在正常运行时，空载变压器可等值为一激磁电感，因此切除空载变压器相当于切除一个小容量的电感负荷。图4-1是开断空载变压器的等值电路。u为电源电压；LS为电源电感；L为空载变压器的电感；C为变压器及连接母线等对地电容，其数值约为几百至几千皮法。断路器开断空载变压器其过电压的特点是：幅值高，频率高，但持续时间短、能量小。在实际运行中也未发现开断空载变压器而引起避雷器损坏的情况。......
2023-07-02
如何正确开断高压感应电动机
【摘要】：1）开断高压感应电动机时所产生的截流过电压其物理过程与开断空载变压器时相同，但要考虑电动机的工作方式和工作状态。在一些特殊情况下，如在刚起动时立即出现很大的过负荷，或者电动机启动电流引起断电保护误动作时，断路器将开断转子几乎不动情况下的电动机。但切电动机时发生的重燃却能够形成幅值较高的重燃过电压。在t1～t1′的极短时间内，iL保持IL1不变，IL1虽然数值不大，但已不是开断电动机时的零值。
开断高压感应电动机时（3～10kV），断路器也需开断电感性电流，也会出现相似于开断空变时出现的过电压。
1）开断高压感应电动机时所产生的截流过电压其物理过程与开断空载变压器时相同，但要考虑电动机的工作方式和工作状态。因为在各种工作方式下，断路器的开断情况差别很大，如开断时，电动机可能是空载运行或是带有一定负载；转速可能在正常转速，也可能处于转子几乎不动的情况；另外，使用的断路器类型不同，过电压也不一样，用少油断路器开断，主要是由于截流产生的截流过电压，用真空断路器开断，除截流过电压外，还产生三相同时开断过电压和高频重燃过电压。
图4-5示出分析电动机在正常转速下运行时的等值电路图。图中L为电动机的漏感，e为电动机转子旋转时，定子线圈的感应电势，u为电源电压，C为电动机每相的对地电容，QF为断路器。
与分析开断变压器的情况相同，若出现电流截断，也将产生过电压。断路器在I0时截断后，定子绕组开路，没有电流，定子绕组的漏磁通不能维持，定子漏感在截流时所储藏的磁能将转变为绕组端部的对地杂散电容C的电能，产生振荡电压，振荡频率一般在千赫以上，与切空变不同的是除了振荡电压之外，定子尚有感应的工频分量，因此，当截流相位角分别为+α及-α时（也即如图4-2所示截流发生在工频电流的上升部分和下降部分），电压表达式为
式中 Um——电源电压幅值；
L——电动机定子漏感。
图4-5 电动机正常转速下运行时的等值电路
由上两式可以看出，两种情况下可能出现的最大可能过电压幅值为
当电动机在空载下运行，流过断路器的电流是空载电流，其值比较小，约为25%～30%额定电流。当有断路器截流时，定子漏感的储能不大，由式（4-8）可知过电压也就不高。
在一些特殊情况下，如在刚起动时立即出现很大的过负荷，或者电动机启动电流引起断电保护误动作时，断路器将开断转子几乎不动情况下的电动机。这时的开断电流就是电动机的启动电流，通常，启动电流为5.5～6.5倍额定电流，因而断路器的截流值I0可能较大，过电压也高，表4-3给出过电压倍数的实测数据。
当开断功率较小的电动机时，由于开断电流小，截断电流I0也小，因此过电压低。开断大功率的电动机，由于导体截面大，绕组匝数少，因而漏感L小，电容C大，特性阻抗
较小，即使截断电流较高，过电压仍然很低，对电动机线圈绝缘的危害不大。而开断中等功率的电动机（几百千瓦）时，过电压较高，见表4-3，开断6.3kV、240kW电动机时的过电压比开断8kV、1250kW电动机的过电压高得多。如果过电压太高，可在电动机每相进线侧与地之间加电容C0及电阻R0，如图4-5所示。
表4-3 过电压倍数的实测数据
2）以下讨论三相同时开断过电压，它只有在使用截流能力很强的真空断路器时才会发生。
当真空断路器开断三相中性点不接地负载时，假定其中有一相电流先过零，则这相先断开，在这一相断路器的触头两端则产生恢复电压。在恢复电压的作用下，若电弧复燃，将在这一相产生高频复燃电流。由于电动机一般通过三相电缆与电源连结，在电缆芯线间有相间互电容及互电感，当第一相由于恢复电压的作用而发生复燃时，其暂态高频电流通过电磁耦合在其他两相同时感应出一个高频电流。这些高频电流与原有的工频电流叠加，其结果可使其他两相电流瞬间过零被截断，如图4-6所示。
