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文章詳情
真空斷路器操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害
日期：2025-05-01 12:56
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摘要：
真空斷路器操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害
真空斷路器操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害及對策
1 操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害
(1)截流過電壓。由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當(dāng)開斷小電流時，電弧在過零前就會熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰?。對于電機和變壓器，特別是空載或容量較小時，則相當(dāng)于一個大的電感，且回路電容量較小，因此會產(chǎn)生高的過電壓，特別是開斷空載變壓器時更危險。從理論上講可以產(chǎn)生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產(chǎn)生損耗以及發(fā)生擊穿，對過電壓值有相當(dāng)?shù)囊种谱饔?，但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電流時出現(xiàn)的過電壓。因此特別對感應(yīng)負(fù)載在采用真空斷路器作為操作元件時，應(yīng)加裝過電壓保護設(shè)備。
(2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電機電容進行充電而產(chǎn)生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發(fā)生擊穿，斷路器的恢復(fù)電壓就會升高。如果觸頭開距不夠大，就會發(fā)生**次重燃，再滅弧、再重燃以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復(fù)電壓逐級升高，負(fù)載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生多次重燃過電壓，損壞電氣設(shè)備。
(3)三相開斷過電壓。三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產(chǎn)生重燃時，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其他兩相弧隙中產(chǎn)生類似較大水平的截流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更高的操作過電壓，所產(chǎn)生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機或輕負(fù)載情況下容易出現(xiàn)三相開斷過電壓。
2 采取的措施
由于電機繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對地電容和雜散電容的存在。相當(dāng)于一個LC振蕩回路，根據(jù)真空斷路器操作過電壓產(chǎn)生的機理，當(dāng)切斷小電流時產(chǎn)生過電壓危害電機絕緣及回路電路內(nèi)的電氣設(shè)備，因此必須采取措施限制操作過電壓，以保護電氣設(shè)備能**可靠地運行，同時擴大真空斷路器的應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)采取的措施有裝設(shè)金屬氧化物避雷器(MOA)、三叉戟過電壓保護器(TBP)、組合式過電壓保護器(JPB)等，以上三種設(shè)備均采用氧化鋅閥片作為主要元件，被保護設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1保護設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)單位：kV
保護設(shè)備
參數(shù) MOA TBP JPB
系統(tǒng)額定電壓 6 10 6 10 6 10
電動機額定電壓 6 10 6 10 6 10
發(fā)電機額定電壓 6.3 10.5 6.3 10.5 6.3 10.5
保護器額定電壓 7.6 12.7 7.6 12.7 7.6 12.7
工頻放電電壓＞ 11.0 17.8 16.0 26.0
直流參考電壓＞ 11.3 18.9 10.0 16.5 10.0 17.0
沖擊放電電壓＜ 15.0 25.0 15.6 25.2 14.0 25.0
雷電沖擊放電電壓＜ 19.0 31.0 18.0 28.8 17.0 29.0
操作波殘壓 15.0 25.0 15.0 24.8 14.0 24.0
根據(jù)絕緣配合規(guī)程的要求，耐受電壓水平*小應(yīng)超出保護水平15%，同時由于在10kV及以下系統(tǒng)中不接地或經(jīng)過消弧線圈接地，且當(dāng)發(fā)生單相接地時，健全相電壓升至線電壓，并允許運行2h，在這種情況下將使避雷器嚴(yán)重過熱而損壞。從電機試驗電壓計算值及表1中所列的保護水平看，MOA避雷器保護電機的水平*差，TBP和JPB雖好于MOA，但裕度太小，保護性能仍不理想，因此，當(dāng)真空斷路器產(chǎn)生操作過電壓時，不能很好地保護電機。
目前有些廠家研制并生產(chǎn)了旨在限制真空斷路器操作過電壓危及電機絕緣的新產(chǎn)品RC阻容吸收器，它可使絕大多數(shù)電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的2～2.5倍以下。目前有三種形式的RC保護器，即中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器；雙路RC過電壓保護器。普通型RC保護器存在著當(dāng)單相短路時電容電流過大導(dǎo)致饋電回路全部跳閘，特別對于有高頻分量的場所，使得RC保護器電阻燒損。不接地型RC保護器雖然解決了因電容電流過大而跳閘以及燒電阻的問題，但對于相對地之間的高頻振蕩沒有消除，使得事故發(fā)生率略高。雙路RC過電壓保護器既解決了對地電路中的高頻振蕩，又解決了對地電流過大和RC裝置電阻燒損問題。
3 注意的問題
目前生產(chǎn)的真空斷路器大多數(shù)為普通配電型真空斷路器，已有不少單位廣泛采用，但在發(fā)電機回路中裝設(shè)普通配電型真空斷路器仍存在一些缺點和不足：①發(fā)電機隨著運行時間的延長，其絕緣水平逐漸下降，真空斷路器的操作過電壓與電機的絕緣水平配合幾乎沒有多少裕度；②發(fā)電機回路斷路器的技術(shù)性能要求比較嚴(yán)格，使用條件嚴(yán)酷，要求發(fā)電機斷路器切斷直流分量值要大于60%或80%的額定開斷電流，普通配電型真空斷路器很難達(dá)到；③由于發(fā)電機本身的電容量(水輪發(fā)電機大于汽輪發(fā)電機)，加上較長的引出線及分支線產(chǎn)生的電容量，如果使用RC過電壓保護器，還應(yīng)加上保護器的電容量，使在發(fā)生單相接地時電容電流較大，就會引起不必要的跳閘或在中性點增加設(shè)備(如消弧線圈、接地電阻等)，從而會引起斷電保護復(fù)雜化
