淺談真空斷路器中的旋鈕設計 詳解真空斷路器結構特點

　　本文主要是關于真空斷路器的相關介紹，并詳盡描述了真空斷路器的旋鈕設計及其結構特點。

　　真空斷路器中的旋鈕設計

　　真空斷路器儲能回路要設計旋鈕因為操作開關需要很大的力，直接操作比較困難。因此通過旋鈕儲能電機或者手動儲能來壓縮儲能彈簧。旋鈕開關分閘或者合閘時通過彈簧釋放能量來幫助操作。

　　有了儲能旋鈕，需要合閘的時候你就儲能再合閘！不需要合閘的時候就不儲能！對彈簧好！

　　

　　“真空斷路器”因其滅弧介質和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、適用于頻繁操作、滅弧不用檢修的優(yōu)點，在配電網(wǎng)中應用較為普及。 真空斷路器是3～10kV，50Hz三相交流系統(tǒng)中的戶內配電裝置，可供工礦企業(yè)、發(fā)電廠、變電站中作為電器設備的保護和控制之用，特別適用于要求無油化、少檢修及頻繁操作的使用場所，斷路器可配置在中置柜、雙層柜、固定柜中作為控制和保護高壓電氣設備用。

　　真空斷路器的結構

　　真空斷路器主要包含三大部分：真空滅弧室、電磁或彈簧操動機構、支架及其他部件。

　　真空滅弧室按照開關型式不同有外屏蔽罩式陶瓷真空滅弧室、中間封接杯狀縱磁場小型化真空滅弧室、內封接式玻璃泡滅弧室，其基本結構如下：①氣密絕緣系統(tǒng)（外殼）由陶瓷、玻璃或微晶玻璃制成的氣密絕緣筒、動端蓋板、定端蓋板、不銹鋼波紋管組成的氣密絕緣系統(tǒng)是一個真空密閉容器。為了保證氣密性，除了在封接式要有嚴格的操作工藝，還要求材料本身透氣性和內部放氣量小。②導電系統(tǒng)由定導電桿、定跑弧面、定觸頭、動觸頭、動跑弧面、動導電桿構成。觸頭結構大致有三種：圓柱形觸頭、帶有螺旋槽跑弧面的橫向磁場觸頭、縱向磁場觸頭。目前采用縱磁場技術，此種滅弧室具有強而穩(wěn)定的電弧開斷能力。③屏蔽系統(tǒng)屏蔽罩是真空滅弧室中不可缺少的元件，并且有圍繞觸頭的主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓用屏蔽罩等多種。主屏蔽罩的作用是：a防止燃弧過程中電弧生成物噴濺到絕緣外殼的內壁，從而降低外殼的絕緣強度。b改善滅弧室內部電場分布的均勻性，有利于降低局部場強，促進真空滅弧室小型化。c冷凝電弧生成物，吸收一部分電弧能量，有助于弧后間隙介質強度的恢復。

　　操作機構按照斷路器型式不同，采用的操作機構不同。常用的操作機構有彈簧操作機構、CD10電磁操作機構、CD17電磁操作機構、CT19彈簧儲能操作機構、CT8彈簧儲能操作機構。

　　其它部件基座、絕緣支撐件、絕緣子等

　　真空斷路器的結構特點

　?、儆|頭開距小，10KV真空斷路器的觸頭開距只有10mm左右，操作機構的操作功就小，機械部分行程小，其機械壽命就長。②燃弧時間短，且與開關電流大小無關，一般只有半周波。③熄弧后觸頭間隙介質恢復速度快，對開斷近區(qū)故障性能較好。④由于疏通在開斷電流時磨損量較小，所以觸頭的電氣壽命長，滿容量開斷達30-50次，額定電流開斷達5000次以上，噪音小適于頻繁操作。⑤體積小、重量輕。⑥適用于開斷容性負荷電流。由于其優(yōu)點很多，所以廣泛應用于變電站中，目前型號主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。 具體介紹真空斷路器技術標準真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發(fā)展。產(chǎn)品從過去的ZN1～ZN5幾個品種發(fā)展到數(shù)十多個型號、品種，額定電流達到5000A，開斷電流達到50kA的較好水平，并已發(fā)展到電壓達35kV等級。80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展的起步階段，技術上在不斷摸索，還不能制定技術標準，直到1985年后才制定相關的產(chǎn)品標準。國內主要依據(jù)標準：JP3855-96《3.6～40.5kV交流高壓真空斷路器通用技術條件》DL403-91《10～35kV戶內高壓斷路器訂貨技術條件》這里需要說明：IEC標準中并無與我國JB3855相對應的專用標準，只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此，我國真空斷路器的標準至少在下列幾個方面高于或嚴于IEC標準：（1） 絕緣水平： 試驗電壓 IEC 中國1min工頻耐壓（kV） 28 42（極間、極對地）48（斷口間）1.2/50沖擊耐壓（kV） 75 75（極間、極對地）84（斷口間）（2）電壽命試驗結束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應不低于初始絕緣水平的80%，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。（3）觸頭合閘彈跳時間：IEC無規(guī)定，而我國規(guī)定要求不大于2ms。（4）溫升試驗的試驗電流：IEC標準中，試驗電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗電流為產(chǎn)品額定電流的110%。2.真空斷路器的主要技術參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)，大致可劃分為選用參數(shù)和運行參數(shù)兩個方面。前者供用戶設計選型時使用；后者則是斷路器本身的機械特性或運動特性，為運行、調整的技術指標。下表是選用參數(shù)的列項說明，并以三種真空斷路器數(shù)據(jù)為例。表中所列各項參數(shù)，均須按JB3855和DL403標準的要求，在產(chǎn)品的型式試驗中逐項加以驗證，最終數(shù)據(jù)以型式試驗報告為準。

