载流能力问的研究.doc

《载流能力问的研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、小型化大电流GIS在研制过程中，提高载流能力问题的研究1概述随着我国电力工业的迅猛发展，GIS电器开关产品不断更新换代，向着高参数、小型化、智能型方向发展。其中高参数就包括大电流，因此本文就以小型化大电流GIS在研发过程中，围绕如何提高载流能力问题进行了分析与探讨。使设计的产品更具有技术先进、成熟可靠的特点。开关设备的导电回路总是由若干零部件构成。两个零件通过机械连接方式互相接触而实现导电。当高压开关设备的载流导体与电接触构件长期通过工作电流，或短时通过短路故障电流时，均会引起发热。由于导体有电阻，因此发热

2、产生电阻损耗，当然提供良好的散热措施也是很关键的因数。由于零部件的温度升高可使其物理、化学性能发生变化，机械和电气性能下降，可能导致产品发生故障，造成事故。载流量的大小与导体的结构、回路电阻、允许温升和环境条件等因数有关。这样选择导电体、电接触材料及电接触方式（即载流部件）就显得非常关键。2提高载流能力的相关因数㈠导体的电特性、机械特性影响着载流量导体的材料及加工方案的选择是贯穿产品设计制造整个过程的关键：母线是GIS各功能单元（或元件）之间的联络元件，起汇集与分配电能的作用，其可靠性至关重要。但在制造的过

3、程中，不能一味考虑载流量，还要考虑易于加工及降低成本。金属材料的允许温度取决于其机械强度的变化，也与加工前后电阻的稳定性有关。母线的电阻损耗和母线的材质、制造技术、焊接工艺水平关系较大，材质越好，母线接头的焊接工艺水平越高，其电阻就越小，发热损耗也就越小。允许的温升高，导体的载流量就可以加大。①导体材料优缺点比较在GIS中常用的导电材料及主要参数如表1。表1导体材料性能导体材料电阻率（Ω.mm2/m）抗拉强度（MPa）紫铜0.01724196~235纯铝（1060）0.028268.6~83.1铸造铝合金（

4、ZL101A）0.0455~0.05195~275铝合金（6063）0.0297~0.034175紫铜的导电及导热性能优良（见表1），具有极好的塑性，可以承受各种形式的冷热压力加工。紫铜导体一般采用型材加工而成，其铸造性能差。如图1所示的导体，制造这种导体需要先对序1零件进行压弯，然后加工序1和序2焊接配合部分，再用直流氩弧焊接，最后加工成型。但铜的焊接性能较差，铜焊接后焊接变形较大，在焊缝和近缝区容易引起热裂纹，焊接时容易产生气孔。因此焊缝金属的成形差，造成表面处理很困难，焊缝和近缝区表面打磨后存在缺陷及

5、夹渣的可能性大，导致焊缝区的电阻率上升和强度降低。另一方面，紫铜的导体的材料及加工成本，均比铝导体高出3倍左右。图1国内GIS生产厂家的导体多采用铸造铝合金ZL101A，铸造铝合金ZL101A的铸造性能良好，流动性高、无热裂倾向、线收缩小、气密性高，有相当高的耐蚀性，但稍有产生集中缩孔和气孔的倾向。从表1中可以看出，铸造铝合金ZL101A具有较高的强度。但铸造铝合金ZL101A的电阻率比较大，在载流能力相同的条件下，采用铸造铝合金ZL101A做导体，就必须加大载流截面积。纯铝具有密度小、耐蚀性好、塑性好、导

6、电和导热性能好，不能通过热处理强化，切削性不好，焊接性能优良，抗拉强度太低（见表1）。当导体长期通过工作电流，或短时通过短路故障电流时，均会引起发热，温度升高可使其物理、化学性能发生变化，材料逐渐软化（铝的软化点温度为150℃），机械强度和电气性能下降，可能导致产品发生故障，造成事故。铝合金6063具有密度小、耐蚀性好、塑性好、导电和导热性能较好外，中等的强度（见表1），冷加工性能好，焊接性能优良，利用交流氩弧焊机的“阴极破碎作用”清除铝合金焊接部位表面的氧化膜，焊接接头的热影响区和焊件的变形量小，保证了焊

7、缝质量及内部的纯洁，从而保证焊缝处的电阻率变化不大，电阻稳定性比较好；最后可采用交流钨极氩弧焊机在不使用焊剂的条件下对焊缝进行整形，消除气孔并能提高焊缝的表面质量。从导电性能来比较：最好是紫铜，依次为纯铝、铝合金6063、铸造铝合金ZL101A；从制造角度和成本来比较：最好是铸造铝合金ZL101A，依次为铝合金6063、纯铝、紫铜。紫铜的制造成本高、焊缝区表面存在缺陷的可能性大，制造质量的稳定性差，同等体积下重量是铝的三倍；纯铝强度太低，满足不了要求。因此，对于大电流的产品的导体材料，选用6063合金具有电

8、阻率较低、强度较高、加工工艺性较好并且成本低的特点。②导体材料的选型经过以上的研究对比：综合考虑后决定除了几种形状复杂的异型导体采用铸造铝合金ZL101A外，其余导体采用铝合金6063进行设计。按照小型化、大电流的设计思路，在满足绝缘距离的条件下设计的导体外圆直径为φ70mm。根据导体短路时允许的电流密度的公式：j=I/A式中：I—热稳定电流[A]；A—导体截面积[mm2]；j—电流密度[A/mm2]；热稳定电流