長(zhǎng)壽命真空滅弧室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張楨

（寶雞市晨光真空電器股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

長(zhǎng)壽命真空滅弧室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張楨

（寶雞市晨光真空電器股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

真空滅弧室作為斷路器的主要元器件，其機(jī)械壽命不僅由其自身的性能決定，還與其相匹配的斷路器和開(kāi)關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能有關(guān)，包括分合閘速度、分合閘同期性和開(kāi)距等。對(duì)真空型滅弧室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、改善波紋管的加工工藝、減小滅弧室回路電阻等因素進(jìn)行了探究，重點(diǎn)分析了波紋管的材質(zhì)、加工技術(shù)、表面處理技術(shù)和整體回路電阻，從分析結(jié)果出發(fā)，對(duì)真空滅弧室中存在的問(wèn)題以及組裝工藝進(jìn)行了探究，對(duì)長(zhǎng)壽命真空滅弧室的設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化方案。

長(zhǎng)壽命；真空滅弧室；波紋管；接觸電阻

本文對(duì)長(zhǎng)壽命真空滅弧室的設(shè)計(jì)和制造方法進(jìn)行了探究，總結(jié)出一些延長(zhǎng)滅弧室壽命的方法。以TD-12/1600-31.5真空滅弧室為研究對(duì)象，其主要應(yīng)用于ZN28，ZN65，ZN63，ZN68型號(hào)的真空斷路器中。在ZN28-12K/T1250-31.5斷路器上進(jìn)行壽命測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證，優(yōu)化結(jié)構(gòu)后的長(zhǎng)壽命真空引弧室的壽命可達(dá)10萬(wàn)次。

1 長(zhǎng)壽命波紋管的優(yōu)化方案

TD-12/1600-31.5真空滅弧室的外殼制造原料主要為氧化鋁陶瓷，其觸頭結(jié)構(gòu)為杯狀縱磁結(jié)構(gòu)，陶瓷材質(zhì)外殼與不銹鋼蓋板之間使用無(wú)氧銅進(jìn)行過(guò)渡式封接，內(nèi)部的金屬元器件都使用AgCuNi焊料進(jìn)行釬焊。完善長(zhǎng)壽命真空滅弧室整體設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是優(yōu)化波紋管的設(shè)計(jì)方案，因?yàn)椴y管的壽命在一定程度上決定了真空滅弧室的機(jī)械壽命。因此，在具體工作中，要重點(diǎn)對(duì)波紋管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由以往滅弧室實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，波紋管最常見(jiàn)的故障部位是波紋管的2個(gè)端頭，大多數(shù)情況下，故障出現(xiàn)在2個(gè)端口的第1個(gè)、第2個(gè)波谷位置。出現(xiàn)這種情況的主要原因是波紋管在工作的過(guò)程中會(huì)經(jīng)常被外界的力量所強(qiáng)制壓縮或者拉伸延長(zhǎng)，而波紋管兩端的第1、第2個(gè)波會(huì)首先受到外界的沖擊力，而且長(zhǎng)壽命真空滅弧室的波紋管具備彈性滯后性和彈性后效性，所以，波形管受到外界沖擊力后首先受到損害的是波紋管端口的第1、第2個(gè)波谷位置。

優(yōu)化長(zhǎng)壽命波紋管需要波紋管的外形尺寸以及整體質(zhì)量與設(shè)計(jì)要求相符，并且要求波紋管的表面不能有肉眼可見(jiàn)的裂紋、墊坑、劃傷或者色澤不均勻等情況，因?yàn)檫@些情況會(huì)嚴(yán)重影響波紋管的使用壽命。波紋管加工完成后，一定要保證其管壁的各個(gè)位置厚度均勻，采用專用定型模具，保證波形為純“S”形。另外，長(zhǎng)壽命波紋管的晶粒度要在7～8級(jí)之間，其內(nèi)部波形要求光滑度高、均勻性好，不能存在波形歪斜的情況，而且還要為波形管的氣密性、使用壽命和剛度提供保證。長(zhǎng)壽命波紋管的加工管坯要選取含碳量低于0.08%的不銹鋼薄壁管，一般會(huì)選用1Cr18Ni9Ti為主要原材料的管坯，對(duì)管坯的要求是表面無(wú)發(fā)紋、無(wú)劃傷、無(wú)起皮等。在旋壓加工的過(guò)程中，要使用2次旋壓的加工方式加工不銹鋼薄壁管，第一次旋壓要少量快速，這種方式有助于矯正其管壁的薄厚均勻性，同時(shí)，還能防止因?yàn)樾龎毫窟^(guò)大而使不銹鋼薄壁管出現(xiàn)硬化的情況；第二次旋壓加工可以選用緩慢旋壓的方式，應(yīng)用這個(gè)方法時(shí)，可將其旋壓至設(shè)計(jì)的尺寸位置，要保證不銹鋼薄壁管的粗糙程度在Ra1.6左右。在退火過(guò)程中，要將退火的溫度設(shè)定在（1 050±50）℃的范圍內(nèi)，保溫時(shí)間要控制在10～15 min，讓其晶粒度至少為8級(jí)。在波紋管成形的過(guò)程中，要將壓力控制在（50±5）kN，否則壓力過(guò)大會(huì)直接導(dǎo)致其管坯出現(xiàn)破裂的情況，對(duì)其施加的壓力過(guò)小則得不到設(shè)計(jì)方案要求的波形。在最終定型的過(guò)程中，要使用專業(yè)的模具。在這個(gè)過(guò)程中要注意輕拿輕放加工好的波紋管，以避免波紋管的表面被現(xiàn)壓傷、劃傷或者磕碰。

