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        一種新型自力型觸頭的設(shè)計與計算

        2016-11-09 07:11:54劉朋董文龍張曉飛
        電大理工 2016年3期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)能力設(shè)計

        劉朋 董文龍 張曉飛

        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)

        一種新型自力型觸頭的設(shè)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(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(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(chǎn)品中,各種類型的觸頭對產(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,動連接觸頭。自力型觸頭以其結(jié)構(gòu)簡單,安裝使用方便,可做到大容量小型化等優(yōu)點,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

        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(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(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 新型自力型觸頭的設(shè)計

        2.1自力型觸頭的導電截面及觸指設(shè)計

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

        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(shè)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(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新型自力型觸頭動熱穩(wěn)定設(shè)計

        觸頭在通過短路電流時,因電流流經(jīng)接觸點而出現(xiàn)電流收縮現(xiàn)象,產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)定性-即能承受短時峰值電流產(chǎn)生的電動力而不發(fā)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(shù)

        1#自力型觸頭的電動穩(wěn)定性:

        2#自力型觸頭的電動穩(wěn)定性:

        當短路電流流過觸頭時,每個觸指的熱穩(wěn)定通流能力:

        IkRk—接觸電阻電壓降(V )

        Ik―每個觸片的熱穩(wěn)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(jié)構(gòu)與雙觸指結(jié)構(gòu)的自力型觸頭各選取5件,用回路電阻儀進行電阻測量,測試結(jié)果如表1所示:

        表1 兩種自力型觸頭回路電阻值對比

        3 結(jié)語

        本文從自力型觸頭的特點出發(fā),給出了新型自力型觸頭的設(shè)計方法,并結(jié)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(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(chǎn)品中各類觸頭形式的優(yōu)劣對比.高壓電器,2004,40(4):298-300.

        [2]黎斌.SF6高壓電器的設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)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

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