合闸弹跳是真空断路器短路开断试验失败的主要原因之一.这一点已经逐渐成为真空开关业内的共识.本文尝试用浅显的物理学理论分析合闸弹跳,为实践经验提供理论解释.分闸弹振对开断失败的影响,一直投有引起足够的重视,通过分析,给出分闸弹振与分闸速度的关系.
1 合闸弹跳
1.1 合闸弹跳产生的原因及其影响
合闸弹跳是指断路器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现象.严重者反复4～5次,持续2～6ms.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、弹簧的倔强系数及碰撞后阻尼情况.分析说明,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,弹跳时问越短.
当断路器带电操作时,两触头之间若存在弹跳,真空电弧的燃弧时间延长….真空电弧是一种高温等离子体,弧体温度可达到七、八千度.燃弧时间的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液面接触,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拉不开的.有时熔焊点很小,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．熔焊的结果可能使短路开断失败.
1.2 消除合闸弹跳的方法
合闸时,动触头系统在操动机构的带动下,相对于静触头作合闸运动.合闸时触头撞击力F是决定断路器产生弹跳大小的关键因素.设碰撞前后的速度分别为vl,v2,作用时间为t.则由牛顿力学理论可知：
减小F,弹跳也减小.由上式,可有三种方法实现减小触头撞击力F：
a．降低动触头系统的质量m.这可以通过缩短导电杆的长度,减小导电夹、软连接的尺寸,选用轻质的绝缘子等实现.
b．减小碰撞前后速度差的绝对值.根据经验,这不能通过减小合闸速度v1实现.因为当v1减小到0.6 m／s以下时,会使合闸功不足,反而会加剧弹跳的幅度.那么只能设法使v2减小,甚至趋于零.方法是：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.
c．增大动静触头的碰撞时间t,有2种方法实现：其一是生产开关管时设法保证开关管的动静导电杆的同轴度,在整机调整时还要把开关管装正,尽可能使两触头为平面接触,不要形成线或点接触；其二是在静端使用缓冲元件,如橡胶垫圈、油缓冲器等,以增加撞击接触时间.
2 分闸弹振
2．1开距与分闸速度
开距即开关分闸状态两触头问的距离.召前,被多数人所接受的观点是：真空开关在小开距时,开断能力强.随着开距的增加,极限开断电流减小.其原因,就是开距增加后,磁场减弱,电弧能量损失大,不利于开断.
分闸速度是一种平均速度,即开距与分闸时间的比值.而分断过程中,真正起怍用的是刚分速度．即两触头刚刚离开的瞬间的速度.刚分速度要靠超行程提供.当分闸传动连杆运行完超行程所需要的时问后,达到了一定的速度(刚分速度),动静触头才开始分离.实践经验表明,在条件允许的情况下,适当缩小触头开距,增加超行程,可以提高刚分速度,提高开断能力.
2.2 分闸速度与分闸弹振
真空开关在分闸过程中,动触头不可能运动到预定的开距时就完全停止运动.因为此时动触头系统存在着动能mva2/2(va是触头分闸处于开距点位置n时的速度),此时操动系统与缓冲器作用,以设定的开距位置为中心进行阻尼震动,即所说的分闸弹振.分闸弹振的动触头位移一时间曲线如图1所示．
在图1中,分闸时动触头运动到设定的开距点处,即a点处动触头系统的势能为零.根据能量守恒定律．有关系式
是动触头相对开距点的位移,k表示分闸弹簧的倔强系数,Wz是缓冲器转换出去的能量.
由图1可见,b点的位移就是分闸弹振的最大振幅,用A表示.因而在b点,触头瞬时速度vb=0,故在b点式(1)变为
从式(2)可以看出,因为k,m不变,分闸弹振最大振幅A随va及职的变化而变化.当缓冲器性能稳定时,可认为Wz不变,所以Va越大,分闸弹振的最大振幅越大.要想成功地分断电流,要求在分闸的最初半个周期(10ms)内,动触头至少应走完总开距的50％～90％,即分闸时间变化范围不大,为了使问题简化,可以假定分闸时间不变,故由图2可知Va越大．其平均分闸速度越大.因此可得出结论,当其它条件不变时,平均分闸速度越大,分闸弹振就越大.
近年来,由于触头新材料的采用,真空开关的开距趋小.分闸弹振在小开距情况下,影响尤其显著,常导致真空灭弧室由于反弹击穿,应引起高度重视.
3 结束语
开关的性能参数是相互影响的,调整要统筹兼顾.另外,有些开关整机厂对开关的一些关键零部件的生产工艺把握得不好,如在金属材料的调质处理上,刚度、韧性不适度,致使开关动态参数与静态参数严重偏离,直接影响开断试验的成功率,影响了开关的使用寿命,生产厂家对此应给以充分的重视.