- 相關(guān)推薦
10kV配電真空斷路器觸頭熔焊問(wèn)題研究
摘要：本文對真空開(kāi)關(guān)電器觸頭系統進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立導電斑點(diǎn)簡(jiǎn)化模型。利用電路原理模擬溫度場(chǎng)研究溫升，得出合閘過(guò)程中觸頭斑點(diǎn)的發(fā)熱特性。仿真中主要研究了觸頭材料、涌流、涌流相位、合閘速度、觸頭彈跳等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：熔焊;合閘速度;彈跳;涌流;觸頭材料
一、概述
觸頭是真空開(kāi)關(guān)電器實(shí)現電路轉換的重要部件。使用過(guò)程中，觸頭會(huì )遇到非常復雜的情況，最嚴重的損壞是熔焊。本文通過(guò)仿真的方式研究涌流、觸頭彈跳、觸頭合閘瞬間電流相位等因素在觸頭熔焊中的作用大小。
二、觸頭表面模型簡(jiǎn)化
任何經(jīng)過(guò)精細加工的名義表面，實(shí)際上都是粗糙不平的。本文將觸頭凹凸不平的表面簡(jiǎn)化為布滿(mǎn)全表面的一簇毛刺。電極接觸時(shí)毛刺受到擠壓變形，實(shí)際接觸面積始終為毛刺的頂部，即導電斑點(diǎn)。導電斑點(diǎn)的物理模型簡(jiǎn)單假設為圓臺。本文把10kV真空斷路器電極表面的導電斑點(diǎn)集中簡(jiǎn)化為一個(gè)大的導電斑點(diǎn)。
三、仿真研究方法
當兩個(gè)觸頭在操動(dòng)機構的推動(dòng)下開(kāi)始相互接觸時(shí)，在接觸力的作用下觸頭表面發(fā)生壓縮形變，假設其毛刺的體積不變，并且在毛刺始終保持為簡(jiǎn)單的圓臺形狀。對電流加熱作用下電極表面的溫升用有限元法和有限差分法進(jìn)行求解計算非常困難。本文采用對熱力系統進(jìn)行電模擬的方法。對于本文中的電極模型，計算中將觸頭斑點(diǎn)沿軸向分為很多小的導電單元，它們的厚度呈等比數列。模擬其電流加熱過(guò)程的電路模型如圖1所示。
Cti(i=1-m)代表每個(gè)導體單元的熱容，其上電壓就等于給導體單元的溫度，Rti(i=1-m-1)代表每?jì)蓚�(gè)導體單元之間的熱阻，流過(guò)其上的電流對應著(zhù)相鄰導體單元熱傳導的熱流量。Pei表示每個(gè)導體單元因電流加熱而產(chǎn)生的歐姆發(fā)熱功率。
對上述模擬電路進(jìn)行求解，根據電路原理，屬于直流電路的瞬態(tài)響應求解。本文中的模擬電路中有m個(gè)電容，電路為m階電路，用laplace變換的方法，在復頻域對電路進(jìn)行求解。
四、仿真結果分析
仿真背景是10kV的真空斷路器，其額定電流為5kA，標準合閘速度為1.0m/s。
4.1 觸頭材料對觸頭熔焊影響
仿真中涌流為20kA，具體比較情況見(jiàn)圖2。上面三條曲線(xiàn)分別是CuCr25、CuCr30、CuCr40三種觸頭材料的溫升曲線(xiàn)，發(fā)現鉻含量越多，觸頭表面的溫度越高。
4.2 涌流對觸頭熔焊的影響研究
通過(guò)逐漸增大合閘涌流有效值的方法，計算出各種情況下觸頭表面導電斑點(diǎn)的溫升狀況，具體見(jiàn)圖3。
4.3合閘速度對觸頭熔焊的影響研究
在觸頭合閘行程不可變更的實(shí)際條件下，合閘速度是觸頭合閘時(shí)間的決定性因素，具體仿真結果見(jiàn)圖4。
[圖2 不同材料觸頭合閘過(guò)程中溫升比較][圖3 涌流有效值對合閘觸頭溫升的影響]
4.4 觸頭彈跳對觸頭熔焊的影響研究。觸頭彈跳有兩個(gè)重要參數，分別是觸頭彈跳振幅和觸頭彈跳衰減速度。觸頭彈跳振幅影響到溫升曲線(xiàn)振動(dòng)的振幅大小，而衰減速度則決定了觸頭溫升振動(dòng)的持續時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)中嚴格控制了彈跳振幅，衰減速度成為突出的問(wèn)題。衰減速度對觸頭溫升影響如圖5所示。
五、結論與展望
通過(guò)上述仿真可以看出，觸頭材料是決定觸頭溫升和熔焊的根本性原因，涌流是影響熔焊最嚴重的因素。觸頭合閘速度在一定范圍內增大，可以有效地減少觸頭發(fā)熱量。觸頭彈跳可以導致觸頭溫度持續上升。
參考文獻：
[1]劉向軍.開(kāi)關(guān)電器觸頭熔焊機理分析[J].低壓電器，2006(9)：11-14.
[2]何曉梅，王衛杰.銅鉻觸頭材料的分析[J].真空電子技術(shù)，2005(7)：44-47.
[3]冼愛(ài)平.大功率真空開(kāi)關(guān)銅鉻觸頭材料[J].中國有色金屬學(xué)報，2001，11(5)：731-740.
[4]宋士通.真空斷路器機械參數的選擇[OL].2007-4-18，http//www.chinapower.com.cn.
[5]于力，劉志遠，王季梅.真空斷路器觸頭熔焊性能的研究綜述[J].高壓器，2008，44(1)：64-68.
【10kV配電真空斷路器觸頭熔焊問(wèn)題研究】相關(guān)文章：
城市電網(wǎng)10kV配電系統繼電保護的分析探討03-28
關(guān)于低壓配電變壓器常見(jiàn)問(wèn)題對策研究03-12
影響10KV配電網(wǎng)供電可靠性的因素及對策03-11
公務(wù)法人問(wèn)題研究12-06
防衛限度問(wèn)題研究12-12
新生兒撫觸的研究03-01
數學(xué)問(wèn)題研究論文12-02