高压开关设备概述3

1、3 高压开关电器的基础知识3.1 发热高压开关电器在运行中由于电流通过回路电阻做功发热，使电器的温度上升，正确设计的高压开关电器能保证长期运行发热过于稳定状态，并使其各部件温度低于规定值（允许温升值） 允许温升及其确定.1 对于任何高压开关电器，GB规定了环境温度限制（如+40-5）如再规定允许温升，实际上就规定了其最高允许使用温度。.2 允许温升的确定主要考虑三个因素：l 金属材料的机械强度（如铜在长期工作时温度大于100，在短时发热温度大于300时机械强度会明显下降）l 绝缘材料的老化（绝缘性能下降）趋势l 电接触连接的接触电阻的稳定性.3 GB765交流高压电器在长期工作时的最大允许发热

2、温度和允许温升针对不同情况作了不同的温升值的规定。这些情况分别是：l 导体是否与绝缘体接触l 导体表面是否有抗氧化的镀层（Ag、Si）l 使用何种介质（油、空气、六氟化硫）l 电连接接触方式（弹簧压紧、滑动、紧固） 热的产生.1 电阻损耗发热 （w）I电流（A），R导电部分回路电阻（）接触电阻（） 导体电阻（）交流附加损耗系数（与集肤效应有关）可查曲线得到：d导体直径（m） f电流频率（Hz） 电阻率（·m）对于一般的开关电器实际上趋于1，但对于诸如发电机断路器，工作电流很大（如8000A）趋表效应比较严重而必须考虑的影响。 （µ）材料系数（可查手册，在80-140之间）触

3、头终压力（Kg）（） 导体在20时的电阻率（·m） 电阻温度系数（1/K） （K为温升单位，如85K） 导体温度（）从以上发热机制可知，导电回路接触不良，表面氧化等会造成温度不断上升的恶性循环，后果非常严重。.2 铁磁损耗导体附近的铁磁材料中形成的涡流磁滞损耗称为铁磁损耗，会发热、使温度提升。为此技术上常用各种办法减小铁磁损耗，如改用非磁性材料（黄铜、硅铝合金等）；镶嵌非磁性间隙；采用短路环。.3 短时发热的升温近似作为绝热过程，从而得到短路时，可将温升限制在允许温升之内的允许电流密度。所谓绝热过程即在很短时间内忽略热量散发，假设全部留存在导体内，那么按能量平衡：此时温度与电阻均为时

4、间的函数（变量）。导体的热容量（）导体的质量（Kg） 导体的比热J/（Kg·K）材料的物理常数可以查手册得到。 （为导体材料比重）对于某一温度为的瞬间（dt） 可具体为： （1）对此微分方程在时间段0至热稳定时间（）的积分可以求得 （2）从此公式可看出：constant，称为电器的热稳定性。同时可得到：=标准规定可取的为1s，2s与4s。为选用导体尺寸，需规定电流密度值。（即允许电流密度）根据计算和实验结果，有短时状态下允许的电流密度的经验数据。 （A/mm2）热稳定时间材料1s2s3s铜15210776铝806345黄铜735237以下补充说明从式（1）推导到式（2）的过程： 从

5、I(1+)dt=cAd (1) 得到 I= (2) 根据式（1） 可以得到 dt= (3) 对此微分方程在时间段0至热稳定时间t的积分 = (4) 解此积分方程可得 1 (5) 由此得到式（2）3.2 电动力 电动力的计算称载流导体之间的力为“电动力”。按物理学的电磁场分析，在磁场中，以速前进的运动电荷受到一个称为洛仑兹力的作用，洛仑兹力，为与速度方向的夹角。 电动力的计算方法：对于一长度为，通过电流的简单导线，、的方向符合左手定则。用以上原理可以推导出二根无限长平行导体的电动力：（）（为导体间的距离）最终对于复杂结构的电动力：（）电动力回路系数，可查手册获得（免去复杂的计算）。 交流电动力在

6、交流高压开关电器中，一般通过外来大（短路）电流是正弦或非正弦的同一交流电，（N），若代入：（N）电动力最大值为：（N）平均值为：（N）I 交流电流有效值（A） 短路时的电动力短路状态下，短路电流周期分量的最大值电流非周期分量的衰减系数短路电流周期分量短路电流非周期分量通过电动力的分析，我们可以估算电动力的大小与方向。设计时要考虑导电体的机械稳定性。3.3 电接触 接触电阻对于导电部分联接后的接触表面由于微观上的点接触的电流收缩和接触点表面因覆盖导电性差的物质（如金属氧化物），使接触电阻增大。所以接触电阻在理论上分为二部分：收缩电阻和表面电阻分别研究，然而接触电阻的计算最终由经验公式进行：与触头

7、压力，材料种类及接触状况有关，经验公式反映这些因素。 （µ）式中：F 接触正压力（N）M 接触状况系数（点m=1，线m=0.7，面m=0.5）K 与材料有关的系数，可查手册获得接触材料银银铜铜镀锡铜镀锡铜黄铜黄铜铝铜铝黄铜KC6080-1401006709801900也与使用环境有关，在油或六氟化硫气体中，不考虑大气影响。 影响接触电阻的诸因素分析.1 触头压力触头压力影响二个方面：（1）直接影响接触电阻，从而影响电器发热，（2）如果触头压力小于触头电动斥力，形成触头弹跳，会造成触头熔焊严重破坏接触表面，增大接触电阻。因此从热稳定、动稳定方面要求有足够的触头压力。对于对接式触头的真空开关，一般施加的触头压力：开断电流kA（有效值）812.5162531.540关合电流kA（峰值）2031.5406380100触头终压力N30050050070070011001700260018003000250050003.3.2.2 材料影响：不同材料的电阻率，布氏硬度，化学性能及其金属氧化物的机械强度与电阻率等物理性能直接影响接触电阻。常用材料有银、铜、铝、铜钨、银钨复合材料，从以上个方面的影响因素看，银是最理想的