两种不同结构梅花触头的电接触性能分析

2024-01-31

正文

整理：Lisa 北京国网互联电气技术有限公司 2024年01月31日 16:15 北京

来源：高压电器

作者：冯英

关键词：梅花触头；磨痕；单触指结构；双触指结构；电力复合脂；北京国网互联电气导电膏；抗氧化；防腐蚀；防发热；降电阻

摘要：

梅花触头作为开关柜主回路通流的重要部分，动静触头接触的好坏，将直接决定电路是否可靠运行。目前市场上的梅花触头分为单触指结构和双触指结构，为了确定两种结构在性能上的差异，文中采用有限元仿真和实验相结合的方法，分析了两种结构温升和耐磨性的差异，以及不同数量触指失效后梅花触头的接触电阻变化规律。研究结果表明：单触指结构的散热效果比双触指结构好，温升低2K左右；两种触指结构耐磨性基本无差异，在干摩擦条件下，不到500次均出现严重漏铜，涂抹导电膏润滑条件下，均能满足3000次机械寿命要求；单触指结构的触指与静触头间的接触电阻更小，接触面积更大，触指有效利用率更高。

1 引言

梅花触头广泛用于高压真空断路器中，在生产制造过程中由于手车位置偏移，触头安装位置存在偏差，导致各个触指与静触头间的受力不均匀，从而引起触头局部位置接触电阻过大，局部温升增加。梅花触头作为开关柜中容易出现故障的薄弱环节，它的可靠运行对于整个电路的安全稳定有着重要影响。

2 两种不同结构梅花触头的实验分析

（1）两种结构耐磨性实验分析

将两种触头制作4组样本进行耐磨性试验，观察磨损情况，测量触头A、B间的回路电阻，记录实验数据，测量位置见图5，试验后的照片和回路电阻见图6、7。4组样本分别为单片触指干摩擦组1，单片触指涂抹导电膏组2，双片触指干摩擦组3，双片触指涂抹导电膏组4。组2和组4选用导电膏为高低温下仍能保持良好性能的锂基导电膏，具有良好的耐磨性。

图5 回路电阻测量位置图

图6 单触指结构梅花触头实验图

图7 双触指结构梅花触头实验图

从图6(a)和图7(a)中可以看出，组1和组3两种结构的梅花触头在干磨擦条件下，实验不到500次就出现了露铜，完全达不到预期的3000次机械磨损寿命。且干磨擦3000次后动静触头发生严重的粘接磨损，静触头上磨痕宽且深，且出现明显的犁沟。由图6(b)和图7(b)可以看出，干磨擦3000次后两种触头回路电阻增幅较大，都增长了近1.5倍。

从图6(a)和图7(a)的组3和组4可以看出，两种梅花触头在导电膏的润滑作用下进行3000次耐磨性实验，触头表面的镀银层未被磨穿，实验后回路电阻升高了1μΩ，变化很小。因此，正常使用过程中，两种结构梅花触头均需要涂抹适量导电膏以提高接触面的耐磨性，从而提高触头的使用寿命。

为了进一步研究两种结构的性能，我们对进行耐磨性试验后的静触头磨痕进行分析。两种触指磨痕(涂抹导电膏磨损3000次)对比见图8。从图8中可以看出，单片触指磨痕分布与磨痕宽度较为均匀，而双触指结构相邻两触指磨出的磨痕一条宽一条窄。可见双片触指接触不均匀，不均匀接触使触指应力分布不均，可能会导致梅花触头总体接触电阻增大，温升增加。

图8 静触头磨痕对比图

梅花触指与静触头的有效接触可以通过磨痕宽度来分析，磨痕越宽，说明触指与触头的有效接触宽度越大。通过对涂抹导电膏并做完3000次磨损寿命实验的两种梅花触头上的磨痕宽度进行测量并记录数据，并求出平均磨损宽度，以此来分析触指的有效利用率。触头磨痕宽度数据见表2、3。

表2 单片结构触头磨痕宽度

表3 双片结构触头磨痕宽度

设单个触指宽度为D(实际单个触指的宽度为3 mm)，触指平均接触宽度为d，宽度有效利用率用N表示，则

根据表2的测量数据计算出两种触头单个触指的宽度有效利用率(双片结构一处磨痕由两片触指共同作用产生)，因此可以得出双片结构宽度有效利用率为67.8%，单片结构宽度有效利用率为82.8%，单片结构的利用率比双片结构的利用率高15%，由此可以推断单片触指结构的触指有效接触宽度更大，有效接触面积也更大。

1)单片触指结构梅花触头的温升较双片结构梅花触头温升低2K左右，散热性好。

2)在单双片结构触头的耐磨性实验中，单纯的干磨擦会导致两种触头在不到500次试验时就出现严重的粘接磨损，触头出现露铜，达不到预期的

3000次机械寿命，同时触头的电阻随着磨损次数的增加而变大。在涂抹导电膏后，梅花触头的耐磨性得到了很大提升，3000次耐磨性实验后，回路电阻变化1μΩ，因此导电膏对触指的润滑和保护起至关重要的作用。

3)单片结构的触指磨痕分布更均匀，触指宽度有效利用率比双片结构高15%，有效接触面积更大；在触指失效片数相同且较少(≤6片)时，单触指结构梅花触头回路电阻变化相对更小。

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