真空開關管熔焊

真空開關的觸頭熔焊摘要：本文闡述了真空開關在關合大電流操作時容易產(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。關鍵詞：熔焊抗熔焊能力觸頭彈跳動熔焊靜熔焊一、 概述真空開關以其獨特的真空熄弧方式，具備了開斷性能優(yōu)良、體積小、壽命長、無爆炸危險、檢修周期長等優(yōu)點。近年來真空開關發(fā)展異常迅速，已廣泛應用于電力、冶金、石油化工、電氣化鐵路以及建筑等工業(yè)領域。而在真空開關產(chǎn)品運行，特別是試驗過程中除開斷能力、絕緣性能等之外。很重要的一個指標是關合能力。在關合大電流時，往往出現(xiàn)觸頭熔焊現(xiàn)象而造成不能正常分閘，這是真空開關廠家以及真空滅弧室廠家十分關注并力求解決的問題。二、 真空開關的觸頭熔焊真空開關在合閘時很容易發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象，這是真空開關試驗中很突出的一個問題。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觸頭間發(fā)生熔焊，其熔焊力的大小與峰值電流有關。根據(jù)美國西屋公司試驗和計算，熔焊力F與峰值電流的關系式為：F=1.8XI1.54PKX10-5(磅)其中IJ2.7XI(RMS)Ls-對稱開斷電流有效值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，當關合大電流時，銅將發(fā)生強烈的熔焊，甚至通常的機構分閘力都無法將兩觸頭分開。所以我們不會選用純銅材料來做觸頭。但是在純銅中加入其它低熔點金屬，其抗熔焊性能就會好得多。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。鉍的含量一般在0.5?5%范圍內即具有良好的抗熔焊能力。對于抗熔焊觸頭材料，一般有以下兩種要求：所選用的觸頭材料，其本身的機械強度必須大于發(fā)生熔焊時產(chǎn)生的熔焊層的機械強度。只有這樣，在熔焊點斷裂時才不至于拉出觸頭本身材料或使觸頭嚴重損傷，不至于影響觸頭間的耐電壓強度。觸頭一旦拉傷便會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)生熔焊時產(chǎn)生的熔焊點必須是脆性的，這樣可以使破壞熔焊點的力小于真空開關的分閘力，使其順利分閘。熔焊與合閘速度有關真空開關的合閘速度一般應低于它的分閘速度。合閘速度過高或過低都會容易產(chǎn)生熔焊。(1)當合閘速度過高時，產(chǎn)生的動能過大，動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，當然其振幅是逐漸衰減，若其彈跳頻率恰好與機構的固有頻率相同時，是最危險的，是最容易產(chǎn)生熔焊的。（2）當合閘速度過低時，動觸頭不是迅速與靜觸頭牢靠接觸。當觸頭即將接觸前會出現(xiàn)予擊穿，這一段時間不應太長，否則予擊穿引起的電弧也會使觸頭表面熔化而造成熔焊。4、熔焊與觸頭壓力有關真空開關合閘（關合）時，必須對觸頭施加足夠壓力以保證動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產(chǎn)生電弧燒熔觸頭而產(chǎn)生觸頭熔焊現(xiàn)象。這一點在多次試驗中已經(jīng)得到證實。同時，觸頭壓力過小也易產(chǎn)生觸頭彈跳，也會造成觸頭熔焊最近四川某開關廠在40千安的產(chǎn)品調試中發(fā)現(xiàn)彈跳較大，經(jīng)適當增加觸頭予壓力后，觸頭彈跳值立即降下來了。三、 觸頭熔焊的過程觸頭工作時，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)熱使導電斑點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致觸頭熔焊的。這種情況一般稱之為動熔焊。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)。觸頭的靜熔焊與動熔焊之間最主要的區(qū)別是，靜熔焊為電阻焊接，而動熔焊是電弧焊接。下面敘述熔焊過程。當合閘時，隨著動觸頭的運動，兩觸頭間距離逐漸縮小。達到一定距離時開始擊穿，產(chǎn)生電弧電流，當電流達到一定數(shù)值時，觸頭接觸面的某一斑點a處薄層金屬剛剛開始熔化（見圖2開始溶化電流Ir與電流通過時間t及觸頭壓力F的關系曲線圖1）。接觸電阻下降，此時若要切斷電源會很容易地使觸頭分開。分開后可以觀察到觸頭接觸表面會有輕微的熔化痕跡。此時的電流稱為“開始熔化電流”此電流Ir與電流通過時間t及觸頭壓力F有關，其關系曲線見圖2。如果通過觸頭的電流進一步增大，例如超過觸頭開始熔化電流的20?30%，斑點a及附近的金屬有較大面積的熔化，觸頭開始焊接，此時的電流稱之為“開始焊接電流”。四、 關于觸頭合閘彈跳以上已經(jīng)分析了觸頭合閘彈跳過大會誘發(fā)觸頭熔焊，那么實際上在操作真空開關過程中，由于觸頭結構為對接式的特點，加之彈簧本身就是一個振動系統(tǒng)，在機械運動的作用下極易產(chǎn)生觸頭彈跳（合閘）和觸頭反彈（分閘），這一直是真空開關生產(chǎn)過程中急待解決的一個重要問題。真空開關合閘時發(fā)生彈跳不僅會對觸頭燒損甚至熔焊，而且也會產(chǎn)生較高的過電壓，影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性。這在投入電容器組時產(chǎn)生涌流及短路關合的情況下會更加嚴重，若產(chǎn)生熔焊后果將十分嚴重。我們平常所說的合閘彈跳大小是指合閘彈跳時間。它是指從觸頭剛接觸時起至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時間。隨著產(chǎn)品性能可靠性的不斷提高，彈跳標準值在減小。目前多數(shù)產(chǎn)品的彈跳值規(guī)定不大于2ms。彈跳時間過長，合閘時的沖量大，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，長此以往有害無益，同時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。觸頭結構一般為對接式，接觸后撞擊力量無處吸收。在各種現(xiàn)行的觸頭結構中，線圈式結構較好，萬字槽式或平板式較差。滅弧室的裝配精度尤其是動靜端的同軸度的大小會直接影響裝配調試，若調試不當也會影響到彈跳值。除此之外，開關合閘彈跳還與整個操動機構以及開關的框架有較大關系。在開關的整個合、分過程中，由于機械沖擊引起的予振動因彈簧、波紋管、框架等柔性元件的存在而產(chǎn)生不同頻率的振動波，且一直影響著開關的合分過程。開關本體結構設計是否合理，配合間隙是否合適，裝配精度高低都對彈跳產(chǎn)生很大影響。真空開關的機械參數(shù)