(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111447737.4 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 国网辽宁省电力有限公司锦州供电 公司 地址 121000 辽宁省锦州市古塔区解 放路 三段9号 申请人 国家电网有限公司 (72)发明人 李忠伟　潘月明　孟镇　邱鹏　 祝杰　 (74)专利代理 机构 锦州辽西专利事务所(普通 合伙) 21225 代理人 李辉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) H01H 1/00(2006.01) (54)发明名称 高压开关柜梅花触头触指压力及温度计算 方法 (57)摘要 本发明公开了一种高压开关柜梅花触头触 指压力及温度计算方法， 其步骤是： 将电触头表 面作为电接触面的导电斑点定义为微凸体， 建立 基于微凸体弹性变形的粗糙表 面接触模型； 计算 单个导电斑点的接触电阻， 接触电阻的大小取决 于接触表面的粗糙度、 材料参数与接触压力， 且 电阻与接触压力成反比， 与表面粗糙度成正比； 计算导体稳态温度。 本发明根据触头发热与 负载 电流、 触头接触电阻、 接触压力关系建立数学模 型， 计算出触指与静触头两接触表面收缩电阻， 进而得到触指压力， 同时计算出接触斑点温度， 根据触指压力及时更换不合格的触头和触脂， 防 止触头接触不良引起过热， 导 致安全事故。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 114297822 A 2022.04.08 CN 114297822 A 1.一种高压开关柜梅 花触头触指压力及温度计算方法， 其特 征是， 步骤如下： 步骤一 将电触头表面作为电接触面的导电斑点定义为微凸体， 建立基于微凸体弹性 变形的粗糙表面接触模型， 将粗糙表面接触转化为一个等效粗糙表面和一个光滑的刚性平 面接触， 并设置所有微凸体有相同曲率半径， 微凸体顶峰高度在均值附近随机分布； 微凸体的概率密度用最大高度函数φ(z)来描述， 即一个微凸体在区间[z,z+dz]有最 大高度的概率为φ(z)dz， 假设微凸体总数为N0， 则在区间[z,z+dz]内概率等于N0φ(z)dz， 对常见机加工表面， 顶峰高度符合高斯分布： 式中l是接触表面 微凸体高度分布的均方根， 即粗 糙度； 步骤二 根据Holm理论， 如果很多微凸体接触， 总电导率可通过所有微凸体的接触直径 总和来计算， 假设直径总和为 L， 称为接触长度， 则单个导电斑点的收缩电阻为： 其中Λ＝1/R为电导 率； 如果单个弹性微凸体与刚性平面的接触， 假设以微凸体高度均值作为Z轴原点， 来定义 相距h0， 微凸体的总数为N0， 忽略掉相邻微凸体间的相互作用， 所有高度为z ＞h0的微凸体都 与刚性平面接触， 高度为z的微凸体的变形量则为d＝z ‑h0， 单个微凸体接触半径为a2＝dR， R 为微凸体等效曲率半径， 带入可 得接触半径: 单个微凸体的作用力: 对所有接触微凸体的高度积分， 可 得到接触长度L与总接触压力F为： 得到接触长度L与接触压力F的比值约等于： 将(7)带入到公式(2)， 得两 接触表面收缩电阻Rc为： 不考虑表面膜电阻的影响， 接触电阻等于收缩电阻， 由公式(8)可以看出， 接触电阻的 大小取决于接触表 面的粗糙度、 材料参数与接触压力， 且电阻与接触压力成反比， 与表面粗 糙度成正比；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114297822 A 2其中E*和ρ*分别为触电材 料的等效弹性模量和等效电阻率， 可由以下计算： (10) 式中E1和E2为接触两端材 料的弹性模量， υ1和 υ2为泊松比， ρ1和ρ2为材料电阻率； 步骤三 高压开关柜在连续通电情况下， 梅花触头金属导体产生的焦耳热与接触电阻 产生的热量共同构成系统热源， 系统发热 的同时会通过热传导的方式向周围环境散热， 当 发热功率与散热功率达到动态平衡时， 梅花触头达到稳定温升； 材料表面镀金 的梅花触头 总电阻为 导体电阻和接触电阻串联之和， 总发热功率可由焦耳 热公式得： P1＝I2(R0+Rj)      (12) 式中R0为梅花触头导体电阻， Rj为接触电阻； 通过牛顿散热定律计算触头 散热功率： Ps＝KT(T0‑θ0)A   (13) 式中， A为触头有效散热面积， T0为导体稳态温度， KT为综合散热系数； 当P1＝Ps时， 联合公式(12)和(13)， 计算 导体稳态温度T0； 当电流通过接触斑点时， 由于接触电阻存在， 会出现接触斑点的温度高于触头与弹簧 固定座导体温度的现象， 由 理论， 接触 斑点温升为 导体温升与 理论温升值之和： Uj＝IRj     (15) 式中Tm为接触斑点温度； T0为收缩区外导体温度； Uj为接触压降； I为负载电流； L＝2.4* 10‑8(V/K)2为洛伦兹系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114297822 A 3