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真空断路器操作过电压的防范措施
云汉芯城 | 2020-02-24 15:55:39    阅读:78   发布文章

  真空断路器操作过电压

  断路器的操作过电压是由于电路中存在电感电容储能元件,在开关操作瞬间释放出能量,在电路中产生电磁振荡而引发的。而真空断路器由于具有高速灭弧能力,在切断电路时,往往在电流过零前被强行开断,在断弧瞬间储藏在负载内的电感与电容之间的电磁能量转换将在负载上产生过电压,这比一般断路器要突出,尤其在最先断开相触头间,有可能因过电压引起电弧重燃,而产生更大的过电压。在感性负载中,这种过电压幅值高,上升陡度快,频率也高,这无疑对电动机等感性负载的绝缘是十分危险的,总之,真空断路器不管出现那种过电压都会对设备不利,严重地威胁着安全生产运行。

  真空断路器在开断电动机等感性负载时产生的波陡度很大,幅值很高,直接威胁感性负载的匝间绝缘,是造成电动机等设备损坏的重要原因之一,故对真空断路器操作过电压抑制措施进行研究是必要的,只有采取适当的保护措施,从降低过电压幅值和波陡度(du/dt)这两方面考虑,就能有效抑制或减轻其危害,这对广泛推广真空断路器的应用将起到积极的推动作用。目前抑制过电压的措施有两种,一种是限制过电压幅值的避雷器,另一种是降低过电压振荡频率的阻容(R--C)过电压吸收器。

  真空断路器操作过电压的种类

  1、截流过电压

  真空断路器开断小电流时,电弧的特性为扩散型电弧,由于电流较小,形成真空电弧的阴极斑点所提供的金属蒸气量不够充分、稳定,出现了自激的高频振荡,最后电弧电流降到零导致熄灭。通常电弧的频率很高,在频率响应不高的示波器显示图中,电流波形好象被突然截断一般,这就是截流的现象,如图1所示。


  真空断路器发展初期,截流过电压曾经是应用中比较突出的问题。当时由于在触头材料、触头结构、灭弧室结构等方面技术落后,截流值很高。随着真空断路器技术的发展,采用了截流值较低的触头材料,使得截流水平降到很低的数值。

  2、多次重燃过电压

  多次重燃过电压是典型的谐振过电压,是由于弧隙发生多次重燃,电源多次向回路中电容进行充电而产生的。在开断过程中,由于相位差的原因,其中一相必然在过零前先开断。此时,触头一侧为工频电源,另一侧则为高频振荡,触头电压为两者之和。触头开距小,触头间耐压不充分而将发生第一次重燃,电源向回路电容充电。

  发生了第一次重燃又熄弧后,断路器的恢复电压上升至更高,在极短的时间内触头之间间隙尚不够大,很可能会发生第二次重燃。再熄弧,以致发生多次重燃现象。每一次重燃都是在前一次的基础上发生的,导致恢复电压在极短的时间内上升到非常高[1]。

  实际运行中,电机的匝间绝缘常被多次重燃过电压击穿。当电机负载受到前沿很陡的过电压作用时,过电压不是均匀的加到各个线圈上的,而是以行波的方式依次通过各个线圈,一般而言,当过电压频率达到1MHz时,一个线圈承受的过电压值超过总的过电压幅值的一半以上,一般为60%~85%之间。

  这样,即使过电压的幅值不太大,一个线圈承受的过电压就足以引起线圈匝间绝缘击穿,靠近电机引线入口的线圈特别容易出现匝间绝缘的破坏。

  3、三相同时开断过电压

  在三相交流电路中,当首开断相的触头将此相电流开断后,其余两相一般要延时四分之一周期后才被开断。但如果首开断相产生重燃,三相之间将会通过相间耦合,首开断相间隙中流过的高频电流将会叠加到其它两相的工频电流上,随着首开断相的电压迅速上升,流进二、三相的高频电流也加大,使二、三相的电流也强制过零,由于真空断路器的灭弧能力很强,使第二、三相的电流强制熄灭。电路三相均发生等效截流,三相电流同时被切断,从而产生过电压,称为三相同时开断过电压。

  三相同时开断现象和多次重燃是一起发生的,造成多次重燃的条件也就是三相同时开断的条件。

  真空断路器操作过电压的防范措施

  1、使用截流值较低的断路器

  由于真空断路器的截流过电压与断路器的截流值有关,截流值越小其过电压幅值越小。而断路器的截流值与断路器触头材料有关。

  因此,在断路器设计选型时应特别注意选择合适的触头材料,以降低断路器的截流值,减少截流过电压。目前,灭弧室触头材料多为铜铬合金,截流值为1A左右。

  2、使用R-C阻容回路吸收装置

  真空断路器的多次重燃过电压,与负载回路中存在L-C振荡而出现高频电流有关,因此使用R-C阻容回路可有效地限制过电压。

  R-C回路不仅能限制截流过电压的幅值,而且可降低多次重燃过电压的上升陡度。该装置由电阻和电容构成。

  电阻R的作用是增大衰减系数,消耗高频振荡电能,电容C的作用是限制过电压波头陡度。但使用R-C阻容回路不能完全吸收过电压产生的能量。

  3、使用过电压保护器

  过电压保护器能较好的限制过电压。目前较普遍使用氧化锌避雷器作为过电压保护器。电工天下

  但氧化锌避雷器对于小电流接地系统还存在一些问题:一是运行电压偏低;二是承受不住间歇性过电压和谐波过电压;三是不能很好地发挥氧化锌避雷器的优势。

  在电动机回路使用氧化锌避雷器时,因其接在相与地之间,其保护范围是相与地之间的过电压。而电机回路的过电压存在于相与相之间,因此它不能很好地保护电机绝缘。

  采用组合型避雷器,可有效地限制过电压,达到理想的保护效果。

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