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真空断路器的触头磨损危害以及如何测量
标签: 真空断路器
2022-08-05  阅读

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  【康沃真空网】不同于SF6断路器,真空断路器由于密闭在真空灭弧室内,触头面对面接触,没有引弧触头,断路器开断过程触头烧蚀、机械操作触头分合都会造成触头的磨损;触头磨损直接决定了真空断路器的电寿命。

  真空断路器, 尤其是选用纵磁场灭弧室的真空断路器极大地提高了开关设备的使用寿命。真空开关生产厂家已经探索出几种测试寿命的方法。

  (1) 机械寿命。空载操作次数是指机构及触头在没有过度磨损情况下的可操作次数, 一般约

  10 000次, 此时触头间无电流通过, 仅有机械负载。

  (2) 交流耐受电压下的机械寿命。在触头两端施加一定大小的交流电压( 一般为设备的额定电压,约为15~ 38 kV) 。若开断失败, 就表明灭弧室内已经不是真空了。

  (3) 开合负载电流。在交流电压下, 存在负荷电流时触头的开断或关合, 电流的大小被限制在负载水平( 为400~ 800 A) , 操作次数也比上述减少, 约2500次。有时在1个工作周期中, 使用几个不同的电流( 其百分比基于带负载电流, 而非故障电流) , 操作次数要多一些, 约为4000 次。

  (4) 根据电寿命试验计算,当前断路器的电寿命预测都是通过开断次数、开断短路电流值、燃弧时间进行计算得出预期寿命,很多专家提出了很多算法,但一般来说都是理论值或经验值,还不能准确的预测电寿命,由于个体差异,首开极、开断相等不同,预测的电寿命与触头的实际磨损并无非常准确的相对关系,即软件模型计算值和实际物理变化值之间存在差异。一般采用所谓在线监测专家诊断系统,对真空断路器预期寿命进行预测,一般以IEC62271-100, GB/T1984 电寿命试验E2级274次的触头开断容量作为依据。当达到50%即亮黄灯,70%亮红灯。

  (5) 推算整个寿命。在1~ 2 个工作周期后, 测量触头的磨损厚度, 一般为0. 1~ 0. 5 mm。基于触头的允许磨损厚度( 约为3 mm) 可以推算出较高的可操作次数, 即可进行约500 次额定故障电流开断。

  因此经过一定工作周期后,对触头磨损程度进行测量是很有必要的,或对触头磨损程度进行在线监测,可以有效的评估真空断路器寿命,及时发现潜在的问题,避免事故发生。

真空断路器的理论电寿命曲线

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

  触头磨损会造成

  1.触头压力的减少,对于新的灭弧室,触头压力=3730 N,灭弧室触头3mm磨损后,触头压力= 2450 N,意味着触头抵抗电动力的能力会变差,不能承受短时耐受电流和峰值耐受电流;

  2.接触电阻的增加,随着触头磨损,接触表面情况恶化,电阻增加,温升增加;

  3.触头毛糙,开断能力变差。

  ANSI断路器标准明确规定,真空断路器必须配备触头磨损情况查看装置。

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

  下面设计触头磨损只是安装在机构侧,无绝缘风险,触头磨损清晰可见。在断路器面板观察窗可经常观测磨损程度,也可通过位移传感器实时监测运动状态,机械特性及触头磨损情况,简单、可靠。

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

  这种设计可以准确反映触头磨损情况,及时调整保证触头压力始终满足要求。

  下面这种结构无法实现触头磨损测量。

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

  下图为专利设计触头磨损监测设计如下,磨损监测设计在绝缘拉杆上,低压真空断路器可以,对于中压断路器,绝缘拉杆起到高压与结构之间的高压隔离,对于12kV 断路器爬距要达到240mm,而把监测系统安装在拉杆上,直接影响爬距,必然导致放电,耐压是不可能通过的,而且磨损只有2-3毫米,如此粗放的设计,复杂的动作传递机构很难精准的反应磨损。

真空断路器的触头磨损危害以及如何测量

  真空断路器触头磨损可以预测断路器电寿命,更直观,可靠。可以针对每一相管理,精细化预测,实现断路器长寿命,通过断路器磨损监测,可靠机构,温度控制保证断路器使用50年。