摘要：合闸弹跳是真空断路器的一个重要机械特性参数，在合闸弹跳过程中，确保其可靠性、稳定性是非常重要的。本文介绍了真空断路器的合闸弹跳的定义，分析了影响真空断路器合闸弹跳值大小的因素，并结合多年调试真空断路器的实践经验，总结出了几种减小真空断路器合闸弹跳的方法。
关键词：真空断路器；合闸；弹跳
一、合闸弹跳的概念
合闸弹跳在GB和IEC标准并无明确定义，一般理解为合闸弹跳是指断路器在合闸过程中动触头与静触头碰撞接触后被反作用力推开，然后再接触再被推开的现象。之所以能产生弹跳，是由真空断路器自身结构决定的，因为真空断路器的动静触头的接触方式是平面对接似的，而不像SEF6断路器那样采用插入式接触，在合闸接触触碰撞后必然会有弹跳现象。像断路器、负荷开关结构，都是通过动触头与静触头的接触来是想电流的开段与接通的，动静触头在接触时，如果速度过慢就会产生很大的拉弧现象，对触头的危害很大，很容易烧毁触头，所以在分合闸时必须保证有足够的速度。然而速度是用力来保证的，速度越快，相对应的力就越大，相会碰撞接触的铜触头的弹性势能也就越大，这就是所谓的合闸弹跳。合闸跳时间是指断路器在合闸时，触头从刚接触的一瞬间开始计时，经过完成接触，随后产生分离，这样反反复复的触离，直到最后达到稳定接触之间时间。从本质上说，这是一种受迫阻尼振荡，振荡的频率、振幅取决于动触头系统的质量、速度、弹性、弹簧的倔强系数及碰撞后的阻尼情况。在实际运行过程中，当然合闸跳越小越好，这样会使静触头的有效接触面积增大。但是究竟小到什么程度呢，也没有一个很明显的标准。很多真空断路器厂家将合闸弹跳时间定为小于2ms，之所以要小于2ms，主要是因为合闸弹跳的瞬间会引起电力系统或设备产生LC高频振荡，振荡产生的过电压电气设备的绝缘可能造成伤害甚至损坏。而当合闸弹跳小于2ms，不会产生较大的过电压，设备绝缘不会受损，在合闸是动静触头之间也不会产生熔焊。对现代的真空断路技术而言，只要弹跳的幅值合时间在合理范围内，合闸弹跳对电力系统和判断路本身没有不良影响。
二、合闸弹跳产生的原因及危害
合闸弹跳是指断路器的动触头与静触头碰撞接触后被反作用力推开，然后再接触又被推开的往复现象。该过程经过几次反复运动，在允许的时间范围内停止。从本质上说，合闸弹跳的瞬间过程中会引起设备产生LC高频振荡，振荡的频率、振幅与诸多因素有关：触头弹簧的弹跳压力、合闸速度、开距以及真空断路器的触头材料等，同时安装调试质量、零部件的加工精度也影响其合闸弹跳时间的长短。经过实践证明，触头材料的硬度越大，弹跳时间越长；触头材料的硬度相同时，触头压力越大，弹跳时间越短。
当断路器带电操作时，若两触头之间存在弹跳，真空电弧的燃弧时间就会延长。真空电弧是一种弧体温度高达七、八千度的高温等离子体。弹跳时间过长，燃弧时间增加，使触头表面熔化的深度和广度都增加，合闸时就会造成两触头界面接触，瞬间冷却后两触头熔焊在一起。这种熔焊，靠操作机构几千牛顿的分闸力是不容易拉开而造成开断失败。有时即使分闸力能拉开，但常常把触头表面拉变形，造成开断后恢复电压短路。因此，熔焊的结果是断路器开断成败的关键。在一定范围内，合闸弹跳最主要的危害在于加速了灭弧室触头的磨损进而导致灭弧室电寿命的缩短。
与此同时，电气触头的接触电阻也会对真空断路器的合闸弹跳产生一定影响，它主要取决于两导体直接接触的载流面积、接触面受到的压力以及接触面的腐蚀程度。电气触头本身由于凹凸不平，在没有足够的压力的情况下，其接触面有效载流面积将减小而导致接触电阻增加。如果触头的接触面受热氧化腐蚀，其电阻率也会增大从而增加接触电阻。
