新型高壓隔離開關(guān)導(dǎo)電觸頭的研制

摘 要：本文從電網(wǎng)供電質(zhì)量、供電可靠性及經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，對目前大量隔離開關(guān)的頻繁檢修原因進(jìn)行分析，并提出了解決對策，目的是為了保證電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益突出、安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：隔離開關(guān) 經(jīng)濟(jì)效益 技術(shù)方案

中圖分類號：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2011）12（a）-0000-00

1技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型直接應(yīng)用于高壓電力系統(tǒng)中在分閘位置能夠按照規(guī)定的要求提供電氣隔離斷口的機(jī)械開關(guān)裝置中斷口分合裝置。

2 技術(shù)方案及發(fā)明要點(diǎn)

裝置采用滿足設(shè)計(jì)要求的彈簧鋼穿芯圓桿提供足夠的彈性勢能，單根導(dǎo)電觸頭桿按載流能力400A接觸壓力設(shè)計(jì)（國標(biāo)是600A/200N壓力）。銅合金管采用隔離開關(guān)普通型的觸指材質(zhì)即可，做成足夠的載流尺寸包裹于穿芯圓桿上。

（1）根據(jù)銅合金導(dǎo)體載流要求確定材質(zhì)及截面尺寸

采用普通隔離開關(guān)觸指材料，因僅需要其正常的耐電弧燒損性、抗熔焊性和抗拉強(qiáng)度即可。通過材料工程力學(xué)理論和電力熱平衡理論計(jì)算確定具體尺寸。載流能力考慮集膚效應(yīng)。

（2）確定彈性勢能材料

采用50鉻釩鋼，這種鋼中加入釩能夠細(xì)化組織，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，故這種材料是耐疲勞和抗沖擊性能良好的彈簧鋼。它有良好的機(jī)械性能，并能在-40℃~500 ℃的溫度下工作。采用奧氏體故無磁性。

2.1 確定裝置材料

確定導(dǎo)電銅合金管觸指材料

在導(dǎo)體未通電流時(shí)，其溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等；當(dāng)電流通過時(shí)，由于導(dǎo)體電流的熱效應(yīng)使導(dǎo)體發(fā)熱。其熱量一部分使導(dǎo)體溫度升高，另一部分則由于導(dǎo)體溫度高于周圍介質(zhì)的溫度而散發(fā)到介質(zhì)中。在導(dǎo)體溫度未達(dá)穩(wěn)定時(shí)，其熱平衡方程式可以寫成：

式中：

I-通過導(dǎo)體的電流(A)； Kzh-導(dǎo)體的總放熱系數(shù)[W／(m2℃)]；

R-導(dǎo)體的電阻(Ω)； θ，θ0--導(dǎo)體及周圍環(huán)境的溫度(℃)；

m——導(dǎo)體的質(zhì)量(Kg)； C--導(dǎo)體材料的比熱[J/Kg℃]；

r--導(dǎo)體對周圍環(huán)境的溫升，r=θ-θ0；F--導(dǎo)體的散熱面積(m2)。

上式為常系數(shù)線性非齊次一階微分方程。解之得：

可看出均質(zhì)導(dǎo)體的溫升是按時(shí)間指數(shù)函數(shù)增長。當(dāng)t=(3-4)T時(shí)，導(dǎo)體溫升即趨于穩(wěn)定溫升τw；其中T是發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，

且有

此式為牛頓公式。由上式可知，在穩(wěn)定發(fā)熱狀態(tài)下，導(dǎo)體中產(chǎn)生的全部熱量都散失到周圍環(huán)境中。

2.2產(chǎn)品建模分析

通過材料工程力學(xué)理論并按照動靜觸頭壓力符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以寫成

通過上式以50CrVA正向矢量壓力和導(dǎo)電銅合金負(fù)向矢量拉力之差以精確確定產(chǎn)品尺寸，并且可按大于國標(biāo)2至5倍的接觸壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使運(yùn)行效果非常接近銅基記憶合金型觸頭。

為確定所選擇的銅合金材質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度符合應(yīng)力強(qiáng)度，通過下式可知

3 發(fā)明目的

目標(biāo)：大幅度減少隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱狀況

量化目標(biāo)：將隔離開關(guān)觸頭占設(shè)備發(fā)熱比重由70%左右降為10%3.1 理論分析 載流導(dǎo)體在運(yùn)行中常遇到兩種工作狀態(tài)： 正常工作狀態(tài) 短路工作狀態(tài)

導(dǎo)體正常工作時(shí)將產(chǎn)生各種損耗，包括：電阻損耗；介質(zhì)損耗；渦流和磁滯損耗。這些損耗變成熱能使導(dǎo)體的溫度升高，以致使材料的物理性能和化學(xué)性能變壞。

發(fā)熱對導(dǎo)體產(chǎn)生的不良影響包括：

（1）機(jī)械強(qiáng)度減弱 （2）接觸電阻增加

導(dǎo)體最高允許溫度

為了保證導(dǎo)體可靠地工作，必須使其發(fā)熱溫度不得超過一定數(shù)值，這個(gè)限值叫做最高允許溫度。

導(dǎo)體的正常最高允許溫度

→一般不超過+70℃

→在計(jì)及太陽輻射（日照）的影響時(shí)，鋼芯鋁絞線及管型導(dǎo)體，可按不超過+80℃來考慮。

→當(dāng)導(dǎo)體接觸面處有鍍（搪）錫的可靠覆蓋層時(shí)，可提高到+85℃

→短時(shí)最高允許溫度

對硬鋁及鋁錳合金可取220 ℃，硬銅可取320 ℃。

正常負(fù)荷電流的發(fā)熱溫度的計(jì)算

Oslash;f=Oslash;o+（Oslash;e—Oslash;o）（If/I’e）2

式中

Oslash;o-導(dǎo)體周圍介質(zhì)溫度

Oslash;e導(dǎo)體的正常最高容許溫度

If導(dǎo)體中通過的長期最大負(fù)荷電流

Ie導(dǎo)體容許電流，為導(dǎo)體額定電流Ie的修正值

3.2 明確裝置結(jié)構(gòu)方案

動觸頭采用圓桿型，單根設(shè)計(jì)載流400A，在鋁合金基座上根據(jù)各種設(shè)計(jì)載流確定安裝數(shù)量。

靜觸頭采用雙倒錐形，中間結(jié)合部有兩種方案，一種是錐形平面對接，一種是凹面對接。

3.3 確定螺栓規(guī)格及數(shù)量