浅谈高压真空开关的机械参数及其调试

浅谈高压真空开关的机械参数及其调试

下面分析真空开关的几个重要参数的选择及其调试。1高压真空开关的额定开距额定开距是真空开关触头处在完全断开位置时，动静触头之间的最短距离。它决定于真空开关的额定电压、使用条件下开断电流的性质、触头材料及其耐压要求。在不同额定电压下，不同种类的真空开关触头开距的选择范围见表1。表1真空开关触头额定开距的选择范围种类额定电压/KV 额定开距/mm 真空接触器3～63～6 3～64～8 真空断路器1035 9～1235～40 真空负荷开关6～10 8～12

从表1可知，真空接触器的触头开距选择得小些，主要是为了适应频繁操作的需要，以提高真空开关的电寿命和机械寿命，但牺牲了一定的耐压强度。断路器触头开距相对选得高些，但真空开关触头开距与耐压强度并非是呈线性关系。当额定电压超过一定值后，往往采用两个断口或多个开关管串联的方法来解决耐压问题。每一种真空开关触头开距都有技术条件的规定，开距太大太小都会引起开断能力下降，导致开关机械寿命降低。

2高压真空开关的超程超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离。超程的作用主要有以下几点：a)保证触头在电磨损后仍能保持一定的接触压力；b)触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳；c)在触头分闸时，使动触头获得一定的初始的动能，拉断熔焊点，提高初始分闸速度，减小燃弧时间，从而提高介质恢复的速度。如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可*。真空开关的超程取额定开距的15%～40%左右，10 kV级真空开关的超程一般取3～4 mm。

3触头工作压力真空开关在合闸工作状态时，还必须使操动机构给予一外加弹簧压力，使动、静触头接触良好，这一外加压力称作触头工作压力。选择和调试触头工作压力时，应考虑以下几种情况。a)由于真空开关管触头之间的接触电阻与触头间的压力有关，在一定范围内，压力越大，接触电阻越小越稳定，因此，一般真空开关每相的接触电阻不要大于100 μΩ；b)关合短路电流试验是考核触头工作压力是否满足要求的最苛刻的条件，并以此工作条件决定触头的工作压力，因此，在关合短路电流试验中，所选择的真空开关管两触头之间的压力必须大于触头在击穿后要产生的电弧和电动斥力，否则，会导致试

验的失败和开关的损坏；c)必须能抑制合闸弹跳。当真空开关合闸时，动电极(包括动触头、导电杆、导电夹、软连接线及机构上与动电极相连的其它零件)具有较大的动能，其动能的大小为：Ek=(1/2)mv 2 式中Ek——合闸瞬时动能，J；m——动电极质量，kg；v——闭合瞬时速度，m/s。

从上式可见，这一动能与动电极的质量成正比，与触头闭合时的即时速度平方成正比。当两触头碰撞后，能量可分三部分，即碰撞损失能量、触头压缩弹簧的部分储能、触头弹跳时动能，其中弹簧储能大小为：Ep=(1/2)(F1+F0)·h 式中Ep——触头压缩弹簧储能，J；F1——下限触头工作压力，N；

F0——压缩弹簧初始压力，N；h——触头超程，m。从上式可知，合理选择F1，F0，h可有效地抑制合闸弹跳。d)真空开关分闸后，在额定开距处会作衰减振动的机械震荡，这种情况称分闸弹振。它不仅对真空开关的机械寿命产生不良影响，而且增加了真空开关工作时的重燃和重击穿概率。因此，要想减小弹振，必须从下面几方面考虑：尽量降低触头及其连接部分的质量；选择适当的分闸弹簧；使用适当的缓冲橡皮以降低分闸到底时的触头即时速度；选择适当的触头压缩弹簧参数F1和F0。此外，选择触头的工作压力还必须考虑触头材料的硬度、分闸速度的需要等因素。它们对真空开关的性能有很大影响，必须进行综合考虑。下面列出真空开关的触头工作压力在不同的分断电流下得出的经验数据，见表2。

表2触头接触压力与分断电流大小的关系I/kA 8 12.5 16 20 25 31.5 40 F1/N 300 500 700 900～1200 1400～1700 1400～1800 2000～2500

4分闸速度分闸速度的大小将直接影响电流过零后触头之间介质强度的恢复速度。如果在电弧熄灭后，触头间介质强度的恢复速率小于恢复电压，将造成重燃。可见，分闸速度不能太低，太低不但影响灭弧，而且加速触头的电磨损引起重燃，产生严重的过电压。通常，分闸速度取0.8～1.2 m/s，根据工作任务，必要时可高于1.5 m/s。当额定电压和触头开距一定时，分闸速度的调整范围取决于开断电流的大小、负载性质、恢复电压等因素。开断电流较大时，分闸速度也应该较大，此时，由于恢复电压较高，为减少重燃概率，分闸速度也应较大。但并不是分闸速度越大越好，当分闸速度过大时，操作过程中的振动(弹跳和弹振)也越严重，对真空开关波纹管的振动压缩也就越严重，甚至会提前损坏波纹管而漏气，同时，整机的振动也越大，易造成整机零部件的损坏，因此，还必须根据真空开管的工作任务作出适当的选择。5

合闸速度合闸速度通常是指触头闭合运动时的平均合闸速度。由于真空开关管在额定开距时的静态耐压水平比较高，因而真空开关的合闸速度要比分闸速度低些，但必须具备一定的合闸速度，在能减小触头在合闸过程中由于被击穿造成的电磨损，避免产生触头熔焊。可是，过高的合闸速度，不但增加振动机构的合闸功，而且使开关管受到的合闸冲击增大，降低它的使用寿命。通常10 kV级真空开关的合闸速度取0.4～0.7 m/s，根据工作任务，必要时取0.8～1.2 m/s。6弹跳时间弹跳时间是指触头合闸时的衰减振动时间。合闸弹跳时间越小，整机的性能相对较好，合闸弹跳时间过长，将会引起触头燃损，产生合闸过电压，在做短路关合试验时，有可能导致触头熔焊。对于10 kV级、铜铬触头材料的真空开关，一般要求它的合闸弹跳时间不得超过2 ms，铜钨触头的合闸弹跳时间不得超过3 ms。

7三极同期性真空开关的三极同期性表示三极不同时闭合或分离的程度。三极同期性差的真空开关，对开断能力产生一定影响，测得燃弧时间也长。通常规定，合闸或分闸的同期性不超过1 ms。数值上合闸和分闸同期性的数值差别不大。由于真空开关的分闸速度均较大，开距较小，通过它的制造工艺及准确的调试，达到这一参数并不困难。8动静触头的同轴度动静触头的同轴度对真空开关管也有具体要求，并通过制造工艺来保证的。对于悬挂式机构，同轴度主要取决于操动机构，落地式机构对同轴度的影响也较大，在装配时要避免开关管受到剪力和切力的作用，同轴度一般要求不大于1 mm。