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浅谈真空断路器操作过电压及其防护
xiao_xiao1 发表于 2009/6/3 12:41:33 481 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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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。
一、氧化锌避雷器（MOA）。
众所周知，这种避雷器主要优点是具有非常优良的非线性伏安特性，续流小，残压低，体积小，重量轻，安装方便。但传统的无间隙MOA在运行中存在以下弊病:
1）热老化问题;
2）为降低放电后残压值，其持续运行电压选择偏低，当出现单相接地运行时其承受√3倍的相电压，致使荷电率上升，易损坏甚;
3）冲击放电电压和相间残压值偏高，不利于保持设备的相间绝缘。针对以上问题，一些厂家已推出有带间隙的氧化锌避雷器，笔者认为在选用上应优先考虑。
1、带串联间隙的MOA。这种避雷器与传统的阀式避雷器结构差不多或基本相同。由于氧化锌阀片具有非常优良的非线性伏安特性，续流非常小，一般在1mA以下，可以认为无续流，另外，由于有串联间隙存在，在正常运行电压下，氧化锌可以不加考虑。另外这种MOA的残压值较低，可用于电力变压器等耐压水平较高的设备的过电压防护。
配电用带串联间隙MOA和无间隙MOA的参数比较举例:
类别 型号 系统额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y5WS-7.6 6 4 34.5 >29.694
Y3WD-12.7 10 6.6 57.5 >42.42
有间隙 Y5CS-7.6 6 4 27 <29.674
Y5CS-12.7 10 6.6 45 >42.42
注: 变压器绝缘耐压试验标准（峰值）: 29.694kV(Un=6kV),42.42kV(Un=10kV)
2、带并联间隙的MOA。带并联间隙的结构是将阀片分为主阀片RI和并联阀片R2，R1和R2串联，在R2上有并联间隙G。在正常电压下，G不放电，电压加在R1和R2上，运行安全可靠，过电压作用时，避雷器上的残压还未达到技术条件规定值之前，G放电，R2被短路，避雷器的残压完全由R1上的残压所决定，所以残压比较低，保护性能也比较好，用于保护电动机是适宜的。
3、保护旋转电机用并联间隙MOA与无间隙MOA的参数比较:
类别 型号 电机额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y3WD-7.6 6.3 4 19 >18.382
Y3WD-12.7 10.5 6.6 31 >29.694
有间隙 Y3BD-7.6 6.3 4 16.2 <18.382
Y3BD-12.7 10.5 6.6 26.4 <29.694
注: 高压电机绝缘耐压试验标准（峰值）: 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)
二、阻容保护器。
阻容保护器是一种保护效果较好的措施，只要阻容参数选择妥当，就可降低恢复电压上升陡度，降低振荡频率，减少负载波阻抗，就能有效降低过电压幅值。电容C的作用，除可降低过电压幅值外，主要用以减缓过电压上升陡度，因为这种过电压在极短时间内发生，du/dt很大，容易造成电机进线绕组匝间击穿。所以要降低匝间电压并使匝间电压分布均匀。另外达到降低波阻抗，降低截流过电压之目的。电阻R则起消耗高频振荡电能，抑止截流过电压幅值的作用。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以查找和实测，难以准确选择阻容参数。根据经验，一般吸收电容选0.1～0.3μF/相，吸收电阻选100～200Ω/相，功率以不小于100W为宜。但值得注意的是，如果R、C阻容参数选择不当，不但起不到保护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，在小电流接地系统中，单相接地短路因R——C保护器电容电流太大而招致系统馈电回路跳闸。因此在选R——C电压幅值抑止器时应谨慎小心。
综上所述，对于操作过电压若采用避雷器保护方案，应优先用带有间隙的MOA，选带有串联间隙的MOA保护变压器，选带有并联间隙的MOA保护电机。若有条件，采用避雷器和R——C过电压吸收器同时并用的保护方案是最为完善的，虽然初期投资大些，可这总比损失一台设备的费用要少得多。