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1、1关于真空断路器合闸弹跳与分闸弹振浅析作者： Andrea Mengo, Philippe Picot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
2、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；一引言 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。二合闸弹跳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 45次，持续26ms。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
3、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。 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
4、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、v2，作用时间为t。则由牛顿力学理论可知：Ft=mv2-mv1F=m (v2 1) /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v1实现:因为当v1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v2。方法是：在动触头系统上加装压簧，在断路
5、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，不要形成线或点接触；其二是 在静端使用缓冲元件（如橡胶垫圈、油缓冲器等），以增加撞击接触 时间。三分闸弹振1. 开距与分闸速度开距即开关分闸状态两触头间的距离。 目前，被多数人所接受的 观点是：真空开关在小开距时，开断能力强。随着开距的增加，极限 开断电流减小。其原因是开距增加后，磁场减弱，电弧能量损失大， 不利于开断。分闸速度是一种平均速度，即开距与分闸时间
6、的比值。 而分断过程中， 真正起作用的是刚分速度， 即两触头刚刚离开的瞬间 的速度。刚分速度要靠超行程提供。 当分闸传动连杆运行完超行程所 需要的时间后，达到了一定的速度（刚分速度），动静触头才开始分 离。实践经验表明，在条件允许的情况下，适当缩小触头开距，增加 超行程，可以提高刚分速度，提高开断能力。2. 分闸速度和分闸弹振真空开关在分闸过程中，动触头不可能运动到预定的开距时就完全停 止运动。因为此时动触头系统存在着动能（Va是触头分闸处于开 距点位置a时的速度），此时操动系统与缓冲器作用，以设定的开距 位置为中心进行阻尼震动，即所说的分闸弹振。分闸弹振的动触头位 移一时间曲线如图一所示：图
7、一分削弹振位移-时间曲线The positiontime curve of switchoff oscillation在图一中，分闸时动触头运动到设定的开距点处，即a点处动触头系统的势能为零。根据能量守恒定律，有关系式： 11.-m Va = -mv2 + - kx2 + W7（1）2 a2 2 z式中V表示分闸弹振过程中任意位置的速度，X是动触头相对开距 点的位移，k表示分闸弹簧的倔强系数， Wz是缓冲器转换出去的能 量。由图一可见，b点的位移就是分闸弹振的最大振幅，用 A表示。因此在b点，触头瞬时速度vb=0,故在b点式（1）变为2 kA2 + Wz = -即从式(2)可以看出，因为k ,
8、 m不变，分闸弹振最大振幅A随va及 Wz的变化而变化。当缓冲器性能稳定时，可认为 Wz不变，所以va 越大，分闸弹振的最大振幅越大。要想成功地分断电流，要求在分闸的最初半个周期(10 ms)内，动触头至少应走完总开距的50 % 90 %，即分闸时间变化范围不大。为了使问题简化，可以假定分闸 时间不变，故由图二可知va越大，其平均分闸速度越大。因此可得出 结论，当其它条件不变时，平均分闸速度越大，分闸弹振就越大。分呵时“I】近年来，由于触头新材料的采用，真空开关的开距趋小。分闸弹振在小开距情况下，影响尤其显著，常导致真空灭弧室由于反弹击穿, 应引起高度重视。 5四结束语 开关的性能参数是相互影响的，调整要统筹兼顾。另外，有些公司对 开关的一些关键零部件的生产工艺把握得不好， 如在金属材料的调质 处理上，刚度、韧性不适度，致使开关动态参数与静态参数严重偏离， 直接影响开断试验的成功率， 影响了开关的使用寿命， 生产厂家对此 应给以充分的重视。