论真空断路器合闸弹跳

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)福建逢兴机电设备有限公司 作者:苏太育

  真空断路器采用真空灭弧室,真空灭弧室中动触头和静触头采用平面对接方式接触。为保证动触头和静触头良好的接触,必须保证足够的触头压力;在真空断路器合闸过程中,动触头具有合理的合闸速度(一般控制在0.4~0.8 m/s),合闸瞬间动触头和静触头发生弹性碰撞,触头压力又将动触头保持在合闸位置,出现动触头反复的跳动过程,即弹跳现象产生。在合闸时动静触头刚接触直至动静触头稳定接触瞬间为止的时间间隔即为弹跳。弹跳时间为n ms。

  合闸弹跳对真空断路器影响目前业内关于合闸弹跳对真空断路器的影响存在两种看法。

1、弹跳无害论

  型式试验中真空灭弧室触头熔焊分不开时就把原因归结到合闸弹跳上是不合理的。分析中做单分试验和动热稳定时也出现熔焊,那又如何解释呢?认为只要有足够大的触头压力完全可以避免动静触头的熔焊,与合闸弹跳并没关系。合闸弹跳时间n ms不等于触头回弹了n ms,合闸弹跳时间越长,触头熔焊越严重的观点并不一定成立。合闸弹跳时间是在空载时测得,而在负载时也会有预击穿发生,伴随着产生和合闸方向相反的电动力,这相当于一个缓冲器.此时有可能没有弹跳。认为真空断路器开断失败、重击穿和触头熔焊等和合闸弹跳毫无关系,甚至主张将这一指标从技术条件中删除。

2、弹跳有害论

  真空断路器合闸弹跳过程中,动触头在触头压力的作用下回弹距离小,电弧不会熄灭,容易导致灭弧室的动、静触头电弧烧损。弹跳时间过长的主要危害在于加速了真空灭弧室触头的电磨损,从而导致灭弧室电寿命缩短。在关合峰值电流时,真空断路器发生合闸弹跳现象,真空灭弧室内电弧能量会迅速积累,容易产生动静触头发热熔焊现象,特别是关合容性电流时合闸涌流较大,如果弹跳时间过长就会使得真空灭弧室触头发生熔焊,严重影响真空断路器的电寿命。

合闸弹跳产生的原因及抑制合闸弹跳的方法

  真空断路器在合闸操作时,为了保证足够的触头压力合闸机构具有较大的动能,这一能量在动静触头碰撞后主要被分成了三部分:合闸碰撞损失、传动机构的触头压缩弹簧的部分储能和触头弹跳时的动能。从理论上讲,产生弹跳的主要原因是在动静触头合闸碰撞时,合闸冲击不能因材料变形以及操动机构上触头压缩弹簧的部分储能全部吸收掉,剩余的能量使得动触头发生了反弹而产生的。剩余的能量也就是触头弹跳时的动能,直到该能量全部消耗完毕为止,弹跳才消失。

  真空断路器动触头合闸弹跳分散性很大,影响因素也很多。主要原因有以下几点:真空灭弧室、真空断路器合闸速度、触头压力、传动机构动端的质量、机构的传动间隙和真空断路器安装装配质量、机构稳定性等。

1、真空灭弧室对弹跳的影响

  真空灭弧室动触头机械强度、质量、动和静触头平面度对弹跳的影响合闸的碰撞损失,也就是合闸碰撞过程中动静触头产生变形而吸收的能量。这包括动、静触头的材料弹性变形和塑性变形。动、静触头的机械强度越高,其变形能力越差,碰撞损失越小,吸收合闸能量的能力也就越小,弹跳就会越大。因此,在保证灭弧室机械性能要求的前提下,适当的降低电极的机械强度,也可以很好地降低弹跳。

  合闸时的动能与动触头、动端的质量和合闸速度成正比,动触头、动端的质量越大其产生的惯性冲击越大;动端的质量过大又会引起断路器合闸弹跳时间加长,在确保真空断路器合闸可靠的前提下,应尽量减小动端质量避免合闸弹跳加剧。动、静触头平面度越差,弹跳越大。动、静触头平面度差,碰撞时的接触面积就小,碰撞损失也就小,弹跳也就会相应加大。真空灭弧室是外购元件,其特性是外购厂成型的无法改变,但应选择性能和口碑良好的真空灭弧室生产厂家。

