合闸速度对触头冲击力的影响

合闸过程中触头的动态冲击力显著高于静态的触头压力，而且对于触头表面的变形有较大影响。而触头碰撞时的冲击力又与合闸的速度有很大的关系。因此，我们对126kV真空断路器合闸过程中的冲击现象也进行了研究。图6-12所示为126kV真空灭弧室触头撞击力试验图。图中静触头固定在地上，触头面向上，动触头以一定速度垂直向下撞击静触头，位移传感器用来测量动触头刚碰前的速度。使用标定好的PVDF压电传感器放在静触头的撞击面上可以直接测量触头的撞击力。试验结果表明，对126kV真空断路器在合闸速度为1.5m/s时，动静触头间冲击力峰值为97995N。另外，通过AN-SYS/LS-DYNA仿真软件对126kV真空断路器触头撞击过程进行仿真。当合闸速度为1.5m/s时，触头冲击力峰值的仿真结果为103664N。仿真结果与试验结果的误差为5.8%。通过修改仿真模型不同的运动速度，最终可以得到在126kV真空灭弧室触头合闸过程中，最大冲击力F_N与合闸速度v的关系为

图6-12 126kV触头撞击力试验图

F_N=65117.0v+F₀ （6-13）

式中 F_N——触头最大冲击力（N）；(www.xing528.com)

v——触头的冲击速度（m/s）；

F₀——触头弹簧的初始压力，在126kV真空断路器中为5500N。

由此可以计算出，126kV真空断路器以优化后的触头速度1.15m/s合闸，最大触头撞击力为80385N，而在能够实现同步合闸操作的最小速度1.69m/s下，合闸触头的最大冲击力为115548N，增大了43.7%。因此合闸速度的提高尽管能够满足高电压等级真空断路器的选相合闸要求，但是会引起过大的触头冲击力，会造成真空灭弧室或机构部件承受超过强度极限的瞬时力产生弯曲或断裂。在多次合闸操作之后还可能造成部件的疲劳破坏；过大的冲击力还可能引起触头弹跳，造成触头熔焊等。