电容器组切除对防止重燃过电压的影响

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：当出现重燃产生过电压时，使电容器以及电网中的其他设备的绝缘受到严重的威胁。由前述已知用单相电路分析开断电容时第二次重燃触头间恢复电压为4，显然，三相电路不对称开断时的过电压要比对称开断电容器中性点接地时严重得多。

1.单相电容器组的开断

图4-15是单相电容器组开断的基本电路，C为电容器组的电容，L为连线电感或串联电抗器电感。

图4-15 单相电容器组开断的基本电路

当断路器QF处在闭合位置时，流过的电流为

在电感L和电容C上的压降分别为

当电流过零时，也就是ωt+φ=π/2时，电路被切断，此时C上的瞬时电压值为

式中为电路的容抗值。

断路器开断后，电容C上的充电电压U_co值保持不变，电源侧的电压按工频而继续变化，此时，断路器触头两端的电压为

u_CB=U_msin（ωt+φ）-U_C0

当ωt+φ=3π/2时，触头间的电压为

U_CB=-2U_m

若在这时断路器触头间的介质强度已恢复到超过2U_m值，则电路就此开断，电路中不产生过电压。如果这时触头间的介质强度恢复不够，则间隙被击穿电弧重燃，这相当于闭合电容C上有残存电压U_m的情况，电路中产生高频振荡。由于振荡频率大大高于工频，在振荡过程中，可近似把电源电压看成常数（-U_m）。这个过程近似地相当于电压为U_m的直流电源经电感L突然加在电压为-U_m的电容上，电容上将出现振荡电压，即

u_c=U_m-2U_mcosω₀t

振荡角频率。同时，弧隙中将出现高频电流，即

当高频电流i_c第一次过零时，如果电路被开断，则电容C上的电压值将为-3U_m。假设在开断高频电流后，电容C上的电压维持不变，电源电压继续变化半个周波，半周波后，断口间将出现4U_m的电压。如果此时断口又被击穿，则产生高频振荡，在高频振荡电流被开断后，电容C上可能出现5U_m的电压。

图4-16示出开断容性电流时产生过电压的物理过程。当工频容性电流i₀在其过零时（t₀）被开断，随着电源电压极性的变化，断口间电压U_QF在半波后达到最大值2U_m。此时如果发生重击穿，则出现在电容C上的高频振荡电压的幅值将为U_c1=-3U_m，振荡电流为i₁。如果在振荡电流第一次过零时（t₂）电流被开断，则保留在C上的电压将为-3U_m。电源电压继续反向，半波之后，出现在断口间的最大电压将为U_QF2=4U_m，如果发生重击穿（t₃），而且也是在高频电流第一次过零时（t₄）被开断，则保留在电容C上的电压可能达到U_c2=5U_m。从以上分析，可见断口间不发生重击穿，则仅出现U_c=U_m和U_QF=2U_m的电压。如果发生多次重击穿，则随着击穿次数，电容C上的电压将为3U_m，5U_m，……，断口间的电压将为4U_m，6U_m，……。当出现重燃产生过电压时，使电容器以及电网中的其他设备的绝缘受到严重的威胁。

上述分析的是理想情况。实际电网中影响过电压的因素很多，情况比较复杂。

1）击穿时刻。以上分析均是假设重击穿发生在恢复电压达到最大值时。在此情况下，过电压最高，可达3U_m。实际上在电流过零后任何时刻均有可能发生击穿，击穿时刻不同，过电压大小也不同。若发生击穿时，电容上的电压为-U_m，电源电压的瞬时值为u，则击穿后过电压的最大值为

U_cm=2u+Um

图4-16 开断电容时产生过电压的过程

a）电压图 b）电流图

如果弧隙在电流过零后0°～90°角度内击穿，电源电压u在-U_m与0之间变化，则U_cm的值在-U_m至U_m之间变化，其绝对值不会超过U_m，电容上不会出现过电压。当弧隙在电流过零后90°～180°电角度内击穿，电源电压在0至U_m之间变化，电容电压则在U_m～3U_m之间变化，即电容上将出现过电压。

一般将0°～90°电角度发生的击穿称为复燃，由上述分析可知复燃不产生过电压；而将90°～180°电角度内发生的击穿称为重击穿，重击穿会产生过电压。

2）分闸相位与分断速度对过电压有影响。断路器开断电容电流时，触头分离时电流相位角φ₀不同，电流过零时触头分开距离不同，介质强度不同，过电压的大小也将不同。

在同一电流相位角φ₀下，触头分断速度不同，电流过零时触头分开距离不同，过电压不同。若增加触头的分断速度，可使过零时的开距增大，弧隙介质强度增高，有可能避免出现重击穿，从而不出现过电压。

2.电源中性点接地系统中开断中性点不接地的电容器组

如图4-17a所示，设A相电流过零时首先开断。此时A相的电源电压为最大值U_max，令U_max=1，A相开断后，A相电容C_A上留有直流电压分量为1，B、C相电容C_B、C_C上各为0.5。过半个周期，电源电压反相，A′对地电压为（0.5+0.5+1）=2，中性点0对地电压为1，A相断路器触头间的恢复电压为2-（-1）=3，如图4-17b所示。若此时A相断路器重燃，三相电路恢复对称，中性点0的稳态电位应为零，A′点的稳态电位应为-1，因此C_A上的电压将由+1向-1振荡，当其高频振荡电流第一次过零时电弧熄灭，C_A上留有最大电压-3。同理，C_B、C_C上各有-3/2电压，如图4-17c所示。此时A′对地电位最大将为-4。再经过半个工频周期，电源再反相，参看图4-17d则中性点0的电位为-2，A′点电位为-5，触头间的恢复电压为6。由前述已知用单相电路分析开断电容时第二次重燃触头间恢复电压为4，显然，三相电路不对称开断时的过电压要比对称开断电容器中性点接地时严重得多。