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真空斷路器過電壓分析及其防護(hù)

發(fā)布時間:2021-06-12??瀏覽次數(shù):??來源:四川鑫科電電氣有限公司

斷路器的操作過電壓是由于電路中存在電感電容儲能元件,在開關(guān)操作瞬間釋放出能量,在電路中產(chǎn)生電磁振蕩而引發(fā)的。而真空斷路器由于具有高速滅弧能力,在切斷電路時,往往在電流過零前被強(qiáng)行開斷,在斷弧瞬間儲藏在負(fù)載內(nèi)的電感與電容之間的電磁能量轉(zhuǎn)換將在負(fù)載上產(chǎn)生過電壓,這比一般斷路器要,尤其在先斷開相觸頭間,有可能因過電壓引起電弧重燃,而產(chǎn)生更大的過電壓。在感性負(fù)載中,這種過電壓幅值高,上升陡度快,頻率也高,這無疑對電動機(jī)等感性負(fù)載的絕緣是十分危險的,總之,真空斷路器不管出現(xiàn)那種過電壓都會對設(shè)備不利,嚴(yán)重地威脅著安全生產(chǎn)運(yùn)行。

真空斷路器在接通和分?jǐn)嚯娐窌r,都可能發(fā)生操作過電壓。真空斷路器的觸頭合閘時一般存在不同程度的彈跳現(xiàn)象,因而發(fā)生過電壓。但接通電路時,觸頭間距隨時間增長很快消失,觸頭間出現(xiàn)的過渡電壓星下降趨勢,因此,過電壓的峰值一.般較低,對設(shè)備沒有多大威脅。影響設(shè)備安全運(yùn)行的主要是斷開電路時產(chǎn)生的過電壓,即截流過壓、電弧重燃過電壓、三相同時截流過電壓。.

由于在截流、重燃或三相同時斷開時等原因產(chǎn)生過電壓,造成設(shè)備損壞,且由于真空斷路器滅弧能力強(qiáng),開斷時引起的過電壓會造成高壓設(shè)備絕緣擊穿、回路設(shè)備故障甚至斷路器等損壞、高壓開關(guān)柜燒毀等事故發(fā)生。真空斷路器的操作過電壓是由于電路中存在電感、電容儲能器件,開關(guān)操作瞬間釋放能量在電路中產(chǎn)生電磁振蕩而實現(xiàn)的。真空斷路器操作過電壓的產(chǎn)生真空斷路器在開斷變壓器等感性負(fù)載時,產(chǎn)生的操作過電壓分為截流過電壓、三相同時截流過電壓和多次重燃過電壓。
一、氧化鋅避雷器(MOA)。
眾所周知,這種避雷器主要優(yōu)點是具有非常優(yōu)良的非線性伏安特性,續(xù)流小,殘壓低,體積小,重量輕,安裝方便。但傳統(tǒng)的無間隙MOA在運(yùn)行中存在以下弊病:
1)熱老化問題;  
2)為降低放電后殘壓值,其持續(xù)運(yùn)行電壓選擇偏低,當(dāng)出現(xiàn)單相接地運(yùn)行時其承受√3倍的相電壓,致使荷電率上升,易損壞甚;  
3)沖擊放電電壓和相間殘壓值偏高,不利于保持設(shè)備的相間絕緣。針對以上問題,一些廠家已推出有帶間隙的氧化鋅避雷器,筆者認(rèn)為在選用上應(yīng)優(yōu)先考慮。

1、帶串聯(lián)間隙的MOA。這種避雷器與傳統(tǒng)的閥式避雷器結(jié)構(gòu)差不多或基本相同。由于氧化鋅閥片具有非常優(yōu)良的非線性伏安特性,續(xù)流非常小,一般在1mA以下,可以認(rèn)為無續(xù)流,另外,由于有串聯(lián)間隙存在,在正常運(yùn)行電壓下,氧化鋅可以不加考慮。另外這種MOA的殘壓值較低,可用于電力變壓器等耐壓水平較高的設(shè)備的過電壓防護(hù)。