　　真空斷路器的合閘彈跳

　　真空斷路器采用真空滅弧室，真空滅弧室中動觸頭和靜觸頭采用平面對接方式接觸。為保證動觸頭和靜觸頭良好的接觸，必須保證足夠的觸頭壓力；在真空斷路器合閘過程中，動觸頭具有合理的合閘速度（一般控制在0.4～0.8 m/s），合閘瞬間動觸頭和靜觸頭發(fā)生彈性碰撞，觸頭壓力又將動觸頭保持在合閘位置，出現(xiàn)動觸頭反復的跳動過程，即彈跳現(xiàn)象產(chǎn)生。在合閘時動靜觸頭剛接觸直至動靜觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時間間隔即為彈跳。彈跳時間為n ms。

　　合閘彈跳對真空斷路器影響目前業(yè)內關于合閘彈跳對真空斷路器的影響存在兩種看法。

　　1、彈跳無害論

　　型式試驗中真空滅弧室觸頭熔焊分不開時就把原因歸結到合閘彈跳上是不合理的。分析中做單分試驗和動熱穩(wěn)定時也出現(xiàn)熔焊，那又如何解釋呢？認為只要有足夠大的觸頭壓力完全可以避免動靜觸頭的熔焊，與合閘彈跳并沒關系。合閘彈跳時間n ms不等于觸頭回彈了n ms，合閘彈跳時間越長，觸頭熔焊越嚴重的觀點并不一定成立。合閘彈跳時間是在空載時測得，而在負載時也會有預擊穿發(fā)生，伴隨著產(chǎn)生和合閘方向相反的電動力，這相當于一個緩沖器。此時有可能沒有彈跳。認為真空斷路器開斷失敗、重擊穿和觸頭熔焊等和合閘彈跳毫無關系，甚至主張將這一指標從技術條件中刪除。

　　2、彈跳有害論

　　真空斷路器合閘彈跳過程中，動觸頭在觸頭壓力的作用下回彈距離小，電弧不會熄滅，容易導致滅弧室的動、靜觸頭電弧燒損。彈跳時間過長的主要危害在于加速了真空滅弧室觸頭的電磨損，從而導致滅弧室電壽命縮短。在關合峰值電流時，真空斷路器發(fā)生合閘彈跳現(xiàn)象，真空滅弧室內電弧能量會迅速積累，容易產(chǎn)生動靜觸頭發(fā)熱熔焊現(xiàn)象，特別是關合容性電流時合閘涌流較大，如果彈跳時間過長就會使得真空滅弧室觸頭發(fā)生熔焊，嚴重影響真空斷路器的電壽命。

　　合閘彈跳產(chǎn)生的原因及抑制合閘彈跳的方法

　　真空斷路器在合閘操作時，為了保證足夠的觸頭壓力合閘機構具有較大的動能，這一能量在動靜觸頭碰撞后主要被分成了三部分：合閘碰撞損失、傳動機構的觸頭壓縮彈簧的部分儲能和觸頭彈跳時的動能。從理論上講，產(chǎn)生彈跳的主要原因是在動靜觸頭合閘碰撞時，合閘沖擊不能因材料變形以及操動機構上觸頭壓縮彈簧的部分儲能全部吸收掉，剩余的能量使得動觸頭發(fā)生了反彈而產(chǎn)生的。剩余的能量也就是觸頭彈跳時的動能，直到該能量全部消耗完畢為止，彈跳才消失。

　　真空斷路器動觸頭合閘彈跳分散性很大，影響因素也很多。主要原因有以下幾點：真空滅弧室、真空斷路器合閘速度、觸頭壓力、傳動機構動端的質量、機構的傳動間隙和真空斷路器安裝裝配質量、機構穩(wěn)定性等。

　　1、真空滅弧室對彈跳的影響

　　真空滅弧室動觸頭機械強度、質量、動和靜觸頭平面度對彈跳的影響合閘的碰撞損失，也就是合閘碰撞過程中動靜觸頭產(chǎn)生變形而吸收的能量。這包括動、靜觸頭的材料彈性變形和塑性變形。動、靜觸頭的機械強度越高，其變形能力越差，碰撞損失越小，吸收合閘能量的能力也就越小，彈跳就會越大。因此，在保證滅弧室機械性能要求的前提下，適當?shù)慕档碗姌O的機械強度，也可以很好地降低彈跳。

