真空斷路器機(jī)械特性

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1、真空斷路器機(jī)械特性的探討摘要：通過(guò)使用先進(jìn)儀器對(duì)真空斷路器機(jī)械特性進(jìn)行測(cè)試分析，探討了目前真空斷路器機(jī)械特性參數(shù)存在的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞：真空斷路器；機(jī)械特性；參數(shù)1引言真空斷路器的主要特點(diǎn)在于利用真空作為觸頭間的絕緣與滅弧介質(zhì)，由于觸頭為對(duì)接式結(jié)構(gòu)，使得其機(jī)械特性參數(shù)與其它結(jié)構(gòu)(如插入式)不同。真空斷路器的機(jī)械特性表現(xiàn)為動(dòng)觸頭相對(duì)于靜觸頭的運(yùn)動(dòng)特性。筆者通過(guò)對(duì)真空斷路器機(jī)械參數(shù)的試驗(yàn)和分析，對(duì)傳統(tǒng)分析、測(cè)試方法進(jìn)行探討，對(duì)機(jī)械參數(shù)在設(shè)計(jì)、使用、測(cè)試等方面存在的問(wèn)題提出看法。2測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)圖以12kv真空斷路器為例分析真空斷路器的機(jī)械特性，圖1

2、為系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。測(cè)試是針對(duì)動(dòng)導(dǎo)電桿下端點(diǎn)A相對(duì)于滅弧室靜端面的運(yùn)動(dòng)特性。傳感器是基于霍耳效應(yīng)的線性傳感器，采用XBT型進(jìn)口測(cè)試儀。3觸頭開(kāi)距觸頭開(kāi)距是指分閘位置時(shí)，開(kāi)關(guān)一極的各觸頭間或其連接的任何導(dǎo)電部分之間的總間隙[1]。真空斷路器的觸頭開(kāi)距取決于額定電壓、分?jǐn)嘈再|(zhì)、耐壓水平及壽命要求。為提高絕緣水平，應(yīng)適當(dāng)增大觸頭開(kāi)距；為適應(yīng)頻繁操作，提高真空斷路器的壽命，應(yīng)減小觸頭開(kāi)距。真空滅弧室的機(jī)械壽命主要取決于波紋管，波紋管是真空滅弧室中最薄弱的元件。理論分析表明，波紋管的疲勞壽命與壓縮行程的35次冪成正比[2]。顯然，減小壓縮行程對(duì)提高波紋管的機(jī)

3、械壽命非常有效。因此，調(diào)試時(shí)應(yīng)防止波紋管受到過(guò)量的壓縮，操作時(shí)，還應(yīng)注意過(guò)沖行程不宜過(guò)大。又由于真空斷路器分閘時(shí)有重?fù)舸┈F(xiàn)象發(fā)生，所以對(duì)于減小觸頭開(kāi)距應(yīng)慎重。為便于探討觸頭開(kāi)距，將分閘狀態(tài)的觸頭開(kāi)距稱(chēng)為靜態(tài)開(kāi)距，而將分閘操作中的觸頭開(kāi)距稱(chēng)為動(dòng)態(tài)開(kāi)距。3.1靜態(tài)開(kāi)距通過(guò)儀器對(duì)真空斷路器進(jìn)行合閘操作測(cè)試，其C相時(shí)間行程特性曲線如圖2所示。圖中，縱坐標(biāo)0點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)斷路器分閘為證，觸頭開(kāi)距為7.70mm(動(dòng)觸頭由分閘位置到動(dòng)、靜觸頭剛接觸點(diǎn)的行程)，即動(dòng)、靜觸頭導(dǎo)電部分間的間隙。測(cè)量觸頭開(kāi)距的傳統(tǒng)方法是：分別測(cè)量動(dòng)導(dǎo)電桿上一點(diǎn)在分、合閘位置時(shí)相對(duì)于

