劉朋 董文龍 張曉飛
1 正泰電氣股份有限公司(上?!?01614) 2 沈陽市裝備制造工程學校(沈陽 110026)
一種新型自力型觸頭的設計與計算
劉朋1董文龍1張曉飛2
1正泰電氣股份有限公司(上海201614)2沈陽市裝備制造工程學校(沈陽110026)
從自力型觸頭的特點出發,給出了一種采用雙觸指結構的新型自力型觸頭的設計與計算方法,該新型自力型觸頭由1#自力型觸頭,2#自力型觸頭和導向裝置組成,在接觸壓力不變的情況下,有效地增大了觸頭的接觸面積,提高了觸頭的通流能力;同時在2#自力型觸頭的頭部外側燒結銅鎢合金,有效提高了觸頭的抗燃弧能力;增加的導向裝置,確保了自力型觸頭與動觸頭的對中性,使得觸頭連接更為可靠。
自力型觸頭;高壓電器
在高壓電器產品中,各種類型的觸頭對產品的性能,產品的容量以及產品的可靠性均起著決定性的作用[1]。觸頭從其工作原理上可劃分為:自力型觸頭,非自力型觸頭;從其用途上可劃分為:靜連接觸頭,動連接觸頭。自力型觸頭以其結構簡單,安裝使用方便,可做到大容量小型化等優點,在高壓電器產品中得到了廣泛的應用。
自力型觸頭是依靠材料自身的變形,在材料屈服強度范圍內,由彎曲應力提供接觸壓力的一種觸頭[2]。
新型自力型觸頭的結構如圖1所示:與原自力型觸頭相比,新型自力型觸頭采用雙層觸指結構:由1#自力型觸頭,2#自力型觸頭和導向裝置組成,在接觸壓力不變的情況下,有效地增大了接觸面積,提高了觸頭的通流能力;同時在2#自力型觸頭的頭部外側燒結銅鎢合金,有效提高了觸頭的抗燃弧能力;增加的導向裝置,確保了自力型觸頭與動觸頭的對中性,并使得觸頭連接更為可靠[3]。
圖1 新型自力型觸頭
2.1自力型觸頭的導電截面及觸指設計
自力型觸頭的導電截面和觸指數的選取,應按額定電流In的大小進行設計:
D—觸指最小截面外徑(mm)
d—觸指最小截面內徑(mm)
δ—兩觸指之間間隙(mm)
j—電流密度(A/mm2)
圖2 新型自力型觸頭結構
新型自力型觸頭中采用雙層觸指結構,由1#自力型觸頭和2#自力型觸頭裝配而成:
1#自力型觸頭的通流能力:
2#自力型觸頭的通流能力:
(注:自力型觸頭散熱面積大,故許用電流密度j取值較高,同時要求與它接觸的母線或觸頭有充足的導
新型自力型觸頭的通流能力:電截面。)
2.2新型自力型觸頭接觸壓力設計
自力型觸頭每片觸指的接觸壓力FK(N)為:
式中:
E—觸頭材料的彈性模量,鉻銅E=1.2× 105MPa
I—觸指截面慣性矩(mm4),I=bh3/12
e —觸指在合閘位置的徑向變形量,e=1~1.5mm
l—觸指長度(mm)
由圖1可知,自力型觸頭的接觸壓力由兩部分組成:
1#自力型觸頭的接觸壓力:
2#自力型觸頭的接觸壓力:
新型自力型觸頭,有效地增大了接觸面積,且接觸壓力基本不變。
2.3新型自力型觸頭彎曲強度驗算
觸指根部為變形危險截面,合閘時該截面最大彎曲應力為:
抗彎截面模量2/6 W=bh
承受合閘沖擊力的主觸頭和弧觸頭[σ]<100N/ mm2w
1#自力型觸頭的彎曲應力:
2#自力型觸頭的彎曲應力:
2.4新型自力型觸頭動熱穩定設計
觸頭在通過短路電流時,因電流流經接觸點而出現電流收縮現象,產生收縮電動力(其方向朝推開觸指的方向);由于各觸指電流方向相同,又同時產生相互吸引的電動力,此力與抱緊力一起增加了觸頭的電動穩定性-即能承受短時峰值電流產生的電動力而不發生熔焊的能力。
Im為每片觸指流過的短路電流(峰值),A
Kb=5000,為銅觸頭系數
1#自力型觸頭的電動穩定性:
2#自力型觸頭的電動穩定性:
當短路電流流過觸頭時,每個觸指的熱穩定通流能力:
IkRk—接觸電阻電壓降(V )
Ik―每個觸片的熱穩定通流能力(A)
Rk- 每個觸點接觸電阻(Ω)
Ukr—觸頭熔化時的電壓(V)
將單觸指結構與雙觸指結構的自力型觸頭各選取5件,用回路電阻儀進行電阻測量,測試結果如表1所示:
表1 兩種自力型觸頭回路電阻值對比
本文從自力型觸頭的特點出發,給出了新型自力型觸頭的設計方法,并結合ZF21A-145/3150組合電器的增容改進,在導體相間距和相對地尺寸不變的情況下,采用新型自力型觸頭:在接觸壓力不變的情況下,有效地增大了觸頭的接觸面積,提高了自力型觸頭的通流能力;在2#自力型觸頭的頭部外側燒結銅鎢合金,有效地提高了新型自力型觸頭的抗燃弧能力;為確保自力型觸頭與動觸頭的對中性,在新型自力型觸頭中加裝導向裝置。
[1]劉英.SF6高壓電器產品中各類觸頭形式的優劣對比.高壓電器,2004,40(4):298-300.
[2]黎斌.SF6高壓電器的設計[M].北京:機械工業出版社.2003
[3]一種自力型觸頭.專利號:201020032938.9
(責任編輯:文婷)
TM89
A
1003-3319(2016)03-00001-02
10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0001