真空灭弧室机械参数确定原则

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)陕西宝光真空电器股份有限公司 作者:王 荃

  真空开关的机械参数决定了电气性能。本文总结了真空灭弧室和真空开关的机械参数及其关系,并论述了相关机械参数的来源、确定依据以及相关关系,以此推导出相对最佳的保证开关电气性能的机械参数。

  真空灭弧室作为真空开关绝缘和灭弧的关键器件,其电气性能靠真空开关的机械参数保证。灭弧室电气性能和开关机械性能之间的关系,以及什么样的机械参数可以保证真空灭弧室实现最佳性能,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为都是需要探讨的问题。本文对真空灭弧室和真空开关的机械参数及其相互关系进行分析总结,并论述相关机械参数的来源和确定依据,进而推导出相对最佳的保证开关电气性能的机械参数。

1、开关机械参数

  1.1、灭弧室和开关的机械参数

  真空灭弧室以及实现灭弧室开闭的开关涉及机械机构的动作,其电气性能除了受结构本身制约外,还受到机械动作相关参数的影响,灭弧室自身及其对开关机构所要求的机械参数分别如表1和表2所示。

表1 灭弧室自身机械参数

灭弧室自身机械参数

表2 要求开关达到的机械参数

要求开关达到的机械参数

  1.2、开关合闸过程及相关参数

  真空开关合闸过程中相关参数间的顺序如图1所示,各参数之间的时间关系构成合闸曲线如图2所示,合闸曲线的特性直接影响到真空灭弧室的关合以及分断性能。

开关合闸过程参数出现顺序

图1 开关合闸过程参数出现顺序

开关合闸曲线

图2 开关合闸曲线

  1.3、开关分闸过程及相关参数

  与开关合闸过程相似,开关分闸过程中相关参数的出现也有一定的顺序,图3为开关分闸过程中的参数关系。各参数之间的时间关系构成分闸曲线,图4和图5分别给出了一种理想的分闸曲线和不好的分闸曲线。

开关分闸过程参数出现顺序

图3 开关分闸过程参数出现顺序

开关理想的分闸曲线

图4 开关理想的分闸曲线

开关不好的分闸曲线

图5 开关不好的分闸曲线

  可以看出,图4中刚分速度较大,而触头分闸超程和分闸触头反弹幅值均控制较小,参数优于图5中参数。

2、开关合闸相关参数确定原则

  配用弹簧储能机构的断路器,在合闸时触头往往处于加速运动的状态,在闭合时达到最高速度。合理的传动比设计,可以降低这一速度,但势必影响分闸速度,因此有一定的局限性。

  配用永磁机构的断路器,采用对合闸电流的控制,从而实现对合闸速度的即时可控,并使触头刚合速度降到接近0m/s,最大限度地降低合闸对灭弧室的机械冲击,并大大提升灭弧室的机械寿命(图6所示)。

开关理想的合闸曲线

图6 开关理想的合闸曲线

  2.1、平均合闸速度和刚合速度

  从降低机械冲击,从而降低合闸弹跳,增加机械寿命,减小灭弧室机械损伤的角度出发,希望合闸速度尤其是刚合速度要低。但从减小预击穿时间,降低合闸涌流危害,减小触头磨损量,降低预击穿期间不稳定的火花放电造成重复脉冲电压发生的可能性考虑,又希望较高的刚合速度,对于刚合速度的距离定义希望是在合闸电压预击穿的距离内。如果速度低导致预击穿时间较长,就需要适当提高合闸速度,之所以要适当是因为合闸弹跳时间也会随着刚合速度的提高而增加,所以就需要考虑预击穿的触头烧损与合闸弹跳造成的熔焊相比哪方面的影响更大。一般认为对于高电压开断短路电流小的参数,刚合速度需要高一些,合闸弹跳标准可适当放宽。而对于低电压(24kV以下)开断短路电流较大的参数,刚合速度要低,主要控制合闸弹跳。

  2.2、额定触头压力和触头预压力

  在关合过程触头刚刚接触时,压紧触头的力量是触头预压力,这时候超行程还没有开始,当超行程运动结束后,施加在触头上的力称作额定触头压力。

3、结论

  从真空灭弧室需求出发分析讨论真空灭弧室和真空开关机械参数及其关系,总结了相关机械参数的来源及其对开关性能的影响,分析给出了相关参数的确定依据,为提高真空开关性能提供了一定的参考。

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