淺談彈簧觸指尺寸對于溫升試驗的影響

陳 濤 涂佳明

（沈陽華利能源設備制造有限公司，遼寧 沈陽 110045）

高壓開關設備是主要用于關合與開斷正常或故障電路、或用于隔離高壓電源的電器，它的發展很迅猛。目前，開關產品已從初期的油斷路器、空氣開關，進入到了真空斷路器和SF6斷路器及其成套設備（GIS）為主的新時代。

溫升試驗是高壓開關驗證載流能力的重要試驗，用于考核導電回路通以正常工作電流后的發熱（溫度升高）。當高壓電器產品通過正常工作電流時，由于電阻損耗、渦流損耗和磁滯損耗，使電能轉變為熱能，其中一部分散失到周圍介質中，一部分加熱載流導體使其溫度升高，引起設備老化，絕緣下降，嚴重的將造成短路，損壞設備，中斷供電。溫度升高的多少由發熱和散熱兩方面因素決定，同時與載流體通過的電流大小、載流回路截面和材料、機械結構、零部件接觸面的接合質量和產品裝配質量等因素有關。

溫升試驗的目的是確定在規定負載狀態下運行時整機某些部分高于冷卻介質溫度的溫升。溫升參數是電器產品質量的一項重要指標，其數值的大小直接影響產品的質量、生產成本以及安全性能等。

圖1 溫升試驗裝置1

圖2 溫升試驗裝置2

彈簧經壓扁形成斜圈彈簧，截面為橢圓，彈簧的末端焊接后形成彈簧圈環，我們將其稱之為彈簧觸指或螺旋觸指（Bal Seal），該結構形式由ABB公司最先應用于開關行業。由于組裝和拆裝工作更加簡單，同時占用空間小、壽命長、免維護等特點，發展迅速，目前在高壓開關行業中應用廣泛，是重要的電器元件之一。

1 試驗情況

為了驗證彈簧觸指尺寸、外部散熱面積大小對于溫升試驗的影響，決定通過對比試驗對其影響進行驗證。根據溫升試驗技術要求、彈簧觸指的結構特點及性能的要求，設計溫升試驗裝置如圖1、圖2所示。

表1 試驗數據

圖3 溫升試驗現場

其中，圖1所示裝置為：同種彈簧觸指，外部散熱面積不同，左側直徑為Φ130mm、右側為Φ150mm，其余參數相同。

圖2所示裝置為：外部散熱面積相同，連接彈簧觸指尺寸不同，左側直徑為Φ90mm、右側為Φ50mm，其余參數相同。

試驗中導體材質采用H62，彈簧觸指采用目前行業常用的標準彈簧觸指，并將試驗裝置放置在環氧玻璃布板支撐架上，使裝置與地面絕緣、隔熱。

將兩套裝置按照試驗要求裝配固定、連接熱電偶，熱電偶必須與被測物體緊密接觸，否則會產生幾度的量測誤差。熱電偶必須有20mm長導線沿物體等溫面固定，否則會有10%的溫升量測誤差。檢查無誤后通以4000A的恒定電流。根據標準規定，試品周圍空氣流動速度應小于0.5（m/s），一般室內空氣流動速度為0.15~0.5（m/s），因此不成為問題。按照溫升試驗的相關要求觀察并記錄相關數據直至溫升穩定。圖3為溫升試驗現場。

溫升試驗所需的重要設備和工具：數值溫度測試儀、熱電偶、交流恒流電源、干濕溫度計、互感器、電流表等，目前檢測機構會使用數字溫度測試儀和交流恒流電源或者是多磁路調壓變壓器、互感器，電流表這兩種方式。

本次試驗選擇的是數值溫度測試儀、熱電偶、交流恒流電源、互感器等儀器進行試驗。

2 試驗結果及結論

按照溫升試驗相關技術要求進行試驗，待溫度升高穩定時記錄試驗數據，試驗數據見表1，溫升穩定時環境溫度為21.25℃。其中，記錄點1~19為試驗1記錄數據，記錄點20~36為試驗2記錄數據。

根據試驗數據可以得出以下結論：

（1）外部散熱面直徑Φ1對BalSeal處溫升ΔT的影響。

BalSeal直徑Φ2一致的條件下：Φ1增大即彈簧觸指安裝槽壁厚增加，溫升ΔT增大。

由溫升試驗1數據可知：Φ1由130mm增加到150mm，彈簧觸指安裝槽壁厚由12mm增加到22mm，ΔT由106.05K增加到107.75K，相差約2K。

（2）Bal Seal直徑Φ2對Bal Seal處溫升ΔT的影響。

外部散熱面積Φ1一致的條件下：Φ2增大即彈簧觸指安裝槽壁厚減小，溫升ΔT減小。

由溫升試驗2數據可知：Φ2由50mm增加到90mm，ΔT由123.95K減小到105.75K，相差約18K。

（3）根據試驗數據得出，在外部散熱面直徑Φ1為130mm、Bal Seal直徑Φ2為90mm的條件下，空氣中做溫升試驗（4000A），Bal Seal處溫升ΔT約為106.05K＞65K，不能滿足要求。

（4）根據通電導體的集膚效應，在設計時，應考慮截面積即彈簧觸指安裝槽壁厚尺寸。

銅導體的集膚深度約為10mm。

通過以上結論可以得出：減小彈簧觸指安裝槽壁厚或者選用大尺寸彈簧觸指可以降低該處的溫升，保證設備正常運行，但需要注意不能低于集膚效應所帶來的最小集膚深度。

結語

本次試驗是對彈簧觸指尺寸及彈簧觸指安裝槽壁厚對于溫升試驗影響的初步驗證，通過該試驗進一步了解彈簧觸指的結構特點及性能，特別是在細節方面上的應用，試驗結果及結論對于今后彈簧觸指的設計應用起到一定的指導作用。

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