《论文滑动联接》PPT课件.ppt

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1、2006技术论文技术论文Technical Article滑动联接用弹簧触指的参数与性能关系简析Primary Analysis for The Connections between Paraments and Performance of Spring Contact in Sliding Connection常州森源开关有限公司CHANGZHOU SENYUAN SWITCH Co,Ltd.叶丽萍 Ye Liping2006技术论文：技术论文：滑动联接用弹簧触指的参数与性能关系简析滑动联接用弹簧触指的参数与性能关系简析l摘要：摘要：本文介绍、比较了真空断路器灭弧室动端的多种联接方式，主要

2、就固封极柱内滑动联接方式中弹簧触指的尺寸参数与真空断路器机械、电气性能间的关系进行了简单的计算和分析，并结合实际尺寸和试验结果进行了统计和分析。l关键词：关键词：固封 滑动联接 弹簧触指 尺寸参数与性能的关系 l参考资料：参考资料：1清华大学出版社高压断路器原理和应用 2BAL SEAL技术宣传资料 3高等教育出版社机械原理第四版 lAbstract:In this article,some connection ways of VCBs VI moving parts are introduced and compared,especially simple calculation and

3、analysis are carried out about the relations between demention paraments of spring contact in sliding connection of embedded pole.That also combined actual dementions and tests results.lKeywords:Embedded pole,Sliding connection,Spring contact,Relations between demention paraments and performancelRef

4、erence Material:主要内容Main Content1.联接方式概述2.VCB产品机械性能与弹簧触指参数的关系和要求2.1 机械特性对弹簧触指参数的要求2.2 机械寿命与弹簧触指参数的关系3.VCB产品电气性能与弹簧触指参数的关系3.1 热稳定参数与弹簧触指参数的关系3.2 动稳定性能与弹簧触指参数的关系3.3 VCB长期通电电流与弹簧触指参数的关系4.结语 1.Summary of connections2.Connections and requirements of VCBs mechenical performance and spring contacts paramen

5、ts2.1 Requirements of mechenical characteristic2.2 Connections of mechenical endurance and spring contacts paraments3.VCBs electrical performance and spring contacts paraments3.1 Connections between short-circuit withstand time and spring contacts paraments3.2 Connections between withstand current p

6、eak value and spring contacts paraments3.3 Relations of rated current and spring contacts paraments4.1.联接方式概述Summary of connectionsl常州森源自2004年下半年开始配国产固封极柱的3AS4-12/3150-40真空断路器的开发,其中灭弧室动端的联接方式到下出线座部分的导电联接方式是该项目的关键技术之一，因此对多种联接方式进行了对比分析,目前市场上的产品主要有三种联接方式：l1.1、软连接联接软连接联接Flexible connection：如：ABB VD4P-12

7、50A/31.5kA及以下电流等级断路器、SIEMENS 1600/31.5、2500/31.5及3150/40三种固封极柱 VS1-12系列630A4000A均采用软连接联接。优势和特点：优势和特点：因为采用两端固定连接的方式，因而连接可靠性高。随着额定电流增大，靠增加软连接并联数量加强通流能力，如VS1-3150A上使用了4x(6x80)mm2的软连接，从灭弧室的动导电杆到下出线座的各通流截面可以做到基本均匀；需要足够的联接装配空间，大电流情况下就需要更大的装配空间，因而大电流的固封极柱采用软连接联接会受尺寸、加工工艺和装配工艺的限制而难以实现。lBecause of fixed conn

8、ection,high reliability.But need enough space for assembling.So it is hard to use it in embedded pole unit.1.联接方式概述Summary of connectionsl1.2 滚动联接滚动联接Roll connection：这种联接方式在ABB普通绝缘筒式的VD4大电流断路器上使用（如图），下出线座内装有多组滚子，工作时，通过滚动摩擦使滚子夹在动导电杆和下出线座之间上下滚动，实现可靠的联接。这种联接制造工艺复杂，生产成本高。Complex manufacture,high cost.1.

9、联接方式概述Summary of connectionsl1.3、滑动联接滑动联接Sliding connection：目前常见的滑动联接方式主要采用滑动触指，滑动触指有两种：一种是表带型，如VD4 配固封极柱的2000/40及以上电流等级断路器所用，这种触指的制造工艺复杂，生产成本较高，且对零部件加工、装配精度要求高，要求滑动部分的对中性好。Watchband:Complex manufacture,high cost.Need high manufacture precision and parts good in-line.另一种是斜圈弹簧型，相对于软连接，这种联接方式优势在于体积小，不