　　合閘時的動能與動觸頭、動端的質量和合閘速度成正比，動觸頭、動端的質量越大其產(chǎn)生的慣性沖擊越大；動端的質量過大又會引起斷路器合閘彈跳時間加長，在確保真空斷路器合閘可靠的前提下，應盡量減小動端質量避免合閘彈跳加劇。動、靜觸頭平面度越差，彈跳越大。動、靜觸頭平面度差，碰撞時的接觸面積就小，碰撞損失也就小，彈跳也就會相應加大。真空滅弧室是外購元件，其特性是外購廠成型的無法改變，但應選擇性能和口碑良好的真空滅弧室生產(chǎn)廠家。

　　2、真空斷路器合閘速度對彈跳的影響

　　合閘時，合閘速度越大所產(chǎn)生的合閘沖擊也越大，動、靜觸頭發(fā)生碰撞的反彈幅值越大，會出現(xiàn)觸頭反復的合、分過程，反彈幅值越大，彈跳時間就越長。所以，要合理設計并控制合閘速度。不能過高追求高合閘速度，導致合閘彈跳過大。

　　3、傳動機構的推桿與真空滅弧室同心度配合對彈跳的影響

　　傳動機構的推桿與真空滅弧室同心度幾何公差越大，彈跳越大。當傳動機構的軸心與真空滅弧室不同軸時，滅弧室被強迫適應機構，造成動導電桿發(fā)生傾斜，更嚴重時靜端蓋板也會因受彎曲力而變形，使得動靜觸頭閉合時兩觸頭間產(chǎn)生夾角，碰撞時的接觸面積減小，碰撞損失也就小，從而使得彈跳增大。同時動導電桿傾斜，在合閘過程中導電桿與導向套運動不暢，也會使彈跳時間加長。

　　4 、觸頭壓力對彈跳的影響

　　彈跳與觸頭初壓力成反比。為了保證關合過程中動、靜觸頭可靠接觸，需要增加動、靜觸頭間的接觸壓力，觸頭接觸壓力分為觸頭初壓力和觸頭終壓力。觸頭終壓力的大小主要取決于觸頭彈簧的超程和剛度；觸頭初壓力的大小則取決于觸頭彈簧的剛度和觸頭彈簧的預壓縮量。足夠的觸頭初壓力使觸頭在閉合碰撞時得到緩沖， 將碰撞的動能轉為彈性勢能，抑制觸頭的彈跳時間。在適應合閘機構的合閘功情況下盡可能提高觸頭初壓力。

　　5、機構的傳動間隙對彈跳的影響

　　機構的傳動間隙越大所造成的彈跳也越大的，對機構傳動間隙進行控制，通常控制在0.03～0.05 mm內，減小空程間隙；機構傳動間隙越大，帶來合閘彈跳的可能性就越大，同時機構的可靠性降低。

　　6、真空斷路器安裝裝配質量對彈跳的影響

　　開關安裝裝配質量是造成彈跳過大重要因素。提高真空斷路器的裝配工藝質量。裝配合理，真空滅弧室不受到額外的力。調整導向裝置的位置，使真空滅弧室動觸頭的運動軌跡與弧室的軸心在一條直線上，真空滅弧室動觸頭活動自如，無卡澀現(xiàn)象，確保真空斷路器的各支撐部件的強度及相關緊固件不松動等。

　　7、機構穩(wěn)定性對彈跳的影響

　　真空滅弧室的動、靜導電桿材料是由無氧銅，起導通電流的作用，真空滅弧室觸頭材料大量使用的是銅鉻合金。無氧銅材料導電性能優(yōu)良但剛性較差，超程在前200次合閘過程中會變小導致觸頭壓力變小。為確保機械特性穩(wěn)定，真空斷路器在出廠檢測前進行300次的合分操作，使其動、靜導電桿冷作硬化達到機械磨合的效果，這樣就能確保出廠后的真空斷路器特性穩(wěn)定，超程穩(wěn)定并不會再發(fā)生大的變化，通過機械磨合試驗后觸頭材料平面度提高，這些都能降低合閘彈跳。

　　結語

　　如果彈跳時間控制在5 ms以下，對電壽命的影響是很小的。但是GB 50150 -2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中第12.0.5條測量合閘過程中觸頭接觸后的彈跳時間，應符合下列規(guī)定：合閘過程中觸頭接觸后的彈跳時間，40.5 kV以下斷路器不應大于2 ms；40.5 kV及以上斷路器不應大于3 ms。雖然不是強制性標準，但真空斷路器制造廠在交接或驗收時是否會受到驗收人員的質問或在招投標中受到排斥？有些制造廠家為了體現(xiàn)其高參數(shù)甚至技術要求合閘彈跳小于1 ms。為了避免在供貨驗收或招投標時引起不必要的麻煩，依靠目前成熟技術和制造工藝通過調整真空斷路器的合閘彈跳完全能達到GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求。

　關于真空斷路器的介紹就到這了，希望通過本文能讓你對真空斷路器有更深的認識。

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