有关真空断路器的械特性问题Word下载.docx

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通过仪器对真空断路器进行合闸操作测试，其C相时间行程特性曲线如图2所示。

图中，纵坐标0点位置对应断路器分闸为证，触头开距为7.70mm（动触头由分闸位置到动、静触头刚接触点的行程），即动、静触头导电部分间的间隙。

测量触头开距的传统方法是：

分别测量动导电杆上一点在分、合闸位置时相对于同一基准的距离，二者之差则为触头开距，对应于图2中，分闸位置到合闸位置的行程10.28mm，与真实间隙相差2.58mm。

分析两种方法所测值出现误差的原因：

①加工制造产生的误差：

动、静触头表面微观不平；

触头表面相互不平行，对接不理想；

②零件设计产生的误差：

动、静触头材料、结构及导电杆刚度较小；

基体支撑部分刚度较小等。

触头接触后，在触头弹簧压力及冲击力作用下，产生弹、塑性变形而导致。

由于传感器是机械固定在动导电杆端及上支架上，而且传感器的质量很小，所以对于该测量系统可认为是刚性的，同时，该例中对于测量基准也采用的相同基准，分析也基于同一曲线，所以由测量方法产生的误差可忽略。

根据统计，误差值因断路器及灭弧室的不同而有所不同，约为O～3mn，分散性很大。

为使测量结果准确、稳定，可使断路器空载合、分操作一定次数，拍平触头毛刺，增加接触面积，尽可能消除可能出现的塑性变形，增强整体抗变形能力，以减小测量值的分散性。

同时，由于系统弹性变形仍然存在，所以建议采用测试仪器直接读数，也可用欧姆表等监测触头刚接触位置时，测量动触头在分闸位置与触头刚接触位置间的真实距离作为触头开距。

3.2动态开距

3.2.1最小动态开距——有效开距

真空断路器在分闸操作过程中，动、静触头间可能出现的最小间隙即最小动态开距。

图3为重合闸测试的时间行程特性曲线图。

2次分闸过程中的最小动态开距是不同的，对于该断路器的最小动态开距应取第2次分闸时的最小动态开距，即触头刚接触位置与第2次分闸反弹最高点之间的距离为7.10mm。

在2次分闸过程中，触头最小动态开距的不同是由缓冲器不稳定造成的。

目前，控制最小动态开距的办法是通过控制触头开距和分闸反弹幅值，二者差表征最小动态开距。

但从上面分析可知，影响最小动态开距的因素除触头开距、分闸反弹幅值外，还有缓冲器复位情况。

很多出现开断失败及重击穿现象的原因是有效开距过小，故应规定断路器的最小动态开距。

同样，在测量静态开距时，也需考虑缓冲器的影响，由此可见，分闸缓冲器是十分重要的。

有效开距将直接影响开断及弧后绝缘，它同时考虑了合闸触头变形、分闸反弹、缓冲器复位等情况，使各影响因素有机地联系在一起，解决了以往各自独立考虑时可能出现的问题。

对于真空灭弧室的最小动态开距，应根据它所要完成的开断任务，通过型式试验确定。

3.2.2最大动态开距

在合、分闸操作中动触头的最大行程即为最大动态开距。

从图3中可以看出，最大动态开距为合闸过冲极值点与第1次分闸过冲极值点间的距离13.88mm，远大于额定开距11mm。

可见，最大动态开距将直接影响真空灭弧室波纹管的寿命，从而影响灭弧室寿命及机构稳定性。

3.2.3分闸触头反弹幅值

分闸反弹影响触头有效开距，反弹值较大时，可能导致开断后的重击穿，同时使波纹管由于受大振幅的强迫振动而过早出现裂纹导致灭弧室漏气，影响寿命。

对于分闸反弹幅值，标准鹏3855中没有给定测量方法。

出于对电气性能（耐压和开断等）的考虑，应以静态触头开距和有效开距为准，而出于对机械性能（寿命等）的考虑，应控制其振动的最大幅值，尽可能减小最大振幅。

综上所述，为从根本上解决目前真空断路器性能不稳定、真空灭弧室性能离散性较大等问题，使产品性能有质的提高，有必要改进对真空断路器触头开距的要求，在规定额定触头开距的同时，对最小动态开距、最大动态开距进行规定。

