一种新型自力型触头的设计与计算

刘朋　董文龙　张晓飞

1　正泰电气股份有限公司（上海　201614）　2　沈阳市装备制造工程学校（沈阳　110026）

一种新型自力型触头的设计与计算

刘朋1董文龙1张晓飞2

1正泰电气股份有限公司（上海201614）2沈阳市装备制造工程学校（沈阳110026）

从自力型触头的特点出发，给出了一种采用双触指结构的新型自力型触头的设计与计算方法，该新型自力型触头由1#自力型触头，2#自力型触头和导向装置组成，在接触压力不变的情况下，有效地增大了触头的接触面积，提高了触头的通流能力；同时在2#自力型触头的头部外侧烧结铜钨合金，有效提高了触头的抗燃弧能力；增加的导向装置，确保了自力型触头与动触头的对中性，使得触头连接更为可靠。

自力型触头；高压电器

在高压电器产品中，各种类型的触头对产品的性能，产品的容量以及产品的可靠性均起着决定性的作用［1］。触头从其工作原理上可划分为：自力型触头，非自力型触头；从其用途上可划分为：静连接触头，动连接触头。自力型触头以其结构简单，安装使用方便，可做到大容量小型化等优点，在高压电器产品中得到了广泛的应用。

1　新型自力型触头的特点

自力型触头是依靠材料自身的变形，在材料屈服强度范围内，由弯曲应力提供接触压力的一种触头［2］。

新型自力型触头的结构如图1所示：与原自力型触头相比，新型自力型触头采用双层触指结构：由1#自力型触头，2#自力型触头和导向装置组成，在接触压力不变的情况下，有效地增大了接触面积，提高了触头的通流能力；同时在2#自力型触头的头部外侧烧结铜钨合金，有效提高了触头的抗燃弧能力；增加的导向装置，确保了自力型触头与动触头的对中性，并使得触头连接更为可靠［3］。

图1　新型自力型触头

2　新型自力型触头的设计

2.1自力型触头的导电截面及触指设计

自力型触头的导电截面和触指数的选取，应按额定电流In的大小进行设计：

D—触指最小截面外径（mm）

d—触指最小截面内径（mm）

δ—两触指之间间隙（mm）

j—电流密度（A/mm2）

图2　新型自力型触头结构

新型自力型触头中采用双层触指结构，由1#自力型触头和2#自力型触头装配而成：

1#自力型触头的通流能力：

2#自力型触头的通流能力：

（注：自力型触头散热面积大，故许用电流密度j取值较高，同时要求与它接触的母线或触头有充足的导

新型自力型触头的通流能力：电截面。）

2.2新型自力型触头接触压力设计

自力型触头每片触指的接触压力FK（N）为：

式中：

E—触头材料的弹性模量，铬铜E=1.2× 105MPa

I—触指截面惯性矩（mm4），I=bh3/12

e —触指在合闸位置的径向变形量，e=1～1.5mm

l—触指长度（mm）

由图1可知，自力型触头的接触压力由两部分组成：

1#自力型触头的接触压力：

2#自力型触头的接触压力：

新型自力型触头，有效地增大了接触面积，且接触压力基本不变。

2.3新型自力型触头弯曲强度验算

触指根部为变形危险截面，合闸时该截面最大弯曲应力为：

抗弯截面模量2/6 W=bh

承受合闸冲击力的主触头和弧触头［σ］＜100N/ mm2w

1#自力型触头的弯曲应力：

2#自力型触头的弯曲应力：

2.4新型自力型触头动热稳定设计

触头在通过短路电流时，因电流流经接触点而出现电流收缩现象，产生收缩电动力（其方向朝推开触指的方向）；由于各触指电流方向相同，又同时产生相互吸引的电动力，此力与抱紧力一起增加了触头的电动稳定性-即能承受短时峰值电流产生的电动力而不发生熔焊的能力。

Im为每片触指流过的短路电流（峰值），A

Kb=5000，为铜触头系数

1#自力型触头的电动稳定性：

2#自力型触头的电动稳定性：

当短路电流流过触头时，每个触指的热稳定通流能力：

IkRk—接触电阻电压降（V ）

Ik―每个触片的热稳定通流能力（A）

Rk- 每个触点接触电阻（Ω）

Ukr—触头熔化时的电压（V）

将单触指结构与双触指结构的自力型触头各选取5件，用回路电阻仪进行电阻测量，测试结果如表1所示：

表1　两种自力型触头回路电阻值对比

3　结语

本文从自力型触头的特点出发，给出了新型自力型触头的设计方法，并结合ZF21A-145/3150组合电器的增容改进，在导体相间距和相对地尺寸不变的情况下，采用新型自力型触头：在接触压力不变的情况下，有效地增大了触头的接触面积，提高了自力型触头的通流能力；在2#自力型触头的头部外侧烧结铜钨合金，有效地提高了新型自力型触头的抗燃弧能力；为确保自力型触头与动触头的对中性，在新型自力型触头中加装导向装置。

［1］刘英.SF6高压电器产品中各类触头形式的优劣对比.高压电器，2004，40（4）：298-300.

［2］黎斌.SF6高压电器的设计［M］.北京：机械工业出版社.2003

［3］一种自力型触头.专利号：201020032938.9

（责任编辑：文婷）

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1003-3319（2016）03-00001-02

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.03.0001