一種新型自力型觸頭的設計與計算

劉朋　董文龍　張曉飛

1　正泰電氣股份有限公司（上?！?01614）　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，給出了一種采用雙觸指結構的新型自力型觸頭的設計與計算方法，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燒結銅鎢合金，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

在高壓電器產品中，各種類型的觸頭對產品的性能，產品的容量以及產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。自力型觸頭以其結構簡單，安裝使用方便，可做到大容量小型化等優點，在高壓電器產品中得到了廣泛的應用。

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，由彎曲應力提供接觸壓力的一種觸頭［2］。

新型自力型觸頭的結構如圖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構：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燒結銅鎢合金，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計

2.1自力型觸頭的導電截面及觸指設計

自力型觸頭的導電截面和觸指數的選取，應按額定電流In的大小進行設計：

D—觸指最小截面外徑（mm）

d—觸指最小截面內徑（mm）

δ—兩觸指之間間隙（mm）

j—電流密度（A/mm2）

圖2　新型自力型觸頭結構

新型自力型觸頭中采用雙層觸指結構，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力：

2#自力型觸頭的彎曲應力：

2.4新型自力型觸頭動熱穩定設計

觸頭在通過短路電流時，因電流流經接觸點而出現電流收縮現象，產生收縮電動力（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定性-即能承受短時峰值電流產生的電動力而不發生熔焊的能力。

Im為每片觸指流過的短路電流（峰值），A

Kb=5000，為銅觸頭系數

1#自力型觸頭的電動穩定性：

2#自力型觸頭的電動穩定性：

當短路電流流過觸頭時，每個觸指的熱穩定通流能力：

IkRk—接觸電阻電壓降（V ）

Ik―每個觸片的熱穩定通流能力（A）

Rk- 每個觸點接觸電阻（Ω）

Ukr—觸頭熔化時的電壓（V）

將單觸指結構與雙觸指結構的自力型觸頭各選取5件，用回路電阻儀進行電阻測量，測試結果如表1所示：

表1　兩種自力型觸頭回路電阻值對比

3　結語

本文從自力型觸頭的特點出發，給出了新型自力型觸頭的設計方法，并結合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燒結銅鎢合金，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高壓電器產品中各類觸頭形式的優劣對比.高壓電器，2004，40（4）：298-300.

［2］黎斌.SF6高壓電器的設計［M］.北京：機械工業出版社.2003

［3］一種自力型觸頭.專利號：201020032938.9

（責任編輯：文婷）

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1003-3319（2016）03-00001-02

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0001