淺談彈簧觸指尺寸對于溫升試驗的影響

陳 濤 涂佳明

（沈陽華利能源設(shè)備制造有限公司，遼寧 沈陽 110045）

高壓開關(guān)設(shè)備是主要用于關(guān)合與開斷正?；蚬收想娐贰⒒蛴糜诟綦x高壓電源的電器，它的發(fā)展很迅猛。目前，開關(guān)產(chǎn)品已從初期的油斷路器、空氣開關(guān)，進(jìn)入到了真空斷路器和SF6斷路器及其成套設(shè)備（GIS）為主的新時代。

溫升試驗是高壓開關(guān)驗證載流能力的重要試驗，用于考核導(dǎo)電回路通以正常工作電流后的發(fā)熱（溫度升高）。當(dāng)高壓電器產(chǎn)品通過正常工作電流時，由于電阻損耗、渦流損耗和磁滯損耗，使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其中一部分散失到周圍介質(zhì)中，一部分加熱載流導(dǎo)體使其溫度升高，引起設(shè)備老化，絕緣下降，嚴(yán)重的將造成短路，損壞設(shè)備，中斷供電。溫度升高的多少由發(fā)熱和散熱兩方面因素決定，同時與載流體通過的電流大小、載流回路截面和材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件接觸面的接合質(zhì)量和產(chǎn)品裝配質(zhì)量等因素有關(guān)。

溫升試驗的目的是確定在規(guī)定負(fù)載狀態(tài)下運行時整機(jī)某些部分高于冷卻介質(zhì)溫度的溫升。溫升參數(shù)是電器產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，其數(shù)值的大小直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及安全性能等。

圖1 溫升試驗裝置1

圖2 溫升試驗裝置2

彈簧經(jīng)壓扁形成斜圈彈簧，截面為橢圓，彈簧的末端焊接后形成彈簧圈環(huán)，我們將其稱之為彈簧觸指或螺旋觸指（Bal Seal），該結(jié)構(gòu)形式由ABB公司最先應(yīng)用于開關(guān)行業(yè)。由于組裝和拆裝工作更加簡單，同時占用空間小、壽命長、免維護(hù)等特點，發(fā)展迅速，目前在高壓開關(guān)行業(yè)中應(yīng)用廣泛，是重要的電器元件之一。

1 試驗情況

為了驗證彈簧觸指尺寸、外部散熱面積大小對于溫升試驗的影響，決定通過對比試驗對其影響進(jìn)行驗證。根據(jù)溫升試驗技術(shù)要求、彈簧觸指的結(jié)構(gòu)特點及性能的要求，設(shè)計溫升試驗裝置如圖1、圖2所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)

圖3 溫升試驗現(xiàn)場

其中，圖1所示裝置為：同種彈簧觸指，外部散熱面積不同，左側(cè)直徑為Φ130mm、右側(cè)為Φ150mm，其余參數(shù)相同。

圖2所示裝置為：外部散熱面積相同，連接彈簧觸指尺寸不同，左側(cè)直徑為Φ90mm、右側(cè)為Φ50mm，其余參數(shù)相同。

試驗中導(dǎo)體材質(zhì)采用H62，彈簧觸指采用目前行業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)彈簧觸指，并將試驗裝置放置在環(huán)氧玻璃布板支撐架上，使裝置與地面絕緣、隔熱。

將兩套裝置按照試驗要求裝配固定、連接熱電偶，熱電偶必須與被測物體緊密接觸，否則會產(chǎn)生幾度的量測誤差。熱電偶必須有20mm長導(dǎo)線沿物體等溫面固定，否則會有10%的溫升量測誤差。檢查無誤后通以4000A的恒定電流。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試品周圍空氣流動速度應(yīng)小于0.5（m/s），一般室內(nèi)空氣流動速度為0.15~0.5（m/s），因此不成為問題。按照溫升試驗的相關(guān)要求觀察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)直至溫升穩(wěn)定。圖3為溫升試驗現(xiàn)場。

溫升試驗所需的重要設(shè)備和工具：數(shù)值溫度測試儀、熱電偶、交流恒流電源、干濕溫度計、互感器、電流表等，目前檢測機(jī)構(gòu)會使用數(shù)字溫度測試儀和交流恒流電源或者是多磁路調(diào)壓變壓器、互感器，電流表這兩種方式。

本次試驗選擇的是數(shù)值溫度測試儀、熱電偶、交流恒流電源、互感器等儀器進(jìn)行試驗。

2 試驗結(jié)果及結(jié)論

按照溫升試驗相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行試驗，待溫度升高穩(wěn)定時記錄試驗數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)見表1，溫升穩(wěn)定時環(huán)境溫度為21.25℃。其中，記錄點1~19為試驗1記錄數(shù)據(jù)，記錄點20~36為試驗2記錄數(shù)據(jù)。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

（1）外部散熱面直徑Φ1對BalSeal處溫升ΔT的影響。

BalSeal直徑Φ2一致的條件下：Φ1增大即彈簧觸指安裝槽壁厚增加，溫升ΔT增大。

由溫升試驗1數(shù)據(jù)可知：Φ1由130mm增加到150mm，彈簧觸指安裝槽壁厚由12mm增加到22mm，ΔT由106.05K增加到107.75K，相差約2K。

（2）Bal Seal直徑Φ2對Bal Seal處溫升ΔT的影響。

外部散熱面積Φ1一致的條件下：Φ2增大即彈簧觸指安裝槽壁厚減小，溫升ΔT減小。

由溫升試驗2數(shù)據(jù)可知：Φ2由50mm增加到90mm，ΔT由123.95K減小到105.75K，相差約18K。

（3）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出，在外部散熱面直徑Φ1為130mm、Bal Seal直徑Φ2為90mm的條件下，空氣中做溫升試驗（4000A），Bal Seal處溫升ΔT約為106.05K＞65K，不能滿足要求。

（4）根據(jù)通電導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，在設(shè)計時，應(yīng)考慮截面積即彈簧觸指安裝槽壁厚尺寸。

銅導(dǎo)體的集膚深度約為10mm。

通過以上結(jié)論可以得出：減小彈簧觸指安裝槽壁厚或者選用大尺寸彈簧觸指可以降低該處的溫升，保證設(shè)備正常運行，但需要注意不能低于集膚效應(yīng)所帶來的最小集膚深度。

結(jié)語

本次試驗是對彈簧觸指尺寸及彈簧觸指安裝槽壁厚對于溫升試驗影響的初步驗證，通過該試驗進(jìn)一步了解彈簧觸指的結(jié)構(gòu)特點及性能，特別是在細(xì)節(jié)方面上的應(yīng)用，試驗結(jié)果及結(jié)論對于今后彈簧觸指的設(shè)計應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。

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[4]GB/T 11022—2009，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求[S].