4合闸弹跳

目前，真空断路器均采用对接式触头，且合闸速度较高，触头在合闸时就可能产生弹跳。

由于弹跳不但会使触头熔焊，产生过电压，而且还会使波纹管受强迫振动而出现裂纹，导致灭弧室漏气，所以合闸弹跳越小越好。

在图4的合闸时间行程特性曲线中，合闸时都出现了弹跳。

有必要说明的是，真空断路器的弹跳应为动静触头在接触后出现反向运动（触头弹开），并经若干次弹开至触头最终持续接触这一过程。

当无相对位移（接触后没有弹开）时，开关无弹跳。

析弹跳曲线图4（a），从触头刚接触一直到弹跳结束，动触头下端点的运动没有出现突变，运动特性仍为线性。

说明反弹没有出现在动触头下端点，而出现在动、静触头部分（包括动静导电杆及基体），即动、静触头间形成了一个碰撞反弹系，在碰撞过程中，动能没有完全被消耗掉，出现了弹跳，又由于动触头以后部分传动间隙较小及触头弹簧刚性较大，激振力没有能够激起动导电杆及以后部分的响应，而静端支撑刚度相对较小或触头刚性小，动、静触头的分离，即弹跳（称一级弹跳），由静触头位移或动、静触头形变完成。

分析弹跳曲线图4（b），在弹跳过程中，动触头下端点的运动出现突变，发生反弹，说明在动静触头碰撞后，动触头末端对弹跳激振出现了响应。

由于动、静触头间碰撞过程中动能没有完全消耗掉，又由于传动间隙较大及触头弹簧刚性较小（主要为间隙），没有能够抑制住动触头末端的位移，一级弹跳系统与动导电杆以后部分一起组成二级弹跳系统，并出现二级弹跳，反弹表现在动触头位移，或动触头与静触头两部分位移上。

对这2种合闸弹跳情况进行试验分析，有这样一个统计规律：

曲线（a）的弹跳时间普遍较小（一般小于1.5ms）；

而曲线（b）弹跳时间相对较长。

可以认为，小的传动间隙和大的触头弹簧刚度能很好地抑制动导电杆以后部分参与弹跳系，对反弹有很好的抑制作用，可减小弹跳时间。

通过分析，影响合闸弹跳的因素有：

触头材料、触头结构和动、静导电杆及支撑部分的刚度、触头弹簧刚度及预压力、传动件间隙等。

减小弹跳仅靠减小传动环节间隙、提高触头弹簧的压力是不够的，必须减小并消除一级弹跳，并采取相应措施，才能从根本上解决弹跳问题。

对于一级弹跳，需尽量减小合闸时动触头系统的动能，增加静端支撑部分刚性，同时利用两物体相互碰撞后动能损失的原理，在触头浅表加上阻尼器或利用材料本身的阻尼或触头的结构，设计出能吸收多余能量的触头，使其不产生或减小一级弹跳。

对于二级弹跳，采用一些诸如增加触头弹簧预压力，增加触头弹簧刚性，提高零件加工精度，减小传动环节间隙等措施抑制二级弹跳。

当然，合闸无弹跳或弹跳越小越好，但大量试验证明，将触头弹开时间限制在足够小的范围内（如小于2—），就足以保证触头高质量的工作。

5分闸速度

真空断路器对分闸速度是有一定要求的，因为它影响燃弧时间和弧后介质强度的恢复速度。

为分析方便，将图3中第1个分闸操作与合闸操作放大，同时打开时间速度特性通道，如图5所示。

在动、静触头刚分离瞬间，动触头下端已经具有一定的速度，但此时，动触头位置与触头刚合位置尚有一段距离（2.29mm），触头变形尚未恢复。

说明在机构脱扣后，动触头在分闸弹簧和触头弹簧及动静触头变形能的共同作用下，在分离前已经开始运动。

由于触头恢复变形的速度方向（朝着减小触头开距的方向）与动触头分闸速度方向（朝着增大触头开距的方向）相反，所以，当分闸速度大于触头变形速度时，触头分离，触头间的相对速度为分闸速度与触头形变速度之差，此相对速度为有效（增大开距）速度，该相对速度一直持续到触头恢复变形为止。

所以，虽然刚分绝对速度较快，但并非动静触头的相对速度。

影响触头间隙增加快慢的速度为有效速度，它将决定弧后介质恢复速度，也决定燃弧时间的长短。

由此可见，提高刚分速度，减小触头形变，对提高真空断路器的开断能力十分有利。

目前，对于分闸速度的测试区段各不相同，有的规定为全开距，有的规定从刚分到接触缓冲器前，有的规定为分后一定区段。

根据图5，若按刚分6mm区段来计算平均分闸速度，通过仪器测试出的速度为动触头相对于合闸位置的位移6mm区段的平均速度，此时开距约为3.8mm，实际计算的是从刚分到有效开距为3.8mm时的平均速度。

