于洪宇 王小煥 張敬濤 汪寧 陳利民 崔世輝

摘? 要：在真空斷路器設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度計(jì)算和電場(chǎng)計(jì)算占據(jù)主要計(jì)算內(nèi)容，通過(guò)計(jì)算，來(lái)判斷設(shè)計(jì)裕度，以便進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電場(chǎng);應(yīng)力;應(yīng)變

1 強(qiáng)度計(jì)算

本項(xiàng)目借助solidworks軟件的功能對(duì)斷路器強(qiáng)度進(jìn)行校核。合理簡(jiǎn)化斷路器三維模型，選取合理的約束、固定點(diǎn)，通過(guò)虛擬加載、網(wǎng)格劃分及計(jì)算，重點(diǎn)研究斷路器框架和主傳動(dòng)鏈上零部件的變形，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算和優(yōu)化，將斷路器的變形控制在合理的范圍內(nèi)。

零件的許用應(yīng)力必須低于材料的極限應(yīng)力。塑性材料的安全因數(shù)ns=1.5-2.0，取ns=2計(jì)算得：Q235A許用應(yīng)力：117MPa，40Cr許用應(yīng)力：392MPa，45鋼許用應(yīng)力：185MPa。應(yīng)變又稱“相對(duì)變形”。零件由于載荷使它的幾何形狀和尺寸發(fā)生相對(duì)改變的物理量。根據(jù)ε=？滋σ/E得：

Q235A：0.274×235Mpa/210Gpa=0.0003，40Cr：0.278×785Mpa/215Gpa=0.001，45鋼：0.29×370Mpa/206Gpa=0.0005

斷路器應(yīng)力分布、應(yīng)變分布及位移分布分別見圖1、圖2、圖3。由表1分析可知，零件最大應(yīng)力值均低于許用應(yīng)力;模型發(fā)生應(yīng)變低于材料允許應(yīng)變值。由表2計(jì)算可知，斷路器三相同期性：（0.052-0.044）/（0.8～1.6）=（0.005～0.01）ms<1ms，滿足斷路器機(jī)械技術(shù)參數(shù)要求，表明斷路器機(jī)械強(qiáng)度可靠，其力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

2 絕緣計(jì)算

借助仿真軟件模塊，合理簡(jiǎn)化斷路器三維模型，選取相應(yīng)的材料屬性、介電常數(shù)，通過(guò)網(wǎng)格劃分、施加載荷，計(jì)算斷路器在合閘狀態(tài)下的電壓及電場(chǎng)強(qiáng)度分布，并找到場(chǎng)強(qiáng)分布集中區(qū)域加以優(yōu)化。

2.1 三維模型

2.2 參數(shù)設(shè)置

分析中需要設(shè)置的參數(shù)：（1）分析中遠(yuǎn)場(chǎng)物質(zhì)的選定，選默認(rèn)物質(zhì)空氣。（2）相關(guān)材料的選定，按實(shí)際部件的材料組成。分別從軟件材料庫(kù)中選定，導(dǎo)電體為steel;環(huán)氧樹脂為epoxy;空氣為air。（3）相關(guān)材料的材料屬性如下：環(huán)氧樹脂，介電常數(shù)3.6，擊穿場(chǎng)強(qiáng)25kV/mm，空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)為3kV/mm。（4）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定40.5kV斷路器工頻耐受電壓為185kV，因此在高壓端施加雷電耐受電壓185kV。

2.3 計(jì)算結(jié)果

由圖5、圖6可知，斷路器模型電壓分布合理，斷路器電場(chǎng)強(qiáng)度最大值發(fā)生在滅弧室內(nèi)部動(dòng)觸頭與屏蔽罩結(jié)合處，考慮到該滅弧室已經(jīng)成功應(yīng)用在多個(gè)工程商，此處可以忽略。除此外，電場(chǎng)強(qiáng)度值低于空氣電場(chǎng)強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。