真空斷路器操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害及對策
1 操作過電壓對電機產(chǎn)生的危害
(1)截流過電壓。由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當(dāng)開斷小電流時，電弧在過零前就會熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰?。對于電機和變壓器，特別是空載或容量較小時，則相當(dāng)于一個大的電感，且回路電容量較小，因此會產(chǎn)生高的過電壓，特別是開斷空載變壓器時更危險。從理論上講可以產(chǎn)生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產(chǎn)生損耗以及發(fā)生擊穿，對過電壓值有相當(dāng)?shù)囊种谱饔?，但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電流時出現(xiàn)的過電壓。因此特別對感應(yīng)負(fù)載在采用真空斷路器作為操作元件時，應(yīng)加裝過電壓保護設(shè)備。
(2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電機電容進行充電而產(chǎn)生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發(fā)生擊穿，斷路器的恢復(fù)電壓就會升高。如果觸頭開距不夠大，就會發(fā)生**次重燃，再滅弧、再重燃以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復(fù)電壓逐級升高，負(fù)載端的電壓也不斷升高，致使產(chǎn)生多次重燃過電壓，損壞電氣設(shè)備。
(3)三相開斷過電壓。三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產(chǎn)生重燃時，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其他兩相弧隙中產(chǎn)生類似較大水平的截流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更高的操作過電壓，所產(chǎn)生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機或輕負(fù)載情況下容易出現(xiàn)三相開斷過電壓。
2 采取的措施
由于電機繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對地電容和雜散電容的存在。相當(dāng)于一個LC振蕩回路，根據(jù)真空斷路器操作過電壓產(chǎn)生的機理，當(dāng)切斷小電流時產(chǎn)生過電壓危害電機絕緣及回路電路內(nèi)的電氣設(shè)備，因此必須采取措施限制操作過電壓，以保護電氣設(shè)備能**可靠地運行，同時擴大真空斷路器的應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)采取的措施有裝設(shè)金屬氧化物避雷器(MOA)、三叉戟過電壓保護器(TBP)、組合式過電壓保護器(JPB)等，以上三種設(shè)備均采用氧化鋅閥片作為主要元件，被保護設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1保護設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)單位：kV
保護設(shè)備
參數(shù) MOA TBP JPB
系統(tǒng)額定電壓 6 10 6 10 6 10
電動機額定電壓 6 10 6 10 6 10
發(fā)電機額定電壓 6.3 10.5 6.3 10.5 6.3 10.5
保護器額定電壓 7.6 12.7 7.6 12.7 7.6 12.7
工頻放電電壓＞ 11.0 17.8 16.0 26.0
直流參考電壓＞ 11.3 18.9 10.0 16.5 10.0 17.0
沖擊放電電壓＜ 15.0 25.0 15.6 25.2 14.0 25.0
雷電沖擊放電電壓＜ 19.0 31.0 18.0 28.8 17.0 29.0
操作波殘壓 15.0 25.0 15.0 24.8 14.0 24.0
根據(jù)絕緣配合規(guī)程的要求，耐受電壓水平*小應(yīng)超出保護水平15%，同時由于在10kV及以下系統(tǒng)中不接地或經(jīng)過消弧線圈接地，且當(dāng)發(fā)生單相接地時，健全相電壓升至線電壓，并允許運行2h，在這種情況下將使避雷器嚴(yán)重過熱而損壞。從電機試驗電壓計算值及表1中所列的保護水平看，MOA避雷器保護電機的水平*差，TBP和JPB雖好于MOA，但裕度太小，保護性能仍不理想，因此，當(dāng)真空斷路器產(chǎn)生操作過電壓時，不能很好地保護電機。
目前有些廠家研制并生產(chǎn)了旨在限制真空斷路器操作過電壓危及電機絕緣的新產(chǎn)品RC阻容吸收器，它可使絕大多數(shù)電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的2～2.5倍以下。目前有三種形式的RC保護器，即中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器；雙路RC過電壓保護器。普通型RC保護器存在著當(dāng)單相短路時電容電流過大導(dǎo)致饋電回路全部跳閘，特別對于有高頻分量的場所，使得RC保護器電阻燒損。不接地型RC保護器雖然解決了因電容電流過大而跳閘以及燒電阻的問題，但對于相對地之間的高頻振蕩沒有消除，使得事故發(fā)生率略高。雙路RC過電壓保護器既解決了對地電路中的高頻振蕩，又解決了對地電流過大和RC裝置電阻燒損問題。
3 注意的問題
目前生產(chǎn)的真空斷路器大多數(shù)為普通配電型真空斷路器，已有不少單位廣泛采用，但在發(fā)電機回路中裝設(shè)普通配電型真空斷路器仍存在一些缺點和不足：①發(fā)電機隨著運行時間的延長，其絕緣水平逐漸下降，真空斷路器的操作過電壓與電機的絕緣水平配合幾乎沒有多少裕度；②發(fā)電機回路斷路器的技術(shù)性能要求比較嚴(yán)格，使用條件嚴(yán)酷，要求發(fā)電機斷路器切斷直流分量值要大于60%或80%的額定開斷電流，普通配電型真空斷路器很難達(dá)到；③由于發(fā)電機本身的電容量(水輪發(fā)電機大于汽輪發(fā)電機)，加上較長的引出線及分支線產(chǎn)生的電容量，如果使用RC過電壓保護器，還應(yīng)加上保護器的電容量，使在發(fā)生單相接地時電容電流較大，就會引起不必要的跳閘或在中性點增加設(shè)備(如消弧線圈、接地電阻等)，從而會引起斷電保護復(fù)雜化