第3章--电接触与触头课件

第三章电接触与触头本章要点：1.1.接触电阻产生的机理和影响因素接触电阻产生的机理和影响因素2.2.电接触在长期工作中的问题电接触在长期工作中的问题3.3.触头结构与触头材料触头结构与触头材料第一节第一节 概述概述一、电接触的概念电接触的概念1 定义：定义：习惯上把两个或几个导体相互接触而完成导习惯上把两个或几个导体相互接触而完成导电称作电接触电称作电接触(Electric Contact)在导体接触过渡区会产生各种物理、化学现象在导体接触过渡区会产生各种物理、化学现象 2.工程应用中的电接触可分三大类n固定电接触 特点：用螺丝、铆钉、夹紧件等将导电元件紧固在一起，导电元件间无相对运动n滑动及滚动接触 特点：部分导电元件可动但不可分，接触元件间可相互滑动或滚动n可分接触特点：伴随导电件的闭合与分离三种接触形式举例(a)固定接触(b)滑动接触(c)可分接触1动接触元件，2静接触元件3.使用中存在的问题n固定接触工作中的主要现象和问题是接触电阻(包括锈蚀)、接触温升与熔焊。n滑动接触除上述问题外还有润滑与磨损。n可合分接触还有一个更严重的问题就是电弧，电弧放电引起的温升、熔焊与磨损是开关电器的一个关键技术问题。第二节第二节 接触电阻及其影响因素接触电阻及其影响因素一、接触电阻一、接触电阻产生的机理产生的机理n1电流收缩n2 氧化膜“隧道效应”二、接触电阻的负面影响接触电阻的负面影响n接触电阻接触电阻 当接触电阻较大，引起发发发发热热热热严重，而发热严重又导致氧化、腐蚀等的加剧，这样恶性循环就会使导电性能完全破坏，要么接触面完全失去导电性，要么因发热严重而熔熔熔熔焊焊焊焊。前者多发生在弱电情况下，后者多发生在强电流导电中。n不过，在高压或低压强电开关设备中，触头的接触压力通常都很大，膜常被压碎或自清扫，且很容易在膜中形成106 V/lcm以上的高场强将膜击穿，因而主要是收缩电阻的作用。n为了保证导体的温升，通常要控制接触电阻不能超过规定的数量。关于布氏硬度的知识n加压时间t20S(r=10mm钢球或碳化钨球)n当D0.03时,P增长缓慢,将此时P定义为材料硬度,即布氏硬度接触硬度与布氏硬度n接触硬度H与常用的布氏硬度HB是不同的，当接触面绝大部分已塑性变形，使得接触点的压强已基本稳定时，这个平均压强称之为材料的接触硬度；而布氏硬度是在一定压力的测量方法下据受压点塑形变形的程度来衡量的。n接触硬度约为布氏硬度HB的60%80%二、接触电阻的影响因素n1、材料性质n2、接触压力大小3、接触形式图3.4接触形式(a)点接触(b)线接触(c)面接触4接触面的加工情况及温升n接接触触表表面面平平整整度度的情况由于影响接触点数的多少，故对接触电阻的大小有一定的影响，但并非愈光滑愈好，光滑表面的接触电阻较稳定一些，但可能比相对粗糙的要大些。一般接触面处的表面光洁度对大中负荷的开关而言达6就足够了，有时用锉刀修平即可。面接触则要求表面的平整度较好。n接触点处温度接触点处温度的增高可加剧氧化膜的生长变厚，于是发热更厉害，恶性循环的结果，可能导致接触面的熔焊或导电破坏。三、接触电阻的工程算法工程上常用如下简单的经验公式估算：式中F接触压力(kgf)，m取决于接触形式的指数，对于点接触m=0.5；线接触m=0.75，高压力时的面接触可取m=0.80.95。K与接触材料、表面状况等相关的系数，通常由实验确定。第三节第三节 电接触在长期工作中的问题电接触在长期工作中的问题n一、温升与熔焊 由于接触电阻的存在，接触电阻产生的焦耳热使电流收缩区的温度升高，常超过收缩区外导体的温度。按Holm的理论，接触点处的稳态温升j为：二、接触电阻在长期工作中的稳定性n1、化学腐蚀n2、电化学腐蚀三、对可分触头的主要要求n1、触头在闭合位置时1）、防止过热2）、措施加强触头终压力加强触头终压力n2、触头在分断过程中1）、触头的电磨损2）、改善措施四、接触电阻的异常恶化问题图3.6 油中的铜触头在400A负载下，接触电阻的增加与油温的关系。五、触头的带电关合与开断一、触头的名词术语介绍1、动触头、静触头2、触头开距(ClearanceBetweenOpenContacts)分闸位置时，开关一相的触头之间或其连接的任何导电部分之间的总间隙3、触头行程(TravelofContacts)合操作中，开关动触头起始位置到终止位置的距离。4、接触行程(ContactingTravel)-超程合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离触头的带电关合与开断（续）5、主触头(MainContact)开关主回路中的触头，在合闸位置时承载主回路的电流。6、弧触头(Arcing Contact)使燃弧弧根不落在合闸状态时的导电面上7、辅助触头(Auxiliary Contact)接在开关的辅助回路中，并由该开关用机械方式操作的触头。触头术语六、触头压力与触头弹簧n触头压力还有触头初压力和触头终压力之分。n触触头头初初压压力力是指动静触头刚接触时的触头接触压力，它由触头弹簧的预压缩产生。这个预压缩很重要，避免引起触头的“弹跳”，如果预压力不足，弹跳同样会发生，仅是弹开的程度不同。