老炼对真空灭弧室回路电阻的影响

李春香

摘 要：对于真空灭弧室而言，回路电阻是一关键参数，它是决定真空灭弧室长期通载电流及灭弧室承受短时电流能力的关键因素，在回路电阻的组成中接触电阻又至关重要。作者就老炼对减少灭弧室接触电阻的理论进行讨论，通过分析真空灭弧室回路电阻中接触电阻的组成、成因，高压老炼、直流老炼机理，就高压、直流老炼工艺原理说明其对真空灭弧室回路电阻中接触电阻阻值的影响。

关键词：接触电阻；收缩电阻；膜电阻、电子和离子轰击；真空电弧

1 灭弧室回路电阻组成

灭弧室回路电阻：回路电阻R=R动+R静+RC

RC为触头表面接触电阻，R动、R静为灭弧室动管芯、静管芯电阻，动、静管芯的电阻钎焊好后R动、R静两值基本均为定值，老炼改变主要受RC即接触电阻影响。

2 接触电阻的理论分析

接触电阻的定义：电流通过两导体电接触处的主要现象是接触处出现局部高温。产生此现象的原因是电接触处存在一附加电阻，称之为接触电阻。接触电阻的物理实质：任何肉眼看来磨得非常光滑的金属表面，实际上都是粗糙不平的，当两金属互相接触时，只有少数凸的点（小面）发生了真正的接触，其中仅仅是一小部分金属接触或准金属接触的斑点才能导电。

2.1 接触电阻组成

当电流通过这些很小的导电斑点时，电流线必然会发生收缩现象，由于电流线收缩，流过导电斑点附近的电流路径增长，有效导电截面减少，因而电阻值响应增大。这个因电流线收缩而形成的附加电阻称为收缩电阻，是构成接触电阻的一个分量。由于金属表面上有膜的存在，如果实际接触面之间的薄膜能导电，则当电流通过时会受到一定阻碍而有另一附加电阻，称之为膜电阻，它是构成接触电阻的另一个分量。接触电阻包括三部分：一个接触元件一边的收缩电阻Rs1，接触面间的膜电阻Rb，另一接触元件一边的收缩电阻Rs2，接触电阻Rj：Rj=Rs1+Rb+Rs2。

2.2 接触电阻的物理意义

2.2.1 收缩电阻的本质就是金属电阻，其大小与接触元件材料的电阻率成正比，与导电斑点的直径成反比。

2Rs=ρ/2α

式中：ρ-接触元件材料的电阻率；α-导电斑点α的半径。

2.2.2 膜电阻Rb

膜电阻分类：（1）尘埃膜：空气中的固体微粒（灰粉、尘土）由于静电吸引力而覆盖在接触表面所形成。（2）吸附膜：由气体分子或水分子吸附在接触面形成吸附膜，吸附膜电阻，不能用机械方法消除。（3）无机膜：由于化学作用在触头表面形成的各种金属化合物的膜（如氧化膜，硫化膜膜）。另外，在潮湿的情况下，发生电解质作用，在接触面上积存锈蚀物，这些金属腐蚀的产物称无机膜。（4）有机膜：绝缘材料的有机蒸发在接触表面留下粉状有机聚合物称有机膜，有机膜阻值大，危害严重。在动静管芯钎焊好至整管排气前，灭弧室在存放、运输过程中触头表面将不同程度的形成以上四种膜。

破坏膜的措施：（1）增大触头压力将膜压碎；（2）接触时，触头有相对滑动运动；（3）利用电弧高温将膜烧掉。

减少膜电阻措施：即为破坏膜的措施。通过破坏膜的存在，从而达到减少膜电阻（接触电阻）的目的。

3 真空灭弧室老炼机理

3.1 高压老炼

排气台动态高压老炼，将触头拉到工艺开距，缓慢升压至工艺值，在升压过程中，出现火花放电，在火花放电的作用下，触头表面受到强烈的电子和离子轰击，表面的氧化物、脏物分解，同时触头表面有气体放出；对封离排气台后的真空灭弧室进行电压老炼，它是将触头拉到额定开距或比额定开距更小的开距，施加工频电压，先从较小的电压开始，逐步上升，加到标准规定的额定工频耐压值，稳定一分钟，然后再提高工频电压，在整个升压过程中，管内有时会出现打火、击穿和高压老炼台跳闸现象，这主要是由于管内部件上的金属毛刺所致，经反复老炼，可以将这些毛刺去掉，并可稳定在高于标准规定的某一工频耐压值上。

3.2 电流老炼

对于真空灭弧室触头来说，电流老炼比高压老炼具有更彻底的除气作用，不同的是，电流老炼时，触头间燃烧着数百安的扩散型电弧，在这些真空電弧作用下，剥除了触头表面复盖着的少量脏污、氧化物和气体，即起到了净化触头表面的作用。电流老炼是在直流老炼机上进行的，电流老炼可分交流电流老练和直流电流老炼。为了对另一触头进行老炼，必须改变电源极性，重复一次上述操作，经电流老炼的真空灭弧室，其开断短路电流和开合电容器组的性能比未进行老炼的灭弧室性能稳定。

3.3 综述

高压、直流老炼对触头表面均有净化作用，即均在一定程度上破坏了触头表面形成的尘埃膜、吸附膜、有机膜及无机膜。通过破坏膜的存在，达到减少真空灭弧室膜电阻的目的。

4 试验

4.1 BD11-12/1250-25灭弧室100只排气前与成品检验时回路电阻值对比（表1）。

表1

从以上对比数据可看出，经排气过程及封离后老炼可有效减少灭弧室回路电阻，其机理主要为经排气及烘装工序老炼破坏了触头燃弧面在排气前形成的氧化膜，从而达到减小膜电阻的目的。

4.2 直流老炼对回路电阻影响

对真空灭弧室共165只进行静态直流老炼，老炼前、后回路电阻对比如表2。

表2

100A直流电流在真空灭弧室触头之间形成真空电弧，电弧烧蚀下，在一定程度上破坏了触头表面形成的尘埃膜、吸附膜、有机膜及无机膜。通过破坏膜的存在，达到减少真空灭弧室膜电阻的目的。

5 结束语

综上所述，灭弧室电阻的主要组成接触电阻，通过对真空灭弧室的高压、直流老炼，可有效减少真空灭弧室膜电阻，即接触电阻，从而有效减少真空灭弧室回路电阻。

参考文献

[1]王季梅.真空灭弧室设计及其应用[M].西安交通大学出版社，1993.

[2]H.C.TAEB.电器学（基本理论）[M].任耀先，译.机械工业出版，1981.

[3]H.A.卡普夫.气体与真空中的电现象[M].高等教育出版社，1958.