触指弹簧压缩量对GN30—12隔离开关接触电阻影响分析

【摘要】隔离开关是发电厂和变电站中使用最多的一种高压开关电器。本文根据GN30-12型户内高压隔离开关的结构特点，分析了该型号隔离开关在合闸状态下动静触头的受力情况，在电接触理论基础上，研究了触指弹簧压缩量对GN30-12隔离开关接触电阻的影响，对隔离开关的安装调试以及隔离开关触指弹簧的选型具有一定的指导意义。

【关键词】隔离开关;电接触;触指弹簧;接触电阻

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

隔离开关又称刀闸，在电力系统中用于断开无负荷电流的电路，使所检修的设备与电源有明显的断开点，以保证检修人员的安全，是高压开关电器中使用最多的一种电器。GN30-12隔离开关广泛应用于变电站10kV开关柜中 [1]。

本文结合GN30-12隔离开关（以下简称隔离开关）的结构特点，对该型号隔离开关的机械结构和运行原理进行说明。在对隔离开关合闸状态下的动、静触头受力分析的基础上，根据电接触理论，分析触指弹簧压缩量对隔离开关接触电阻的影响。

1.隔离开关结构特征

本文所研究的GN30-12隔离开关属于户内交流高压旋转式隔离开关。每相静触头共有8片触指组成，分为4对，每对左、右两片触指由一组紧固螺丝固定在底座上，形成对应关系。当隔离开关处于合闸位置时，触指的电接触部位分为两个接触面：接触面1为触指与动触头的接触部分，接触面2为触指与底座的接触部分。隔离开关处于合位，触指弹簧提供压力给触指锁片，使触指压紧动触头，形成有效接触。触指接触原理如图1所示。[2]

图1 隔离开关触指结构图

Fig.1 Chart of the disconnector contact structure

2.隔离开关触指受力分析

2.1 右触指的受力分析

根据机械力学知识得知，圆柱螺旋压缩弹簧的劲度系数公式如公式1所示[3]：

公式1

公式1中：G为弹簧的切变模量;d为钢丝直径;D为弹簧中径;n为弹簧有效圈数。

触指弹簧对右触指的压力可依据胡克定律得出，如公式2所示：

公式2

公式2中：X为弹簧的压缩量;k为触指弹簧的劲度系数。

以右触指与底座接触点为支点1，根据力矩平衡原理，可计算出接触面1右触指给动触头的正压力F1如公式3所示：

公式3

公式3中：F1为右触指给动触头的正压力;L1为F1对支点1的力臂;F0为触指弹簧对右触指的压力;L0为F0对支点1的力臂。

同理，以右触指与动触头的接触点为支点2，推算出接触面2右触指给底座的正压力F2如公式4所示：

公式4

公式4中：F2为右触指给底座的正压力;L2为F2对支点2的力臂;F0为触指弹簧对右触指的压力;为F0对支点2的力臂。

2.2 左触指的受力分析

根据平衡力相等原则，推算出触指弹簧给右触指的压力跟螺母给左触指的压力大小相等。因此，对于左触指的受力分析可以与右触指的受力分析相同。

3.隔离开关接触电阻计算

隔离开关的动静触头接触时会产生接触电阻影响接触电阻阻值的主要因素有导体材料性质、接触形式、接触压力、温度、接触面光洁度等。隔离开关处于规定的条件和参数范围内运行，其接触电阻的工程值可由经验公式计算[4-6]。

接触电阻工程值的公式为：

公式5

公式5中：为接触电阻;为与接触材料，表面状况（是否产生氧化膜等）相关的系数;F为接触面正压力;为接触面积（当面接触时，通常，线接触时）。

隔离开关单片触指的接触电阻由接触面1电阻和接触面2电阻串联而成，而隔离开关每相共有8片触指，可看作8片触指并联连接，接触材料为Ag-Ag接触，材料系数为=0.06，接触形式均为面接触，面积系数为1，则隔离开关接触电阻如公式6所示：

公式6

公式6中：为隔离开关的接触电阻;F1为右触指给动触头的正压力;F2为右触指给底座的正压力。

4.计算结果及分析

文中研究的隔离开关触指弹簧采用碳素弹簧钢，切变模量G=，其尺寸经测量，钢丝直径d=4.5mm，弹簧中径D=17.5mm，有效圈数n=1.5;隔离开关触指力臂经过测量得出L1=72mm，L0=30mm，L2=72mm，=42mm。结合公式1、2、3、4、6，进一步推导出隔离开关接触电阻与触指弹簧压缩量X的关系，如公式7和图2所示：

公式7

图2 接触电阻与触指弹簧压缩量关系曲线

Fig.2 Curve of the relation between the spring compression

amount and the contact resistance

由图2可知，隔离开关的接触电阻与触指弹簧压缩量成反比例函数关系，在隔离开关安装调试时，可根据实践情况压缩触指弹簧，选择合适的接触电阻。当接触电阻阻值无法满足要求时，则可以考虑更换劲度系数更大的触指弹簧，增大触指弹簧对触指的压力，减少接触电阻。进行隔离开关设计和选型时，也可根据文中的公式，对应修改相关参数，做出分析研究。

5.结语

本文根据GN30-12隔离开关的结构特征，对隔离开关触指受力情况作出分析，结合电接触理论，研究总结了触指弹簧压缩量与隔离开关接触电阻的关系，对该型号隔离开关安装调试以及设计选型均具有一定的研究价值和指导意义。

参考文献

[1]杨德华.10kV旋转式隔离开关易引发的故障原因分析及改造[J].广西电力，2007（05）.

[2]张振凯.新型直动式隔离开关[J].电工技术，2009（01）.

[3]高荣元.圆柱螺旋压缩弹簧的设计与计算[J].冶金设备，1984，5.

[4]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].中国高等教育出版社.

[5]许军，李坤.电接触的接触电阻研究[J].电工材料，2011，1：10-13.

[6]郭凤仪，陈忠华.电接触理论及其应用技术[M].北京：电力出版社，2008.

作者简介：关灿强（1988—），电气助理工程师，现供职于广东电网公司江门供电局，从事变电站运行管理工作。