2 改善滅弧室使用壽命的方法

真空滅弧室的回路電阻對(duì)降低真空斷路器長(zhǎng)期工作下的溫升有直接影響，從而降低真空滅弧室的可靠性，影響真空滅弧室的機(jī)械壽命。因此，相關(guān)工作人員要采取科學(xué)的方法來(lái)減小真空滅弧室的回路電阻。真空滅弧室的回路電阻通常占真空斷路器回路總電阻的40%～60%，真空滅弧室是真空斷路器的主要發(fā)熱元件。要想改善真空滅弧室的回路電阻，可以從以下幾方面考慮。

2.1 電阻率

在同樣的環(huán)境下，電阻率較高的接觸材料電阻較高。

2.2 硬度

相同材料不同硬度的器件相比，硬度較大的材料電阻較大。因此，在選擇元件時(shí)，要選擇硬度較小的元件。

2.3 接觸的幾何形狀

從接觸點(diǎn)幾何形狀的角度分析，其尺寸大小、形狀、表面光潔度等因素都會(huì)影響電阻的大小。當(dāng)接觸壓力一定時(shí)，接觸位置的曲率半徑越大，則其電阻值越小，表面光潔程度越高，電阻值越小。因此，應(yīng)當(dāng)選用表面較為圓潤(rùn)、光潔程度高的元件。

2.4 接觸面積

接觸面積越大，接觸電阻越小，而動(dòng)觸頭與靜觸頭之間的接觸電阻在整體電阻中所占比大約為2/3，因此，減小真空滅弧室接觸電阻，可以有效延長(zhǎng)真空滅弧室的使用壽命。鑒于此，相關(guān)人員可以改進(jìn)其觸頭設(shè)計(jì)。真空斷路器在閉合狀態(tài)時(shí)，其觸頭幾乎不可能接觸完全，一定會(huì)有一些夾角，所以，電流流經(jīng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些分支電流，這樣會(huì)額外增加真空滅弧室的電阻。R型觸頭中心為凸臺(tái)狀，并且面積小，有利于電流直接從滅弧室的觸頭層到達(dá)導(dǎo)電桿，這樣可以避免觸頭之間有多余的接觸，不會(huì)增加額外的接觸電阻。

2.5 焊點(diǎn)

在設(shè)計(jì)真空滅弧室主導(dǎo)電回路時(shí)，要盡量減少元件的焊接點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)，縮短真空滅弧室的導(dǎo)電回路也可以減小真空滅弧室的電阻，從而保證真空滅弧室的運(yùn)行可靠性。

2.6 觸頭厚度

在實(shí)際工作中，減小真空滅弧室中觸頭部分材料的厚度也可以達(dá)到減小電阻的目的。真空斷路器所使用的觸頭多選用CuCr25～50材料，其導(dǎo)電率比較低，僅為無(wú)氧銅導(dǎo)電率的1/3，因此，觸頭材料的厚度也會(huì)影響真空滅弧室的回路電阻，其應(yīng)用的杯狀觸頭需要將其加工成獨(dú)立的元件。為了不影響其強(qiáng)度，不能將其加工得太薄，一般設(shè)計(jì)厚度為3～4 mm。而R型觸頭的觸頭材料和磁場(chǎng)系統(tǒng)是集成式制造的，因此，R型觸頭材料的主導(dǎo)電部分可以適當(dāng)做薄，一般情況下會(huì)將其厚度做到2 mm。

3 總結(jié)

真空滅弧室的壽命不僅由其自身的性能決定，還與真空滅弧室組合運(yùn)行的斷路器以及真空滅弧器的開(kāi)關(guān)性質(zhì)有關(guān)。波紋管與真空滅弧室的關(guān)系密切，因此，優(yōu)化波紋管的結(jié)構(gòu)對(duì)提升真空滅弧室的性能有很大的幫助。長(zhǎng)壽命真空滅弧室的回路電阻同樣對(duì)其壽命有一定的影響，所以說(shuō)，減小電阻是保證長(zhǎng)壽命真空滅弧室質(zhì)量的有效措施之一。

［1］何廣麗.大容量真空滅弧室的可靠性設(shè)計(jì)與制造［J］.電氣時(shí)代，2016（1）：72-74.

［2］陳堂功，康勇忠，劉亞賢.基于改進(jìn)人工搜索群算法的真空滅弧室優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.電器與能效管理技術(shù)，2016（17）：12-17.

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TN105

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.111

2095－6835（2017）21－0111－02

〔編輯：白潔〕