浅谈弹簧触指尺寸对于温升试验的影响

陈 涛 涂佳明

（沈阳华利能源设备制造有限公司，辽宁 沈阳 110045）

高压开关设备是主要用于关合与开断正常或故障电路、或用于隔离高压电源的电器，它的发展很迅猛。目前，开关产品已从初期的油断路器、空气开关，进入到了真空断路器和SF6断路器及其成套设备（GIS）为主的新时代。

温升试验是高压开关验证载流能力的重要试验，用于考核导电回路通以正常工作电流后的发热（温度升高）。当高压电器产品通过正常工作电流时，由于电阻损耗、涡流损耗和磁滞损耗，使电能转变为热能，其中一部分散失到周围介质中，一部分加热载流导体使其温度升高，引起设备老化，绝缘下降，严重的将造成短路，损坏设备，中断供电。温度升高的多少由发热和散热两方面因素决定，同时与载流体通过的电流大小、载流回路截面和材料、机械结构、零部件接触面的接合质量和产品装配质量等因素有关。

温升试验的目的是确定在规定负载状态下运行时整机某些部分高于冷却介质温度的温升。温升参数是电器产品质量的一项重要指标，其数值的大小直接影响产品的质量、生产成本以及安全性能等。

图1 温升试验装置1

图2 温升试验装置2

弹簧经压扁形成斜圈弹簧，截面为椭圆，弹簧的末端焊接后形成弹簧圈环，我们将其称之为弹簧触指或螺旋触指（Bal Seal），该结构形式由ABB公司最先应用于开关行业。由于组装和拆装工作更加简单，同时占用空间小、寿命长、免维护等特点，发展迅速，目前在高压开关行业中应用广泛，是重要的电器元件之一。

1 试验情况

为了验证弹簧触指尺寸、外部散热面积大小对于温升试验的影响，决定通过对比试验对其影响进行验证。根据温升试验技术要求、弹簧触指的结构特点及性能的要求，设计温升试验装置如图1、图2所示。

表1 试验数据

图3 温升试验现场

其中，图1所示装置为：同种弹簧触指，外部散热面积不同，左侧直径为Φ130mm、右侧为Φ150mm，其余参数相同。

图2所示装置为：外部散热面积相同，连接弹簧触指尺寸不同，左侧直径为Φ90mm、右侧为Φ50mm，其余参数相同。

试验中导体材质采用H62，弹簧触指采用目前行业常用的标准弹簧触指，并将试验装置放置在环氧玻璃布板支撑架上，使装置与地面绝缘、隔热。

将两套装置按照试验要求装配固定、连接热电偶，热电偶必须与被测物体紧密接触，否则会产生几度的量测误差。热电偶必须有20mm长导线沿物体等温面固定，否则会有10%的温升量测误差。检查无误后通以4000A的恒定电流。根据标准规定，试品周围空气流动速度应小于0.5（m/s），一般室内空气流动速度为0.15~0.5（m/s），因此不成为问题。按照温升试验的相关要求观察并记录相关数据直至温升稳定。图3为温升试验现场。

温升试验所需的重要设备和工具：数值温度测试仪、热电偶、交流恒流电源、干湿温度计、互感器、电流表等，目前检测机构会使用数字温度测试仪和交流恒流电源或者是多磁路调压变压器、互感器，电流表这两种方式。

本次试验选择的是数值温度测试仪、热电偶、交流恒流电源、互感器等仪器进行试验。

2 试验结果及结论

按照温升试验相关技术要求进行试验，待温度升高稳定时记录试验数据，试验数据见表1，温升稳定时环境温度为21.25℃。其中，记录点1~19为试验1记录数据，记录点20~36为试验2记录数据。

根据试验数据可以得出以下结论：

（1）外部散热面直径Φ1对BalSeal处温升ΔT的影响。

BalSeal直径Φ2一致的条件下：Φ1增大即弹簧触指安装槽壁厚增加，温升ΔT增大。

由温升试验1数据可知：Φ1由130mm增加到150mm，弹簧触指安装槽壁厚由12mm增加到22mm，ΔT由106.05K增加到107.75K，相差约2K。

（2）Bal Seal直径Φ2对Bal Seal处温升ΔT的影响。

外部散热面积Φ1一致的条件下：Φ2增大即弹簧触指安装槽壁厚减小，温升ΔT减小。

由温升试验2数据可知：Φ2由50mm增加到90mm，ΔT由123.95K减小到105.75K，相差约18K。

（3）根据试验数据得出，在外部散热面直径Φ1为130mm、Bal Seal直径Φ2为90mm的条件下，空气中做温升试验（4000A），Bal Seal处温升ΔT约为106.05K＞65K，不能满足要求。

（4）根据通电导体的集肤效应，在设计时，应考虑截面积即弹簧触指安装槽壁厚尺寸。

铜导体的集肤深度约为10mm。

通过以上结论可以得出：减小弹簧触指安装槽壁厚或者选用大尺寸弹簧触指可以降低该处的温升，保证设备正常运行，但需要注意不能低于集肤效应所带来的最小集肤深度。

结语

本次试验是对弹簧触指尺寸及弹簧触指安装槽壁厚对于温升试验影响的初步验证，通过该试验进一步了解弹簧触指的结构特点及性能，特别是在细节方面上的应用，试验结果及结论对于今后弹簧触指的设计应用起到一定的指导作用。

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