高壓開關(guān)設(shè)備概述3

1、3 高壓開關(guān)電器的基礎(chǔ)知識(shí)3.1 發(fā)熱高壓開關(guān)電器在運(yùn)行中由于電流通過回路電阻做功發(fā)熱，使電器的溫度上升，正確設(shè)計(jì)的高壓開關(guān)電器能保證長期運(yùn)行發(fā)熱過于穩(wěn)定狀態(tài)，并使其各部件溫度低于規(guī)定值（允許溫升值） 允許溫升及其確定.1 對(duì)于任何高壓開關(guān)電器，GB規(guī)定了環(huán)境溫度限制（如+40-5）如再規(guī)定允許溫升，實(shí)際上就規(guī)定了其最高允許使用溫度。.2 允許溫升的確定主要考慮三個(gè)因素：l 金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度（如銅在長期工作時(shí)溫度大于100，在短時(shí)發(fā)熱溫度大于300時(shí)機(jī)械強(qiáng)度會(huì)明顯下降）l 絕緣材料的老化（絕緣性能下降）趨勢(shì)l 電接觸連接的接觸電阻的穩(wěn)定性.3 GB765交流高壓電器在長期工作時(shí)的最大允許發(fā)熱

2、溫度和允許溫升針對(duì)不同情況作了不同的溫升值的規(guī)定。這些情況分別是：l 導(dǎo)體是否與絕緣體接觸l 導(dǎo)體表面是否有抗氧化的鍍層（Ag、Si）l 使用何種介質(zhì)（油、空氣、六氟化硫）l 電連接接觸方式（彈簧壓緊、滑動(dòng)、緊固） 熱的產(chǎn)生.1 電阻損耗發(fā)熱 （w）I電流（A），R導(dǎo)電部分回路電阻（）接觸電阻（） 導(dǎo)體電阻（）交流附加損耗系數(shù)（與集膚效應(yīng)有關(guān)）可查曲線得到：d導(dǎo)體直徑（m） f電流頻率（Hz） 電阻率（·m）對(duì)于一般的開關(guān)電器實(shí)際上趨于1，但對(duì)于諸如發(fā)電機(jī)斷路器，工作電流很大（如8000A）趨表效應(yīng)比較嚴(yán)重而必須考慮的影響。 （µ）材料系數(shù)（可查手冊(cè)，在80-140之間）觸

3、頭終壓力（Kg）（） 導(dǎo)體在20時(shí)的電阻率（·m） 電阻溫度系數(shù)（1/K） （K為溫升單位，如85K） 導(dǎo)體溫度（）從以上發(fā)熱機(jī)制可知，導(dǎo)電回路接觸不良，表面氧化等會(huì)造成溫度不斷上升的惡性循環(huán)，后果非常嚴(yán)重。.2 鐵磁損耗導(dǎo)體附近的鐵磁材料中形成的渦流磁滯損耗稱為鐵磁損耗，會(huì)發(fā)熱、使溫度提升。為此技術(shù)上常用各種辦法減小鐵磁損耗，如改用非磁性材料（黃銅、硅鋁合金等）；鑲嵌非磁性間隙；采用短路環(huán)。.3 短時(shí)發(fā)熱的升溫近似作為絕熱過程，從而得到短路時(shí)，可將溫升限制在允許溫升之內(nèi)的允許電流密度。所謂絕熱過程即在很短時(shí)間內(nèi)忽略熱量散發(fā)，假設(shè)全部留存在導(dǎo)體內(nèi)，那么按能量平衡：此時(shí)溫度與電阻均為時(shí)

4、間的函數(shù)（變量）。導(dǎo)體的熱容量（）導(dǎo)體的質(zhì)量（Kg） 導(dǎo)體的比熱J/（Kg·K）材料的物理常數(shù)可以查手冊(cè)得到。 （為導(dǎo)體材料比重）對(duì)于某一溫度為的瞬間（dt） 可具體為： （1）對(duì)此微分方程在時(shí)間段0至熱穩(wěn)定時(shí)間（）的積分可以求得 （2）從此公式可看出：constant，稱為電器的熱穩(wěn)定性。同時(shí)可得到：=標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可取的為1s，2s與4s。為選用導(dǎo)體尺寸，需規(guī)定電流密度值。（即允許電流密度）根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有短時(shí)狀態(tài)下允許的電流密度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 （A/mm2）熱穩(wěn)定時(shí)間材料1s2s3s銅15210776鋁806345黃銅735237以下補(bǔ)充說明從式（1）推導(dǎo)到式（2）的過程： 從