对于12

kV断路器来说，此间隙尚不够所需的安全间隙。

在这种情况下，若要规定分闸速度为一定区段内的平均速度，就应将触头变形考虑进去。

比较合理的办法是将触头变形最大值加上触头间的安全间隙（即有效开距，如6mm），作为刚分后控制平均速度的区段，即保证动静触头在一定时间内建立起足够的绝缘灭弧间隙。

分闸弹簧在全部分闸过程中都起作用，不仅影响断路器的刚分速度，而且还影响最大分闸速度。

分闸弹簧的力越大，释放能量越多，则刚分速度和最大速度越大。

触头弹簧只在超行程阶段起作用，因此对刚分速度有直接影响[2]。

而且，触头本身的弹性及静触头系统的支撑部分的刚性也对分闸速度，尤其是刚分速度有很大影响。

6超行程

合闸操作中，开关触头接触后动触头继续运动的距离为超行程（对某些结构，如对接式触头，为触头接触后产生闭合力的动触头部件继续运动的距离[1]。

超行程的作用是保证触头在一定程度电磨损后仍能保持一定的接触压力和可靠的电接触；

在分闸时，使动触头获得一定的初始冲击动能，提高动触头的初始加速度和拉断触头熔焊点；

使真空断路器在合闸时能够借助于触头弹簧力得到平滑的缓冲，减轻冲击力。

通常，真空断路器的超行程只取触头开距的15％～40％[3]。

各种真空断路器超行程各不相同，目前基本都用触头弹簧在分合闸时弹簧压缩量来表示，就12kV真空断路器来说，数值从2mm到10mm不等。

而对于运行着的开关，习惯上用超行程的减小值来表示触头的磨损量，以此间接估算真空断路器的剩余电寿命，并依据超行程的减小值来确定触头接触压力是否仍在规定范围内。

　　同样的弹簧、同样的超行程将因其在机构中所处位置不同、所服务的断路器的不同而不同，所以，对超行程及触头弹簧的设计应综合考虑。

首先，对于接触压力：

①为保证触头在刚接触之后就能立即可靠地接触，必须保证一定的触头初压力；

⑦为保证触头在正常工作时可靠接触，其终压力应在要求范围内；

④为保证在一定程度电磨损（应包括机械性缩短）下仍能可靠接触，应要求其对触头磨损具有一定的补偿作用。

其次，对于提高触头刚分速度来说，应将触头弹簧在超行程部分释放能量加大。

最后，对于合闸时的缓冲作用，应综合考虑合闸弹簧、分闸弹簧及机构等其它零部件的情

断路器机械特性及试验

断路器的机械特性也就是物理特性，我们所做的断路器机械特性试验包括分合闸时间、速度、行程，开距，同期，弹跳等。

我厂使用的是六氟化硫和真空断路器，本次总结拿真空断路器来说事，真空开关的机械特性对电气性能影响最大的是分闸运动特性（即分闸速度），因为断路器机械特性存在问题的话就会对电气性能造成影响及潜在的隐患。

真空断路器的结构：

断路器的操动机构：

合闸过程：

当手按下机构外壳的合闸按钮或启动合闸线圈Y3合闸过程便开始，于是脱扣机构12释放由预先已储能的盘簧带动主轴10，凸轮11和主轴10一起转动，绝缘连杆6由移动连杆8和凸轮带动，然后在每一相真空断路器的灭弧室2内的动触头16由绝缘连杆6带动向上运动，直至触头接触好为止，同时触头压力弹簧5被压紧，以保证主触头由适当的压力，在合闸过程中分闸弹簧7也同时被压紧。

分闸过程：

当手按下机构外壳的分闸按钮或启动分闸线圈Y2分闸过程便开始，于是脱扣机构12释放仍有足够储能的盘簧带动主轴10进一步转动，由凸轮11和移动连杆8去释放分闸弹簧，于是动触头16和绝缘连杆6一起以一定的速度向下运动，至分闸位置，同时触头压力弹簧5被压紧，以保证主触头由适当的压力，在合闸过程中分闸弹簧7也同时被压紧。

1．三相不同期:

指开关三相分（合）闸时间的最大及最小值的差值。

2．弹跳时间：

指开关的动静触头在合闸过程中发生的所有接触，分离（即弹跳）的累计时间值（即第一次接触到完全接触的时间）。

3．分闸时间：

处于合闸位置的断路器，从分闸脱扣带电时刻到所有各极触头分离时刻的时间间隔。

4．合闸时间：

处于分闸位置的断路器，从合闸回路带电时刻到所有极的触头都接触时刻的时间间隔。

5．开距：

指开关从分状态开始到动触头与静触头刚接触的这一段距离。

真空断路器的主要作用：

是控制和保护作用，根据系统运行的需要将部分或全部的的电气设备或线路投入或退出；

当电力系统某一部分发生故障时，它和保护装置（综保）相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。

真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线侧的对地绝缘要由该断路器断口的真空间隙承受（所以要做断口的工频耐压试验）；

各种故障开断时，断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。

断路器技术参数的合格范围：

我们以ABB的12KV断路器为例来说明

ABBVD4真空断路器（12KV）

机械特性参数

电气参数

合闸时间

55-67ms

雷电耐受冲击电压

相间／相对地

断口

分闸时间

33-45ms

75KV

85KV

相间合闸不同期

≤2ms

相间分闸不同期

工频耐受电压

42KV

49KV

触头合闸弹跳时间

主回路电阻参数

额定电流（A）

630

1250

1600／2000

2500

3150／4000

含触头臂电阻（μΩ）

70

55

30

28

断路器试验：

如图所示将机械特性测试仪的合闸输出电源接在4和14这两个端子上，将储能电源接在储能电机的两端25和35上，分闸电源接在分闸线圈的两端31和30上，我厂使用的ABB真空断路器还有一个合闸闭锁线圈，在合闸闭锁线圈未得电时，不能合闸，因为常开点S2没有闭合，所以不能合闸。

我们在做试验时用一块折叠的纸将合闸闭锁电磁铁的辅助触点顶住让S2闭合，当发出储能指令时（图纸目前的状态是分闸未储能状态），储能电机开始储能，当储好能后S1的常闭打开，常开闭合，这时已经具备了合闸条件。

当发出合闸指令后，合闸线圈得电去合闸。

合闸后分闸回路的辅助触点S4闭合为分闸做好准备，当发出分闸指令时断路器去跳闸。

真空断路器在做机械特性试验前后都均需做绝缘耐压试验，机械特性试验前做绝缘耐压试验，是为了防止断路器在机械特性试验中因为绝缘强度不够而造成断路器的外绝缘（相间，相对地）破坏，如果是断路器的断口绝缘强度不够当恢复电压大于介质绝缘强度就会造成重燃，重击穿甚至爆炸，所以断路器在做机械特性试验前必须做绝缘耐压试验。

其试验项目有相间，相对地，断口的工频冲击耐压试验。

机械特性试验后的绝缘耐压试验是为了考核断路器的灭弧能力，因此只做断路器断口的工频，冲击耐压试验。

通常断口的耐压等级要高于相间和相对地（例如ABBVD412KV断路器的出厂相间／相对地工频耐压为42KV，断口耐压49KV）由此可见对于断路器断口的绝缘耐压关键是看机械特性试验后的绝缘耐压水平，它是衡量真空灭弧室的灭弧能力的一种简单方法，单一的只看开断前或开断后耐压没有任何意义。

