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          真空斷路器過電壓分析及其防護

          發布時間:2021-06-12??瀏覽次數:??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,在開關操作瞬間釋放出能量,在電路中產生電磁振蕩而引發的。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行開斷,在斷弧瞬間儲藏在負載內的電感與電容之間的電磁能量轉換將在負載上產生過電壓,這比一般斷路器要突出,尤其在最先斷開相觸頭間,有可能因過電壓引起電弧重燃,而產生更大的過電壓。在感性負載中,這種過電壓幅值高,上升陡度快,頻率也高,這無疑對電動機等感性負載的絕緣是十分危險的,總之,真空斷路器不管出現那種過電壓都會對設備不利,嚴重地威脅著安全生產運行。

          真空斷路器在接通和分斷電路時,都可能發生操作過電壓。真空斷路器的觸頭合閘時一般存在不同程度的彈跳現象,因而發生過電壓。但接通電路時,觸頭間距隨時間增長很快消失,觸頭間出現的過渡電壓星下降趨勢,因此,過電壓的峰值一.般較低,對設備沒有多大威脅。影響設備安全運行的主要是斷開電路時產生的過電壓,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生過電壓,造成設備損壞,且由于真空斷路器滅弧能力極強,開斷時引起的過電壓會造成高壓設備絕緣擊穿、回路設備故障甚至斷路器等損壞、高壓開關柜燒毀等事故發生。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,開關操作瞬間釋放能量在電路中產生電磁振蕩而實現的。真空斷路器操作過電壓的產生真空斷路器在開斷變壓器等感性負載時,產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,這種避雷器主要優點是具有非常優良的非線性伏安特性,續流小,殘壓低,體積小,重量輕,安裝方便。但傳統的無間隙MOA在運行中存在以下弊病:
          1)熱老化問題;  
          2)為降低放電后殘壓值,其持續運行電壓選擇偏低,當出現單相接地運行時其承受√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,筆者認為在選用上應優先考慮。

          1、帶串聯間隙的MOA。這種避雷器與傳統的閥式避雷器結構差不多或基本相同。由于氧化鋅閥片具有非常優良的非線性伏安特性,續流非常小,一般在1mA以下,可以認為無續流,另外,由于有串聯間隙存在,在正常運行電壓下,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備的過電壓防護。

          2、帶并聯間隙的MOA。帶并聯間隙的結構是將閥片分為主閥片RI和并聯閥片R2,R1和R2串聯,在R2上有并聯間隙G。在正常電壓下,G不放電,電壓加在R1和R2上,運行安全可靠,過電壓作用時,避雷器上的殘壓還未達到技術條件規定值之前,G放電,R2被短路,避雷器的殘壓完全由R1上的殘壓所決定,所以殘壓比較低,保護性能也比較好,用于保護電動機是適宜的。

          3、保護旋轉電機用并聯間隙MOA與無間隙MOA的參數比較: 

          類別 型號 電機額定電壓 持續運行電壓 標稱電流下最大殘壓 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: 高壓電機絕緣耐壓試驗標準(峰值): 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)

          二、阻容保護器。

          阻容保護器是一種保護效果較好的措施,只要阻容參數選擇妥當,就可降低恢復電壓上升陡度,降低振蕩頻率,減少負載波阻抗,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,因為這種過電壓在極短時間內發生,du/dt很大,容易造成電機進線繞組匝間擊穿。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。由于負載等效電感和開關的截流值等參數難以查找和實測,難以準確選擇阻容參數。根據經驗,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阻容參數選擇不當,不但起不到保護作用,反而會起消極作用,甚至會導致過電壓幅值倍增,在小電流接地系統中,單相接地短路因R——C保護器電容電流太大而招致系統饋電回路跳閘。因此在選R——C電壓幅值抑止器時應謹慎小心。

          為避免操作真空斷路器產生的過電壓,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器來限制過電壓。采用哪一種過電壓保護設備,都應滿足以下條件。

          第一,為能有效地防止過高的操作過電壓對電壓設備的絕緣造成的危害,過電壓保護設備的保護水平應低于被保護對象電氣設備的絕緣沖擊耐壓水平。

          第二,由于電氣設備的相間絕緣水平與相對地絕緣水平一致,因此過電壓保護設備的相間保護水平與相對地保護水平- -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,過電壓保護設備自身應能安全可靠的運行。

          綜上所述,對于操作過電壓若采用避雷器保護方案,應優先用帶有間隙的MOA,選帶有串聯間隙的MOA保護變。

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