真空断路器机械参数的选择方法

1　引言

目前真空开关在国内外各个领域得到了广泛的应用，随着真空开关使用的普及和提高，广大用户愈来愈急需了解和掌握真空开关的原理、结构、使用和维护等方面的知识，本文结合实践经验从理论上分析了真空断路器机械参数的选择原则及经验数据，为广大用户更好的使用真空开关提供一些技术参考。

2　额定开距

真空断路器处于分闸状态时，真空开关管动、静触头之间的距离选择与真空断路器的额定电压、使用条件、开断电流的性质及触头材料、真空间隙的耐压强度等因素有关，主要取决于额定电压和触头材料。

由于真空开关管的额定开距对绝缘性能的影响较大，当额定开距从零开距增大时，其绝缘水平也将提高，但当开距增大到一定数值时，开距对绝缘性能的影响就不大了，若进一步增大开距，将严重影响开关管的机械寿命。

通过对真空断路器的安装、运行及检修得出真空断路器额定开距一般选择范围为：6kV及以下一般为4～8mm，10kV及以下一般为8～12mm，35kV一般为20～40mm。

3　触头接触行程

触头接触行程的选择必须保证触头在磨损后仍能保持一定的压力；在分闸时使动触头获得一定的初始动能，提高开关的初始分闸速度，拉断熔焊点，减小燃弧时间，提高介质恢复速度；在合闸时能利用触头弹簧得到平滑的缓冲，减小弹跳。

开关的接触行程太小，不能保证触头在烧毁后具有的触头压力，开关的初始速度太小，影响真空断路器的开断和动热稳定性，同时产生严重的合闸弹振。开关的接触行程太大，将增加操作机构的合闸功，或者使合闸变的极不可靠。通常真空断路器的触头接触行程一般取额定开距的20%～40%，10kV真空断路器的接触行程一般取3～4mm。

4　触头工作压力

真空断路器触头的工作压力对真空断路器的性能有很大的影响，其压力等于真空开关管的自闭力与触头弹簧力之和。断路器触头的工作压力选择应该满足4方面的要求：1、使真空开关管的触头接触电阻保持在规定的范围内，2、满足动稳定试验的要求，3、抑制合闸弹跳，4、减小分闸弹振。由于真空断路器在关合短路电流时，触头在予击穿后要产生电弧和电动斥力，触头产生弹跳，机构合闸速度也最慢，所以，关合短路电流是考核触头工作压力是否满足要求的最苛刻的条件。

如果触头的工作压力太小，将增长触头合闸时的弹跳时间，同时，造成一次回路的电阻增大，直接影响真空断路器的长期工作温升。如果触头的工作压力太大，由于真空开关管的自闭力是一个恒定值，则工作压力增大，从而增加触头的弹簧力，造成操作机构的合闸功增加，增大对真空管的冲击和振动。

在实际工作中不仅要考虑触头间的电动力除与短路电流峰值有关外，还必须考虑开关的触头结构及大小尺寸，同时，还必须考虑触头的硬度、分闸速度等因素。总之，必须在实践中进行综合考虑。真空开关的触头接触压力根据分断电流大小得出经验数据为分断电流为12.5kA时，选择压力为50kg。分断电流为16kA时，选择压力为70kg。分断电流为20kA时，选择压力为90～120kg。分断电流为31.5kA时，选择压力为140～180kg。分断电流为40kA，选择压力为230～250kg
5　分闸速度

由于分闸速度直接影响电流过零后触头间介质强度恢复的速度，如果电弧熄灭后，触头间介质强度恢复速度小于恢复电压，将造成电弧重燃，为了防止电弧重燃，以及缩短燃弧时间，必须满足分闸速度。分闸速度的大小主要取决于额定电压，当额定电压和触头开距一定时，分闸速度的波动范围取决于开断电流的大小，负载性质，恢复电压等因素，开断电流较大时，分闸速度也应较大，开断电容电流时，由于恢复电压较高，为了减小重燃的几率，分闸速度也应较大。10kV真空开关分闸速度通常取值为0.8-1.2m/s，必要时还可以高于1.5m/s。

实际上，对开断能力影响最大的是初始分闸速度，而不是平均分闸速度，因而，一些高性能的真空断路器，及35kv级的真空断路器，通党考核刚分时几毫米内的分闸速度。似乎分闸速度越大越好，但实际并非如此，分闸速度越大，引起的分闸弹振越历害，过冲也就越历害，这样对开关管波纹管的振动、压缩也就越严重，容易造成波纹管提早损坏而漏气，同时，对速机的振动也越大，容易造成零部件的损坏。
6　合闸速度

由于真空开关管在额定开距时的静态耐压水平比较高，所以真空断路器的合闸速度比分闸速度明显低。为了尽量减小触头在合闸过程中由于予击穿造成的电磨损，以及避免发生触头熔焊，因此必须具备一定的合闸速度，但过高的合闸速度不仅增加操作机构的合闸功，同时使开关管受到的合闸冲击增大，大大降低其使用寿命。通常情况下10kV级的真空断路器的合闸速度为0.4-0.7m/s必要时可取为0.8-1.2m/s。

7　触头合闸弹跳时间

真空断路器合闸时间的大小，是衡量真空断路器性能好坏的一个重要标志，其与断路器的触头弹跳压力、合闸速度、开距及真空开关管的触头材料等有关，同时还与开关管的结构、断路器的结构及安装调试有关。触头合闸弹跳时间越小，其性能越好，弹跳时间越长，触头的电磨损越严重，容易产生合闸过电压，在关合短路电流或电容器时，以及行动、热稳定试验时将导致触头熔焊。另外，触头合闸弹跳时间越长，严重危害开关管的波纹管使用寿命。10kV级铜络触头材料的真空断路器合闸弹跳时间不超2ms，其他触头材料的真空断路器合闸弹跳时间可以相对大一些，但是不得超过5ms。

8　三极同期性

真空断路器的三极同期性表示三极不同时闭合或分离的程度，由于分、合闸同期性是相对的，数值也差异不大，所以一般情况下只考核三极合闸同期性。三极同期性差的断路器将严重影响开关的分断能力，容易产生过长的燃弧时间。由于断路器的分合闸速度较快，开距较小，通过准确调试，达到参数要求并不困难，一般规定合闸同期性不超过1ms。

9　动、静触头的同轴度

动、静触头的同轴度对于真开关管是有具体要求并能过制造工艺来保证的，开关管装在操作机构上否能保证其同轴度，与操作机构的型式及安装工艺有直接的关系，对于悬挂式的机构，同轴度主要取决于操动机构，对于落地式机械对同轴度的影响也很大，在安装过程中一定要避免开关管受到剪力和切力的作用，同轴度一般要求不大于2mm。