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真空断路器合闸弹跳的危害性及其对策 断路器是如何工作的

时间:2020-08-19    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

摘要:《35kV户内高压真空断路器通用技术条件》(ZBK97004-89)将合闸弹跳定义为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。
关键词:真空 断路器 合闸

1 合闸弹跳

  《35kV户内高压真空断路器通用技术条件》(ZBK97004-89)将合闸弹跳定义为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。

  真空断路器合闸过程中,触头接触后弹跳时间不应大于2ms,这也与实际工作有差异。真空断路器分合电路的工作,是由真空灭弧室来完成的,开关的参数必须满足灭弧室的性能要求,如灭弧室要求合闸速度为0.4~1.0m/s,开关的速度能够在0.3~0.7m/s之间,那么配该型号灭弧室的真空断路器其合闸速度必须调整在0.4~0.7m/s之间,同样,如果真空灭弧室合闸弹跳要求小于等于5ms,那么配该型号灭弧室的断路器其合闸弹跳的允许范围也是小于等于5ms。是不是应将合闸弹跳一律定为不大于2ms是值得探讨的。目前许多真空灭弧室规定的合闸弹跳时间都大于2ms,仅要求小于3ms,甚至5ms。

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:

  (1)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。

  (2)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。

  (3)适当加大触头超程弹簧预压力。

  通过采取以上措施,可以有效地控制弹跳时间。

  ZN23-35真空断路器由于触头面积大、行程长,合闸速度快、冲量大,尤其是在配CT10型弹簧操作机构时,弹跳大而且不易稳定,为了减小弹跳值,在真空断路器灭弧室静端如加设蝶形簧等措施,形成合闸缓冲,这样合闸弹跳是小了,却带来断路器工作不可靠的问题,在江苏盐城供电部门,调试人员反映某大型开关厂生产的ZN23-35真空断路器在安装前测试弹跳值非常小,三相均只有1ms,但一旦连上母排,弹跳就变得非常大,就是因为采用了静支座合闸缓冲。在安装前,缓冲效果明显,所以弹跳较小,但连接上母排以后,静端被固定,失去了缓冲效果,导致弹跳加剧。一般情况下,进行机械特性试验都拆除了母线,所以这种情况较隐蔽,不易被察觉。在加了合闸缓冲装置以后,合闸过程中静触头不再是刚性的,静触头随动触头运动距离加大,灭弧室抖动幅度随之增大,这样极有可能造成灭弧室外壳破裂,而且在开断故障电流时,故障电流所产生的巨大电动力,会造成灭弧室横向摆动,导致灭弧室损坏,从而引发断路器爆炸事故。靠降低断路器的可靠性来保证合闸弹跳参数,延长本已足够长的真空断路器的电寿命,是得不偿失的。

4 结束语

  我国已有20多年的真空断路器运行经验,从国内真空断路器运行情况来看,由于真空断路器寿命终结而发生故障的并不多见,从运行的情况来看,国产真空断路器大的问题是可靠性差,尤其是机械故障率高,大量资料表明,国产真空断路器各项参数如电寿命等均已达到甚至超过国外同类产品,唯有可靠性和外观与国外产品仍有相当的差距。断路器的高可靠性是国产断路器必须奋起直追的首要目标,在断路器的可靠性问题解决之前,过长的电寿命是一种不必要的浪费,因而弹跳问题要解决,但首先必须设法提高国产真空断路器的可靠性。


真空断路器的操作过电压

  真空的操作过电压主要有截流过电压、重燃高频过电压、重击穿过电压、弹跳过电压等。截流过电压和重燃过电压一般在开合感性负荷时产生;重击穿过电压和弹跳过电压一般在开合容性负荷时产生。

  1.截流过电压

  在开断交流电流时,由于其极强的灭弧能力,在电流尚未到达自然零点时,电弧熄灭,电流被强迫截断,这就是截流现象。由于电流被迅速截断,电感负荷的磁场能就转化为电场能,引起截流过电压。当设备的入口较小时,过电压倍数就越高,对系统和设备的绝缘产生极不利的影响。

