（:9;390 <9=885 ->3?=.1/9@ A9=?B@7，:9;390 !!$&""， C.309） 摘要： 通过使用先进仪器对真空断路器机械特性进行测试分 析， 探讨了目前真空断路器机械特性参数存在的一些问题。 关键词： 真空断路器； 机械特性； 参数 中图分类号： DEF$! G ! 文献标识码： H ,3456785： )0 ?.3I J9J/@，?./ 5/=.903=9; =.9@9=?/@3I?3= BK ?./ L9=4 （<CH）3I ?/I?/O M7 90 9OL90=/O 30I?@85/0? 90O 885 =3@=83? M@/9N/@ 909;7P/OG -B5/ J@BM;/5I >3?. ?./ =B0L/0?3B09; 5/?.BO ?B 5/9I8@/ ?./ 5/=.903=9; =.9@9=?/@3I?3= 9@/ O3I=8II/OG 29: ;<6=4： L9=885 =3@=83? M@/9N/@；5/=.903=9; =.9@9=?/@3I?3=； J9@95/?/@
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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。
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 $ 种合闸弹跳情况进行试验分析， 有这样 一个统计规律： 曲线 （ "） 的弹跳时间普遍较小 （一般 小于 % & ’ ()） ； 而曲线 （ #） 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 $ ()） ， 就足以保证触头高质量的工作。
分析弹跳曲线图 （ ， 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。 （ #） ， 在弹跳过程中， 动触头 分析弹跳曲线图 ! 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
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真空断路器机械特性的探讨
姜 生，李世民，王继元
大连 !!$&""） （大连真空开关厂，辽宁
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最小动态开距的不同是由缓冲器不稳定造成的。
测量触头开距的传统方法是： 分别测量动导电杆上一 点在分、 合闸位置时相对于同一基准的距离， 二者之差 则为触头开距， 对应于图 ! 中， 分闸位置到合闸位置的 行程 "#$!% &&， 与真实间隙相差!$’% &&。 分析两种方法所测值出现误差的原因： ! 加工 制造产生的误差： 动、 静触头表面微观不平； 触头表 面相互不平行， 对接不理想； " 零件设计产生的误 差： 动、 静触头材料、 结构及导电杆刚度较小； 基体支 撑部分刚度较小等。触头接触后， 在触头弹簧压力 及冲击力作用下， 产生弹、 塑性变形而导致。 由于传感器是机械固定在动导电杆端及上支架 上， 而且传感器的质量很小， 所以对于该测量系统可认 为是刚性的， 同时， 该例中对于测量基准也采用的相同 基准， 分析也基于同一曲线， 所以由测量方法产生的误 差可忽略。根据统计， 误差值因断路器及灭弧室的不 分散性很大。 同而有所不同， 约为 # ( ) &&， 为使测量结果准确、 稳定， 可使断路器空载合、 分 操作一定次数， 拍平触头毛刺， 增加接触面积， 尽可能 消除可能出现的塑性变形， 增强整体抗变形能力， 以减 小测量值的分散性。同时， 由于系统弹性变形仍然存 在， 所以建议采用测试仪器直接读数， 也可用欧姆表等 监测触头刚接触位置时， 测量动触头在分闸位置与触 头刚接触位置间的真实距离作为触头开距。 )$! 动态开距 — —有效开距 ) $ ! $ " 最小动态开距— 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 )为重合闸测试的时间行程特性曲线图。 对于该 ! 次分闸过程中的最小动态开距是不同的， 断路器的最小动态开距应取第 ! 次分闸时的最小动 态开距， 即触头刚接触位置与第 ! 次分闸反弹最高 点之间的距离为 * $ "# &&。 在 ! 次分闸过程中， 触头 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。 ) $ ! $ ! 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 ) 中可以看出， 最大动态开距为合 闸过冲极值点与第 " 次分闸过冲极值点间的距离 远大于额定开距 "" &&。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。 ) $ ! $ ) 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 +,)%’’ 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。
提高波纹管的机械寿命非常有效。因此， 调试时应 防止波纹管受到过量的压缩， 操作时， 还应注意过冲 行程不宜过大。又由于真空断路器分闸时有重击穿 现象发生， 所以对于减小触头开距应慎重。 为便于探讨触头开距， 将分闸状态的触头开距 称为静态开距， 而将分闸操作中的触头开距称为动 态开距。 RG! 静态开距 通过仪器对真空断路器进行合闸操作测试， 其 纵坐标 " C 相时间行程特性曲线如图 & 所示。图中， 点位置对应断路器分闸位置， 触头开距为 T G T" 55 （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。
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超行程
合闸操作中， 开 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 ） 。
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 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 !， 若按刚分 " ## 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 " ## 区段的平均速度， 此时开距约为 实际计算的是从刚分到有效开距为 $ % & ## $ % & ##， 时的平均速度。对于 ’( )* 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 " ##） ， 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