10、需要额外的装配空间。多接点，可以对接触面（点）的公差进行补偿，相对于表带型，它的容差性更好。因此在固封极柱上使用从结构上具有很大的优势，而且弹簧触指本身耗材少，大批量生产后的单件成本低。目前国内已有多家大电流固封上使用该形式。Spring coil:l因此，以上几种联接方式中，弹簧触指形式的滑动连接相对比较适合于大电流固封极柱，对是否适用于大电流固封断路器的问题还需进行一系列的研究和试验。l弹簧触指是否适用于固封断路器主要考虑几个因素：滑动连接部分的材料、表面要求、尺寸、公差（弹簧圈数、内外径压缩量），下面就断路器的机械和电气性能对这些因素的要求作如下介绍，这也是从2005年开始3150A自主

11、研发的固封极柱项目到目前为止开展的试验和研究工作的结果。lSome factors need to consider when spring cantact used in VCB w/c EPU,they are material of sliding parts,surface status,demensions and tolerance,also include the number of spring coils and deflection.That how these factors affect the VCBs mechanical and electrical perfor

12、mance will be mentioned in the following.2.1、VCB产品机械特性对弹簧触指参数的要求Requirements of mechenical characteristic l断路器机械操作特性主要包括空载情况下的分、合闸速度、时间等参数l采用滑动联接主要带来的问题是滑动摩擦力影响分、合闸速度和正常的分合闸操作，经过多台样机的特性测试，对于同等参数的3150A/40kA断路器，采用滑动联接的3AS4相对于采用软连接的VS1在使用同样分合闸弹簧的情况下，刚分、刚合速度均明显降低，分闸有些还出现不到位现象l采取措施：改用能量更大的50kA用合闸弹簧，同时增加分

13、闸弹簧。这种措施对框架和机构的寿命很不利。l因此为了改善这种情况，必须合理减小摩擦力，我们针对线径1.0单根109圈的弹簧触指分别进行了以下压缩量和摩擦力的测量（压缩量的定义如右图）：2.1、VCB产品机械特性对弹簧触指参数的要求Requirements of mechenical characteristic2.1、VCB产品机械特性对弹簧触指参数的要求Requirements of mechenical characteristicl压缩量越小，摩擦力就越小。l专业生产弹簧触指的BALSEAL公司提供的资料中的受力曲线如右图，其压缩量一般要求在10%35%。从以上图表中可以看出曲线的趋势与

14、BALSEAL资料基本一致，但摩擦力产生突变的对应压缩量应在16%21%之间的某处，因此对目前这种弹簧触指来说，要使其对VCB的机械特性不产生很大的影响，压缩量可以取16%及以下。2.2、VCB机械寿命与弹簧触指参数的关系机械寿命与弹簧触指参数的关系Relations of mechenical endurancel3150A/40kA断路器的机械寿命要求20000次，不同压缩量和不同材料导电杆的寿命试验，试验结果有两种情况：l两种结果分别表示弹簧触指的两种工作状态，显然后一种现象的触指在寿命试验过程中始终在转动，因而整圈磨损均匀，否则，结果如前者。2.2、VCB机械寿命与弹簧触指参数的关系机

15、械寿命与弹簧触指参数的关系Relations of mechenical endurancel对弹簧触指工作状态下的受力情况进行定性分析。首先取一圈弹簧触指作受力图，如下。图中XYZ为坐标系，F动导电杆给触指的径向力，F1、F2下出线座凹槽在两个支撑点处提供的支撑力，V动导电杆的运动方向，f 弹簧触指受到的滑动摩擦力，A角度。2.2、VCB机械寿命与弹簧触指参数的关系机械寿命与弹簧触指参数的关系Relations of mechenical endurancel通常情况下动摩擦系数比静摩擦系数小（约1/2），特别是在有润滑措施的情况下，因此此时合力Fx可能克服摩擦力产生绕动导电杆圆心的运动。l

16、从试验和分析的结果可知：要减小滑动摩擦部分的磨损，应尽可能减小与弹簧触指相接触部分的摩擦力，减小摩擦系数和正压力，采取的主要措施：1）提高零件接触面表面光洁度；）提高零件接触面表面光洁度；2）滑动部分选用兼顾导电性能和耐磨性的材料；）滑动部分选用兼顾导电性能和耐磨性的材料；3）涂抹具备润滑作用的导电膏；）涂抹具备润滑作用的导电膏；4）降低弹簧触指的刚度、减小压缩量）降低弹簧触指的刚度、减小压缩量。l在我公司目前生产的3AS4中，已经采取了这些措施，经过机械寿命试验验证，压缩量为21%的滑动联接的磨损情况仍能基本满足要求，但由于大的压缩量带来运动摩擦力加大，使断路器的机械特性不能满足要求，而压缩

17、量太小会带来对偏心等容差能力不足，影响可靠性。因此，综合机械寿综合机械寿命和断路器机械特性的要求，目前我公司这种弹簧触指的压缩量应取命和断路器机械特性的要求，目前我公司这种弹簧触指的压缩量应取9%12%。3.1、VCB产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系Relations of short-circuit withstand timel弹簧触指的尺寸参数和并联数量与动热稳定电流的关系如何确定？3.1、VCB产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系Relations of short-circuit withstand timel根据高

