對(duì)于低壓開(kāi)關(guān)電器主觸頭的并聯(lián)，如果我們只在常規(guī)的額定運(yùn)行電流范圍內(nèi)來(lái)討論，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)討論的重點(diǎn)有兩個(gè)：第一個(gè)是載流量，這與開(kāi)關(guān)的溫升相關(guān);第二個(gè)是開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗄芰?，這與開(kāi)關(guān)的滅弧能力相關(guān)。

　　注意：這里所討論的是兩只不同開(kāi)關(guān)電器實(shí)體對(duì)象的觸頭，而不是同一只開(kāi)關(guān)電器的兩個(gè)同類觸頭。對(duì)于同一只開(kāi)關(guān)同類觸頭之間的并聯(lián)和串聯(lián)，我將在本文的稍后部分專門說(shuō)明。

　　以下我們就開(kāi)始分析：

　　(1)首先討論溫升

　　題圖是一款框架斷路器ACB。圖中我們看到了主觸頭，還有其它相關(guān)的附件。

　　顯見(jiàn)，若拿這款開(kāi)關(guān)來(lái)作為我們的討論對(duì)象，麻煩得很，而且很多參數(shù)我們并不知道。為此，我把開(kāi)關(guān)作了一個(gè)簡(jiǎn)化，類似交流接觸器，如下：

　　當(dāng)開(kāi)關(guān)流過(guò)額定電流時(shí)，最重要的參數(shù)是溫升，它決定了開(kāi)關(guān)電器主觸頭的接觸性能、氧化狀態(tài)、電壽命和開(kāi)關(guān)電器的其它綜合性能。為此，我們把上圖配上一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算它的溫升狀況。

　　什么叫做溫升呢?它是指開(kāi)關(guān)電器的運(yùn)行溫度與環(huán)境溫度的差值。

　　對(duì)于環(huán)境溫度，在GB14048.1-2012《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：總則》中，有如下說(shuō)明：

　　可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)電器的環(huán)境溫度為35攝氏度，這是我們計(jì)算涉及到的環(huán)境溫度數(shù)值來(lái)源。

　　那么這個(gè)例子如何計(jì)算呢?因?yàn)槲覀冎恍枰烙?jì)算的原理，以及計(jì)算結(jié)果，并不需要了解具體的計(jì)算過(guò)程。因此我就簡(jiǎn)單地介紹一下吧：

　　接觸電壓為已知，對(duì)于每個(gè)觸頭，顯然接觸電壓只有一半。在知道了觸點(diǎn)的尺寸和材質(zhì)的情況下，根據(jù)(接觸電壓-觸點(diǎn)溫度)理論，計(jì)算表達(dá)式如下：

　　這里的Uj就是接觸電壓，當(dāng)然我們要除以2。分母的值可以從Wiede-Mann-Franz定律查表求出。這樣我們就能求得觸頭的溫升。

　　接著來(lái)計(jì)算導(dǎo)電桿的發(fā)熱，因?yàn)椋?/p>

　　這里的電流I用給定值，電阻率為100攝氏度時(shí)的值，長(zhǎng)度L為已知，截面S亦為已知，這樣我們就能計(jì)算出導(dǎo)電桿1和導(dǎo)電桿2的發(fā)熱功率。

　　我們?cè)儆门ｎD散熱公式計(jì)算散熱功率：

　　這里的散熱系數(shù)為已知，導(dǎo)電桿的表面積A亦為已知。因?yàn)榘l(fā)熱等于散熱，兩式聯(lián)立后得到導(dǎo)電桿的溫升。

　　有意思的是：發(fā)熱公式中有導(dǎo)電桿長(zhǎng)度L，而散熱公式的表面積A中同樣也有導(dǎo)電桿長(zhǎng)度，兩者分別位于等號(hào)的左右側(cè)，可以略去。

　　最后，我們就可以得到在某電流I下的最高溫升了。再加上35度的環(huán)境溫度，就可以得到觸頭處的最高溫升。當(dāng)電流為400A時(shí)，導(dǎo)電桿截面為7X25mm，散熱系數(shù)為Kt=7，觸頭接觸電壓為0.01V時(shí)，計(jì)算表明觸頭溫升大約為62K。

