真空開關(guān)管熔焊

真空開關(guān)的觸頭熔焊摘要：本文闡述了真空開關(guān)在關(guān)合大電流操作時(shí)容易產(chǎn)生的觸頭熔焊現(xiàn)象，并具體分析了影響熔焊力大小的各種因素，以及克服觸頭熔焊的有效措施。關(guān)鍵詞：熔焊抗熔焊能力觸頭彈跳動(dòng)熔焊靜熔焊一、 概述真空開關(guān)以其獨(dú)特的真空熄弧方式，具備了開斷性能優(yōu)良、體積小、壽命長、無爆炸危險(xiǎn)、檢修周期長等優(yōu)點(diǎn)。近年來真空開關(guān)發(fā)展異常迅速，已廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油化工、電氣化鐵路以及建筑等工業(yè)領(lǐng)域。而在真空開關(guān)產(chǎn)品運(yùn)行，特別是試驗(yàn)過程中除開斷能力、絕緣性能等之外。很重要的一個(gè)指標(biāo)是關(guān)合能力。在關(guān)合大電流時(shí)，往往出現(xiàn)觸頭熔焊現(xiàn)象而造成不能正常分閘，這是真空開關(guān)廠家以及真空滅弧室廠家十分關(guān)注并力求解決的問題。二、 真空開關(guān)的觸頭熔焊真空開關(guān)在合閘時(shí)很容易發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象，這是真空開關(guān)試驗(yàn)中很突出的一個(gè)問題。真空滅弧室的觸頭表面是十分清潔的，而且真空電弧還有進(jìn)一步清除表面臟污的作用。因此可以說真空狀態(tài)下觸頭間的熔焊是不可避免的。關(guān)鍵是要求觸頭間的熔焊力不能太大。在觸頭發(fā)生熔焊后，熔焊點(diǎn)可以輕易地在分閘力的作用下被破壞，即把觸頭拉開。那么觸頭間的熔焊以及熔焊力的大小與哪些因素有關(guān)呢？歸納起來主要有以下四方面因素。熔焊力的大小與峰值電流有關(guān)觸頭間發(fā)生熔焊，其熔焊力的大小與峰值電流有關(guān)。根據(jù)美國西屋公司試驗(yàn)和計(jì)算，熔焊力F與峰值電流的關(guān)系式為：F=1.8XI1.54PKX10-5(磅)其中IJ2.7XI(RMS)Ls-對(duì)稱開斷電流有效值IPK－峰值電流熔焊力的大小與觸頭材料有關(guān)真空滅弧室中采用的各種觸頭材料，其抗熔焊能力各不相同。比如銅(Cu)材料，它雖然有良好的開斷大電流能力，當(dāng)關(guān)合大電流時(shí)，銅將發(fā)生強(qiáng)烈的熔焊，甚至通常的機(jī)構(gòu)分閘力都無法將兩觸頭分開。所以我們不會(huì)選用純銅材料來做觸頭。但是在純銅中加入其它低熔點(diǎn)金屬，其抗熔焊性能就會(huì)好得多。例如：在銅中加入一定比例的金屬鉍(Bi),形成銅鉍二元合金，就可以克服熔焊缺點(diǎn)。鉍的含量一般在0.5?5%范圍內(nèi)即具有良好的抗熔焊能力。對(duì)于抗熔焊觸頭材料，一般有以下兩種要求：所選用的觸頭材料，其本身的機(jī)械強(qiáng)度必須大于發(fā)生熔焊時(shí)產(chǎn)生的熔焊層的機(jī)械強(qiáng)度。只有這樣，在熔焊點(diǎn)斷裂時(shí)才不至于拉出觸頭本身材料或使觸頭嚴(yán)重?fù)p傷，不至于影響觸頭間的耐電壓強(qiáng)度。觸頭一旦拉傷便會(huì)使表面粗糙或拉出毛刺，造成斷口間絕緣水平大大下降。發(fā)生熔焊時(shí)產(chǎn)生的熔焊點(diǎn)必須是脆性的，這樣可以使破壞熔焊點(diǎn)的力小于真空開關(guān)的分閘力，使其順利分閘。熔焊與合閘速度有關(guān)真空開關(guān)的合閘速度一般應(yīng)低于它的分閘速度。合閘速度過高或過低都會(huì)容易產(chǎn)生熔焊。(1)當(dāng)合閘速度過高時(shí)，產(chǎn)生的動(dòng)能過大，動(dòng)靜觸頭接觸后極易引起觸頭彈跳。觸頭彈跳將造成觸頭接觸不實(shí)而出現(xiàn)觸頭間隙，產(chǎn)生的電弧引起觸頭表面熔化，從而造成觸頭熔焊。值得注意的是觸頭彈跳不只是彈跳一次后就能穩(wěn)穩(wěn)地與靜觸頭接觸牢，而是彈跳多次，當(dāng)然其振幅是逐漸衰減，若其彈跳頻率恰好與機(jī)構(gòu)的固有頻率相同時(shí)，是最危險(xiǎn)的，是最容易產(chǎn)生熔焊的。（2）當(dāng)合閘速度過低時(shí)，動(dòng)觸頭不是迅速與靜觸頭牢靠接觸。當(dāng)觸頭即將接觸前會(huì)出現(xiàn)予擊穿，這一段時(shí)間不應(yīng)太長，否則予擊穿引起的電弧也會(huì)使觸頭表面熔化而造成熔焊。4、熔焊與觸頭壓力有關(guān)真空開關(guān)合閘（關(guān)合）時(shí)，必須對(duì)觸頭施加足夠壓力以保證動(dòng)靜觸頭具有良好的接觸，否則形成虛接狀態(tài)，兩觸頭之間的微小間隙會(huì)產(chǎn)生電弧燒熔觸頭而產(chǎn)生觸頭熔焊現(xiàn)象。這一點(diǎn)在多次試驗(yàn)中已經(jīng)得到證實(shí)。同時(shí)，觸頭壓力過小也易產(chǎn)生觸頭彈跳，也會(huì)造成觸頭熔焊最近四川某開關(guān)廠在40千安的產(chǎn)品調(diào)試中發(fā)現(xiàn)彈跳較大，經(jīng)適當(dāng)增加觸頭予壓力后，觸頭彈跳值立即降下來了。