申请/专利权人：国网辽宁省电力有限公司锦州供电公司;国家电网有限公司

申请日：2021-11-30

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN114297822B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F119/08;G06F119/14;H01H1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.04.26#实质审查的生效;2022.04.08#公开

摘要：本发明公开了一种高压开关柜梅花触头触指压力及温度计算方法，其步骤是：将电触头表面作为电接触面的导电斑点定义为微凸体，建立基于微凸体弹性变形的粗糙表面接触模型；计算单个导电斑点的接触电阻，接触电阻的大小取决于接触表面的粗糙度、材料参数与接触压力，且电阻与接触压力成反比，与表面粗糙度成正比；计算导体稳态温度。本发明根据触头发热与负载电流、触头接触电阻、接触压力关系建立数学模型，计算出触指与静触头两接触表面收缩电阻，进而得到触指压力，同时计算出接触斑点温度，根据触指压力及时更换不合格的触头和触脂，防止触头接触不良引起过热，导致安全事故。

主权项：1.一种高压开关柜梅花触头触指压力及温度计算方法，其特征是，步骤如下：步骤一将电触头表面作为电接触面的导电斑点定义为微凸体，建立基于微凸体弹性变形的粗糙表面接触模型，将粗糙表面接触转化为一个等效粗糙表面和一个光滑的刚性平面接触，并设置所有微凸体有相同曲率半径，微凸体顶峰高度在均值附近随机分布；微凸体的概率密度用最大高度函数φz来描述，即一个微凸体在区间[z,z+dz]有最大高度的概率为φzdz，假设微凸体总数为N0，则在区间[z,z+dz]内概率等于N0φzdz，对常见机加工表面，顶峰高度符合高斯分布： 式中l是接触表面微凸体高度分布的均方根，即粗糙度；步骤二根据Holm理论，如果很多微凸体接触，总电导率可通过所有微凸体的接触直径总和来计算，假设直径总和为L，称为接触长度，则单个导电斑点的收缩电阻为： 其中Λ＝1R为电导率；如果单个弹性微凸体与刚性平面的接触，假设以微凸体高度均值作为Z轴原点，来定义相距h0，微凸体的总数为N0，忽略掉相邻微凸体间的相互作用，所有高度为z＞h0的微凸体都与刚性平面接触，高度为z的微凸体的变形量则为d＝z-h0，单个微凸体接触半径为a2＝dR，R为微凸体等效曲率半径，带入可得接触半径: 单个微凸体的作用力: 对所有接触微凸体的高度积分，可得到接触长度L与总接触压力F为： 得到接触长度L与接触压力F的比值约等于： 将7带入到公式2，得两接触表面收缩电阻Rc为： 不考虑表面膜电阻的影响，接触电阻等于收缩电阻，由公式8可以看出，接触电阻的大小取决于接触表面的粗糙度、材料参数与接触压力，且电阻与接触压力成反比，与表面粗糙度成正比；其中E*和ρ*分别为触电材料的等效弹性模量和等效电阻率，可由以下计算： 10 式中E1和E2为接触两端材料的弹性模量，υ1和υ2为泊松比，ρ1和ρ2为材料电阻率；步骤三高压开关柜在连续通电情况下，梅花触头金属导体产生的焦耳热与接触电阻产生的热量共同构成系统热源，系统发热的同时会通过热传导的方式向周围环境散热，当发热功率与散热功率达到动态平衡时，梅花触头达到稳定温升；材料表面镀金的梅花触头总电阻为导体电阻和接触电阻串联之和，总发热功率可由焦耳热公式得：P1＝I2R0+Rj12式中R0为梅花触头导体电阻，Rj为接触电阻；通过牛顿散热定律计算触头散热功率：Ps＝KTT0-θ0A13式中，A为触头有效散热面积，T0为导体稳态温度，KT为综合散热系数；当P1＝Ps时，联合公式12和13，计算导体稳态温度T0；当电流通过接触斑点时，由于接触电阻存在，会出现接触斑点的温度高于触头与弹簧固定座导体温度的现象，由理论，接触斑点温升为导体温升与理论温升值之和： Uj＝IRj15式中Tm为接触斑点温度；T0为收缩区外导体温度；Uj为接触压降；I为负载电流；L＝2.4*10-8VK2为洛伦兹系数。

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