摘自：《高壓電器技術(shù)信息》

摘要：本文對GW10/GW11型戶外交流高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計接觸壓力進(jìn)行了詳細(xì)的分析計算，將先進(jìn)的傳感器與靜觸頭設(shè)計相結(jié)合，對產(chǎn)品進(jìn)行了數(shù)據(jù)測量分析，為合理規(guī)范此類產(chǎn)品的接觸壓力提供了較為可靠的數(shù)據(jù)，并為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供了可靠的測量手段。

關(guān)鍵詞：接觸壓力；測量；計算；測試系統(tǒng)

Ⅰ 引言

現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，高壓隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱燒損現(xiàn)象比較普遍，甚者在60%額定負(fù)荷時觸頭溫升就超過規(guī)定值。究其原因：由于動靜觸頭接觸壓力小，接觸電阻增大，接觸處發(fā)熱而導(dǎo)致溫度升高。此外，由于動靜觸頭間隙過大，形成導(dǎo)電回路截面不足，以致負(fù)荷較大時，產(chǎn)生過熱。最終導(dǎo)致隔離開關(guān)出頭燒損。如何保證動靜觸頭接觸壓力以及線路的安全運(yùn)行，對隔離開關(guān)產(chǎn)品接觸壓力出廠前進(jìn)行試驗(yàn)保證設(shè)計許可值，已成為必不可少的檢測方法。

Ⅱ測量方法

ⅰ）原有測量方法：單注垂直伸縮式/雙柱水平伸縮式隔離開關(guān)產(chǎn)品大都是通過動靜觸頭的鉗夾來達(dá)到導(dǎo)電的目的，由于缺乏有效的測試手段，產(chǎn)品在做出廠調(diào)式試驗(yàn)時，只是通過人為用模擬靜觸頭來前后推動感覺，用塞尺測量的接觸間隙，并沒有量化值來體現(xiàn)，這樣不能很好地保證產(chǎn)品接觸壓力。

ⅱ）計算：需要對產(chǎn)品的接觸壓力進(jìn)行測量，并必須進(jìn)行理論計算。動靜觸頭的接觸壓力，主要是靠產(chǎn)品上部導(dǎo)電管內(nèi)的拉桿向上移動，壓縮內(nèi)部彈簧而產(chǎn)生，并由頂桿推動動觸頭支座內(nèi)的聯(lián)板使力傳遞給動觸頭，通過杠桿原理將力傳遞至接觸點(diǎn)上（見圖1），從而產(chǎn)生接觸壓力。

根據(jù)螺旋彈簧壓縮力標(biāo)準(zhǔn)計算公式：                    

P=Gd^4L/8D^3A     

(1) 式中：G為彈簧材料切度模量；d為彈簧鋼絲直徑；D為彈簧中徑；L為彈簧變形量；A為彈簧有效圈數(shù)。

而產(chǎn)生接觸壓力的彈簧有兩種，一種為接觸壓力彈簧，產(chǎn)生接觸壓力；另一種為復(fù)位彈簧，產(chǎn)品分閘時產(chǎn)生使產(chǎn)品觸頭分開的力；這兩個力是相互抵消的。

經(jīng)過計算產(chǎn)生接觸壓力的彈簧力P=P1－P2=1112.98N≈1113N。

觸頭壓力分解圖如圖2所示。

根據(jù)杠桿原理有：FC=Na/L=a×P×tgδ/2L

（2）式中：a為力臂長度，為定值120mm；P為生產(chǎn)接觸壓力的彈簧力1113N；δ為拉桿與連桿在合閘位置的夾角67.380°。

將上面各值代入式（3）中

FC=160272/L（N）  （3）

由于接觸位置是可變的，L值的變化范圍在37-267MM之間，由此可以根據(jù)上式計算出L值在變化范圍內(nèi)的理論接觸壓力值，見下表1。

表1 理論接觸壓力值

根據(jù)表1計算出的理論接觸壓力值可以作出在不同接觸位置時的接觸壓力變化曲線，見圖3

Ⅲ測量儀器原理及配置

對產(chǎn)品的接觸壓力值進(jìn)行詳細(xì)的計算后選用特殊的雙梁傳感器，并將傳感器改裝在產(chǎn)品的模擬靜觸頭中，然后制作智能數(shù)顯控制儀部門，儀器外形見圖4。

測試儀器技術(shù)數(shù)據(jù)及組成

① 測力范圍：0-3000N

② 系統(tǒng)精度：優(yōu)于0.5%FS

③ 具有最大值瞬時保持、瞬時值跟蹤顯示、交直流兩用等功能。

組成：①接觸壓力傳感器；②測試數(shù)顯控制儀。

原理框圖如下：

接觸壓力→接觸壓力傳感器→數(shù)顯控制儀

如圖所示，待連好機(jī)構(gòu)接口后，根據(jù)設(shè)置可選擇進(jìn)入測試狀態(tài)。動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)在動作信號的作用下進(jìn)入動作（測控）狀態(tài)，同時給接觸壓力傳感器以作用，傳感器將動作狀態(tài)傳遞給數(shù)顯控制儀，直接顯示測試結(jié)果。

Ⅳ測試流程圖

測試流程如下：

開機(jī)（電源）→設(shè)備自檢→連接接口→測試→結(jié)果

Ⅴ測量結(jié)果

使用測量裝置對產(chǎn)品進(jìn)行了四組接觸壓力實(shí)際測量，數(shù)據(jù)如下表2所示

表2 四組接觸壓力測試數(shù)據(jù)

所測試的4組數(shù)據(jù)均為合格零件所裝配出的產(chǎn)品，L值為37-267mm。

根據(jù)數(shù)據(jù)繪制曲線如下：

Ⅵ對測量數(shù)據(jù)的分析

通過對數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行對比分析，在正常的鉗夾范圍（37-267mm）內(nèi)，從37-87之間，測量值較理論值偏小。從87-267之間，測量值與理論值基本一致。測量曲線出現(xiàn)與理論值不一致的情況，經(jīng)過分析和比對，認(rèn)為主要是因?yàn)閯佑|頭支座和動觸片的加工誤差、材料的變形引起的。

在正常的設(shè)計要求的鉗夾點(diǎn)（L=117）,經(jīng)過分析總結(jié)，將標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收值設(shè)定為1200N。

Ⅶ存在問題

在整個系統(tǒng)開發(fā)的過程中，遇到了一些問題，主要是傳感器系統(tǒng)的制作及校準(zhǔn)，制作模擬靜觸頭時，材料的選型、熱處理硬度要求頗費(fèi)工夫。因?yàn)樵诮佑|壓力較大的情況下以不能破壞動觸頭為前提。在實(shí)際測試的過程中，發(fā)現(xiàn)模擬測量靜觸頭與產(chǎn)品的動觸頭的角度較為重要，否則影響測量精度。

Ⅷ結(jié)語

使用該測試裝置對產(chǎn)品進(jìn)行檢測以后，產(chǎn)品的統(tǒng)一性及可靠性得到了很大的提高，自使用以來，產(chǎn)品無一例因?yàn)榻佑|壓力不夠而出現(xiàn)質(zhì)量問題的。