觸指彈簧壓縮量對GN30—12隔離開關(guān)接觸電阻影響分析

【摘要】隔離開關(guān)是發(fā)電廠和變電站中使用最多的一種高壓開關(guān)電器。本文根據(jù)GN30-12型戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了該型號隔離開關(guān)在合閘狀態(tài)下動靜觸頭的受力情況，在電接觸理論基礎(chǔ)上，研究了觸指彈簧壓縮量對GN30-12隔離開關(guān)接觸電阻的影響，對隔離開關(guān)的安裝調(diào)試以及隔離開關(guān)觸指彈簧的選型具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】隔離開關(guān);電接觸;觸指彈簧;接觸電阻

Abstract：Disconnector is used in power plants and substations up to a H.V. switching equipment. In this paper ，the forces of the disconnector contacts in the closing state movement are analyzes based on the structural characteristics of the GN30-12 indoor H.V. disconnector，and the effects of contact compression spring on GN30-12 disconnector contact resistance is researched based on the theory of electrical contact for dealing with disconnector installation.

Keywords：disconnector;electrical contact;contact compression spring;contact resistance

引言

隔離開關(guān)又稱刀閘，在電力系統(tǒng)中用于斷開無負(fù)荷電流的電路，使所檢修的設(shè)備與電源有明顯的斷開點(diǎn)，以保證檢修人員的安全，是高壓開關(guān)電器中使用最多的一種電器。GN30-12隔離開關(guān)廣泛應(yīng)用于變電站10kV開關(guān)柜中 [1]。

本文結(jié)合GN30-12隔離開關(guān)（以下簡稱隔離開關(guān)）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對該型號隔離開關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理進(jìn)行說明。在對隔離開關(guān)合閘狀態(tài)下的動、靜觸頭受力分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)電接觸理論，分析觸指彈簧壓縮量對隔離開關(guān)接觸電阻的影響。

1.隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)特征

本文所研究的GN30-12隔離開關(guān)屬于戶內(nèi)交流高壓旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)。每相靜觸頭共有8片觸指組成，分為4對，每對左、右兩片觸指由一組緊固螺絲固定在底座上，形成對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)隔離開關(guān)處于合閘位置時，觸指的電接觸部位分為兩個接觸面：接觸面1為觸指與動觸頭的接觸部分，接觸面2為觸指與底座的接觸部分。隔離開關(guān)處于合位，觸指彈簧提供壓力給觸指鎖片，使觸指壓緊動觸頭，形成有效接觸。觸指接觸原理如圖1所示。[2]

圖1 隔離開關(guān)觸指結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 Chart of the disconnector contact structure