2、真空断路器合闸速度对弹跳的影响

  合闸时,合闸速度越大所产生的合闸冲击也越大,动、静触头发生碰撞的反弹幅值越大,会出现触头反复的合、分过程,反弹幅值越大,弹跳时间就越长。所以,要合理设计并控制合闸速度。不能过高追求高合闸速度,导致合闸弹跳过大。

3、传动机构的推杆与真空灭弧室同心度配合对弹跳的影响

  传动机构的推杆与真空灭弧室同心度几何公差越大,弹跳越大。当传动机构的轴心与真空灭弧室不同轴时,灭弧室被强迫适应机构,造成动导电杆发生倾斜,更严重时静端盖板也会因受弯曲力而变形,使得动静触头闭合时两触头间产生夹角,碰撞时的接触面积减小,碰撞损失也就小,从而使得弹跳增大。同时动导电杆倾斜,在合闸过程中导电杆与导向套运动不畅,也会使弹跳时间加长。

4 、触头压力对弹跳的影响

  弹跳与触头初压力成反比。为了保证关合过程中动、静触头可靠接触,需要增加动、静触头间的接触压力,触头接触压力分为触头初压力和触头终压力。触头终压力的大小主要取决于触头弹簧的超程和刚度;触头初压力的大小则取决于触头弹簧的刚度和触头弹簧的预压缩量。足够的触头初压力使触头在闭合碰撞时得到缓冲, 将碰撞的动能转为弹性势能,抑制触头的弹跳时间。在适应合闸机构的合闸功情况下尽可能提高触头初压力。

5、机构的传动间隙对弹跳的影响

  机构的传动间隙越大所造成的弹跳也越大的,对机构传动间隙进行控制,通常控制在0.03~0.05 mm内,减小空程间隙;机构传动间隙越大,带来合闸弹跳的可能性就越大,同时机构的可靠性降低。

6、真空断路器安装装配质量对弹跳的影响

  开关安装装配质量是造成弹跳过大重要因素。提高真空断路器的装配工艺质量。装配合理,真空灭弧室不受到额外的力。调整导向装置的位置,使真空灭弧室动触头的运动轨迹与弧室的轴心在一条直线上,真空灭弧室动触头活动自如,无卡涩现象,确保真空断路器的各支撑部件的强度及相关紧固件不松动等。

7、机构稳定性对弹跳的影响

  真空灭弧室的动、静导电杆材料是由无氧铜,起导通电流的作用,真空灭弧室触头材料大量使用的是铜铬合金。无氧铜材料导电性能优良但刚性较差,超程在前200次合闸过程中会变小导致触头压力变小。为确保机械特性稳定,真空断路器在出厂检测前进行300次的合分操作,使其动、静导电杆冷作硬化达到机械磨合的效果,这样就能确保出厂后的真空断路器特性稳定,超程稳定并不会再发生大的变化,通过机械磨合试验后触头材料平面度提高,这些都能降低合闸弹跳。

结束语

  如果弹跳时间控制在5 ms以下,对电寿命的影响是很小的。但是GB 50150 -2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中第12.0.5条测量合闸过程中触头接触后的弹跳时间,应符合下列规定:合闸过程中触头接触后的弹跳时间,40.5 kV以下断路器不应大于2 ms;40.5 kV及以上断路器不应大于3 ms。虽然不是强制性标准,但真空断路器制造厂在交接或验收时是否会受到验收人员的质问或在招投标中受到排斥?有些制造厂家为了体现其高参数甚至技术要求合闸弹跳小于1 ms。为了避免在供货验收或招投标时引起不必要的麻烦,依靠目前成熟技术和制造工艺通过调整真空断路器的合闸弹跳完全能达到GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求。

  论真空断路器合闸弹跳为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/vacuum-circuit-breaker/063546.html

  与 真空断路器 真空断路器 相关的文章请阅读:

  真空断路器http://www.chvacuum.com/vacuum-circuit-breaker/