CN105845467A - 电力开关用的一体式静触头的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，属于电力设备领域，具体涉及一体式静触头的设计方法，其包括提供触头端和联接端，将触头端与联接端设计为连续且为一体；在联接端设置联接柱，使联接柱部分嵌入联接端且与联接端过盈配合，在联接柱上设置与电力母排过盈配合的导电的第一柱状部，在第一柱状部的内部同轴设置具有导电性的第二柱状部，使第一柱状部和第二柱状部过盈配合，使第二柱状部的热胀系数大于第一柱状部的热胀系数。本发明公开的一体式静触头具有如下有益效果：1.相同的搭接长度产生更多的导电面积，进而降低电流密度，实现联接端的低温升。2.降低了母排的用量，节约了资源。3.加大了电气间隙或者安全距离，提高了设备的电气安全性。

Description

电力开关用的一体式静触头的设计方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体涉及一种电力开关用的一体式静触头的设计方法。

背景技术

现有电力开关的联接端通常采用电力母排直接联接，电力母排直接搭接在联接端上，联接端与电力母排联接通常采用重叠搭接法，之后再用螺栓紧固。如图3-4或者图11-12所示，这样联接方法需要将母排与联接端重叠一定长度，以使接触面的电流密度维持在一定范围值内，从而使联接处的温升符合相关标准。为了使联接处温升低，通常需要增加母排与端子重叠的长度，使接触面积增加，进而使接触面的电流密度降低，最终使联接处具有较低的温升。而增加重叠长度会加大母排的用量，进而增加制造成本。紧固用的螺栓会使导电部件与非导电部件间的电气间隙或者安全距离减小，为了使电气间隙或者安全距离保持不变，需要将联接端与非导电部件间的间距加大，而加大间距必然造成整个电力开关用的一体式静触头的外形尺寸变大。如何增加接触面积而使联接处温升低，但不缩小电气间隙，以及不加大联接处占用空间。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种电力开关用的一体式静触头的设计方法。

为此，本发明提供一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其包括提供与动触头配合的触头端、与电力母排配合的联接端，将触头端与联接端设计为连续且为一体。在联接端设置联接柱，使联接柱部分嵌入联接端且与联接端过盈配合，在联接柱上设置与电力母排过盈配合的导电的第一柱状部，在第一柱状部上同轴设置具有导电性的第二柱状部，使第一柱状部和第二柱状部过盈配合，将第二柱状部设置于第一柱状部内部，使第二柱状部的热胀系数大于第一柱状部的热胀系数。

