新型高压隔离开关导电触头的研制

摘 要：本文从电网供电质量、供电可靠性及经济效益角度出发，对目前大量隔离开关的频繁检修原因进行分析，并提出了解决对策，目的是为了保证电网运行经济效益突出、安全稳定。

关键词：隔离开关 经济效益 技术方案

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2011）12（a）-0000-00

1技术领域

本实用新型直接应用于高压电力系统中在分闸位置能够按照规定的要求提供电气隔离断口的机械开关装置中断口分合装置。

2 技术方案及发明要点

装置采用满足设计要求的弹簧钢穿芯圆杆提供足够的弹性势能，单根导电触头杆按载流能力400A接触压力设计（国标是600A/200N压力）。铜合金管采用隔离开关普通型的触指材质即可，做成足够的载流尺寸包裹于穿芯圆杆上。

（1）根据铜合金导体载流要求确定材质及截面尺寸

采用普通隔离开关触指材料，因仅需要其正常的耐电弧烧损性、抗熔焊性和抗拉强度即可。通过材料工程力学理论和电力热平衡理论计算确定具体尺寸。载流能力考虑集肤效应。

（2）确定弹性势能材料

采用50铬钒钢，这种钢中加入钒能够细化组织，提高钢的强度和韧性，故这种材料是耐疲劳和抗冲击性能良好的弹簧钢。它有良好的机械性能，并能在-40℃~500 ℃的温度下工作。采用奥氏体故无磁性。

2.1 确定装置材料

确定导电铜合金管触指材料

在导体未通电流时，其温度与周围介质的温度相等；当电流通过时，由于导体电流的热效应使导体发热。其热量一部分使导体温度升高，另一部分则由于导体温度高于周围介质的温度而散发到介质中。在导体温度未达稳定时，其热平衡方程式可以写成：

式中：

I-通过导体的电流(A)； Kzh-导体的总放热系数[W／(m2℃)]；

R-导体的电阻(Ω)； θ，θ0--导体及周围环境的温度(℃)；

m——导体的质量(Kg)； C--导体材料的比热[J/Kg℃]；

r--导体对周围环境的温升，r=θ-θ0；F--导体的散热面积(m2)。

上式为常系数线性非齐次一阶微分方程。解之得：

可看出均质导体的温升是按时间指数函数增长。当t=(3-4)T时，导体温升即趋于稳定温升τw；其中T是发热时间常数，

且有

此式为牛顿公式。由上式可知，在稳定发热状态下，导体中产生的全部热量都散失到周围环境中。

2.2产品建模分析

通过材料工程力学理论并按照动静触头压力符合国家标准的要求，可以写成

通过上式以50CrVA正向矢量压力和导电铜合金负向矢量拉力之差以精确确定产品尺寸，并且可按大于国标2至5倍的接触压力进行设计，以使运行效果非常接近铜基记忆合金型触头。

为确定所选择的铜合金材质机械强度符合应力强度，通过下式可知

3 发明目的

目标：大幅度减少隔离开关触头发热状况

量化目标：将隔离开关触头占设备发热比重由70%左右降为10%3.1 理论分析载流导体在运行中常遇到两种工作状态：正常工作状态短路工作状态

导体正常工作时将产生各种损耗，包括：电阻损耗；介质损耗；涡流和磁滞损耗。这些损耗变成热能使导体的温度升高，以致使材料的物理性能和化学性能变坏。

发热对导体产生的不良影响包括：

（1）机械强度减弱 （2）接触电阻增加

导体最高允许温度

为了保证导体可靠地工作，必须使其发热温度不得超过一定数值，这个限值叫做最高允许温度。

导体的正常最高允许温度

→一般不超过+70℃

→在计及太阳辐射（日照）的影响时，钢芯铝绞线及管型导体，可按不超过+80℃来考虑。

→当导体接触面处有镀（搪）锡的可靠覆盖层时，可提高到+85℃

→短时最高允许温度

对硬铝及铝锰合金可取220 ℃，硬铜可取320 ℃。

正常负荷电流的发热温度的计算

Øf=Øo+（Øe—Øo）（If/I’e）2

式中

Øo-导体周围介质温度

Øe导体的正常最高容许温度

If导体中通过的长期最大负荷电流

Ie导体容许电流，为导体额定电流Ie的修正值

3.2 明确装置结构方案

动触头采用圆杆型，单根设计载流400A，在铝合金基座上根据各种设计载流确定安装数量。

静触头采用双倒锥形，中间结合部有两种方案，一种是锥形平面对接，一种是凹面对接。

3.3 确定螺栓规格及数量