三、 觸頭熔焊的過程觸頭工作時(shí)，有兩種不同情況產(chǎn)生熔焊。一種情況是僅僅由接觸電阻的發(fā)熱使導(dǎo)電斑點(diǎn)及其附近的金屬熔化而焊接，在這種情況下產(chǎn)生的熔焊一般稱之為靜熔焊。它多半在固定接觸連接或接觸力足夠大的閉合狀態(tài)觸頭中出現(xiàn)。另一種情況是除接觸電阻發(fā)熱外，主要是觸頭合閘過程中產(chǎn)生觸頭彈跳以及予擊穿產(chǎn)生電弧，或觸頭被電動(dòng)斥力推開產(chǎn)生電弧，在電弧的高溫下使觸頭表面金屬熔化和氣化而最終導(dǎo)致觸頭熔焊的。這種情況一般稱之為動(dòng)熔焊。它多半是在觸頭閉合過程中或接觸力較小的閉合狀態(tài)觸頭中出現(xiàn)。觸頭的靜熔焊與動(dòng)熔焊之間最主要的區(qū)別是，靜熔焊為電阻焊接，而動(dòng)熔焊是電弧焊接。下面敘述熔焊過程。當(dāng)合閘時(shí)，隨著動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)，兩觸頭間距離逐漸縮小。達(dá)到一定距離時(shí)開始擊穿，產(chǎn)生電弧電流，當(dāng)電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，觸頭接觸面的某一斑點(diǎn)a處薄層金屬剛剛開始熔化（見圖2開始溶化電流Ir與電流通過時(shí)間t及觸頭壓力F的關(guān)系曲線圖1）。接觸電阻下降，此時(shí)若要切斷電源會(huì)很容易地使觸頭分開。分開后可以觀察到觸頭接觸表面會(huì)有輕微的熔化痕跡。此時(shí)的電流稱為“開始熔化電流”此電流Ir與電流通過時(shí)間t及觸頭壓力F有關(guān)，其關(guān)系曲線見圖2。如果通過觸頭的電流進(jìn)一步增大，例如超過觸頭開始熔化電流的20?30%，斑點(diǎn)a及附近的金屬有較大面積的熔化，觸頭開始焊接，此時(shí)的電流稱之為“開始焊接電流”。四、 關(guān)于觸頭合閘彈跳以上已經(jīng)分析了觸頭合閘彈跳過大會(huì)誘發(fā)觸頭熔焊，那么實(shí)際上在操作真空開關(guān)過程中，由于觸頭結(jié)構(gòu)為對(duì)接式的特點(diǎn)，加之彈簧本身就是一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的作用下極易產(chǎn)生觸頭彈跳（合閘）和觸頭反彈（分閘），這一直是真空開關(guān)生產(chǎn)過程中急待解決的一個(gè)重要問題。真空開關(guān)合閘時(shí)發(fā)生彈跳不僅會(huì)對(duì)觸頭燒損甚至熔焊，而且也會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓，影響整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。這在投入電容器組時(shí)產(chǎn)生涌流及短路關(guān)合的情況下會(huì)更加嚴(yán)重，若產(chǎn)生熔焊后果將十分嚴(yán)重。我們平常所說的合閘彈跳大小是指合閘彈跳時(shí)間。它是指從觸頭剛接觸時(shí)起至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時(shí)間。隨著產(chǎn)品性能可靠性的不斷提高，彈跳標(biāo)準(zhǔn)值在減小。目前多數(shù)產(chǎn)品的彈跳值規(guī)定不大于2ms。彈跳時(shí)間過長，合閘時(shí)的沖量大，多余的能量也只能消耗在斷路器框架處，使之產(chǎn)生微小的變形和震動(dòng)，長此以往有害無益，同時(shí)也造成觸頭磨損量加大。產(chǎn)生合閘彈跳的原因分析起來比較復(fù)雜。從滅弧室角度來說，觸頭材料有一定影響，如材料愈硬，愈易引起彈跳。觸頭結(jié)構(gòu)一般為對(duì)接式，接觸后撞擊力量無處吸收。在各種現(xiàn)行的觸頭結(jié)構(gòu)中，線圈式結(jié)構(gòu)較好，萬字槽式或平板式較差。滅弧室的裝配精度尤其是動(dòng)靜端的同軸度的大小會(huì)直接影響裝配調(diào)試，若調(diào)試不當(dāng)也會(huì)影響到彈跳值。除此之外，開關(guān)合閘彈跳還與整個(gè)操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及開關(guān)的框架有較大關(guān)系。在開關(guān)的整個(gè)合、分過程中，由于機(jī)械沖擊引起的予振動(dòng)因彈簧、波紋管、框架等柔性元件的存在而產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)波，且一直影響著開關(guān)的合分過程。開關(guān)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，配合間隙是否合適，裝配精度高低都對(duì)彈跳產(chǎn)生很大影響。真空開關(guān)的機(jī)械參數(shù)