2.隔離開關(guān)觸指受力分析

2.1 右觸指的受力分析

根據(jù)機(jī)械力學(xué)知識得知，圓柱螺旋壓縮彈簧的勁度系數(shù)公式如公式1所示[3]：

公式1

公式1中：G為彈簧的切變模量;d為鋼絲直徑;D為彈簧中徑;n為彈簧有效圈數(shù)。

觸指彈簧對右觸指的壓力可依據(jù)胡克定律得出，如公式2所示：

公式2

公式2中：X為彈簧的壓縮量;k為觸指彈簧的勁度系數(shù)。

以右觸指與底座接觸點(diǎn)為支點(diǎn)1，根據(jù)力矩平衡原理，可計(jì)算出接觸面1右觸指給動觸頭的正壓力F1如公式3所示：

公式3

公式3中：F1為右觸指給動觸頭的正壓力;L1為F1對支點(diǎn)1的力臂;F0為觸指彈簧對右觸指的壓力;L0為F0對支點(diǎn)1的力臂。

同理，以右觸指與動觸頭的接觸點(diǎn)為支點(diǎn)2，推算出接觸面2右觸指給底座的正壓力F2如公式4所示：

公式4

公式4中：F2為右觸指給底座的正壓力;L2為F2對支點(diǎn)2的力臂;F0為觸指彈簧對右觸指的壓力;為F0對支點(diǎn)2的力臂。

2.2 左觸指的受力分析

根據(jù)平衡力相等原則，推算出觸指彈簧給右觸指的壓力跟螺母給左觸指的壓力大小相等。因此，對于左觸指的受力分析可以與右觸指的受力分析相同。

3.隔離開關(guān)接觸電阻計(jì)算

隔離開關(guān)的動靜觸頭接觸時會產(chǎn)生接觸電阻影響接觸電阻阻值的主要因素有導(dǎo)體材料性質(zhì)、接觸形式、接觸壓力、溫度、接觸面光潔度等。隔離開關(guān)處于規(guī)定的條件和參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行，其接觸電阻的工程值可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[4-6]。

接觸電阻工程值的公式為：

公式5

公式5中：為接觸電阻;為與接觸材料，表面狀況（是否產(chǎn)生氧化膜等）相關(guān)的系數(shù);F為接觸面正壓力;為接觸面積（當(dāng)面接觸時，通常，線接觸時）。

隔離開關(guān)單片觸指的接觸電阻由接觸面1電阻和接觸面2電阻串聯(lián)而成，而隔離開關(guān)每相共有8片觸指，可看作8片觸指并聯(lián)連接，接觸材料為Ag-Ag接觸，材料系數(shù)為=0.06，接觸形式均為面接觸，面積系數(shù)為1，則隔離開關(guān)接觸電阻如公式6所示：

公式6

公式6中：為隔離開關(guān)的接觸電阻;F1為右觸指給動觸頭的正壓力;F2為右觸指給底座的正壓力。

4.計(jì)算結(jié)果及分析

文中研究的隔離開關(guān)觸指彈簧采用碳素彈簧鋼，切變模量G=，其尺寸經(jīng)測量，鋼絲直徑d=4.5mm，彈簧中徑D=17.5mm，有效圈數(shù)n=1.5;隔離開關(guān)觸指力臂經(jīng)過測量得出L1=72mm，L0=30mm，L2=72mm，=42mm。結(jié)合公式1、2、3、4、6，進(jìn)一步推導(dǎo)出隔離開關(guān)接觸電阻與觸指彈簧壓縮量X的關(guān)系，如公式7和圖2所示：

公式7

圖2 接觸電阻與觸指彈簧壓縮量關(guān)系曲線

Fig.2 Curve of the relation between the spring compression

amount and the contact resistance

由圖2可知，隔離開關(guān)的接觸電阻與觸指彈簧壓縮量成反比例函數(shù)關(guān)系，在隔離開關(guān)安裝調(diào)試時，可根據(jù)實(shí)踐情況壓縮觸指彈簧，選擇合適的接觸電阻。當(dāng)接觸電阻阻值無法滿足要求時，則可以考慮更換勁度系數(shù)更大的觸指彈簧，增大觸指彈簧對觸指的壓力，減少接觸電阻。進(jìn)行隔離開關(guān)設(shè)計(jì)和選型時，也可根據(jù)文中的公式，對應(yīng)修改相關(guān)參數(shù)，做出分析研究。

5.結(jié)語

本文根據(jù)GN30-12隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)特征，對隔離開關(guān)觸指受力情況作出分析，結(jié)合電接觸理論，研究總結(jié)了觸指彈簧壓縮量與隔離開關(guān)接觸電阻的關(guān)系，對該型號隔離開關(guān)安裝調(diào)試以及設(shè)計(jì)選型均具有一定的研究價值和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]楊德華.10kV旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)易引發(fā)的故障原因分析及改造[J].廣西電力，2007（05）.

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[5]許軍，李坤.電接觸的接觸電阻研究[J].電工材料，2011，1：10-13.

[6]郭鳳儀，陳忠華.電接觸理論及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電力出版社，2008.

作者簡介：關(guān)燦強(qiáng)（1988—），電氣助理工程師，現(xiàn)供職于廣東電網(wǎng)公司江門供電局，從事變電站運(yùn)行管理工作。