真空開關(guān)操作過電壓和弧后延時重?fù)舸﹩栴}分析

姜　偉

摘要：真空開關(guān)在國民生產(chǎn)中愈來愈廣泛應(yīng)用，但是仍在許多待改進(jìn)的地方。例如，觸頭材料不能停留在引進(jìn)技術(shù)上，應(yīng)研制有自主知識產(chǎn)權(quán)的更優(yōu)質(zhì)的材料來進(jìn)一步發(fā)展低壓真空開關(guān)和特種真空開關(guān)，把工作的重點放在低過電壓、大開斷能力和小尺寸的真空滅弧和真空開關(guān)的研制上。

關(guān)鍵詞：真空開關(guān)；電壓

真空開關(guān)具有絕緣強(qiáng)度高，分?jǐn)嗄芰Υ?，體積小，質(zhì)量輕，壽命長，適于頻繁操作，很少維修等一系列優(yōu)點。進(jìn)來在我國發(fā)展很快，覆蓋了諸多領(lǐng)域。然而，真空開關(guān)仍存在一些使用中大家關(guān)心的問題，其中有：易產(chǎn)生操作過電壓；有時還會出現(xiàn)弧后延時重?fù)舸?/p>

那么如何解決這個棘手的問題呢？解決真空開關(guān)過電壓問題一般有兩條途徑：一是在開關(guān)的外部加入某種技術(shù)措施，例如在開關(guān)外面加裝RS吸收器或氧化鋅避雷器加以限制；二是著眼于開關(guān)本身來解決問題，例如采用低壓觸頭材料和觸頭結(jié)構(gòu)來降低過電壓。

真空開關(guān)弧后延時重?fù)舸┠壳爸灰獜拈_關(guān)的設(shè)計，選材和工藝等方面下功夫，有可能減少或消除這種有害的重?fù)舸?/p>

下面結(jié)合本人在實際工作中的觀察、思考、實踐簡要談?wù)劷鉀Q這些問題的途徑和方法。

1 操作過電壓問題

真空開關(guān)操作過電壓產(chǎn)生的機(jī)理主要是截流和多次重燃引起。影響真空開關(guān)操作過電壓的因素很多，有負(fù)載性質(zhì)與功率因數(shù)的影響，也有開關(guān)觸頭材料與結(jié)構(gòu)的影響，以及觸頭開距的影響等等。就真空開關(guān)本身而言，主要是觸頭材料與結(jié)構(gòu)的影響。

首先談?wù)動|頭材料問題。

許多實踐應(yīng)用說明，觸頭材料的成分、含量、工藝等與真空開關(guān)的工作性能直接有關(guān)。其中，觸頭材料對開關(guān)的截流水平關(guān)系極大，由于截流產(chǎn)生過電壓的機(jī)率大，固而真空開關(guān)低截流觸頭材料的選用就顯得至關(guān)重要。

目前，10KV以下真空開關(guān)觸頭常用鎢基材料，如：W-Ag或WC-Ag復(fù)合材料。由于Ag的蒸氣壓較高，WC的熱導(dǎo)率較低，因而這樣材料的截流可以達(dá)到很低的水平。

現(xiàn)在額定電壓為10KV以上的真空開關(guān)，目前應(yīng)用最多的觸頭材料是UC-Cr。由于恰當(dāng)?shù)乩昧丝v磁場效應(yīng)，使這種材料制成的真空接觸器截流低到最低點（無縱磁場）。因此，應(yīng)用縱磁場效應(yīng)技術(shù)即可增大真空開關(guān)的開斷能力，又可采用廉價的觸頭材料截流，從而達(dá)到節(jié)能和降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品性能的問題。

真空開關(guān)過電壓除截流原因外，還有多次重燃。多次重燃產(chǎn)生的特點是開關(guān)分?jǐn)鄷r因觸頭間隙不能瞬時增大而出現(xiàn)高頻電流多次開斷和重燃。顯然，要避免產(chǎn)生多次重燃過電壓則必須要求觸頭材料具有弱的高頻電流開斷能力，但與此同時又不能降低工頻電流開斷能力。

2 弧后延時重?fù)舸﹩栴}

真空開關(guān)弧后延時重?fù)舸┦侵搁_關(guān)分?jǐn)嚯娏骰蚧『蠼?jīng)幾十毫秒的長時間延時，即在暫態(tài)恢復(fù)電壓早已衰減以后，觸頭間隙又發(fā)生重復(fù)擊穿的現(xiàn)象。雖然，真空開關(guān)不像其它種類的開關(guān)，它在延時重?fù)舸┖笕阅芸煽康販缁?，但畢竟會影響到真空開關(guān)工作的可靠性，尤其是開斷容性負(fù)載有可能產(chǎn)生高達(dá)4倍以上的過電壓，并使繼電保護(hù)誤動作，之所以真空開關(guān)弧后延時擊穿，筆者經(jīng)查閱一些中外資料有一種具體的說法，那就是由微粒效應(yīng)引起，主要依據(jù)是：

a.在重?fù)舸┌l(fā)生前沒有場發(fā)射電流增大現(xiàn)象；b.當(dāng)恢復(fù)電壓與擊穿電壓的比值相同時，雖然3mm間隙的場發(fā)射電流比10mm間隙高出2～3倍，但是短間隙下發(fā)生的重?fù)舸┎⒉槐乳L間隙更頻繁。c.專門人員用顯微鏡可以觀察到觸頭和屏蔽罩上粘附著許多很松的微粒。d.大量的重?fù)舸┒际且驒C(jī)械沖擊而誘發(fā)。

主要表現(xiàn)：早期重?fù)舸┦蔷o接電流后3～10ms內(nèi)發(fā)生的，此時觸頭表面的熔化金屬還來不及同化，由陰極直接發(fā)射而導(dǎo)致重?fù)舸?。同時，真空開關(guān)在高位重?fù)舸┧降碾妷洪L時間作用下，觸頭間隙也有可能發(fā)生擊穿，產(chǎn)生這種擊穿最嚴(yán)重的預(yù)應(yīng)力是熔焊觸頭的無載分?jǐn)?。顯然，要消除這種有害的擊穿，只能從減輕熔焊和研制觸頭材料上下功夫。