触头关合过程的弹跳会在电弧的作用下严重的磨损触头。n触触头头的的终终压压力力，是指动、静触头在闭合位置时的接触压力，它由触头弹簧的终压缩所产生。这也是触头的一个重要参数，它决定着触头能否在长期负荷及故障短路下都能正常工作。对低压空气断路器，触头压力与其所通过的额定电流可按1050g/A取值(这是银或银基材料触头，铜触头的为其两倍)，初压力约为0.90.8的终压力。对高压断路器，触头压力的校验方法后文还有述及。七、电弧烧蚀及其改善措施n1、通常高压断路器都有足够的刚合速度，保证预击穿电弧能迅速消失，且有足够的关合功使动触头关合到位n2、改进灭弧措施气吹、油吹、磁吹采用弧触头第四节第四节 触头结构与触头材料触头结构与触头材料一、触头结构 大功率高低压开关的触头结构是多种多样的 a滑动、滚动接触B滚动接触C插入式触头触头结构d、e插入式触头f压缩空气断路器触头触头结构g真空断路器触头h低压自动空气开关触头iSF6开关触头触头结构说明j压气式SF6断路器触头k定开距SF6断路器触头高压断路器触头结构形式及其优缺点如下：n（1）对接式（终端式）触头。优点：结构简单，断开速度比插座式触头快。缺点；接触面不够稳定，随压力变化而有所改变，接通或断开时容易发生弹跳，无自净作用，触头容易被电弧烧伤。n（2）指形触头。优点：电动稳定性较好，有自净作用。缺点；不易与灭弧室配合，工作表面易被电弧烧伤。n（3）插座式（梅花形触头）。优点：每片触旨的内圆的两棱边与圆形导电体形成线接触，接触电阻稳定，自清洗作用好，接通时触头的弹跳很轻微，短路电流通过时接触也很稳定。缺点：结构较复杂，触旨数量多，断开时间常。高压断路器触头结构形式及其优缺点如下：n（4）滑动触头。有三种：豆形触头、“Z”形触旨式滑动触头、滚动式滑动触头。1）豆形触头：优点：结构紧凑，动触杆由中心孔通过卡涩小，有自洁作用。缺点：触旨多，上、下两层，装配较复杂。2）“Z”形触旨式滑动触头：优点：高度低，装配简单，没有导电片，接触稳定而有自洁作用。缺点：只适合做中间触头。3)滚动式滑动触头：优点：接触片磨擦力小，有较好的自清洗作用。缺点：只适合作中间触头。二、触头材料1、理想的触头材料要具有以下性能:（1 1）大的电流开断能力;(2)高的承受电压;(3)小的接触电阻;(4)抗熔焊性能好;(5)低的触头磨损;(6)小的截断电流;(7)足够的机械强度;(8)良好的加工性能。但是实际使用的触头材料难以完全达到上述各项指标，往往是通过牺牲某些性能来满足其它的更重要的性能。二、常见触头材料1、常用纯金属触头材料n铜(Cu)Cu是应用最广的导电材料和触头材料。电导率高，铜的熔点1083，超过200容易氧化，硬度变小，耐弧性较差 金属铝(AL)导电性、硬度不及铜银(Ag)、钨(W)、金(Au)、铬(Cr)n银(Ag)Ag的导电率和导热率导电率和导热率堪称金属之最硬度小，纯银为银白色，熔点960.8n钨(W)和钼(M0)-耐烧蚀n金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属不易氧化，但价格昂贵，多用于精密灵敏要求的弱电触头或插接件镀层。钛(Ti)、锆(Zr)、铟(In)等常作改善触头某些特殊要求的添加剂。n铬(Cr)铜与铬的合金材料(CuCr)广泛地用于真空开关中，CuCr材料目前也在SF6断路器中被采用。2、二元或多元复合材料n高气压电弧中的触头材料nCuW和AgW有相似的性质，有高的耐弧性，W的含量常达50%80%，适用于高、中压开关。在中压磁吹空气断路器中，AgW或AgWC用得较多，AgMo在低压自动开关与塑壳断路器中比AgW和AgWC更广泛。n真空开关中的触头材料CuCr大容量SF6断路器用触头材料n较理想的新型铜合金的成分为Cu中加入Cr，Zr，Ti，Be，Ni，Nb(铌），Mg，Bi，Te（碲），Re(铼）等。n研究结果表明，添加多元少量元素的铜合金，具有良好的综合性能。大大克服了二元铜合金力学性能差、压强度低和电磨损率高等缺点。其原因是添加的这些少量合金元素，在材料之中不仅能够发挥出它们各自有利的作用，产生综合迭加效应，而且这些元素相互发生冶金物理化学反应，避免了单一元素加入时的不利影响。少量作用n合金中选择加入多元少量的化学活性较强、熔点较高以及稀土元素，如Cr,Zr,Ti,Be,Nb,Re等能够显著改善材料的显微组织，促使合金基体晶粒细化，有利于形成均匀，弥散分布的稳定的强化相，既能保持材料的高导电性，又能提高其耐压强度和开断能力以及具有良好的力学性能;n选择加入少量的低熔点元素，如Mg,Bi,Te等对提高抗烙焊性能和降低截流值有作用。弧触头材料n近年来CuCr触头材料在SF6断路器中也有越来越多的应用。使用自能型触头的SF6断路器，其主触头、中间触头由CuCr合金制成，弧触头由两种材料制成，其头部为铜钨合金(CuW80或CuW70)，其余为铜铬，两材料通过熔焊或粉末冶金方法连接。触头材料的制备工艺nAgSnO2电触头材料的几种常见的制备方法，对比分析了合金内氧化法、粉末冶金法、预氧化合金粉末法和反应合成法等几种制备方法的优缺点。p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日