觸指彈簧壓縮量對GN30—12隔離開關接觸電阻影響分析

【摘要】隔離開關是發電廠和變電站中使用最多的一種高壓開關電器。本文根據GN30-12型戶內高壓隔離開關的結構特點，分析了該型號隔離開關在合閘狀態下動靜觸頭的受力情況，在電接觸理論基礎上，研究了觸指彈簧壓縮量對GN30-12隔離開關接觸電阻的影響，對隔離開關的安裝調試以及隔離開關觸指彈簧的選型具有一定的指導意義。

【關鍵詞】隔離開關;電接觸;觸指彈簧;接觸電阻

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

隔離開關又稱刀閘，在電力系統中用于斷開無負荷電流的電路，使所檢修的設備與電源有明顯的斷開點，以保證檢修人員的安全，是高壓開關電器中使用最多的一種電器。GN30-12隔離開關廣泛應用于變電站10kV開關柜中 [1]。

本文結合GN30-12隔離開關（以下簡稱隔離開關）的結構特點，對該型號隔離開關的機械結構和運行原理進行說明。在對隔離開關合閘狀態下的動、靜觸頭受力分析的基礎上，根據電接觸理論，分析觸指彈簧壓縮量對隔離開關接觸電阻的影響。

1.隔離開關結構特征

本文所研究的GN30-12隔離開關屬于戶內交流高壓旋轉式隔離開關。每相靜觸頭共有8片觸指組成，分為4對，每對左、右兩片觸指由一組緊固螺絲固定在底座上，形成對應關系。當隔離開關處于合閘位置時，觸指的電接觸部位分為兩個接觸面：接觸面1為觸指與動觸頭的接觸部分，接觸面2為觸指與底座的接觸部分。隔離開關處于合位，觸指彈簧提供壓力給觸指鎖片，使觸指壓緊動觸頭，形成有效接觸。觸指接觸原理如圖1所示。[2]

圖1 隔離開關觸指結構圖

Fig.1 Chart of the disconnector contact structure

2.隔離開關觸指受力分析

2.1 右觸指的受力分析

根據機械力學知識得知，圓柱螺旋壓縮彈簧的勁度系數公式如公式1所示[3]：

公式1

公式1中：G為彈簧的切變模量;d為鋼絲直徑;D為彈簧中徑;n為彈簧有效圈數。

觸指彈簧對右觸指的壓力可依據胡克定律得出，如公式2所示：

公式2

公式2中：X為彈簧的壓縮量;k為觸指彈簧的勁度系數。

以右觸指與底座接觸點為支點1，根據力矩平衡原理，可計算出接觸面1右觸指給動觸頭的正壓力F1如公式3所示：

公式3

公式3中：F1為右觸指給動觸頭的正壓力;L1為F1對支點1的力臂;F0為觸指彈簧對右觸指的壓力;L0為F0對支點1的力臂。

同理，以右觸指與動觸頭的接觸點為支點2，推算出接觸面2右觸指給底座的正壓力F2如公式4所示：

公式4

公式4中：F2為右觸指給底座的正壓力;L2為F2對支點2的力臂;F0為觸指彈簧對右觸指的壓力;為F0對支點2的力臂。

2.2 左觸指的受力分析

根據平衡力相等原則，推算出觸指彈簧給右觸指的壓力跟螺母給左觸指的壓力大小相等。因此，對于左觸指的受力分析可以與右觸指的受力分析相同。

3.隔離開關接觸電阻計算

隔離開關的動靜觸頭接觸時會產生接觸電阻影響接觸電阻阻值的主要因素有導體材料性質、接觸形式、接觸壓力、溫度、接觸面光潔度等。隔離開關處于規定的條件和參數范圍內運行，其接觸電阻的工程值可由經驗公式計算[4-6]。

接觸電阻工程值的公式為：

公式5

公式5中：為接觸電阻;為與接觸材料，表面狀況（是否產生氧化膜等）相關的系數;F為接觸面正壓力;為接觸面積（當面接觸時，通常，線接觸時）。

隔離開關單片觸指的接觸電阻由接觸面1電阻和接觸面2電阻串聯而成，而隔離開關每相共有8片觸指，可看作8片觸指并聯連接，接觸材料為Ag-Ag接觸，材料系數為=0.06，接觸形式均為面接觸，面積系數為1，則隔離開關接觸電阻如公式6所示：

公式6

公式6中：為隔離開關的接觸電阻;F1為右觸指給動觸頭的正壓力;F2為右觸指給底座的正壓力。

4.計算結果及分析

文中研究的隔離開關觸指彈簧采用碳素彈簧鋼，切變模量G=，其尺寸經測量，鋼絲直徑d=4.5mm，彈簧中徑D=17.5mm，有效圈數n=1.5;隔離開關觸指力臂經過測量得出L1=72mm，L0=30mm，L2=72mm，=42mm。結合公式1、2、3、4、6，進一步推導出隔離開關接觸電阻與觸指彈簧壓縮量X的關系，如公式7和圖2所示：

公式7

圖2 接觸電阻與觸指彈簧壓縮量關系曲線

Fig.2 Curve of the relation between the spring compression

amount and the contact resistance

由圖2可知，隔離開關的接觸電阻與觸指彈簧壓縮量成反比例函數關系，在隔離開關安裝調試時，可根據實踐情況壓縮觸指彈簧，選擇合適的接觸電阻。當接觸電阻阻值無法滿足要求時，則可以考慮更換勁度系數更大的觸指彈簧，增大觸指彈簧對觸指的壓力，減少接觸電阻。進行隔離開關設計和選型時，也可根據文中的公式，對應修改相關參數，做出分析研究。

5.結語

本文根據GN30-12隔離開關的結構特征，對隔離開關觸指受力情況作出分析，結合電接觸理論，研究總結了觸指彈簧壓縮量與隔離開關接觸電阻的關系，對該型號隔離開關安裝調試以及設計選型均具有一定的研究價值和指導意義。

參考文獻

[1]楊德華.10kV旋轉式隔離開關易引發的故障原因分析及改造[J].廣西電力，2007（05）.

[2]張振凱.新型直動式隔離開關[J].電工技術，2009（01）.

[3]高榮元.圓柱螺旋壓縮彈簧的設計與計算[J].冶金設備，1984，5.

[4]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].中國高等教育出版社.

[5]許軍，李坤.電接觸的接觸電阻研究[J].電工材料，2011，1：10-13.

[6]郭鳳儀，陳忠華.電接觸理論及其應用技術[M].北京：電力出版社，2008.

作者簡介：關燦強（1988—），電氣助理工程師，現供職于廣東電網公司江門供電局，從事變電站運行管理工作。