有利地，使所述的第二柱状部的电阻率大于第一柱状部的电阻率。

具体地，将所述的第二柱状部的材质设置为铝或者铝合金，将第一柱状部的材质设置为铜或者铜合金。

优选地，将所述的第二柱状部的外径与第一柱状部的外径的比值设置为0.5-0.8。

具体地，将第二柱状部设置为实心结构，将第一柱状部设置为中空结构，使第二柱状部贯穿第一柱状部。

有利地，在联接柱内部同轴设置有第二贯穿孔，在联接柱的外柱面径向设置第一贯穿孔，使第一贯穿孔和第二贯穿孔连通，将第一贯穿孔设置于联接柱的轴向中部。

有益效果

由于本发明公开的一体式静触头的设计方法是将联接端采用对接的联接方式与电力母排联接，相对于现有的重叠搭接方式，其可带来如下有益效果。

1. 相同的搭接长度产生更多的导电面积，进而降低电流密度，实现联接处的低温升。

2. 无需对母排进行重叠搭接，降低了母排的用量，节约了资源。

3. 由于免去了紧固螺栓和螺母，所以加大了电气间隙或者安全距离，提高了设备的电气安全性。

4. 由于免去了紧固螺栓和螺母，所以联接处与非导电部件间的距离变大了，而联接处占用空间并没有增大。

附图说明

在下面参照附图对作为非限制性实施例给出的实施方式的说明中，本发明及其优越性将得到更好的理解，附图如下：

图1是现有电力开关用的一体式静触头的立体图；

图2是图1的另一视角的立体图；

图3是图1的一体式静触头与电力母排联接的立体图；

图4是图3的另一视角的立体图；

图5是本发明公开的电力开关用的一体式静触头的立体图；

图6是图5的另一视角的立体图；

图7是图5的一体式静触头与电力母排联接的立体图；

图8是图7的另一视角的立体图；

图9是现有的另一种一体式静触头的立体图；

图10是图9的另一视角的立体图；

图11是图9的一体式静触头与电力母排联接的立体图；

图12是图11的另一视角的立体图；

图13是本发明公开的实施例二的一体式静触头的立体图；

图14是图13的另一视角的立体图；

图15是图13的一体式静触头与电力母排联接的立体图；

图16是图15的另一视角的立体图；

图17-18是现有电力母排搭接方式与本发明公开的电力母排对接方式的尺寸对比图；

图19是图7的联接端位置的局部分解立体图；

图20是本发明公开的联接柱的立体图；

图21是图20的剖切立体图；

图22是图20的分解立体图；

图23-25是本发明公开的联接柱的排布示意图；

图26是电力母排的立体图；

附图标记说明

1.第一柱状部；2.第二柱状部；3.正面；4.背面；5.端面；6.第一贯穿孔；7.第二贯穿孔；8.联接端；9.触头端。

具体实施方式

本申请文件中的R代表半径。

本申请文件中的“一体”是指触头端9与联接端8位于同一块硬导体上，触头端9与联接端8之间不采用软线联接。

实施例一

如图1和图2所示，是一种现有电力开关用的一体式静触头，其包括与动触头配合的触头端99、与电力母排配合的联接端8，触头端9与联接端8连续且为一体，触头端9的硬度大于联接端8，触头端9的材质为银钨合金，以提高触头端9的工作寿命。触头端9采用钎焊的工艺焊接于折弯成90度的铜排上，联接端8设置有用于安装电力母排的安装孔。

如图3和图4所示，现有电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的联接方式，采用的联接方式是重叠搭接方式，将电力母排和联接端8重叠一定长度后，再用螺栓和螺母将二者紧固，这样的联接方式被定义为搭接。

如图5和图6所示，本实施例一公开的一种电力开关用的一体式静触头，其包括与动触头配合的触头端9、与电力母排配合的联接端8，触头端9与联接端8连续且为一体，触头端9的硬度大于联接端8，触头端9的材质为银钨合金，以提高触头端9的工作寿命，触头端9采用钎焊的工艺焊接于折弯成90度的铜排上。联接端8设置有联接柱，联接柱部分嵌入联接端8且与联接端8过盈配合，嵌入长度为联接柱长度的一半，联接柱的下半部嵌入联接端8，联接端8正面的销钉将联接柱与联接端8二者紧固联接。

如图7和图8所示，将电力母排上的预制孔套入联接端8上的联接柱，电力母排与联接柱过盈配合，电力母排的端面与联接端8的端面贴合，电力母排正面的销钉将联接柱与电力母排二者紧固联接，这样的联接方式被定义为对接。

如图18所示，是现有电力母排搭接方式与本实施例一公开的电力母排对接方式的尺寸对比图，左半部为现有电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的搭接方式，右半部为本实施例一公开的电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的对接方式。为了增强两种联接方式的对比效果，本实施例一公开的联接方式直接设置在现有联接方式的右方，图中的虚线仅仅为了体现左右母排的厚度相等，不代表左右母排的物理联接方式。图中下方的实线代表安全线，用以评估安全距离（电气间隙或者相对地距离）。两种联接方式的的搭接长度一样，都为L5，体现为：现有联接方式下的电力母排与联接端8的重叠长度为L5，本实施例一公开的联接方式下的联接柱的长度也为L5。两种联接方式带来的直观改变就是相关尺寸的明显变化，L1是现有联接方式下的电气间隙或者相对地距离，L2是本实施例一公开的联接方式下的电气间隙或者相对地距离，L3是现有联接方式下的联接处占用宽度，L4是本发明公开的联接方式下的联接处占用宽度。从图中可以直观地看出：L2明显大于L1，增加的尺寸大约为螺母的高度加螺栓尾部突出螺母的高度。L4明显小于L3，减小的尺寸大约为母排厚度加螺栓头部高度加螺母高度加螺栓尾部突出螺母的高度。因此，对电力设备有利的因素（电气间隙或者相对地距离或者安全距离）得到了提高，而对电力设备不利的因素（联接处占用空间）得到了减少。