　　但我們從接觸電阻的溫升公式可以看出，它與電流的關(guān)系不大。

　　其實(shí)，電流越小，接觸電阻反而越大。反過(guò)來(lái)，電流越大，接觸電阻越小。當(dāng)電流達(dá)到觸頭熔化值后，接觸電阻就接近于零了。

　　對(duì)于銅來(lái)說(shuō)，它的軟化電壓是0.12V，熔化電壓是0.43V;對(duì)于銀來(lái)說(shuō)，軟化電壓是0.09V，熔化電壓是0.37V。

　　由于開(kāi)關(guān)電器是整體使用的，因此IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都未對(duì)觸頭的溫升進(jìn)行規(guī)定。盡管如此，由于開(kāi)關(guān)電器要進(jìn)入市場(chǎng)必須要做型式試驗(yàn)，因此在型式試驗(yàn)時(shí)會(huì)對(duì)觸頭溫升給出相當(dāng)詳盡的規(guī)定。

　　對(duì)于開(kāi)關(guān)電器導(dǎo)電桿的接線端子，IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)倒是給出了規(guī)定。我們來(lái)看GB14048.1-2012的規(guī)定：

　　從發(fā)熱表達(dá)式中我們看到，發(fā)熱功率與電流的平方成正比，因此當(dāng)電流減半后，發(fā)熱功率只有原來(lái)的1/4。電流小了，整個(gè)開(kāi)關(guān)觸頭系統(tǒng)的溫升是會(huì)降低的。

　　(2)再來(lái)討論開(kāi)關(guān)電器的并聯(lián)

　　看下圖：

　　圖中的有如下關(guān)系：I=I1+I2。

　　如果總電流I小于或者等于開(kāi)關(guān)電器的額定電流Ie，那么當(dāng)K1和K2并聯(lián)后，因?yàn)闇厣∮谧畲笾?，開(kāi)關(guān)電器當(dāng)然沒(méi)有問(wèn)題;

　　如果總電流I小于或者等于開(kāi)關(guān)電器額定電流的兩倍，即I=2Ie，這時(shí)的情況就復(fù)雜了：如果K1和K2的接觸電阻完全一致，這時(shí)也許能保證I1=I2=Ie。但兩者的接觸電阻相等是不可能的，因此必定會(huì)出現(xiàn)其中之1大于額定電流的情況。

　　在這種情況下，會(huì)有什么問(wèn)題呢?

　　開(kāi)關(guān)電器的工作制分為長(zhǎng)期工作制，短期工作制和反復(fù)短時(shí)周期工作制等等。我們來(lái)看標(biāo)準(zhǔn)：

　　額定電流是按8h工作制來(lái)確定的，它的溫升不會(huì)也不能超過(guò)最大極限值。

　　注意看短時(shí)工作制。由于短時(shí)工作制下開(kāi)關(guān)電器能徹底地降溫，因此若開(kāi)關(guān)電器工作在短時(shí)工作制下，是可以加大容量的。在這種情況下，允許短暫地讓其中某一個(gè)開(kāi)關(guān)電器的運(yùn)行電流超過(guò)額定電流。

　　對(duì)于兩個(gè)支路(或者多個(gè)支路)的電流與總電流的關(guān)系，在GB7251.1-2005《低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分：總則》中被定義為分散系數(shù)。如下：

　　此表在GB7251.1-2013中以圖的形式更新，但主要內(nèi)容并未改變。

　　什么意思呢?就是當(dāng)主開(kāi)關(guān)下方有N條支路，每條支路中有一只某種開(kāi)關(guān)電器，則各支路開(kāi)關(guān)電器的電流總和，不得超過(guò)額定分散系數(shù)與總和的乘積。

　　設(shè)兩條支路中的開(kāi)關(guān)電器均流過(guò)額定電流Ie。由于支路有兩條，故額定分散系數(shù)為0.9，于是總電流不得超過(guò)0.9X2XIe=1.8Ie。

