論真空斷路器合閘彈跳

2013-06-27 蘇太育 福建逢興機電設備有限公司

  真空斷路器采用真空滅弧室,真空滅弧室中動觸頭和靜觸頭采用平面對接方式接觸。為保證動觸頭和靜觸頭良好的接觸,必須保證足夠的觸頭壓力;在真空斷路器合閘過程中,動觸頭具有合理的合閘速度(一般控制在0.4~0.8 m/s),合閘瞬間動觸頭和靜觸頭發(fā)生彈性碰撞,觸頭壓力又將動觸頭保持在合閘位置,出現(xiàn)動觸頭反復的跳動過程,即彈跳現(xiàn)象產(chǎn)生。在合閘時動靜觸頭剛接觸直至動靜觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時間間隔即為彈跳。彈跳時間為n ms。

  合閘彈跳對真空斷路器影響目前業(yè)內(nèi)關于合閘彈跳對真空斷路器的影響存在兩種看法。

1、彈跳無害論

  型式試驗中真空滅弧室觸頭熔焊分不開時就把原因歸結(jié)到合閘彈跳上是不合理的。分析中做單分試驗和動熱穩(wěn)定時也出現(xiàn)熔焊,那又如何解釋呢?認為只要有足夠大的觸頭壓力完全可以避免動靜觸頭的熔焊,與合閘彈跳并沒關系。合閘彈跳時間n ms不等于觸頭回彈了n ms,合閘彈跳時間越長,觸頭熔焊越嚴重的觀點并不一定成立。合閘彈跳時間是在空載時測得,而在負載時也會有預擊穿發(fā)生,伴隨著產(chǎn)生和合閘方向相反的電動力,這相當于一個緩沖器.此時有可能沒有彈跳。認為真空斷路器開斷失敗、重擊穿和觸頭熔焊等和合閘彈跳毫無關系,甚至主張將這一指標從技術條件中刪除。

2、彈跳有害論

  真空斷路器合閘彈跳過程中,動觸頭在觸頭壓力的作用下回彈距離小,電弧不會熄滅,容易導致滅弧室的動、靜觸頭電弧燒損。彈跳時間過長的主要危害在于加速了真空滅弧室觸頭的電磨損,從而導致滅弧室電壽命縮短。在關合峰值電流時,真空斷路器發(fā)生合閘彈跳現(xiàn)象,真空滅弧室內(nèi)電弧能量會迅速積累,容易產(chǎn)生動靜觸頭發(fā)熱熔焊現(xiàn)象,特別是關合容性電流時合閘涌流較大,如果彈跳時間過長就會使得真空滅弧室觸頭發(fā)生熔焊,嚴重影響真空斷路器的電壽命。

合閘彈跳產(chǎn)生的原因及抑制合閘彈跳的方法

  真空斷路器在合閘操作時,為了保證足夠的觸頭壓力合閘機構(gòu)具有較大的動能,這一能量在動靜觸頭碰撞后主要被分成了三部分:合閘碰撞損失、傳動機構(gòu)的觸頭壓縮彈簧的部分儲能和觸頭彈跳時的動能。從理論上講,產(chǎn)生彈跳的主要原因是在動靜觸頭合閘碰撞時,合閘沖擊不能因材料變形以及操動機構(gòu)上觸頭壓縮彈簧的部分儲能全部吸收掉,剩余的能量使得動觸頭發(fā)生了反彈而產(chǎn)生的。剩余的能量也就是觸頭彈跳時的動能,直到該能量全部消耗完畢為止,彈跳才消失。

  真空斷路器動觸頭合閘彈跳分散性很大,影響因素也很多。主要原因有以下幾點:真空滅弧室、真空斷路器合閘速度、觸頭壓力、傳動機構(gòu)動端的質(zhì)量、機構(gòu)的傳動間隙和真空斷路器安裝裝配質(zhì)量、機構(gòu)穩(wěn)定性等。

1、真空滅弧室對彈跳的影響

  真空滅弧室動觸頭機械強度、質(zhì)量、動和靜觸頭平面度對彈跳的影響合閘的碰撞損失,也就是合閘碰撞過程中動靜觸頭產(chǎn)生變形而吸收的能量。這包括動、靜觸頭的材料彈性變形和塑性變形。動、靜觸頭的機械強度越高,其變形能力越差,碰撞損失越小,吸收合閘能量的能力也就越小,彈跳就會越大。因此,在保證滅弧室機械性能要求的前提下,適當?shù)慕档碗姌O的機械強度,也可以很好地降低彈跳。