如图19所示，联接柱装配于联接端8之前，先在联接端8的端面5沿输出端的长度方向加工6个接纳联接柱的预制孔，预制孔的直径略小于联接柱的外径，使联接柱与预制孔在径向上过盈配合；预制孔的深度略大于0.5倍的联接柱长度，预制孔加工好后，将联接柱的一半长度插入预制孔中，使联接柱中部的第一贯穿孔处于端面5处，从联接端8的正面3垂直加工用于装配销钉的通孔，使通孔贯穿联接端8的正面3和背面4，且同时贯穿联接柱，通孔的轴线与联接柱的轴线相交，通过销钉将联接端8和联接柱二者紧固联接。

如图26所示，电力母排装配于联接端8之前，先在电力母排的端面5沿母排长度方向加工6个预制孔，预制孔的直径略小于联接柱子的外径，使联接柱与预制孔在径向上过盈配合；预制孔的深度略大于0.5倍的联接柱长度，预制孔加工好后，将电力母排上的预制孔套入联接端8上显露出来的联接柱，直到电力母排的端面5与联接端8的端面5贴合，从电力母排的正面3垂直加工用于装配销钉的通孔，使通孔贯穿电力母排的正面3和背面4，且同时贯穿联接柱，通孔的轴线与联接柱的轴线相交，通过销钉将电力母排和联接柱二者紧固联接，最终实现了电力母排和联接端8的紧固联接。

联接端8和电力母排对接后，使联接柱与预制孔在轴向上间隙配合，有利于联接端8的端面和电力母排的端面的紧贴，预制孔的头部加工有方便安装的倒角。由于孔与销钉过盈配合，当销钉装配到位后，可限制联接端8和电力母排相互间的轴向移动，最终使联接端8、联接柱、电力母排，销钉四者牢固联接一起。

如图20所示，本实施例一公开的电力开关用的一体式静触头的联接端8用的一种联接柱，其具有圆柱状的外形，端部设置有方便装配的倒角。

如图21所示，第一柱状部1内同轴设置第二柱状部2，第一柱状部1和第二柱状部2过盈配合，第一柱状部1的材质为铜，第二柱状部2的材质为铝。

如图13所示，第一柱状部1具有中空的结构，第二柱状部2贯穿第一柱状部1，第二柱状部2的外径与第一柱状部1的外径的比值为0.5-0.8。第一、二柱状部1、2都具有导电性，第二柱状部2的热胀系数大于第一柱状部1的热胀系数，第二柱状部2的电阻率大于第一柱状部1的电阻率。

当联接柱装配于联接端8和电力母排后，由于第一柱状部1与联接端8及母排的预制孔过盈配合，所以，第一柱状部1和联接端8及母排紧密贴合，联接柱的第一柱状部1充分承载电流。由于第一柱状部1和第二柱状部2也过盈配合，所以第一柱状部1和第二柱状部2也紧密贴合，第二柱状部2也充分承载电流。因此，第一柱状部1和第二柱状部2的热效应可以充分发挥，由于第二柱状部2的电阻率大于第一柱状部1的电阻率，所以第二柱状部2的温度会高于第一柱状部1，由于第二柱状部2的热胀系数大于第一柱状部1的热胀系数，因此，在温度和热胀系数都相对高的情况下，第二柱状部2的径向胀大现象会明显大于第一柱状部1的径向胀大现象，因此第二柱状部2会紧密贴合第一柱状部1并向第一柱状部1施加径向向外的压力，由此使第一柱状部1的径向尺寸也向外变大，最终导致第一柱状部1与联接端8及电力母排的预制孔更紧密贴合，同时也向预制孔提供径向向外的压力，即联接柱与联接端8及母排之间的压力比联接柱刚装配时更大了，增大接触压力也可以使接触部位的温升降低。

由此可见，各个特征间的过盈配合、电阻率的匹配及热胀系数的匹配对降低联接端8与母排联接处的温升有着显著的作用，三者之间的作用是相辅相成的，起初的过盈配合使得电阻率和热胀系数有了发挥作用的基础，而电阻率和热胀系数产生的效应又加剧了过盈配合，最终，使得联接处的接触压力加大。

