真空开关管熔焊

真空开关的触头熔焊摘要：本文阐述了真空开关在关合大电流操作时容易产生的触头熔焊现象，并具体分析了影响熔焊力大小的各种因素，以及克服触头熔焊的有效措施。关键词：熔焊抗熔焊能力触头弹跳动熔焊静熔焊一、 概述真空开关以其独特的真空熄弧方式，具备了开断性能优良、体积小、寿命长、无爆炸危险、检修周期长等优点。近年来真空开关发展异常迅速，已广泛应用于电力、冶金、石油化工、电气化铁路以及建筑等工业领域。而在真空开关产品运行，特别是试验过程中除开断能力、绝缘性能等之外。很重要的一个指标是关合能力。在关合大电流时，往往出现触头熔焊现象而造成不能正常分闸，这是真空开关厂家以及真空灭弧室厂家十分关注并力求解决的问题。二、 真空开关的触头熔焊真空开关在合闸时很容易发生触头熔焊现象，这是真空开关试验中很突出的一个问题。真空灭弧室的触头表面是十分清洁的，而且真空电弧还有进一步清除表面脏污的作用。因此可以说真空状态下触头间的熔焊是不可避免的。关键是要求触头间的熔焊力不能太大。在触头发生熔焊后，熔焊点可以轻易地在分闸力的作用下被破坏，即把触头拉开。那么触头间的熔焊以及熔焊力的大小与哪些因素有关呢？归纳起来主要有以下四方面因素。熔焊力的大小与峰值电流有关触头间发生熔焊，其熔焊力的大小与峰值电流有关。根据美国西屋公司试验和计算，熔焊力F与峰值电流的关系式为：F=1.8XI1.54PKX10-5(磅)其中IJ2.7XI(RMS)Ls-对称开断电流有效值IPK－峰值电流熔焊力的大小与触头材料有关真空灭弧室中采用的各种触头材料，其抗熔焊能力各不相同。比如铜(Cu)材料，它虽然有良好的开断大电流能力，当关合大电流时，铜将发生强烈的熔焊，甚至通常的机构分闸力都无法将两触头分开。所以我们不会选用纯铜材料来做触头。但是在纯铜中加入其它低熔点金属，其抗熔焊性能就会好得多。例如：在铜中加入一定比例的金属铋(Bi),形成铜铋二元合金，就可以克服熔焊缺点。铋的含量一般在0.5〜5%范围内即具有良好的抗熔焊能力。对于抗熔焊触头材料，一般有以下两种要求：所选用的触头材料，其本身的机械强度必须大于发生熔焊时产生的熔焊层的机械强度。只有这样，在熔焊点断裂时才不至于拉出触头本身材料或使触头严重损伤，不至于影响触头间的耐电压强度。触头一旦拉伤便会使表面粗糙或拉出毛刺，造成断口间绝缘水平大大下降。发生熔焊时产生的熔焊点必须是脆性的，这样可以使破坏熔焊点的力小于真空开关的分闸力，使其顺利分闸。熔焊与合闸速度有关真空开关的合闸速度一般应低于它的分闸速度。合闸速度过高或过低都会容易产生熔焊。(1)当合闸速度过高时，产生的动能过大，动静触头接触后极易引起触头弹跳。触头弹跳将造成触头接触不实而出现触头间隙，产生的电弧引起触头表面熔化，从而造成触头熔焊。值得注意的是触头弹跳不只是弹跳一次后就能稳稳地与静触头接触牢，而是弹跳多次，当然其振幅是逐渐衰减，若其弹跳频率恰好与机构的固有频率相同时，是最危险的，是最容易产生熔焊的。（2）当合闸速度过低时，动触头不是迅速与静触头牢靠接触。当触头即将接触前会出现予击穿，这一段时间不应太长，否则予击穿引起的电弧也会使触头表面熔化而造成熔焊。4、熔焊与触头压力有关真空开关合闸（关合）时，必须对触头施加足够压力以保证动静触头具有良好的接触，否则形成虚接状态，两触头之间的微小间隙会产生电弧烧熔触头而产生触头熔焊现象。