一種新型自力型觸頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算

劉朋　董文龍　張曉飛

1　正泰電氣股份有限公司（上?！?01614）　2　沈陽(yáng)市裝備制造工程學(xué)校（沈陽(yáng)　110026）

一種新型自力型觸頭的設(shè)計(jì)與計(jì)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(yáng)市裝備制造工程學(xué)校（沈陽(yáng)110026）

從自力型觸頭的特點(diǎn)出發(fā)，給出了一種采用雙觸指結(jié)構(gòu)的新型自力型觸頭的設(shè)計(jì)與計(jì)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(dǎo)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(shí)在2#自力型觸頭的頭部外側(cè)燒結(jié)銅鎢合金，有效提高了觸頭的抗燃弧能力；增加的導(dǎo)向裝置，確保了自力型觸頭與動(dòng)觸頭的對(duì)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(chǎn)品中，各種類型的觸頭對(duì)產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品的容量以及產(chǎn)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(dòng)連接觸頭。自力型觸頭以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，可做到大容量小型化等優(yōu)點(diǎn)，在高壓電器產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。

1　新型自力型觸頭的特點(diǎn)

自力型觸頭是依靠材料自身的變形，在材料屈服強(qiáng)度范圍內(nèi)，由彎曲應(yīng)力提供接觸壓力的一種觸頭［2］。

新型自力型觸頭的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)：由1#自力型觸頭，2#自力型觸頭和導(dǎo)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(shí)在2#自力型觸頭的頭部外側(cè)燒結(jié)銅鎢合金，有效提高了觸頭的抗燃弧能力；增加的導(dǎo)向裝置，確保了自力型觸頭與動(dòng)觸頭的對(duì)中性，并使得觸頭連接更為可靠［3］。

圖1　新型自力型觸頭

2　新型自力型觸頭的設(shè)計(jì)

2.1自力型觸頭的導(dǎo)電截面及觸指設(shè)計(jì)

自力型觸頭的導(dǎo)電截面和觸指數(shù)的選取，應(yīng)按額定電流In的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)：

D—觸指最小截面外徑（mm）

d—觸指最小截面內(nèi)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(jié)構(gòu)

新型自力型觸頭中采用雙層觸指結(jié)構(gòu)，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(shí)要求與它接觸的母線或觸頭有充足的導(dǎo)

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(shè)計(jì)

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(zhǎng)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(qiáng)度驗(yàn)算

觸指根部為變形危險(xiǎn)截面，合閘時(shí)該截面最大彎曲應(yīng)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(yīng)力：

2#自力型觸頭的彎曲應(yīng)力：

2.4新型自力型觸頭動(dòng)熱穩(wěn)定設(shè)計(jì)

觸頭在通過(guò)短路電流時(shí)，因電流流經(jīng)接觸點(diǎn)而出現(xiàn)電流收縮現(xiàn)象，產(chǎn)生收縮電動(dòng)力（其方向朝推開(kāi)觸指的方向）；由于各觸指電流方向相同，又同時(shí)產(chǎn)生相互吸引的電動(dòng)力，此力與抱緊力一起增加了觸頭的電動(dòng)穩(wěn)定性-即能承受短時(shí)峰值電流產(chǎn)生的電動(dòng)力而不發(fā)生熔焊的能力。

Im為每片觸指流過(guò)的短路電流（峰值），A

Kb=5000，為銅觸頭系數(shù)

1#自力型觸頭的電動(dòng)穩(wěn)定性：

2#自力型觸頭的電動(dòng)穩(wěn)定性：

當(dāng)短路電流流過(guò)觸頭時(shí)，每個(gè)觸指的熱穩(wěn)定通流能力：

IkRk—接觸電阻電壓降（V ）

Ik―每個(gè)觸片的熱穩(wěn)定通流能力（A）

Rk- 每個(gè)觸點(diǎn)接觸電阻（Ω）

Ukr—觸頭熔化時(shí)的電壓（V）

將單觸指結(jié)構(gòu)與雙觸指結(jié)構(gòu)的自力型觸頭各選取5件，用回路電阻儀進(jìn)行電阻測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1　兩種自力型觸頭回路電阻值對(duì)比

3　結(jié)語(yǔ)

本文從自力型觸頭的特點(diǎn)出發(fā)，給出了新型自力型觸頭的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合ZF21A-145/3150組合電器的增容改進(jìn)，在導(dǎo)體相間距和相對(duì)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(cè)燒結(jié)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(dòng)觸頭的對(duì)中性，在新型自力型觸頭中加裝導(dǎo)向裝置。

［1］劉英.SF6高壓電器產(chǎn)品中各類觸頭形式的優(yōu)劣對(duì)比.高壓電器，2004，40（4）：298-300.

［2］黎斌.SF6高壓電器的設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003

［3］一種自力型觸頭.專利號(hào)：201020032938.9

（責(zé)任編輯：文婷）

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1003-3319（2016）03-00001-02

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0001