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(jì)接觸壓力進(jìn)行了詳細(xì)的分析計(jì)算，將先進(jìn)的傳感器與靜觸頭設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(shí)，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(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)產(chǎn)生使產(chǎn)品觸頭分開的力；這兩個(gè)力是相互抵消的。

經(jīng)過計(jì)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(jì)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(jì)算出的理論接觸壓力值可以作出在不同接觸位置時(shí)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(jì)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(shí)保持、瞬時(shí)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(shí)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(jì)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(gè)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(shí)，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。