关于无电流的机械分合对真空开关断口雷电冲击水平和使用的影响问题

当真空灭弧室装配到真空断路器后，它通常会进行机械磨合，这种无电流的机械分合使真空灭弧室的两个触头接触表面被迫在一起，微接触点可以形成一个冷焊缝（长时间接触导致的冷焊亦会有类似的现象，若存放环境温度较高或机械力越大时，表现更加严重）。由于触头不带电分开，这些小的焊缝将微突将出现的接触表面上。这些微突显著提高电场增强系数β，从而导致真空间隙的击穿电压的降低（如图1）。当然这种无电流的机械分合的影响不应只是单纯的负面影响，其将进一步修复触头表面机械加工后留下的尖端，加工硬化接触面，将有助于提高其耐压能力。两方面的影响导致真空断口的击穿电压波动范围变大，若无电流合有电流分，表面的微观突起将被烧掉，电场增强系数β降低，真空间隙的击穿电压提高（如图2）

图1机械磨合对击穿电压UB和电场增强系数β的影响图2无电流分合触头对50%击穿电压UB50的影响

通常一个不间断的电流流过的真空断路器的击穿将表示故障的断路器保持打开状态，电流开断失败。然而，如果击穿结果一个非常短的持续时间的电流脉冲，它被迅速中断中，断路器可以被认为基本上保留了打开状态的电源电路。真空灭弧室是相当独特的，能够开断电流，即使当触点是在全开位置。在真空中的电弧中断，是不依赖于触点的运动，电弧被控制在触头范围内，即使击穿之间发生打开的真空灭弧室触头间，高频电流也会在第一电流零被分断，此性能真空开关特有的，没有看到在其他技术如少油，空气或SF6开关有此性能。所以对于新的真空断路器，进行雷电冲击测试，应考虑以下影响：

1）真空灭弧室触头可能去老炼化，因为它们在机械磨合过程中没有电流流过的闭合和打开。

2）当测试雷电冲击时，真空间隙的击穿电压可能会在测试标准所要求的数值之下，（我称之为“破坏性放电”）。

3）如果发生击穿的电源电路和一个半周期的电流流过的真空断路器中，它将被中断在第一电流零点。

4）破坏性放电后通过的电流，将修复真空灭弧室的触头表面。

工频耐压试验，应总是在雷电冲击试验前进行。它是检查真空灭弧室和断路器的绝缘系统处于良好状态的一种手段但其试验电压远低于雷电冲击电压值，故其对真空灭弧室触头表面的修复可能会发生，但是这是不太可能的。故实际操作中建议进行初步雷电冲击测试，然后进行每个灭弧室的正极性和负极性的雷电冲击电压检测有两个目的：

1）修复真空灭弧室脉冲电压的承受能力；2）扭转极性改变时，内部的悬浮屏蔽上的陷

阱电荷影响。

首先，所有的初步测试需要执行开始在一小部分的额定冲击耐受电压，然后再进行110％的额定脉冲电压。这些初步的测试提供了一些修复的真空灭弧室触头表面冷焊所产生的微凸起。此外，初步测试每当改变从一个极性，去除并翻转第一极性的测试过程中的悬浮屏蔽件上的积聚电荷。在初步试验中所发生的任何破坏性的排放不计算在统计的额定脉冲电压的合格/不合格的判断。

建议在下表中的测试序列。该序列是根据对ANSI/IEEE和IEC脉冲电压有关的开关装置标准中描述的试验方法。ANSI/IEEE已经使用了一种方法，称为3×3多年，而IEC方法已经使用了2×15方法。现在，一个折中的方法称为3×9的方法是在新修订的标准方法ANSI/IEEE标准和IEC标准中是可以接受的替代方法。这些测试方法说明如下。表一：推荐的雷电冲击检测步骤Testcondition

Voltagepolarity

Testvoltageapplied

Numberoftrials

InitialPreliminary

PolarityPositivePositivePositive

%ofrated507590

3Note13Note13Note1

Positive

CertificationReversePreliminary

PositivePolarityNegativeNegativeNegativeNegative

Certification

Negative

110100

3Notes1and3NNote2

507590110100

3Note13Note13Note13Notes1and3NNote2

Note1:Ifadisruptivedischargeoccursinoneofthesetrials,theusethe3×3method

atthisvoltageor,formoreconditioning,performadditionaltrialsatthesamevoltageuntil3to5impulsesarewithstoodinarow.

Note2:Thenumberoftrialsperformedattheratedimpulsewithstandvoltage

dependsonthestandardused.

ForIECteststoIECstandard56and694and60:N=15andPass≤2breakdownsin15trials.

ForANSIteststoC37.09andIEEEStandard4:

N=3or6andPass≤1breakdownin6trials.ForbothANSIandIECStandards,recentrevisions:N=3or12andPass≤1breakdownin12trials.

Note3:Iftheexternalinsulationwillnotsupportthe110%BILvaluethenthevoltageshouldbe

limitedtothe100%value.

GB/T11022-20116.2.5通过试验的判据中注1和注3中也规定进行预先的冲击试验，相关标准如下：

有趣的是，所有这些标准的认识到，没有开关设备将完全通过额定雷电冲击值，每次他们接受破坏性放电过程中可能出现的任何序列的雷电冲击测试。这三种认证通过以上的冲击耐压试验标准规定，1/6（17％），1/12（8％），或2/15（13％）故障可能发生的额定的雷电冲击电压在任何测试序列。

如果故障发生在电源的高频电流的结果，真空断路器将下一个电流零点开断电流。假设在系统中不存在任何故障，后续的电流可能是相当小，很容易通过真空断路器开断。在不接地系统中，故障在两个灭弧室，同时在击穿流过工频电流，这是不太可能的事件。更典型的在这样的系统中，只在一相，然后由高频电流，这是由真空断流器也容易开断的一个击穿。多年来许多这样的事件可能发生，没有被注意到，因为迅速恢复对系统的影响不大。