[发明专利]一种SF6断路器弧触头优化设计方法

权利要求书

1.一种SF6断路器弧触头优化设计方法，弧触头包括触头和触套，触套的套入口是弹性均匀分割设置的触指，触头顶端是圆弧端，其特征在于，所述优化设计方法是：制作弧触头关合侵蚀形貌模型图，确定模型图中形貌变化关联参数，建立由侵蚀引起关联参数变化的数学模型，根据设定的固定关合电流和固定关合次数，通过数学模型计算获得接触行程损失随弧触头不同半径过盈量的变化曲线，从变化曲线中获取优化的弧触头轴向长度盈余和径向盈余数据；将触头与触套相接触的长度区段从前至后顺序分为第一碰撞接触段、第二磨损段和第三磨损段；

所述由侵蚀引起关联参数变化的数学模型包括：轴向侵蚀形貌数学模型和径向侵蚀形貌数学模型；

所述轴向侵蚀形貌数学模型是：

其中：

公式中：

模型中的上标和下标n表示关合次数；

Δl为总损失长度；

Δl₁为触头在端部的损失长度；

Δl₂为触套在端部的损失长度；

ΔV₁为触头第一碰撞接触段体积；

Δm₁为触头对应第一碰撞接触段体积的质量；

r₁触头半径；

r₂触套内半径；

Δd为每次关合半径损失；

触头半径变化为

触套内半径变化为

ρ为材料密度，单位kg/m³；

t_arc为电弧燃弧时间；

ρc表示材料单位体积的物体温度升高1℃所需的热量；

λ为材料导热系数或热导率，单位W/(m·℃)；

σ₀为第一碰撞接触段材料硬度；

ɑ表示为硬度的温度系数；

10kA≤I≤20kA时a＝-2.3*10^-5I+0.66

20kA≤I≤30kA时a＝-5*10^-6I+0.3

Q为电弧传送的电荷量，

T₀表示材料汽化点；

k₁为第一碰撞接触段材料磨损系数；

h_vap表示材料的热焓；

U_ALLEFF为触头和触套之间电弧有效压降；

F1为触头与触套间的第一碰撞接触段轴向碰撞力；

x₁为第一碰撞接触段距离长度，单位：mm；

A为电弧烧蚀面积；

I为关合电流；

所述径向侵蚀形貌数学模型是：

其中：

x₂为第二磨损段摩擦距离，单位：mm

x₃为第三磨损段摩擦距离，单位：mm；

b为触套的触指宽度平均值，mm；

h为触套的触指厚度，mm；

L为触套的触指长度，mm；

k₂为第二磨损段和第二磨损段材料磨损系数；

σ₁为第二磨损段材料硬度；

g为触指的位移量或半径过盈量；

E为材料的弹性模量，MPa。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一碰撞接触段的长度距离是触头圆弧顶端至圆弧底端的直线距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变化曲线是在一个固定电流和固定关合次数下，接触行程损失随半径过盈量变化形成的曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半径过盈量变化是以0.1mm递增变化。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在SF6断路器额定电压下，所述固定电流是10KA，所述固定关合次数是3000次。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触头和触套之间电弧有效压降通过在两端设置测试测量仪器获取，取值18V，所述触头与触套间的第一碰撞接触段轴向碰撞力通过仿真计算获取，取值12.5kN。