  真空断路器的截流水平主要取决于断路器触头电极所用的材料。目前,各国广泛采用的CuCr触头材料的截流水平约为5A。

  真空断路器的截流水平也决定了截流过电压的大小。另外,真空断路器所开合负荷的性质在连接电缆的长度对于截流过电压也有很大的影响。

  负荷越小,元件就越呈感性的特征。因而在电流截断时刻储存在电感上的磁能就越大,如被断开负荷的入口电容越小,由磁能转化为电场能所产生的截流过电压程度就越高。

  被断开负荷附设的电缆越长,电容就越大,因而过电压就低。当电缆长度超过一定值时,就可以将截流过电压限制在系统允许值(3.2倍最大相电压幅值)以下。只要电缆长度超过200m(总对地电容约0.1?F及以上),则开断配电变压器的各类负荷均不会产生超过设备和系统允许的过电压水平。

  2.重燃情况下的截流过电压

  上述截流过电压的分析是没有考虑真空断路器重燃影响的。如果在触头刚分离不久就发生截流现象,截流产生的高频振荡过程,在真空断路器的触头间的恢复电压以很快的速度上升。由于此时触头间距很小,因而容易被击穿,即发生重燃。

  重燃时在负荷侧和侧发生高频振荡过程,在间隙中将流过较大的高频电流,高频电流过零熄弧后,如果负荷上储存的能量足够大,它又转化为过电压,使触头间隙再次击穿。如此反复多次,直到触头间的介质恢复强度已足够高,产生的过电压不能再使间隙击穿为止,电路最终被开断。因此,决定此种情况的过电压特性将不再完全是由截流值,同时还包括了真空间隙的介质恢复强度特性。

  一般来说,由于重燃的作用使得储存在负荷电感上的能量有一部分回到电源侧,从而使得截流过电压有所降低。这是因为一方面触头重燃相当于限压间隙动作;另一方面,在多次重燃过程中,由于振荡回路中的能量不断减少,使过电压幅值降低。

  特别要指出,重燃虽可使截流过电压的幅值有所降低,但是在真空断路器重燃的过程中将产生高频振荡,导致产生高频过电压。重燃产生的高频过电压频率在电缆长度较短时是很高的。这样的高频过电压即使其幅值不大,对变压器的纵绝缘还是有危害的。因此对于绝缘比较薄弱的变压器(例如运行时间已较长的变压器、干式绝缘变压器等)需要限制重燃过电压的频率。

  计算分析表明,加长连接电缆的长度可以有效地降低重燃过电压的频率。在负荷侧并联的效果跟延长电缆长度是一样的,它将减缓过电压的前沿陡度。因此,对于绝缘比较薄弱的变压器,在连接电缆较短时,应在变压器的高压端并联电容器来降低重燃过电压的频率,典型的数值可取0.1~0.2?F。这里特别要注意的是MOA对于限制截流过电压的幅值是很有效的,但起不到限制重燃过电压产生高频率的作用。

  3.开断高压时的操作过电压

  真空断路器开断高压电动机,也是开断感性负荷。尤其是在开断电动机起动电流时,因起动电流很大,引起继电保护动作,断路器断开电动机,转子绕组转速接近为零,电磁暂态过程与变压器二次侧短路类似,转子绕组相当于短接的变压器二次绕组,定子绕组中的起动电流通常达5~7倍额定电流,断路器的截流值很大,从而开断制动状态的电机的截流过电压会远大于切空载电动机。它也常会发生因多次重燃过电压将电动机绕组匝间绝缘击穿。

  这是因为多次重燃过电压是频率很高的高频过电压,其频率可达几百千赫至几个兆赫。高幅值的高频过电压不仅严重威胁电动机的主绝缘,而且对绕组匝间绝缘也构成严重的危害。

标签: 真空断路器
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