2、帶并聯(lián)間隙的MOA。帶并聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)是將閥片分為主閥片RI和并聯(lián)閥片R2,R1和R2串聯(lián),在R2上有并聯(lián)間隙G。在正常電壓下,G不放電,電壓加在R1和R2上,運(yùn)行安全可靠,過電壓作用時,避雷器上的殘壓還未達(dá)到技術(shù)條件規(guī)定值之前,G放電,R2被短路,避雷器的殘壓由R1上的殘壓所決定,所以殘壓比較低,保護(hù)性能也比較好,用于保護(hù)電動機(jī)是適宜的。

3、保護(hù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)用并聯(lián)間隙MOA與無間隙MOA的參數(shù)比較: 

類別 型號 電機(jī)額定電壓 持續(xù)運(yùn)行電壓 標(biāo)稱電流下殘壓 比較
無間隙 Y3WD-7.6 6.3 4 19 >18.382
Y3WD-12.7 10.5 6.6 31 >29.694
有間隙 Y3BD-7.6 6.3 4 16.2 <18.382
Y3BD-12.7 10.5 6.6 26.4 <29.694
注: 高壓電機(jī)絕緣耐壓試驗標(biāo)準(zhǔn)(峰值): 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)

二、阻容保護(hù)器。

阻容保護(hù)器是一種保護(hù)效果較好的措施,只要阻容參數(shù)選擇妥當(dāng),就可降低恢復(fù)電壓上升陡度,降低振蕩頻率,減少負(fù)載波阻抗,就能有效降低過電壓幅值。電容C的作用,除可降低過電壓幅值外,主要用以減緩過電壓上升陡度,因為這種過電壓在短時間內(nèi)發(fā)生,du/dt很大,容易造成電機(jī)進(jìn)線繞組匝間擊穿。所以要降低匝間電壓并使匝間電壓分布均勻。另外達(dá)到降低波阻抗,降低截流過電壓之目的。電阻R則起消耗高頻振蕩電能,抑止截流過電壓幅值的作用。由于負(fù)載等效電感和開關(guān)的截流值等參數(shù)難以查找和實測,難以準(zhǔn)確選擇阻容參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗,一般吸收電容選0.1~0.3μF/相,吸收電阻選100~200Ω/相,功率以不小于100W為宜。但值得注意的是,如果R、C阻容參數(shù)選擇不當(dāng),不但起不到保護(hù)作用,反而會起消作用,甚至?xí)?dǎo)致過電壓幅值倍增,在小電流接地系統(tǒng)中,單相接地短路因R——C保護(hù)器電容電流太大而招致系統(tǒng)饋電回路跳閘。因此在選R——C電壓幅值抑止器時應(yīng)謹(jǐn)慎小心。

為避免操作真空斷路器產(chǎn)生的過電壓,特別是相間過電壓,通常采用氧化鋅避雷器、阻容吸收器、三相組合式過電壓保護(hù)器來限制過電壓。采用哪一種過電壓保護(hù)設(shè)備,都應(yīng)滿足以下條件。

,為能有效地防止過高的操作過電壓對電壓設(shè)備的絕緣造成的危害,過電壓保護(hù)設(shè)備的保護(hù)水平應(yīng)低于被保護(hù)對象電氣設(shè)備的絕緣沖擊耐壓水平。

第二,由于電氣設(shè)備的相間絕緣水平與相對地絕緣水平一致,因此過電壓保護(hù)設(shè)備的相間保護(hù)水平與相對地保護(hù)水平- -致。

第三,在正常和單相接地工況并考慮了電壓波動15%的情況下,過電壓保護(hù)設(shè)備自身應(yīng)能安全可靠的運(yùn)行。

綜上所述,對于操作過電壓若采用避雷器保護(hù)方案,應(yīng)優(yōu)先用帶有間隙的MOA,選帶有串聯(lián)間隙的MOA保護(hù)變。