如图23所示，横截面为正方形的电力母排，中间设置有一个接纳联接柱的预制孔，预制孔圆周到母排边缘的距离为R，母排宽度为L6。当采用现有重叠搭接法联接时，联接处的导电面积为

S1=L6xL5=(R+2R+R)xL5=4RxL5（L5为搭接长度，如图18所示）

而采用联接柱联接时，联接处的导电面积为

S2=2πRxL5

因此，

S2: S1=2πR: 4R=π/2≈1.57

所以，采用联接柱搭接的方式可获得更多的接触面积。显然，在满足机械强度的条件下，增加预制孔的直径，减小孔边距可获得更大的接触面积。

如图24所示，横截面为长方形的电力母排，中间设置3个接纳联接柱的预制孔，预制孔圆周到母排边缘的距离为R，各个孔间的最短距离为R，母排宽度为L6。当采用现有重叠搭接法联接时，

联接处的导电面积为

S1=L6xL5=(4R+3x2R)xL5=10RxL5

而采用联接柱联接时，联接处的导电面积为

S2=3x2πRxL5=6πRxL5

因此，

S2: S1=6πR: 10R=3π/5≈1.884

所以，采用联接柱搭接的方式可获得更多的接触面积。显然，在满足机械强度的条件下，增加预制孔的直径，减小孔边距可获得更大的接触面积。

如图25所示，横截面为长方形的电力母排，中间设置6个接纳联接柱的预制孔，预制孔圆周到母排边缘的距离为R，各个孔间的最短距离为R，母排宽度为L6。当采用现有重叠搭接法联接时，

联接处的导电面积为

S1=L6xL5=(7R+6x2R)xL5=19RxL5

而采用联接柱联接时，联接处的导电面积为

S2=6x2πRxL5=12πRxL5

因此，

S2: S1=12πR: 19R=12π/19≈1.983

所以，采用联接柱搭接的方式可获得更多的接触面积。显然，在满足机械强度的条件下，增加预制孔的直径，减小孔边距可获得更大的接触面积。

因此，本发明公开的联接柱产生了两个方面的积极效果，一是增加了接触压力，二是大幅度增加了导电面积，在这两个积极因素的共同作用下，联接处的温升大幅度降低，实现了本发明的目的。

如图26所示，为了区分母排及联接端8的各个面，端面5被定义为以母排（或者联接端8）的厚度和宽度组成的面，即图16中标识5的面。正面和背面被定义为以母排（或者联接端8）的宽度和长度组成的面，即图中标识3、4的面，3为正面，4为背面。

如图21所示，第二柱状部2的内部同轴设置有第二贯穿孔7，第一柱状部6具有中空结构，第二柱状部2贯穿第一柱状部1，第一柱状部1的外柱面径向设置第一贯穿孔6，第一贯穿孔6和第二贯穿孔7连通，第一贯穿孔6位于第一柱状部1的轴向中部。

由于贯穿孔6、7的设置，使得联接柱在插入联接端8的预制孔的过程中，预制孔内的空气可以顺利地从第二贯穿孔7排出，进而使得联接柱可以顺利地装配到位，当电力母排套入已经安装好的联接柱时，电力母排的预制孔中的空气可以顺利地通过第二贯穿孔7从第一贯穿孔6排出，进而使得第二母排可以顺利的装配到位。

实施例二

如图9和图10所示，是一种现有电力开关用的一体式静触头，其包括与动触头配合的触头端9、与电力母排配合的联接端8，触头端9与联接端8连续且为一体，联接端8设置有用于安装电力母排的安装孔，触头端9设置有与滚柱式动触头插接式配合的斜面。

如图11和图12所示，现有电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的联接方式，采用的联接方式是重叠搭接方式，将电力母排和联接端8重叠一定长度后，再用螺栓和螺母将二者紧固，这样的联接方式被定义为搭接。

如图13和图14所示，本实施例二公开的一种电力开关用的一体式静触头，其包括与动触头配合的触头端9、与电力母排配合的联接端8，触头端9与联接端8连续且为一体，联接端8设置有用于安装电力母排的安装孔，触头端9设置有与滚柱式动触头插接式配合的斜面。联接端8设置有联接柱，联接柱部分嵌入联接端8且与联接端8过盈配合，嵌入长度为联接柱长度的一半，联接柱的下半部嵌入联接端8，联接端8正面的销钉将联接柱与联接端8二者紧固联接。