前言自1992年电力部门推广使用真空断路器起，仅过了13年，我国已从少油断路器过渡到真空断路器。

从目前的使用状况来看[1]，抽查中暴露的主要问题表现之一就是产品机械特性的缺陷，如触头行程、平均分、合闸速度等实测值超出产品技术条件的规定范围。

显然，为了提高其产品的质量，对断路器机械特性的主要技术参数进行有意义的探讨是必要的。

1．分、合闸速度

不同型号的真空断路器速度特性曲线形状有差别，但变化大致相同，而且其曲线是唯一的。

由于加工质量和装配中的差异，同种真空断路器合闸前段和分闸后段会有不同，但合闸后段和分闸前段应当差异很小。

凸轮被空转储能簧拉动直至与滚子接触前的一段，这一段是空转。

理论上如无空转则真空灭弧室运动端速度从零开始（实际中为保证机构出力特性都有空转角度）。

按照动量守恒定律，空转角度变大初速度提高。

如CT19空转角度在8.396°

-17.135°

之间。

尽管对初速度影响不大，但对全行程所用时间影响却不小。

因为走过前1—2mm空程所用时间占全行程时间的30%-40%。

对于分闸后段的速度差异则视缓冲特性而定。

其中分闸弹簧在全部分闸过程中都起作用，不仅影响断路器的刚分速度，而且还影响最大分闸速度分闸弹簧的力越大，释放能量越多，则刚分速度和最大速度越大。

触头弹簧只在超行程阶段起作用，因此对刚分速度有直接影响。

而且，触头本身的弹性及静触头系统的支撑部分的刚性也对分闸速度尤其是刚分速度有很大影响。

通常，具体速度的大小是通过试验进行测定的。

2．合闸弹跳

（1）合闸弹跳定义断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。

所有直读数据的开关特性测试仪都是按照这个定义来设计制造的。

影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只有在动静触头不接触时才会产生，在动静触头接触时不会产生。

大量实践及理论分析均表明，真正对真空的电寿命有影响的因素是：

合闸过程中，触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止，这期间的触头断开时间。

（2）合闸弹跳的危害合闸弹跳是真空断路器机械特性的一种重要参数，在合闸弹跳过程中，触头断开距离小，电弧不会熄灭，导致触头电磨损加重，从而影响灭弧室的电寿命，但由于其存在时间较短，远小于合闸过程中电弧燃烧时间。

在一定范围内的弹跳最主要的危害在于加速了灭弧室触头的摩损，从而导致灭弧室电寿命的缩短。

（3）解决合闸弹跳的对策　弹跳对真空灭弧室电寿命的危害到底有多大?

在合闸过程中，由于动静触头的非弹性碰撞引起弹跳，弹跳值大小与诸多因素有关，如触头弹簧的弹力、合闸速度、开距以及真空断路器的触头材料等等，安装、调试质量、零部件如铝支座、灭弧室、轴销、换向器的加工精度都影响真空断路器合闸弹跳时间的长短。

为了把合闸弹跳减小到规定范围内，通常采取以下措施：

　（a）提高配件的加工精度，使铝支座与轴、换向器与钢销、轴等紧密配合，减小间隙。

　（b）加强装配工艺质量控制，提高装配工艺质量，在真空断路器装配过程中，注意安装合理，不使真空灭弧室受到额外应力，调整导向管的位置，使灭弧室动触头运动轨迹，在灭弧室的轴心上，真空灭弧室动触头活动自如，无任何卡涩现象。

　（c）适当加大触头超程弹簧预压力。

通过采取以上措施，可以基本上有效地控制弹跳时间。

3．合、分闸时间

从定义来看，合闸时间是指从接到合闸指令瞬间起到所有极触头都接触瞬间的时间间隔定义为高压断路器合闸时间。

而分闸时间则定义为从开关分闸操作（即接到分闸指令瞬间）起到所有极触头分离瞬间的时间间隔。

这对系统的继电保护的设置提供了可*的保证。

这在的产品中基本上都能够达到产品的技术条件标准。

但也有例外，一般是机构装配中产生的问题如：

大轴卡涩、合闸辅助开关行程过长或角度调整在死点等。

总的来说时间问题这块相对稳定些。

4．同期

同期；

定义为三相动触头与静触头最先合与最后合或最先分与后分之间的时间间隔。

如果不同期大，会严重影响真空断路器开断过电流的能力，影响断路器的寿命，严重时能引起断路器爆炸。

不同型号的开关的不同期尽不相同，在常见的产品的不同期≤2ms，其具体的处理方法有：

（1）在保证行程、超行程的前提下，通过调整三相绝缘拉杆的长度使同期、弹跳测试数据在合格范围内；

（2）如果通过调整无法实现，则必须更换数据不合格相的真空泡，并重新调整到数据合格。

5．反弹

真空断路器反弹对灭弧室的影响。

真空断路器的触头多为对接式结构，在分合操作中可能产生不同程度的反弹现象。

不论分闸反弹还是合闸反弹都会给运行带来危害。

反弹可能导致：

（1）触头烧损严重，甚至熔焊。

（2）波纹管经受强迫振动可能产生裂纹，使灭弧室漏气。

（3）分闸时的冲击速度及冲击力较大发生反弹可能产生触头和导电杆的变形，甚至产生裂纹。

（4）切合电容器组的真空断路器如发生分闸弹跳还会导致电容器的损坏。

我国批量生产真空断路器已超过十年。

目前生产企业有数百家，技术人员远不止上千。

我们应当对所设计的产品，对重要技术特征----机械特性有个明确的理论分析。

通过大家的努力。

肯定会把产品质量提高到一个新的