限制操作过电压的有效方法

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：限制操作过电压的方法有两种：一种是在制造真空断路器时设法限制；另一种是对产生的操作过电压加以限制。采用该装置后，在操作过电压或其他过电压发生时，间隙CG击穿。真空断路器的操作过电压及其限制方式和真空断路器的特性、负载种类及回路参数等有关，所以解决真空断路器的操作过电压问题可以多方设法。

限制操作过电压的方法有两种：一种是在制造真空断路器时设法限制；另一种是对产生的操作过电压加以限制。

1.在制造真空断路器时设法限制操作过电压

日本研制成功了低过电压真空断路器，它主要是在真空灭弧室上下功夫，采用了开断性能好的纵向磁场触头结构和低截流值的电极材料相结合的方式，使以往存在的截流值低和开断性能好之间的矛盾得到了较好的解决。

灭弧室内的金属材料直接影响截流值，如钨金属的饱和蒸气压力低，截流值就大；而如镉、铜等一些软金属的饱和蒸气压力高，切断的电流很小时，已能提供足够的金属蒸气维持弧柱，所以截流值相对较小。若使用Cu/Cr为基础材料，加特殊降低截流值的元素，如新开发的银—碳化钨（Ag-WC）等材料就具有大电流开断能力，同时又能得到低的截流值。另外，将铁氧体磁环套在真空灭弧室两端上下出线位置，也能起到降低截流值的作用。在金属触头材料方面，很多生产断路器的公司作了大量研究，例如日本富士电机公司的HA、HB型系列低过电压真空断路器使用铜—铬特殊合金触头材料，将断路器的截流值降低到过去的1/3以下，这样一般已不需要有过电压保护。据报导开断电流时触头表面不产生毛刺和龟裂现象，性能稳定，且由于铬在开断中有较强的吸气作用，不会引起真空度下降。

荷兰Holec公司设计出了“一极提早分开”断路器，也就是在三相真空断路器中，使一极比其余两极早打开。当电流频率为50Hz时，经分析得出早打开时间应取8～10ms为宜，接着其余两极一起打开，这样就能防止多次重燃过电压的产生。

2.对产生的操作过电压加以限制

常用的方法是采用避雷器和RC过电压吸收装置。

目前出现了一种氧化锌避雷器的产品，它具有残压低、时间响应快、体积小、重量轻、选型容易和安装方便等一系列优点，比碳化硅避雷器有更好的非线性。氧化锌避雷器可以不串联放电间隙来使用，在正常工作电压下电阻值极大，流过电流仅几毫安，可是在过电压的作用下响应很快，几毫、微秒内急剧地降低电阻值，流过的电流迅速增大，这样可以用来限制过电压的幅值。使用避雷器时应选择放电电压或残压值小于被保护设备的绝缘强度的避雷器。图7-11所示为用避雷器保护的线路之一。

对于电动机及频繁操作的电炉变压器最有效的保护是采用RC过电压吸收装置，因它可抑制过电压的幅值和缓和波头，且不受动作次数限制。RC过电压吸收装置中的电容C可降低负载的波阻抗，又可减缓过电压的波头陡度，其电阻可消耗能量使重燃时的高频电流按指数衰减。衰减足够大时，可消除重燃后的高频电流过零，出现工频续弧，有利于减少重燃现象。

图7-11 避雷器保护线路例

图7-12所示为RC阻容保护的应用实例。图7-12a用于电动机的过电压保护；图7-12b是电弧炉用变压器的过电压保护方式；图7-12c是在变压器低压侧接有半导体整流装置时的保护方式。

三相电路中的过电压振荡及RC保护与单相电路有所不同，如图7-13所示。当RC保护器未投入时，有两个振荡电路：一个是相间的振荡回路；另一个是相对地的振荡回路。

以A相为例，相对地回路是C_0A、L_0A、C₀₀回路。相间回路是C_0A、L_0A及L_0B、C_0B和L_0C、C_0C回路。两个电路的振荡频率不同，幅值亦不同。当RC保护器投入后，这两个回路的参数都发生变化了，相间回路的变化尤其大，因为C_0A远远小于C_1A、C_0B远远小于C_1B、C_0C远远小于C_1C，则C_0A、C_0B、C_0C可以忽略，这样相间振荡频率接近50Hz，幅值降得很低。对地回路的变化比相间要小得多，此时对地回路变成C_1A、R_1A、L_0A、C₀₀，由于C₀₀远远小于C_1A，则振荡回路的频率和幅值由R_1A、L_0A、C₀₀来决定，所以仍有几千赫的高频振荡。这样，加入RC保护器之后的振荡波形就变成了一个几十赫的波形叠加上一个几千赫的幅值较低的振荡波形。

图7-12 RC阻容保护应用例

此外，感性负载上并联电容器可以有效地降低负载波阻抗，从而降低截流过电压。但必须注意，负载波阻抗的降低会使真空断路器的截流值增大，截流过电压取决于截流值与波阻抗两者的乘积。试验结果证明，随着负载并联电容增大，过电压总的来说会降低，更重要的是负载并联电容之后，不仅降低了电压的幅值，还可以减缓过电压的前沿陡度，这不仅能减少感性负载过电压的损害，还能减轻多次重燃过电压对电动机的绝缘危害。

图7-13 三相电路及RC保护原理图

一种新型操作过电压的保护装置，将RC与氧化锌避雷器（MOA）有机地结合起来，保持其各自优点，并有效地解决了操作过电压问题。其接线如图7-14所示。

采用该装置后，在操作过电压或其他过电压发生时，间隙CG击穿。击穿后，RC回路和MOA立即同时接入振荡回路。由于电容器加入振荡回路，有效降低了振荡频率和过电压波头的上升陡度，保护了设备的匝间绝缘。解决了MOA对高频过电压信号响应速度较慢而起不到保护作用的问题，并且有电阻的加入，有效阻尼和衰减了过电压的振荡。而MOA则有效发挥了其优点，迅速将过电压幅值降下来，并限制在一定的水平。此外，由于MOA的通流量大，可迅速将真空断路器非过零断开时储存在设备端的能量向大地泄放，避免了由于RC在某些情况下不能承受较大能量的冲击而爆炸的事故，使操作过电压能量迅速泄放掉，有效保护了运行中的电气设备，同时也保护了RC元件。

真空断路器的操作过电压及其限制方式和真空断路器的特性、负载种类及回路参数等有关，所以解决真空断路器的操作过电压问题可以多方设法。例如研制开断性能好的低截流值触头材料；努力发展质量可靠的低过电压的高压真空接触器和高压真空断路器；生产过电压保护装置的厂家应提高产品的质量，配套供应，方便用户安装和使用；逐步制订出行之有效的过电压保护选择准则等。

图7-14 一种新型过电压保护器接线图

限制操作过电压的有效方法

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