如图15和图16所示，将电力母排上的预制孔套入联接端8上的联接柱，电力母排与联接柱过盈配合，电力母排的端面与联接端8的端面贴合，电力母排正面的销钉将联接柱与电力母排二者紧固联接，这样的联接方式被定义为对接。

如图17所示，是现有电力母排搭接方式与本实施例二公开的电力母排对接方式的尺寸对比图，左半部为现有电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的搭接方式，右半部为本实施例二公开的电力开关用的一体式静触头的联接端8与电力母排的对接方式。为了增强两种联接方式的对比效果，本实施例二公开的联接方式直接设置在现有联接方式的右方，图中的虚线仅仅为了体现左右母排的厚度相等，不代表左右母排的物理联接方式。图中下方的实线代表安全线，用以评估安全距离（电气间隙或者相对地距离）。两种联接方式的的搭接长度一样，都为L5，体现为：现有联接方式下的电力母排与联接端8的重叠长度为L5，本实施例二公开的联接方式下的联接柱的长度也为L5。两种联接方式带来的直观改变就是相关尺寸的明显变化，L1是现有联接方式下的电气间隙或者相对地距离，L2是本实施例二公开的联接方式下的电气间隙或者相对地距离，L3是现有联接方式下的联接处占用宽度，L4是本发明公开的联接方式下的联接处占用宽度。从图中可以直观地看出：L2明显大于L1，增加的尺寸大约为螺母的高度加螺栓尾部突出螺母的高度。L4明显小于L3，减小的尺寸大约为母排厚度加螺栓头部高度加螺母高度加螺栓尾部突出螺母的高度。因此，对电力设备有利的因素（电气间隙或者相对地距离或者安全距离）得到了提高，而对电力设备不利的因素（联接处占用空间）得到了减少。

实施例三

将实施例一或实施例二中的第一柱状部1的材质更改为铜合金，第二柱状部2的材质更改为铝合金，由于合金的硬度相对高些，可先将第二柱状部2在低温环境（5度）下保存一段时间（5分钟），而第一柱状部1在高温环境（80度）下保存一段时间（5分钟），借助热胀冷缩效应，可使第一柱状部1的内径略微变大，而第一柱状部1的外径略微变小，进而方便地将第二柱状部2装配到第一柱状部1中，待装配好的联接柱恢复常温后，第一柱状部1和第二柱状部2即可实现过盈配合。本发明公开的联接柱的直径和长度具有不同尺寸规格，以适应不同母排尺寸或者联接端8尺寸的需要。

Claims (6)

1.一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其包括提供与动触头配合的触头端（9）、与电力母排配合的联接端（8），将触头端（9）与联接端（8）设计为连续且为一体；其特征在于，在联接端（8）设置联接柱，使联接柱部分嵌入联接端（8）且与联接端（8）过盈配合，在联接柱上设置与电力母排过盈配合的导电的第一柱状部（1），在第一柱状部（1）上同轴设置具有导电性的第二柱状部（2），使第一柱状部（1）和第二柱状部（2）过盈配合，将第二柱状部（2）设置于第一柱状部（1）内部，使第二柱状部（2）的热胀系数大于第一柱状部（1）的热胀系数。

2.根据权利要求1所述的一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其特征在于，使所述的第二柱状部（2）的电阻率大于第一柱状部（1）的电阻率。

3.根据权利要求2所述的一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其特征在于，将所述的第二柱状部（2）的材质设置为铝或者铝合金，将第一柱状部（1）的材质设置为铜或者铜合金。

4.根据权利要求1所述的一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其特征在于，将所述的第二柱状部（2）的外径与第一柱状部（1）的外径的比值设置为0.5-0.8。

5.根据权利要求4所述的一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其特征在于，将第二柱状部（2）设置为实心结构，将第一柱状部（1）设置为中空结构，使第二柱状部（2）贯穿第一柱状部（1）。

6.根据权利要求4所述的一种电力开关用的一体式静触头的设计方法，其特征在于，在联接柱内部同轴设置有第二贯穿孔（7），在联接柱的外柱面径向设置第一贯穿孔（6），使第一贯穿孔（7）和第二贯穿孔（6）连通，将第一贯穿孔（6）设置于联接柱的轴向中部。