由于真空斷路器觸頭采用平面對接方式接觸,合閘瞬間動(dòng)靜觸頭碰撞會(huì )引起動(dòng)觸頭彈跳,動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間是真空斷路器機械特性的一項重要參數。對真空斷路器而言,穩定的性能參數是其安全運行的前提。
動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間是影響真空斷路器的電壽命、機械壽命、觸頭熔焊和合閘過(guò)電壓的重要因素。真空斷路器動(dòng)觸頭合閘彈跳分散性很大,影響因素也很多。從動(dòng)靜觸頭接觸產(chǎn)生碰撞為切入點(diǎn),研究解決動(dòng)觸頭合閘彈跳的辦法很有必要。
1、合閘速度與動(dòng)觸頭彈跳時(shí)間
合閘速度:GB/T 2900.20—1994《電工術(shù)語(yǔ) 高壓開(kāi)關(guān)設備》中定義為,開(kāi)關(guān)合閘過(guò)程中,動(dòng)觸頭運動(dòng)速度。
動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間:JB/T 3855—2008《高壓交流真空斷路器》中定義為,從觸頭第一次接觸開(kāi)始到觸頭穩定接通時(shí)刻的時(shí)間。
真空斷路器合閘時(shí),電動(dòng)力向與合閘力的方向相反。當電動(dòng)力過(guò)大時(shí),合閘操作力被減弱,動(dòng)觸頭由
于電動(dòng)力的作用而反彈回來(lái)。當合閘時(shí)在觸頭間產(chǎn)生的電弧熄滅后合閘動(dòng)作再次開(kāi)始,這樣就有可能反復產(chǎn)生觸頭的合分過(guò)程,即彈跳現象。當發(fā)生彈跳現象時(shí),電弧能量積累起來(lái),有時(shí)會(huì )引起滅弧室的損壞。斷路器閉合短路故障時(shí),發(fā)生彈跳現象是嚴重的。額定短路閉合電流是表示斷路器最嚴重工作狀態(tài)的一種技術(shù)參數,因此必須保證斷路器在額定合閘電流下的合閘能力。真空斷路器的觸頭行程很小,合閘過(guò)程中在觸頭接觸前只需要很小的驅動(dòng)力,一旦觸頭閉合,就需要很大的驅動(dòng)力來(lái)壓縮觸頭彈簧,以獲得足夠的觸頭壓力。因此真空斷路器的反力特性在觸頭接觸瞬間有一個(gè)大幅度的正向突變。
12 kV真空斷路器合閘終了時(shí)的觸頭反力常常超過(guò)1 t。而真空斷路器所需要的平均合閘速度并不高,為0.4-0.8 m/s。合閘速度太快容易引起動(dòng)觸頭合閘彈跳,是不希望的。
合閘速度對真空滅弧室性能指標的影響主要表現在預擊穿時(shí)間及閉合瞬間的動(dòng)觸頭沖擊動(dòng)量。合閘速度慢,使預擊穿時(shí)間增加,引起預擊穿電弧的觸頭侵蝕加劇,甚至發(fā)生熔焊;但合閘速度太快會(huì )加大動(dòng)觸頭的沖擊動(dòng)量,使其彈跳時(shí)間延長(cháng),也會(huì )加劇電侵蝕與引起熔焊。
真空斷路器動(dòng)靜觸頭在閉合過(guò)程中,并不是僅僅一接觸就結束了。動(dòng)靜觸頭接觸后還有一個(gè)觸頭彈簧壓縮的過(guò)程,這一彈簧的壓縮量折算到動(dòng)觸頭的沿軸線(xiàn)運動(dòng)距離,稱(chēng)之為超行程。一般稱(chēng)觸頭彈簧開(kāi)始壓縮時(shí)及壓縮終了時(shí)觸頭間的壓力分別為初壓力和終壓力。根據參考文獻分析了觸頭初壓力和其他參數對合閘彈跳的影響,并推導出動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間
t=(2.4-2.6)mVo
式中 : m — 動(dòng)觸頭端質(zhì)量
Vo— 關(guān)合時(shí)的瞬時(shí)速度
K— 碰撞損失系數
Fo— 觸頭初壓力。
通過(guò)分析可知,動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間隨m、Vo減小及Fo的增大而縮短。
另外依據以往真空斷路器設計經(jīng)驗,上述三者中合閘時(shí)接觸速度Vo對動(dòng)觸頭合閘彈跳影響最大,因此合閘速度是影響動(dòng)觸頭合閘彈跳時(shí)間的重要因素,合閘速度過(guò)快,合閘過(guò)程對滅弧室觸頭的沖擊越大,產(chǎn)生彈跳的時(shí)間越長(cháng)。