关于真空断路器合闸弹跳与分闸弹振浅析
作者：秦峰 （镇江大全赛雪龙牵引电气有限公司 212211）
摘要：
作者在本文中阐述了真空断路器的合闸弹跳与分闸弹振的定义，并通过试验分析
说明了其产生的原因：触头材料硬度越大，合闸弹跳越大；而触头压力越大，合闸弹跳越小；
较大的合闸弹跳增加了触头熔焊的可能性，从而导致短路开断失败。总结了调试真空开关实
践经验，给出了几种减小合闸弹跳的方法。针对目前真空开关向“小开距”的方向发展，因
此在条件允许的情况下，适当缩小触头开距，增加超行程，可以提高分闸速度，因此可以提
高开断短路电流的能力。但作者也分析指出：分闸速度过大，会产生不利于短路开断的负面
影响—分闸弹振。因此需要选择合适的触头开距。
关键词： 合闸弹跳； 分闸弹振； 开距； 超行程；
一．引言
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，一直没有引起足够的重视，通
过分析，给出分闸弹振与分闸速度的关系。
二．合闸弹跳
1. 合闸弹跳定义、产生原因及其影响
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，弹跳时间越短。
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[1 ] 。
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。
1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。
2. 如何消除合闸弹跳
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
v 、v ，作用时间为t 。则由牛顿力学理论可知：
1 (cid:2870)
Ft=mv -mv F=m（v -v ）/t
(cid:2870) (cid:2869) (cid:2870) (cid:2869)
减小F，弹跳也减小。由上式，可又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，选用轻质绝缘子等来实现；
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v 实现:
(cid:2869)
因为当v 太小，会使合闸功不足，反而会加剧弹跳的幅度。只能设法减小v 。
(cid:2869) (cid:2870)
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，以抵消动触头回弹力。
c. 增大动静触头的碰撞时间t。有两种方法实现：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。
三．分闸弹振
1. 开距与分闸速度
开距即开关分闸状态两触头间的距离。目前，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，真正起作
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间后，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，
2增加超行程，可以提高刚分速度，提高开断能力。
2. 分闸速度和分闸弹振
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
(cid:2869)
为此时动触头系统存在着动能 mv(cid:2870)（v 是触头分闸处于开距点位置a时的速度），
(cid:2911) (cid:2911)
(cid:2870)
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—时间曲线如图一所示：
15
b
a c
10
0
10 20 30 40 50 60
t/ms
图一 分闸弹振位移-时间曲线
The position-time curve of switch-off oscillation
在图一中，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：
(cid:2869) (cid:2869) (cid:2869)
mv(cid:2870) (cid:3404) mv(cid:2870) (cid:3397) kx(cid:2870) (cid:3397) W （1）
(cid:2911) (cid:2936)
(cid:2870) (cid:2870) (cid:2870)
式中v表示分闸弹振过程中任意位置的速度，x是动触头相对开距点的位移，k
表示分闸弹簧的倔强系数， W 是缓冲器转换出去的能量。
Z
由图一可见，b点的位移就是分闸弹振的最大振幅，用A表示。因此在b点，
触头瞬时速度v =0，故在b点式（1）变为
(cid:2912)
31 1
kA(cid:2870) (cid:3397)W (cid:3404) mv(cid:2870)
2 (cid:2936) 2 (cid:2911)
即
(cid:2923) (cid:2870)
A(cid:2870) (cid:3404) v(cid:2870) (cid:3398) W （ 2）
(cid:2911) (cid:2936)
(cid:2921) (cid:2921)
从式(2) 可以看出，因为k ， m 不变，分闸弹振最大振幅A 随v 及W 的变化
(cid:2911) (cid:2936)
而变化。当缓冲器性能稳定时，可认为W 不变，所以v 越大，分闸弹振的最大
(cid:2936) (cid:2911)