（1.平高集团智能电气有限公司 河南平顶山 467000；2.河南平高电气股份有限公司 河南平顶山 467000）
摘要：电气元件设计中，保证导体足够的通流能力，是设计者首要考虑的问题。简单的电线电缆、母排等载流元件，可以通过查询标准、手册等方式获得。特殊形式的开关触头，传统计算方法相对复杂，结果也不尽如人意。本文以某型号隔离开关触头为研究对象，借助ANSYS Workbench热电耦合分析环境，通过优化设计过程来展示有限元分析在工程设计中的强大优势。
关键词：隔离开关触头，ANSYS Workbench，热电耦合分析
Optimum Design of Isolated Switch Contact Based on ANSYS Workbench
PENG Yun1, REN Xiangrong2
(1.Pinggao Group Smart Electric Co., Ltd. Pingdingshan, 467000; 2.Henan Pinggao Electric Co., Ltd. Pingdingshan)
AbstractInelectric design jobs, the first problem for engineer designers to consider is the current flow capacity of conductors.Simple wire and cable, busbar and other current carrying components, can be obtained through the standard, manual, etc.Special forms of switch contacts, the traditional calculation method is relatively complex. Meanwhile, the results are not satisfactory.In this paper, the disconnector contact is used as the research object, the optimization design process is used to demonstrate the powerful advantages of finite element analysis in engineering design with ANSYS Workbench thermo-electric coupling analyze environment.
Keywords Isolated Switch Contact, ANSYS Workbench, thermo-electric coupling analysis
1.引言
近年来，随着社会的发展，电力需求也与日俱增。人们对电气的要求也越来越高，电气设计逐渐脱离常规化，使用常规设计方法很难适应当下电器设计的需要。据统计，在我国火灾事故中，属电气引起的火灾事故占比超过60%，电气引发的火灾大部分是由于用电器长期温升超标，导致绝缘体失效发生短路而引发火灾。因此，要确保电力系统安全运行，电气设计中最基本的导体载流能力是设计人员首先需要考虑的问题。
在日常设计工作中，设计人员一般通过查询相关国标、电气设计手册来确定常用电缆、电线、母排的通流能力，遇到电器元件中比较特殊的导流体时，并没有现成的规律可寻，对待复杂截面的触头类产品，传统的计算方法已经不再适用，有限元分析方法的出现很好的解决了这一问题。
2.ANSYS Workbench介绍
有限元分析方法是一种基于变分法而发展起来的求解微分方程的数值计算方法，借助计算机强大的计算能力，采用分片近似、进而整体逼近的研究思想求解物理问题[1]。
ANSYS有限元分析软件自推出以来，受到广大工程设计人员的青睐，早期ANSYS应用界面相对复杂，设置参数步骤较为繁琐，阻碍了软件的应用推广。ANSYS Workbench的出现，让分析工作变得更简单、更直观，ANSYS Workbench中提供了与ANSYS系统求解器强大交互功能的方法，集成了ANSYS旗下大部分软件，可以将不同模块组合，进行数据交换，方便工程应用。
ANSYS Workbench提供了非常强大的协同工作环境，与常用三维软件实现无缝连接，本文以Autodesk公司的Inventor 2011为例，在Inventor 2011中建立三维模型，导入ANSYS Workbench分析环境进行数据分析。
3.隔离开关触头设计
近年来，随着电力需求的不断增加，电器元件生产厂家犹如雨后春笋般呈现爆发式增长，随之带来的各种质量问题也层出不穷。部分厂家为保证利润，不惜减少关键元件的通流能力，为后期电力设施的运行埋下诸多隐患。
隔离开关为电气产品主回路中重要元件，其稳定性直接关系到整个电气系统的安全平稳运行。触头是隔离开关的核心元件，直接影响产品的性能。常见隔离开关触头如图1所示。
隔离开关触头核心参数之一就是通流截面积，有用单片直接冲压、折弯成型的，也有多片叠加的，如图2所示。
从图10-图13可以看出，虽然数据上不是特别明显，但是从这个简单的例子我们得到，形状的改变不仅有助于电流的合理流动，更有助于导体的散热，这对触头的热稳定性会有很大帮助，对降低开关整体温升也有积极的作用[3]。
5.结论
1、利用有限元分析软件，结合多场耦合分析环境，可以直观得到导电体各部分的工作状态，这对设计工作有很大的指导作用。
2、有限元分析软件，有效应对特殊形式的电器触头设计，对后期开关结构优化、产品的安全运行、降本增效、市场竞争力等方面都具有非常重要的意义。
参考文献
[1]黄泽雄.木塑复合材料的发展趋势[J]. 国外塑料，2003.21(2):10-14.
[2]许京荆. ANSYS 13.0 Workbench数值模拟技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2012.3
[3]GB 13539.1-2015 低压熔断器第1部分：基本要求[S].
[4]GB/T 13539.5-2013低压熔断器第5部分：低压熔断器应用指南.
论文作者:彭云1,任向荣2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
标签：触头论文; 通流论文; 电气论文; 有限元论文; 元件论文; 熔断器论文; 能力论文; 《电力设备》2017年第26期论文;