4、同一基準(zhǔn)的距離，二者之差則為觸頭開(kāi)距，對(duì)應(yīng)于圖2中，分閘位置到合閘位置的行程10.28mm，與真實(shí)間隙相差2.58mm。分析兩種方法所測(cè)值出現(xiàn)誤差的原因：①加工制造產(chǎn)生的誤差：動(dòng)、靜觸頭表面微觀不平；觸頭表面相互不平行，對(duì)接不理想；②零件設(shè)計(jì)產(chǎn)生的誤差：動(dòng)、靜觸頭材料、結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電桿剛度較?。换w支撐部分剛度較小等。觸頭接觸后，在觸頭彈簧壓力及沖擊力作用下，產(chǎn)生彈、塑性變形而導(dǎo)致。由于傳感器是機(jī)械固定在動(dòng)導(dǎo)電桿端及上支架上，而且傳感器的質(zhì)量很小，所以對(duì)于該測(cè)量系統(tǒng)可認(rèn)為是剛性的，同時(shí)，該例中對(duì)于測(cè)量基準(zhǔn)也采用的相同基準(zhǔn)，分析也基于同一曲線，所

5、以由測(cè)量方法產(chǎn)生的誤差可忽略。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，誤差值因斷路器及滅弧室的不同而有所不同，約為O～3mn，分散性很大。為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定，可使斷路器空載合、分操作一定次數(shù)，拍平觸頭毛刺，增加接觸面積，盡可能消除可能出現(xiàn)的塑性變形，增強(qiáng)整體抗變形能力，以減小測(cè)量值的分散性。同時(shí)，由于系統(tǒng)彈性變形仍然存在，所以建議采用測(cè)試儀器直接讀數(shù)，也可用歐姆表等監(jiān)測(cè)觸頭剛接觸位置時(shí)，測(cè)量動(dòng)觸頭在分閘位置與觸頭剛接觸位置間的真實(shí)距離作為觸頭開(kāi)距。3.2動(dòng)態(tài)開(kāi)距3.2.1最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距——有效開(kāi)距真空斷路器在分閘操作過(guò)程中，動(dòng)、靜觸頭間可能出現(xiàn)的最小間隙即最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距

6、。圖3為重合閘測(cè)試的時(shí)間行程特性曲線圖。2次分閘過(guò)程中的最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距是不同的，對(duì)于該斷路器的最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距應(yīng)取第2次分閘時(shí)的最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距，即觸頭剛接觸位置與第2次分閘反彈最高點(diǎn)之間的距離為7.10mm。在2次分閘過(guò)程中，觸頭最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距的不同是由緩沖器不穩(wěn)定造成的。目前，控制最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距的辦法是通過(guò)控制觸頭開(kāi)距和分閘反彈幅值，二者差表征最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距。但從上面分析可知，影響最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距的因素除觸頭開(kāi)距、分閘反彈幅值外，還有緩沖器復(fù)位情況。很多出現(xiàn)開(kāi)斷失敗及重?fù)舸┈F(xiàn)象的原因是有效開(kāi)距過(guò)小，故應(yīng)規(guī)定斷路器的最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距。同樣，在測(cè)量靜態(tài)開(kāi)距時(shí)，也需

7、考慮緩沖器的影響，由此可見(jiàn)，分閘緩沖器是十分重要的。有效開(kāi)距將直接影響開(kāi)斷及弧后絕緣，它同時(shí)考慮了合閘觸頭變形、分閘反彈、緩沖器復(fù)位等情況，使各影響因素有機(jī)地聯(lián)系在一起，解決了以往各自獨(dú)立考慮時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于真空滅弧室的最小動(dòng)態(tài)開(kāi)距，應(yīng)根據(jù)它所要完成的開(kāi)斷任務(wù)，通過(guò)型式試驗(yàn)確定。3.2.2最大動(dòng)態(tài)開(kāi)距在合、分閘操作中動(dòng)觸頭的最大行程即為最大動(dòng)態(tài)開(kāi)距。從圖3中可以看出，最大動(dòng)態(tài)開(kāi)距為合閘過(guò)沖極值點(diǎn)與第1次分閘過(guò)沖極值點(diǎn)間的距離13.88mm，遠(yuǎn)大于額定開(kāi)距11mm?？梢?jiàn)，最大動(dòng)態(tài)開(kāi)距將直接影響真空滅弧室波紋管的壽命，從而影響滅弧室壽命及

8、機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性。3.2.3分閘觸頭反彈幅值分閘反彈影響觸頭有效開(kāi)距，反彈值較大時(shí)，可能導(dǎo)致開(kāi)斷后的重?fù)舸?，同時(shí)使波紋管由于受大振幅的強(qiáng)迫振動(dòng)而過(guò)早出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致滅弧室漏氣，影響壽命。對(duì)