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关于真空断路器合闸弹跳与分闸弹振浅析

作者:秦峰(镇江大全赛雪龙牵引电气有限公司 212211)

摘要: 作者在本文中阐述了真空断路器的合闸弹跳与分闸弹振的定义,并通过试验分析
说明了其产生的原因:触头材料硬度越大,合闸弹跳越大;而触头压力越大,合闸弹跳越小;
较大的合闸弹跳增加了触头熔焊的可能性,从而导致短路开断失败。总结了调试真空开关实
践经验,给出了几种减小合闸弹跳的方法。针对目前真空开关向“小开距”的方向发展,因
此在条件允许的情况下,适当缩小触头开距,增加超行程,可以提高分闸速度,因此可以提
高开断短路电流的能力。但作者也分析指出:分闸速度过大,会产生不利于短路开断的负面
影响—分闸弹振。因此需要选择合适的触头开距。
关键词: 合闸弹跳; 分闸弹振; 开距; 超行程;

合闸弹跳是真空断路器短路开断试验失败的主要原因之一。这一点已经逐渐
成为真空开关业内的共识。本文尝试用浅显的物理学理论分析合闸弹跳,为实践
经验提供理论解释。分闸弹振对开断失败的影响,一直没有引起足够的重视,通
过分析,给出分闸弹振与分闸速度的关系。


1. 合闸弹跳定义、产生原因及其影响
合闸弹跳是指断路器动触头与静触头碰撞接触后被反作用力推开,然后再接触
又被推开的现象。严重者反复 4~5 次,持续 2~6ms。从本质上说,这是一种
受迫阻尼振荡。振荡的频率、振幅取决于动触头系统的质量、速度、弹簧的倔强
系数及碰撞后阻尼情况。分析说明,触头材料的硬度越大,弹跳时间越长;触头
材料的硬度相同时,触头压力越大,弹跳时间越短。
当断路器带电操作时,两触头之间若存在弹跳,真空电弧的燃弧时间延长[1 ] 。
真空电弧是一种高温等离子体,弧体温度可达到七、八千度。燃弧时间的增加使
触头表面熔化的深度和广度都增加,合闸时就会造成两触头液面接触,瞬间冷却
后两触头熔焊在一起。这种熔焊,靠操作机构几千牛顿的分闸力是拉不开的。
 
1
有时熔焊点很小,分闸力能拉开,但常常把触头表面拉变形,造成开断后恢复电
压短路。因此,熔焊的结果可能使短路开断失败。
2. 如何消除合闸弹跳
合闸时,动触头系统在操动机构的带动下,相对于静触头作合闸运动。合闸时触
头撞击力 F 是决定断路器产生弹跳大小的关键因素。设碰撞前后的速度分别为
v1 、v
,作用时间为 t 。则由牛顿力学理论可知:
Ft=mv
-mv
F=m(v
-v
)/t
减小 F,弹跳也减小。由上式,可又三种方法实现减小触头撞击力 F:
a. 降低动触头系统的质量 m。这可以通过缩短导电杆的长度,减小导电夹、软
连接的尺寸,选用轻质绝缘子等来实现;
b. 减小碰撞前后速度差的绝对值。根据经验,这不能通过减小合闸速度v
实现:
因为当v
太小,会使合闸功不足,反而会加剧弹跳的幅度。只能设法减小v
。
方法是:在动触头系统上加装压簧,在断路器合闸时,使其压缩,产生一个
预压力即触头的初压力,以抵消动触头回弹力。
c. 增大动静触头的碰撞时间 t。有两种方法实现:其一是生产开关管时设法保证
开关管的动静导电杆的同轴度,在整机调整时还要把开关管装正,尽可能使
两触头为平面接触