18、压断路器原理和应用中短时升温章节的内容，在断路器导体通过短路电流的情况下，因为时间很短仅几秒，因此向外传出的热量很少，可以认为是绝热过程。因而电器的热稳定性方程如下：l显然，对同一种导体材料、环境条件相同、材料密度、比热、0时的电阻率、电阻温度系数、起始温度均相同的条件下，热稳定电流和导体截面积成正比：Isw=*A,AIswl对于不同材料的导体，其值不同。3.1、VCB产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系Relations of short-circuit withstand timel根据清华大学高压断路器原理和应用中提供的不同材料在5s热稳定时间单位面积下的

19、热稳定电流值（列1），可以推算4s的单位面积热稳定电流值（列2），而根据我公司各种产品的型式/摸底试验可以将这些值重新修正，下表将这些值进行了汇总：l备注：*、*：这两个数据为根据VS1断路器小触臂的试验结果计算得出。（小触臂最小截面301.6mm2）*：3AS4-2000/40采用3根弹簧触指(线径1.0mm,109圈/根)，通过了40kA动热稳定试验，上表中*标记的值为根据该试验结果得出。根据最新试验结果，该数据将更新为根据最新试验结果，该数据将更新为110A/mm2。3.1、VCB产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系产品热稳定参数与弹簧触指参数的关系Relations of short-c

20、ircuit withstand timel下表为BALSEAL资料中材料为锆铜合金ZrCu的主要参数，灰色表格中的数据为根据BALSEAL资料的计算结果。l由上表可见，材料ZrCu在4s的单位面积热稳定电流值（）约为104 A/mm2，而且这个值基本恒定，不会随材料的截面大小而变化。l说明：以上值可能随着试验的进一步验证不断修正；表中主要列出了我公司产品要求4s热稳定的值，可以通过I2t=常数换算其它时间下的热稳定电流值。l接触点的热稳定性：与电接触点的接触电阻有关，由于接触电阻的存在，短路电流下接触部分强烈发热，可能引起金属熔化、喷溅或相互焊接。取决于：材料、接触形式（点或线）、接触压力、

21、表面状况。对于弹簧取决于：材料、接触形式（点或线）、接触压力、表面状况。对于弹簧触指的接触点来说，主要应确保足够的接触压力，它由弹簧圈的刚度和压缩量决定，还需要提高表面光洁度、触指的接触点来说，主要应确保足够的接触压力，它由弹簧圈的刚度和压缩量决定，还需要提高表面光洁度、提高镀银厚度（提高镀银厚度（BAL SEAL要求镀银要求镀银20m）。）。3.2、动稳定性能与弹簧触指参数的关系动稳定性能与弹簧触指参数的关系 Relations of withstand current peak valuel根据BAL SEAL提供的参数，以型号109MB（线径1.0，材料ZrCu）为例，可以计算出40kA

22、(4s)所需圈数为227，而100kA峰值电流下只需127圈，由此推测对同种材料和尺寸的弹簧触指，如果满足了热稳定要求，动稳定性自然就满足了。l弹簧触指受电动力状况的分析,结果：弹簧触指受到向背离灭弧室方向的电动力，该力会随着电流大小的变化而变化，但方向不会改变。l滑动联接在进行动稳定试验时，弹簧触指的受力最大，其方向沿灭弧室动导电杆向下，受电动力后整圈触指向小头“挤”，触指给动导电杆的抱紧力增大，如果由于零件间的摩擦力大等原因使触指不能自动弹性恢复，在动稳定试验后的第一次分闸过程中的运动阻力会增大，容易产生分闸不到位现象。在经过合闸操作后，弹簧触指恢复到原来的位置，分合闸会正常。我公司3AS

23、4系列在型式试验过程中已出现过动热稳定后第一次分闸不到位现象。3.3、VCB长期通电电流与弹簧触指参数的关系长期通电电流与弹簧触指参数的关系 Relations of rated currentl同样根据BAL SEAL提供的参数，以型号109MB（线径1.0，材料ZrCu）为例，3150A所需的圈数为114圈，少于动热稳定性能要求圈数，则由此进一步推测：对同种材料和尺寸的弹簧触指，只要满足了热稳定要求，动稳定性和长期通电能力就能够满足了。当然关于这一条，我们已经进行过一些试验，比如在同样的产品和试验条件下，3根线径1.0、109圈的触指并列的温升结果与4根并列的结果没有明显的区别，但目前还不能完全定论，尚需进一步试验验证。4、结语结语Closing notesl以上主要是结合目前实际试验结果的计算和分析，也许会有一些偏差，很多数据和经验还要在将来的试验中不断总结，并对上述内容进行修正。谢谢大家!Thank you!