正文
5.开关电器的导电杆和触头的温升计算
我们来看图9：
图9左下是断路器实物图片，图9的上图是动静触头导电排以及触头的示意图，右下是各部分的温升计算表达式。
试看一例：
设导电板的厚度是10mm，宽度是50mm，电阻率
，综合散热系数
，单断点触头的接触电阻
，当通过电流为1250A时，求触头的温升。
解：
第一步，求导电板温升：
第二步，求导电板与触头相接处的温升：
先求接触电压Uj：
，代入计算式：
。
第三步，求触头温升：
先求触头的温度T：
根据GB14048.1-2012《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》，开关电器的环境温度为40度，于是有：
，代入计算式：
。
计算完毕。
我们发现，导电板的温升有53.8K，而触头合并导电板与触头连接处的温升为8.5K，仅为前者的16%。由此可知，国家标准中定义开关电器一次接线端子（导电板端子）的稳定温升代表开关电器的稳定温升，是合理的。
6.触头的热稳定性问题
当短路电流流过触头时，开关电器的触头材料会发生何种现象？
我们先来看一段文摘，此文摘摘自《电器理论基础》，许志红编著：
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接触电压Uj是反映触头接触斑点a温度的重要参量，研究接触电阻Rj与接触电压Uj之间的关系，对于了解不同接触材料在不同条件下的接触特性有重要意义。
在直流稳态电流下改变电流I并保持不变，逐次测量接触电压Uj和电流I，就可以得到接触电阻Rj(θ)之间的关系。该关系称为电接触的Rj(θ)静特性。
整个Rj(θ)特性可分成五段：
1)ab段：
通过电接触的电流增大，接触电压和相应的斑点a温度增高，收缩电阻随温度升高而增大，接触电阻随温度升高而增大。
2）bc段：
当接触电压降及相应的斑点a温度达到b点，由于材料的机械强度减小，实际接触面积扩大，接触电阻减小，曲线下降。b点的电压称为接触材料的软化电压。对于铜材料，软化电压为0.12V，相应的软化温度为180℃。
3) cd段：
曲线达c点后继续增大电流，斑点a及收缩区的温度会继续增高。由于材料达软化点以后的一段温度范围内机械强度不再减小，接触斑点a面积不再继续扩大，因此曲线又继续上升。
4) de段：当接触电压和斑点a温度达d点（材料的熔点）时，斑点a处材料熔化，熔融金属在外力作用下被挤压向四周漫延，此时斑点a处金属熔为一体，接触电阻便突然下降至e点。对应于d点的电压称为材料的熔化电压。铜的熔化电压为0.43V，熔化温度为1083℃。
5) ef段：斑点a熔化后接触电阻突然减小，由于发热减小，热传导的能力增强，斑点a处熔化金属迅速冷却凝固，整个收缩区温度逐渐降低，曲线便沿ef段下降至f点。
研究各种接触材料的Rj(θ)特性以及软化和熔化电压有重要实际意义。
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这段文字很有意思，它告诉我们触头在熔融前后所发生的物理现象。
我们定义：
触头承受短路电流的热冲击作用而未损坏的能力，被称为触头的热稳定性。
我们来看图10：
图10表述的是触头熔化电流的静特性。
从曲线看，当通电时间短于1s时，开始时熔化电流很大，但时间t越短，电流变化就越大。当时间长于1s后，熔化电流不再变化，表现出与通电时间无关的特性。
我们由前面的表述可知，
。我们把这个式子变形，为：
如此一来，我们就可以通过接触电压来判断是否触头熔融了。
触头材料开始熔化的接触电压值如下：
我们再来看一个例子：
已知某断路器的铜质主触头由5个分触头构成。若总接触电阻为4.9微欧，问当通过20kA短路电流时，触头是否会熔焊？
解：
已知总接触电阻为4.9微欧，因此单个分触头接触电阻为5X4.9=24.5微欧。又知总电流为20kA，则分触头上流过的短路电流为20/5=4kA。
于是分触头上的接触电压为：
因此，触头不会熔焊，触头的热稳定性合格。
我们来反推电流。当总短路电流为84kA时，触头将熔焊，触头的热稳定性不合格。
如果接触电阻变大了，例如变成25微欧，我们来核算一下短路电流为20kA时是否会熔焊：
，
所以该断路器一定会熔焊，触头的热稳定性不合格。
通过这个简单计算，我们应当能看出，对于开关电器而言，它的热稳定性其实包括了两个方面：其一是导电排（导电杆）的热稳定性，其二是触头的热稳定性。开关电器的热稳定性是两者的综合。
知晓了开关电器的热稳定性，下一讲我们来看看什么叫做开关电器的动稳定性。