图4-6 三相同时开断的电流波形
真空开关在开断第一相时，可能是在电流过零时，其截流值可能很小。对于工频电流来说，上述的高频过程极快，可认为三相截流是同时发生的，这样，后两相的截流值可能很大，从而造成很高的过电压。表4-4示出了三相同时截流过电压。
表4-4 三相同时截流的过电压
由上述分析可知，一相复燃是产生三相同时截流的根本原因。电流电压越高，恢复电压越高，越容易产生复燃，这一点由表4-4即可看出，复燃时的高频电流的大小对是否发生三相同时截流有很大影响，工频电流较大而高频电流较小就不容易出现三相同时截流。由表4-4可知，开断电流越大，出现三相截流的次数越少。另外，电路参数与是否发生三相同时截流有很大关系。因为复燃高频电流的大小与电源侧电感及电容、电动机的漏感及电容，连接线电感等有关，电动机电容越大，连接电感越小，复燃电流越大，越容易出现三相同时截流。
3）由于真空断路器的灭弧能力很强，当切断电动机时，如果灭弧后复燃会出现高频电流，高频电流过零时电弧熄灭，接着可能再次出现复燃、熄灭的重复过程。高频电流多次熄灭与复燃也会产生很高的过电压，称为多次复燃过电压。
断路器切空载变压器时，由于触头间介质恢复强度承受不了恢复电压而发生多次重燃，抑制了过电压幅值，如前面所述。但切电动机时发生的重燃却能够形成幅值较高的重燃过电压。
图4-7 重燃过电压的发展示意图
a）重燃电压曲线 b）重燃电流曲线
设真空断路器在电流过零时熄弧（无截流），此时电源相电压为最大值Um。熄弧后，被切电动机侧的电压为Umcosωt，其波形如图4-7中的曲线所示。ω0是电动机漏感与杂散电容C组成振荡回路的角频率，相对于工频来说，ω0是极高的，因此在分析工频电弧熄灭后出现的复燃过程中可以把电源电压看成是不变的，一直维持在Um。真空断路器熄弧后，触头间恢复强度的包络线以Um为基线，在图4-7中用曲线4表示。若断路器触头在工频电流过零前刚刚分离，电流过零后因触头间隙短不能承受恢复电压作用而被击穿，电弧复燃，在复燃瞬间t1，断路器的恢复电压刚好就是触头间隙的介质强度。熄弧瞬间t=0，电感L中的电流iL=0，接着电容C向L放电，开始振荡，触头间出现恢复电压uh，t=t1时，iL=IL1，Uh=Uh1，此时，恢复电压等于恢复强度，发生第一次重燃，出现高频振荡，其自振频率决定于断路器两侧电容及其连线，它比ω0要高得多，振荡衰减的稳态值是趋于电源电压Em，振荡电压第一次到达最大值U1时，t=t1′，U1=Um+Uh1，高频振荡电流第一次过零，再次熄弧。在t1～t1′的极短时间内，iL保持IL1不变，IL1虽然数值不大，但已不是开断电动机时的零值。在t1′之后，电动机侧电压变化如图中曲线2所示。在t2时再次重燃，振荡最大电压U2=Um+Uh2，电感电流增大至IL2，t2′时又熄弧。类此下去，振荡过程愈来愈强烈，故在多次重燃后，过电压可达极高的幅值。实测到最大过电压为5.1倍，频率可达105～106Hz，陡度极大，对主绝缘和匝间绝缘都有严重的危害。
在这种多次重燃过程中，IL的增大，相当于等值截流值不断增大，其结果使最大等值截流比真空断路器工频截流还大得多，因此过电压也较高。
4）近年来在触头材料和结构上作了大量的研究工作，真空开关的截流值一般都能做得很小，截流过电压不高。开断空载运行的小功率电动机时，过电压主要由三相同时截流引起；对于开断转子几乎不动（制动状态）的电动机，多次复燃过电压是主要危险。因此可以说，真空断路器开断电动机时，过电压的主要危险来自多次复燃与三相同时截流。
限制开断空载及制动状态电动机过电压的主要措施是采用阀式或氧化锌避雷器。避雷器可接在电动机或变压器侧每相对地之间，可将过电压限制在一定范围内。但不能降低过电压的上升陡度。
另外还可以采用R—C保护装置，如图4-5中虚线所示。采用R—C装置后不仅过电压幅值可减小，而且上升陡度也可减缓，对匝间绝缘有好处。C0一般取0.1～0.2μF，R0取50～100Ω。
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