5、I(1+)dt=cAd (1) 得到 I= (2) 根據(jù)式（1） 可以得到 dt= (3) 對(duì)此微分方程在時(shí)間段0至熱穩(wěn)定時(shí)間t的積分 = (4) 解此積分方程可得 1 (5) 由此得到式（2）3.2 電動(dòng)力 電動(dòng)力的計(jì)算稱載流導(dǎo)體之間的力為“電動(dòng)力”。按物理學(xué)的電磁場(chǎng)分析，在磁場(chǎng)中，以速前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)電荷受到一個(gè)稱為洛侖茲力的作用，洛侖茲力，為與速度方向的夾角。 電動(dòng)力的計(jì)算方法：對(duì)于一長度為，通過電流的簡單導(dǎo)線，、的方向符合左手定則。用以上原理可以推導(dǎo)出二根無限長平行導(dǎo)體的電動(dòng)力：（）（為導(dǎo)體間的距離）最終對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電動(dòng)力：（）電動(dòng)力回路系數(shù)，可查手冊(cè)獲得（免去復(fù)雜的計(jì)算）。 交流電動(dòng)力在

6、交流高壓開關(guān)電器中，一般通過外來大（短路）電流是正弦或非正弦的同一交流電，（N），若代入：（N）電動(dòng)力最大值為：（N）平均值為：（N）I 交流電流有效值（A） 短路時(shí)的電動(dòng)力短路狀態(tài)下，短路電流周期分量的最大值電流非周期分量的衰減系數(shù)短路電流周期分量短路電流非周期分量通過電動(dòng)力的分析，我們可以估算電動(dòng)力的大小與方向。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮導(dǎo)電體的機(jī)械穩(wěn)定性。3.3 電接觸 接觸電阻對(duì)于導(dǎo)電部分聯(lián)接后的接觸表面由于微觀上的點(diǎn)接觸的電流收縮和接觸點(diǎn)表面因覆蓋導(dǎo)電性差的物質(zhì)（如金屬氧化物），使接觸電阻增大。所以接觸電阻在理論上分為二部分：收縮電阻和表面電阻分別研究，然而接觸電阻的計(jì)算最終由經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行：與觸頭

7、壓力，材料種類及接觸狀況有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)公式反映這些因素。 （µ）式中：F 接觸正壓力（N）M 接觸狀況系數(shù)（點(diǎn)m=1，線m=0.7，面m=0.5）K 與材料有關(guān)的系數(shù)，可查手冊(cè)獲得接觸材料銀銀銅銅鍍錫銅鍍錫銅黃銅黃銅鋁銅鋁黃銅KC6080-1401006709801900也與使用環(huán)境有關(guān)，在油或六氟化硫氣體中，不考慮大氣影響。 影響接觸電阻的諸因素分析.1 觸頭壓力觸頭壓力影響二個(gè)方面：（1）直接影響接觸電阻，從而影響電器發(fā)熱，（2）如果觸頭壓力小于觸頭電動(dòng)斥力，形成觸頭彈跳，會(huì)造成觸頭熔焊嚴(yán)重破壞接觸表面，增大接觸電阻。因此從熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定方面要求有足夠的觸頭壓力。對(duì)于對(duì)接式觸頭的真空開關(guān)，一般施加的觸頭壓力：開斷電流kA（有效值）812.5162531.540關(guān)合電流kA（峰值）2031.5406380100觸頭終壓力N30050050070070011001700260018003000250050003.3.2.2 材料影響：不同材料的電阻率，布氏硬度，化學(xué)性能及其金屬氧化物的機(jī)械強(qiáng)度與電阻率等物理性能直接影響接觸電阻。常用材料有銀、銅、鋁、銅鎢、銀鎢復(fù)合材料，從以上個(gè)方面的影響因素看，銀是最理想的