長壽命真空滅弧室的設計要點

張楨

（寶雞市晨光真空電器股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

長壽命真空滅弧室的設計要點

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關的機械運動性能有關，包括分合閘速度、分合閘同期性和開距等。對真空型滅弧室的內部結構的優化設計、改善波紋管的加工工藝、減小滅弧室回路電阻等因素進行了探究，重點分析了波紋管的材質、加工技術、表面處理技術和整體回路電阻，從分析結果出發，對真空滅弧室中存在的問題以及組裝工藝進行了探究，對長壽命真空滅弧室的設計提出了優化方案。

長壽命；真空滅弧室；波紋管；接觸電阻

本文對長壽命真空滅弧室的設計和制造方法進行了探究，總結出一些延長滅弧室壽命的方法。以TD-12/1600-31.5真空滅弧室為研究對象，其主要應用于ZN28，ZN65，ZN63，ZN68型號的真空斷路器中。在ZN28-12K/T1250-31.5斷路器上進行壽命測試實驗，實驗結果論證，優化結構后的長壽命真空引弧室的壽命可達10萬次。

1 長壽命波紋管的優化方案

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，其觸頭結構為杯狀縱磁結構，陶瓷材質外殼與不銹鋼蓋板之間使用無氧銅進行過渡式封接，內部的金屬元器件都使用AgCuNi焊料進行釬焊。完善長壽命真空滅弧室整體設計的要點是優化波紋管的設計方案，因為波紋管的壽命在一定程度上決定了真空滅弧室的機械壽命。因此，在具體工作中，要重點對波紋管的結構進行優化設計。由以往滅弧室實驗結果可知，波紋管最常見的故障部位是波紋管的2個端頭，大多數情況下，故障出現在2個端口的第1個、第2個波谷位置。出現這種情況的主要原因是波紋管在工作的過程中會經常被外界的力量所強制壓縮或者拉伸延長，而波紋管兩端的第1、第2個波會首先受到外界的沖擊力，而且長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個波谷位置。

優化長壽命波紋管需要波紋管的外形尺寸以及整體質量與設計要求相符，并且要求波紋管的表面不能有肉眼可見的裂紋、墊坑、劃傷或者色澤不均勻等情況，因為這些情況會嚴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，長壽命波紋管的晶粒度要在7～8級之間，其內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，一般會選用1Cr18Ni9Ti為主要原材料的管坯，對管坯的要求是表面無發紋、無劃傷、無起皮等。在旋壓加工的過程中，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，還能防止因為旋壓量過大而使不銹鋼薄壁管出現硬化的情況；第二次旋壓加工可以選用緩慢旋壓的方式，應用這個方法時，可將其旋壓至設計的尺寸位置，要保證不銹鋼薄壁管的粗糙程度在Ra1.6左右。在退火過程中，要將退火的溫度設定在（1 050±50）℃的范圍內，保溫時間要控制在10～15 min，讓其晶粒度至少為8級。在波紋管成形的過程中，要將壓力控制在（50±5）kN，否則壓力過大會直接導致其管坯出現破裂的情況，對其施加的壓力過小則得不到設計方案要求的波形。在最終定型的過程中，要使用專業的模具。在這個過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降低真空斷路器長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械壽命。因此，相關工作人員要采取科學的方法來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，要選擇硬度較小的元件。

2.3 接觸的幾何形狀

從接觸點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影響電阻的大小。當接觸壓力一定時，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，應當選用表面較為圓潤、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，可以有效延長真空滅弧室的使用壽命。鑒于此，相關人員可以改進其觸頭設計。真空斷路器在閉合狀態時，其觸頭幾乎不可能接觸完全，一定會有一些夾角，所以，電流流經時會出現一些分支電流，這樣會額外增加真空滅弧室的電阻。R型觸頭中心為凸臺狀，并且面積小，有利于電流直接從滅弧室的觸頭層到達導電桿，這樣可以避免觸頭之間有多余的接觸，不會增加額外的接觸電阻。

2.5 焊點

在設計真空滅弧室主導電回路時，要盡量減少元件的焊接點數量。同時，縮短真空滅弧室的導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行可靠性。

2.6 觸頭厚度

在實際工作中，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，其導電率比較低，僅為無氧銅導電率的1/3，因此，觸頭材料的厚度也會影響真空滅弧室的回路電阻，其應用的杯狀觸頭需要將其加工成獨立的元件。為了不影響其強度，不能將其加工得太薄，一般設計厚度為3～4 mm。而R型觸頭的觸頭材料和磁場系統是集成式制造的，因此，R型觸頭材料的主導電部分可以適當做薄，一般情況下會將其厚度做到2 mm。

3 總結

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行的斷路器以及真空滅弧器的開關性質有關。波紋管與真空滅弧室的關系密切，因此，優化波紋管的結構對提升真空滅弧室的性能有很大的幫助。長壽命真空滅弧室的回路電阻同樣對其壽命有一定的影響，所以說，減小電阻是保證長壽命真空滅弧室質量的有效措施之一。

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TN105

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.111

2095－6835（2017）21－0111－02

〔編輯：白潔〕