真空开关操作过电压和弧后延时重击穿问题分析

姜　伟

摘要：真空开关在国民生产中愈来愈广泛应用，但是仍在许多待改进的地方。例如，触头材料不能停留在引进技术上，应研制有自主知识产权的更优质的材料来进一步发展低压真空开关和特种真空开关，把工作的重点放在低过电压、大开断能力和小尺寸的真空灭弧和真空开关的研制上。

关键词：真空开关；电压

真空开关具有绝缘强度高，分断能力大，体积小，质量轻，寿命长，适于频繁操作，很少维修等一系列优点。进来在我国发展很快，覆盖了诸多领域。然而，真空开关仍存在一些使用中大家关心的问题，其中有：易产生操作过电压；有时还会出现弧后延时重击穿。

那么如何解决这个棘手的问题呢？解决真空开关过电压问题一般有两条途径：一是在开关的外部加入某种技术措施，例如在开关外面加装RS吸收器或氧化锌避雷器加以限制；二是着眼于开关本身来解决问题，例如采用低压触头材料和触头结构来降低过电压。

真空开关弧后延时重击穿目前只要从开关的设计，选材和工艺等方面下功夫，有可能减少或消除这种有害的重击穿。

下面结合本人在实际工作中的观察、思考、实践简要谈谈解决这些问题的途径和方法。

1 操作过电压问题

真空开关操作过电压产生的机理主要是截流和多次重燃引起。影响真空开关操作过电压的因素很多，有负载性质与功率因数的影响，也有开关触头材料与结构的影响，以及触头开距的影响等等。就真空开关本身而言，主要是触头材料与结构的影响。

首先谈谈触头材料问题。

许多实践应用说明，触头材料的成分、含量、工艺等与真空开关的工作性能直接有关。其中，触头材料对开关的截流水平关系极大，由于截流产生过电压的机率大，固而真空开关低截流触头材料的选用就显得至关重要。

目前，10KV以下真空开关触头常用钨基材料，如：W-Ag或WC-Ag复合材料。由于Ag的蒸气压较高，WC的热导率较低，因而这样材料的截流可以达到很低的水平。

现在额定电压为10KV以上的真空开关，目前应用最多的触头材料是UC-Cr。由于恰当地利用了纵磁场效应，使这种材料制成的真空接触器截流低到最低点（无纵磁场）。因此，应用纵磁场效应技术即可增大真空开关的开断能力，又可采用廉价的触头材料截流，从而达到节能和降低产品成本，提高产品性能的问题。

真空开关过电压除截流原因外，还有多次重燃。多次重燃产生的特点是开关分断时因触头间隙不能瞬时增大而出现高频电流多次开断和重燃。显然，要避免产生多次重燃过电压则必须要求触头材料具有弱的高频电流开断能力，但与此同时又不能降低工频电流开断能力。

2 弧后延时重击穿问题

真空开关弧后延时重击穿是指开关分断电流或弧后经几十毫秒的长时间延时，即在暂态恢复电压早已衰减以后，触头间隙又发生重复击穿的现象。虽然，真空开关不像其它种类的开关，它在延时重击穿后仍能可靠地灭弧，但毕竟会影响到真空开关工作的可靠性，尤其是开断容性负载有可能产生高达4倍以上的过电压，并使继电保护误动作，之所以真空开关弧后延时击穿，笔者经查阅一些中外资料有一种具体的说法，那就是由微粒效应引起，主要依据是：

a.在重击穿发生前没有场发射电流增大现象；b.当恢复电压与击穿电压的比值相同时，虽然3mm间隙的场发射电流比10mm间隙高出2～3倍，但是短间隙下发生的重击穿并不比长间隙更频繁。c.专门人员用显微镜可以观察到触头和屏蔽罩上粘附着许多很松的微粒。d.大量的重击穿都是因机械冲击而诱发。

主要表现：早期重击穿是紧接电流后3～10ms内发生的，此时触头表面的熔化金属还来不及同化，由阴极直接发射而导致重击穿。同时，真空开关在高位重击穿水平的电压长时间作用下，触头间隙也有可能发生击穿，产生这种击穿最严重的预应力是熔焊触头的无载分断。显然，要消除这种有害的击穿，只能从减轻熔焊和研制触头材料上下功夫。