  合閘時的動能與動觸頭、動端的質(zhì)量和合閘速度成正比,動觸頭、動端的質(zhì)量越大其產(chǎn)生的慣性沖擊越大;動端的質(zhì)量過大又會引起斷路器合閘彈跳時間加長,在確保真空斷路器合閘可靠的前提下,應盡量減小動端質(zhì)量避免合閘彈跳加劇。動、靜觸頭平面度越差,彈跳越大。動、靜觸頭平面度差,碰撞時的接觸面積就小,碰撞損失也就小,彈跳也就會相應加大。真空滅弧室是外購元件,其特性是外購廠成型的無法改變,但應選擇性能和口碑良好的真空滅弧室生產(chǎn)廠家。

2、真空斷路器合閘速度對彈跳的影響

  合閘時,合閘速度越大所產(chǎn)生的合閘沖擊也越大,動、靜觸頭發(fā)生碰撞的反彈幅值越大,會出現(xiàn)觸頭反復的合、分過程,反彈幅值越大,彈跳時間就越長。所以,要合理設計并控制合閘速度。不能過高追求高合閘速度,導致合閘彈跳過大。

3、傳動機構(gòu)的推桿與真空滅弧室同心度配合對彈跳的影響

  傳動機構(gòu)的推桿與真空滅弧室同心度幾何公差越大,彈跳越大。當傳動機構(gòu)的軸心與真空滅弧室不同軸時,滅弧室被強迫適應機構(gòu),造成動導電桿發(fā)生傾斜,更嚴重時靜端蓋板也會因受彎曲力而變形,使得動靜觸頭閉合時兩觸頭間產(chǎn)生夾角,碰撞時的接觸面積減小,碰撞損失也就小,從而使得彈跳增大。同時動導電桿傾斜,在合閘過程中導電桿與導向套運動不暢,也會使彈跳時間加長。

4 、觸頭壓力對彈跳的影響

  彈跳與觸頭初壓力成反比。為了保證關合過程中動、靜觸頭可靠接觸,需要增加動、靜觸頭間的接觸壓力,觸頭接觸壓力分為觸頭初壓力和觸頭終壓力。觸頭終壓力的大小主要取決于觸頭彈簧的超程和剛度;觸頭初壓力的大小則取決于觸頭彈簧的剛度和觸頭彈簧的預壓縮量。足夠的觸頭初壓力使觸頭在閉合碰撞時得到緩沖, 將碰撞的動能轉(zhuǎn)為彈性勢能,抑制觸頭的彈跳時間。在適應合閘機構(gòu)的合閘功情況下盡可能提高觸頭初壓力。

5、機構(gòu)的傳動間隙對彈跳的影響

  機構(gòu)的傳動間隙越大所造成的彈跳也越大的,對機構(gòu)傳動間隙進行控制,通?刂圃0.03~0.05 mm內(nèi),減小空程間隙;機構(gòu)傳動間隙越大,帶來合閘彈跳的可能性就越大,同時機構(gòu)的可靠性降低。

6、真空斷路器安裝裝配質(zhì)量對彈跳的影響

  開關安裝裝配質(zhì)量是造成彈跳過大重要因素。提高真空斷路器的裝配工藝質(zhì)量。裝配合理,真空滅弧室不受到額外的力。調(diào)整導向裝置的位置,使真空滅弧室動觸頭的運動軌跡與弧室的軸心在一條直線上,真空滅弧室動觸頭活動自如,無卡澀現(xiàn)象,確保真空斷路器的各支撐部件的強度及相關緊固件不松動等。

7、機構(gòu)穩(wěn)定性對彈跳的影響

  真空滅弧室的動、靜導電桿材料是由無氧銅,起導通電流的作用,真空滅弧室觸頭材料大量使用的是銅鉻合金。無氧銅材料導電性能優(yōu)良但剛性較差,超程在前200次合閘過程中會變小導致觸頭壓力變小。為確保機械特性穩(wěn)定,真空斷路器在出廠檢測前進行300次的合分操作,使其動、靜導電桿冷作硬化達到機械磨合的效果,這樣就能確保出廠后的真空斷路器特性穩(wěn)定,超程穩(wěn)定并不會再發(fā)生大的變化,通過機械磨合試驗后觸頭材料平面度提高,這些都能降低合閘彈跳。

結(jié)束語

  如果彈跳時間控制在5 ms以下,對電壽命的影響是很小的。但是GB 50150 -2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中第12.0.5條測量合閘過程中觸頭接觸后的彈跳時間,應符合下列規(guī)定:合閘過程中觸頭接觸后的彈跳時間,40.5 kV以下斷路器不應大于2 ms;40.5 kV及以上斷路器不應大于3 ms。雖然不是強制性標準,但真空斷路器制造廠在交接或驗收時是否會受到驗收人員的質(zhì)問或在招投標中受到排斥?有些制造廠家為了體現(xiàn)其高參數(shù)甚至技術要求合閘彈跳小于1 ms。為了避免在供貨驗收或招投標時引起不必要的麻煩,依靠目前成熟技術和制造工藝通過調(diào)整真空斷路器的合閘彈跳完全能達到GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求。