综上所述，在真空断路器频繁启动的情况下，灭弧室动、静触头，操作机构和紧固件的机械磨损较大，引起触头过热和电气合闸弹跳时间延长；合闸弹跳加速了触头的磨损，机械疲劳导致动、静触头压力减小，造成回路接触电阻增大以及后来的触头熔焊现象，导致真空接触器电动分闸分不开的故障。
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三、减小合闸弹跳时间的方法
合闸时，动触头在操动杆的带动下，相对于静触头做向上的合闸运动。合闸时触头的瞬间撞击力F士决定断路器产生弹跳大小的关键因素。设碰撞前后速度分别为v前，v后作用时间为t，由动量定理可知：
Ft=mv后-mv前 F=m（v后-v前）/t
当作用力F减小时，弹跳时间也会随之缩短。通过上式，我们不难发现，要实现减小触头撞击力F的目标，主要有以下三种方法：
（1）降低动触头系统的总质量m。缩短导电杆的长度，减小导电夹、软连接的尺寸，选用轻质的绝缘子等可以实现这个目标。
（2）减小碰撞前后速度的差值。但这又不能仅仅通过减小合闸速度v前来实现。因为如果v前小于0.6/s时，合闸功将不足，反而会加剧弹跳的幅度。因此只能 尽量减小v后，甚至使其接近于零。为了实现这个目的我们需要在动触头系统上加装压缩弹簧，当断路器合闸时弹簧压缩，产生一个预压力即触头的初压力，用来抵消触头的回弹力。
（3）使动静触头的碰撞时间t增大，有两种方法实现：一是生产断路器时设法使断路器的动静导电杆的同幅度，在整机调整时还要把断路器装正，尽可能使两触头为平面接触，不要形成线或接触；二是在静端使用原件，如橡胶垫圈等、油缓冲器等，以增加撞击接触时间。
此外，动静触头的材料也是影响合闸弹跳的重要因素，安装、调试质量、零部件如铝支架、灭弧室、轴销、换向器的加工精度也都可以影响真空断路器合闸弹跳时间的长度。根据总结出的原因。，结合多年的维修经验，我们还可以采取下列措施来缩短弹跳时间。
（1）适当降低动触头系统的质量。通过缩短导电杆的长度，选用轻质的绝缘子，减小导电夹、软连接的尺寸等方法实现。
（2）减小碰撞前后速度差的绝对值。在实际过程中，当合闸速度减小到一定程度时，会使合闸功不足，加剧弹跳的幅度，故不能通过减小合闸速度来实现。我们只能设法使碰撞后的速度尽可能减小：在动触头系统上加装压簧，在断路器合闸时使其压缩，产生一个预压力即触头的初压力，以抵消动触头的回弹力。
（3）增大动静触头的碰撞时间。提高配件的加工精度，在静端使用缓冲元件，如橡胶垫圈、缓冲器等，以增加撞击的接触时间。
（4）加强装配工艺质量控制，提高装配工艺质量。在真空断路器装配过程中，使支座与轴、换向器与钢销、轴等紧密配合，减小间隙。同时做到不使真空灭弧室受到额外应力，调整导向管的位置，使灭弧室动触头运动轨迹，在灭弧室的轴心上，真空灭弧室动触头活动自如，无任何卡涩现象。
四、结束语
真空断路器是确保电网能够正常运行和故障情况下能够达到保护人身财产安全的重要设备，合闸弹跳控制的好坏直接影响到真空断路器的稳定运行。本文对真空断路器弹跳试验进行了简单描述，对合闸弹跳产生的原因及危害进行了阐述与分析，并总结了减少合闸弹跳时间的方法措施，希望能够为真空断路器的安全调试与使用保驾护航。
参考文献
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[4]张文渊，真空断路器合闸弹跳的危害性[J] 供用电 2011.
论文作者:付景安,王伟丽,赵宝红,杨晓娟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
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