。但是，双金属零部件仍是热脱扣装置中的重要组成部分。双金属零部件具有结构简单、操作简便、电磁干扰程度低、投资成本小等优势特点。尤为关键的是，双金属零部件的反馈时效性高、动作稳定性强。
热脱扣器的核心原理是当过载电流流经低压断路器时，会产生一定强度的热效应，截流导体能够将热效应产生的热量传递给双金属零部件，双金属零部件在高温状态下会出现一定程度的弯曲。当弯曲量超过一定限度时，会推动脱扣杆，促使低压断路器分断电流，减轻过载电流对整个低压配电系统的危害程度。
3热脱扣器的设计要点
双金属零部件的设计成果直接决定了整个脱扣器的性能可靠性。绝大多数双金属零部件都是由有机复合金属材料组成的，而且，各类金属材料的温度膨胀系数不同，这也是决定脱扣器性能的关键要素。
3.1结构设计
通常来说，绝大多数热脱扣器的双金属零部件都是呈U型或平直型的。结合热脱扣器使用功能需求，还可以将双金属零部件设计成圆环闭合状或碟状。如果热脱扣器需要旋转运动，那么，有必要将双金属零部件设计成螺旋状，与热脱扣器的旋转运动相互协调适应。
双金属零部件的加热方式也是决定结构设计形态的关键要素。根据上文内容可知，双金属零部件主要通过感应过载电流产生的热效应温度出现形变量，推动脱扣杆，达到分断过载电流的目的。
本文以平直型双金属零部件为例。当过载电流流经低压断路器时，热效应产生的高热量会使双金属零部件产生一定程度的形变量。此时，双金属零部件自身会形成一个热应力（σ），并对脱扣杆产生一个作用力（F）。这两个关键作用力直接决定了热脱扣器的使用性能。若想让热脱扣器正常使用，必须满足如下三点条件：①双金属零部件形变量（S）必须大于脱扣行程（S≥L）；②脱扣杆作用力（F）必须大于脱扣力（F’）；③热应力（σ）必须大于材料最大许应力（σ’)。
计算公式如下：
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式中：δ代表双金属片的厚度(mm)；L代表双金属片的有效长度(mm)；τ代表双金属零部件的温度变化(℃)
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；Κ代表比弯曲，可从双金属片材料手册中查到(1/℃)；E代表弹性模量(N/mm2)；J代表双金属片截面惯性矩(mm4)；b代表双金属片的宽度(mm)；α1、α2分别代表主动层和被动层的线胀系数。
3.2选材与加工
结合热脱扣器的设计需求，对双金属零部件的组成材料及温度膨胀系数加以合理选择。除满足上述提及的三方面基本条件以外，在相同温度环境条件下，只有主动层的线胀系数大于被动层的线胀系数，才能使双金属零部件的受热弯曲方向偏向脱扣杆，进而促使热脱扣器发挥实用效能。
如果低压断路器的热脱扣器的双金属零部件是由三种或三种以上的金属材料有机压制而成的，那么，主动层要尽可能的选择比弯曲值更高的有机复合金属材料，而被动层则选择低于弯曲值的有机复合金属材料。与此同时，在主动层与被动层中间增设一层铜导体，作为二者之间相互联动的介质条件，提升热效应所产生热量的传递速率。在对双金属零部件实行加工制作时，需及时剔除冲压边缘部位的毛刺，以免影响整体加工制作。在对热脱扣器实行冲压时，双金属零部件会产生一定强度的内部应力，削弱双金属零部件的反馈灵敏度。为此，有必要消除内部应力，保障热脱扣器的正常冲压。
3.3组装
第一，点焊技术。在双金属零部件设计、选材与加工制作结束后，采用点焊方式对各类基础性零件实施连接处理。可以说，点焊技术应用水平直接决定了热脱扣器的性能稳定性。在焊接处理时，既要注重双金属零部件设计的标准规范性，又要重点维护双金属零部件的导电性能。
第二，机械装配。热脱扣器的设计、加工与使用是一个系统性、精细性的过程。在实际装配过程中，采用适宜的调试方法和装配工具，削弱外部机械作用力对双金属零部件的不利影响，约束和规范整个性能调试与组合装配流程，进一步增强热脱扣器的机械承载负荷力。
4结束语
综上所述，热脱扣器是低压断路器的重要组成部分，而双金属零部件则是热脱扣器的重要元器件。只有优化双金属零部件设计，才能维护热脱扣器性能的稳定性与可靠性，确保低压断路器的正常使用，以促进整个低压配电系统的持久稳定运行，在满足生产生活电力需求的基础上，降低发生电力事故的概率，保障公众生命财产安全。
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