　　結(jié)論是：按GB7251.1-2005標(biāo)準(zhǔn)，兩條并聯(lián)支路中的同類開(kāi)關(guān)電器，其運(yùn)行電流不得超過(guò)0.9倍額定電流。

　　(3)開(kāi)關(guān)電器并聯(lián)后在開(kāi)斷電路時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題

　　上圖中，設(shè)在時(shí)刻零之前兩臺(tái)開(kāi)關(guān)電器K1和K2均閉合，并且I=1.8Ie。在時(shí)刻零，K1開(kāi)關(guān)打開(kāi)，于是K2上流過(guò)的電流I2=I=1.8Ie?？上攵?，這時(shí)K2的溫升將嚴(yán)重越限，K2將在很短的時(shí)間內(nèi)損毀。即使K2未損毀，也會(huì)在下次的開(kāi)斷過(guò)程中損毀。

　　K2損毀后，如果操作者并未發(fā)現(xiàn)，將K1和K2再次閉合。因?yàn)镵2的觸頭已經(jīng)不能承載電流，因此1.8Ie的電流將流過(guò)K1，使得K1接著損毀。

　　也許大家會(huì)問(wèn)：開(kāi)關(guān)電器不是允許過(guò)載嗎?如果過(guò)載電流在它允許的范圍之內(nèi)，豈不是就沒(méi)有問(wèn)題了嗎?

　　答案是：任何斷路器，它的過(guò)載保護(hù)范圍是0.4Ie到1Ie。

　　下圖是ABB的Tmax塑殼斷路器的過(guò)載保護(hù)范圍：

　　注意看圖中的L參數(shù)，其電流范圍是0.40~1XIn。

　　超過(guò)1倍額定電流時(shí)，開(kāi)關(guān)將延遲一段時(shí)間后跳閘保護(hù)。

　　開(kāi)關(guān)電器的觸頭開(kāi)斷過(guò)程，其本質(zhì)是滅弧能力。關(guān)于開(kāi)關(guān)電器觸頭的滅弧能力，請(qǐng)看“低壓電氣和低壓電器技術(shù)之3——淺談低壓空氣開(kāi)關(guān)中的空氣和滅弧原理”。

　　(4)采用開(kāi)關(guān)電器并聯(lián)以提高線路載流量的結(jié)論

　　采用開(kāi)關(guān)電器并聯(lián)以提高線路載流量的方法，當(dāng)總電流在兩倍額定電流以下時(shí)，接通線路問(wèn)題不是很大，而開(kāi)斷線路卻會(huì)引來(lái)許多問(wèn)題。因此不建議采用這種方法。

　　如果確實(shí)要采用開(kāi)關(guān)電器并聯(lián)以提高線路載流量的方法，則開(kāi)關(guān)電器必須為主動(dòng)元件，也即各類斷路器。一定不能采用被動(dòng)元件，包括閘刀開(kāi)關(guān)、接觸器等等。

　　(5)同一個(gè)開(kāi)關(guān)電器的同類觸頭并聯(lián)和串聯(lián)的問(wèn)題

　　利用同一個(gè)開(kāi)關(guān)電器的同類觸頭并聯(lián)，可用于提高載流量。原因是，各并聯(lián)觸頭閉合時(shí)間的同步性基本一致，各并聯(lián)觸頭開(kāi)斷時(shí)間的同步性也基本一致。因此不會(huì)帶來(lái)類似不同開(kāi)關(guān)電器觸頭并聯(lián)出現(xiàn)的問(wèn)題。

　　同一個(gè)開(kāi)關(guān)電器的同類觸頭串聯(lián)，常用于提高滅弧能力，將短弧變?yōu)殚L(zhǎng)弧，以此實(shí)現(xiàn)電弧的降溫。

　　同一個(gè)開(kāi)關(guān)電器的同類觸頭串聯(lián)，在直流回路中用的特別多。

　　我們看下圖：

　　這是Tmax塑殼斷路器用于直流回路時(shí)其觸點(diǎn)的接線方案，從中我們可以看到同一臺(tái)斷路器主觸頭串聯(lián)的方法和具體線路。