谈到真空开关存在的问题,一般不是特指某个厂家,某种型号产品的偶然事故,也不是指合闸弹跳,分闸反弹,同期之类机械特性,而是涉及到根本性的“设计质量”缺陷。这种缺陷在型式试验中反映得最充分；即开断大电流的稳定性及开断小电流的安全性。

      从国内大电流试验站额定短路电流开断试验情况来看,试品(包括合资企业)一次合格率远达不到理论百分比(如果设计是正确的,一次通过率应不低于99%)。反映到运行现场,尽管短路事故概率本身就不高,额定容量几乎没有,而每年还是有10来台真空开关发生开断失败事故。小电流(电感和电容)开断的安全性也不容乐观,据绍兴无功补偿试验站统计,12kV真空开关切电容器试验一次通过率至今尚徘徊在60-80%之间,35kV更是少之又少。无功补偿运行现场事故也时有发生(2005年1月四川泸州电业局就生一起切电容器事故,泡子还是进口的)。开断电感电流过电压损坏设备事故也时有报道。尽管Cu-Cr触头材料截流水平自称在3-5安,但此数据是在特定条件下测得的,具体到不同的开关设计,其值差异很大。据湖南省中试所测得的数据来看,0-13安的截流值都有可能出现。这说明安全和危险同在,我们不可掉以轻心.

   1.开大电流失败的原因: 开大电流失败表现形式多种多样,有完全失败的(首开相就开不断),有后开相开不断的,有后开相滑相开断的,有开断n次又失败的,在合成回路试验中长燃弧开不断的,有同一型号开关,甲厂开断顺利而乙厂失败的,有同一厂家同一型号开关在做配合试验中成功和失败都有的等等。什么原因呢? 型式试验的样机制作和调试一定精益求精,慎之又慎,因而,试验失败人为因素(制造质量)基本可以排除。设计质量就成了我们分析的重要因素。现今真空开关在设计上有哪些问题呢? 我归结为:“三顾,三不顾”,即只顾分闸运动的上半程而不顾下半程; 只顾首开相开断而不顾后开相; 只顾开断大电流而不顾小电流。

既然是开断三相交流电,就一定会有首开相和后开相,而两者对分闸运动特性的要求是各不相同的,我们必须在设计中营造不同的环境来满足它们的各自需要。

首开相开断有利和不利条件并存:有利条件是它开断的电流正处在下降阶段,开断的实际电流要比额定值小得多。不利条件是此刻触头刚分离,电弧形成后,金属蒸气密度大而梯度小,电弧必呈集聚型,电弧要尽快转变为扩散型就成为了首开相成功开断的必要条件。而加快此转变最有效的手段就是提高初分速度。而目前真空开关普遍采用的分闸速度为前6mm的平均值，但此6mm对首开相太远,对后开相又太近,而且满足此条件的曲线无穷多。假设有三条分闸运动曲线A,B,C,速度都为1.2m/s(图1),但它们的开断性能差异很大。C最好,B次之,A最差。问题就出在“初”字上。理论和实践都证明“初分”的范围应为2mm,这样C分2mm的时间t1远小于B,A的t2,t3.它首开相开断的成功率就最高。可见,目前真空开关的分闸速度定义不够准确,它不能指导人们设计出性能完全合格的产品。其次,不管以2mm还是6mm来定义分闸速度,后半程任其自然是现今真空开关设计的一大误区。它的许多弊病,诸如后开相开断失败,滑相,重击穿,截流水平大等,或多或少和它都有关系。

    2. 开小电流引发过电压的原因:当电流小到一定程度,电弧的阴极电离区就会消失,此刻,电流不过零也会熄灭而产生截流,在感性负载中引发过电压。真空间隙绝缘强度很高,但它对电场很敏感,一旦触头表面不平整(熄弧时震动引起的),电场强度过于集中,就有可能发生场致发射而击穿,切电容负载时就会产生重燃过电压。

有一家公司3AH1的结构可以借                                        鉴作为改进措施之一:将触头压缩                                        弹簧及其相关部件从分闸运动杆                                        系中剥离出来,减小了分闸部件的                                        质量(图2)措施之二:采用R型触头中区起弧技术(图3)。

当电弧在中区引弧,金属蒸气向四周扩散,空间骤然变大,金属蒸气密度随之骤然变小,由高气压转变为低气压,起到了提高初分速度的等效作用,为首开相成功开断铺平道路。 到此为止,只是完成了开断过程的一半,下面该轮到后开相开断了.如何为它营造开断条件呢?以往,从事真空开关技术工作人员忽略了一个重要细节:后开相燃弧时间80%都在10-12ms时间                              段(图4),而开关分闸到底引起机械震动时间几乎和它重合,不难想象,强烈的震动,会使尚未凝固的液态金属飞溅,形成触头间金属颗粒悬浮物,同时也破坏触头表面平整,这些都是造成后开相开断失败及重击穿的诱发因素。可见处理好后半程运动状况是何等重要。其实,真正对开断有重大影响的区域处于速度变化率最大处,后开相灭弧时间进此时间段的概率并不很大,所以往往被人忽略.要做到真空开关稳定开断,就必须将后开相的灭弧区远离机械震动区(图5)。此刻,分闸缓冲器的设计和采用就显得格外重要(永磁和VD4都没有分闸缓冲器是否可取！)。它将分闸过程分为三个阶段: 快—首开相灭弧；慢—后开相在动触头近似匀速运动中灭弧；更慢—分闸运动在远离灭弧区平稳结束。这样,后开相熄弧后,留有足够的时间来冷却弧根,保证了触头空间洁净和表面平整,从而消除了开断失败,重击穿的外部因素。

   凡从事真空开关和灭弧室设计的人员,大多把精力放在触头结构,磁场强度,灭弧方式,触头材料,电场分布及开断能力上,很少有人顾及开断小电流如何如何,这又是真空开关设计误区之一。截流过电压是伴随开小电流产生的衍生物。传统的观念认为,截流水平只与触头材料有关,熟不知触头空间(灭弧开距)减小后,同等电流的金属蒸气密度就会增加(等效在触头材料中添加了低熔点金属,但它不影响开大电流能力),维持小电流能力加强,截流水平自然下降。图5中“慢”曲线中,后开相灭弧开距约为5-6mm,只有传统开关的一半,截流过电压可大幅下降。

  下面一组数据是1995年8月湖南省中试所在株洲电厂做切电机(6kV,400kW)试验数据中随机摘取的,从表列中可清楚的发现一种规律:每一次测得的三相截流值都是一小二大;也就是小开距的首开相截流值小,而大开距的后开相截流值大,且大很多。

用一条理想的分闸运动特性解决真空开关开断大,小电流问题是一种创新思路。它关系着真空开关技术发展的大问题,也关系着与国外大公司竞争生存还是淘汰的大问题。我们要弘扬民族工业,就必须走自主创新的路子,跟着人家盲目亦步亦趋的走是没有出路的。希望业内同仁多加关注。也许“风景这边独好”。