这一点在多次试验中已经得到证实。同时，触头压力过小也易产生触头弹跳，也会造成触头熔焊最近四川某开关厂在40千安的产品调试中发现弹跳较大，经适当增加触头予压力后，触头弹跳值立即降下来了。三、 触头熔焊的过程触头工作时，有两种不同情况产生熔焊。一种情况是仅仅由接触电阻的发热使导电斑点及其附近的金属熔化而焊接，在这种情况下产生的熔焊一般称之为静熔焊。它多半在固定接触连接或接触力足够大的闭合状态触头中出现。另一种情况是除接触电阻发热外，主要是触头合闸过程中产生触头弹跳以及予击穿产生电弧，或触头被电动斥力推开产生电弧，在电弧的高温下使触头表面金属熔化和气化而最终导致触头熔焊的。这种情况一般称之为动熔焊。它多半是在触头闭合过程中或接触力较小的闭合状态触头中出现。触头的静熔焊与动熔焊之间最主要的区别是，静熔焊为电阻焊接，而动熔焊是电弧焊接。下面叙述熔焊过程。当合闸时，随着动触头的运动，两触头间距离逐渐缩小。达到一定距离时开始击穿，产生电弧电流，当电流达到一定数值时，触头接触面的某一斑点a处薄层金属刚刚开始熔化（见图2开始溶化电流Ir与电流通过时间t及触头压力F的关系曲线图1）。接触电阻下降，此时若要切断电源会很容易地使触头分开。分开后可以观察到触头接触表面会有轻微的熔化痕迹。此时的电流称为“开始熔化电流”此电流Ir与电流通过时间t及触头压力F有关，其关系曲线见图2。如果通过触头的电流进一步增大，例如超过触头开始熔化电流的20〜30%，斑点a及附近的金属有较大面积的熔化，触头开始焊接，此时的电流称之为“开始焊接电流”。四、 关于触头合闸弹跳以上已经分析了触头合闸弹跳过大会诱发触头熔焊，那么实际上在操作真空开关过程中，由于触头结构为对接式的特点，加之弹簧本身就是一个振动系统，在机械运动的作用下极易产生触头弹跳（合闸）和触头反弹（分闸），这一直是真空开关生产过程中急待解决的一个重要问题。真空开关合闸时发生弹跳不仅会对触头烧损甚至熔焊，而且也会产生较高的过电压，影响整个电网的稳定性。这在投入电容器组时产生涌流及短路关合的情况下会更加严重，若产生熔焊后果将十分严重。我们平常所说的合闸弹跳大小是指合闸弹跳时间。它是指从触头刚接触时起至触头稳定接触瞬间为止的时间。随着产品性能可靠性的不断提高，弹跳标准值在减小。目前多数产品的弹跳值规定不大于2ms。弹跳时间过长，合闸时的冲量大，多余的能量也只能消耗在断路器框架处，使之产生微小的变形和震动，长此以往有害无益，同时也造成触头磨损量加大。产生合闸弹跳的原因分析起来比较复杂。从灭弧室角度来说，触头材料有一定影响，如材料愈硬，愈易引起弹跳。触头结构一般为对接式，接触后撞击力量无处吸收。在各种现行的触头结构中，线圈式结构较好，万字槽式或平板式较差。灭弧室的装配精度尤其是动静端的同轴度的大小会直接影响装配调试，若调试不当也会影响到弹跳值。除此之外，开关合闸弹跳还与整个操动机构以及开关的框架有较大关系。在开关的整个合、分过程中，由于机械冲击引起的予振动因弹簧、波纹管、框架等柔性元件的存在而产生不同频率的振动波，且一直影响着开关的合分过程。开关本体结构设计是否合理，配合间隙是否合适，装配精度高低都对弹跳产生很大影响。真空开关的机械参数