浅谈真空断路器的操作过电压及其抑制措施

2022-09-12

真空断路器是中压电气设备中最具发展前途的电器之一, 因其体积小、重量轻、可靠性高、维修简单等优点, 受到了电力部门的普遍欢迎, 因而在世界各国的中压电网中得到了广泛的应用。但由于真空断路器的截流机理完全不同于空气断路器和六氟化硫断路器, 在实际操作过程中容易产生过电压, 长期困扰真空断路器在现场的正常运行。这在一定程度上影响了其发展速度, 因此结合生产实际, 研究和探讨过电压产生的原因, 并采取一定的防护措施是非常必要的。

1 操作过电压产生的机理

1.1 截流过电压

真空断路器在开断感性负载电流的瞬间, 使电弧在电流过零时提前熄灭, 产生截流现象。于是在负载设备上将感应出相应的截流过电压。截流过电压并非真空断路器所独有, 其它介质的断路器都有发生, 只不过真空断路器更容易发生, 尤其是在开断小电感电流时, 截流值及其过电流倍数会更高, 可能会对电力系统, 尤其是高压电器带来危害。

1.2 多次重燃过电压

在真空断路器开断电气负载时, 当灭弧室触头在工频电流过零时分离熄弧。由于断路器触头开距小, 在恢复电压的作用下将发生重燃。大家知道, 对于电气负载均存在着L-C回路, 电弧重燃将会在回路中出现高频电流。在高频电流过零时, 电弧又将熄灭。由于触头开距小, 又会产生新的振荡, 再次将触头间隙击穿, 导致电弧多次重燃。这样, 在回路中将会出现高电压, 其过电压幅值随重燃次数增多而增高。这种重燃可能在开断过程中重复发生多次, 其过电压值将较高。实际上, 过电压值受断路器动作瞬间工况的限制, 但其电压幅值也在4倍相电压左右, 对电器负载的绝缘将会造成危害。

1.3 同时开断过电压

当真空断路器运用在开断电机回路时, 由于断路器的截流现象, 加上电机回路都存在着互感和电容, 将引起电弧的重燃与高频振荡。当第一相开断后, 高频电流将通过相间互感和电容耦合到第二、第三相上与原有的高频电流叠加, 形成三相电流同时过零点。第一相熄弧时, 强迫第二、第三相电弧强制截断, 出现较高过电压。

2 操作过电压的抑制措施

真空断路器在使用过程中发生的过电压, 给电力设备的绝缘带来危害, 因此应根据过电压的类型采取相应的措施, 以减少过电压的产生和降低过电压的数值, 除真空断路器制造工艺方面的问题外, 可以加装保护装置以改变负载参数, 从而达到目的。

2.1 安装RC过电压吸收器

真空断路器的多次重燃过电压, 与负载回路中存在L-C振荡而出现高频电流有关, 因此使用R-C阻容回路可有效地限制过电压。RC过电压吸收器把电阻R与电容C串联作为保护元件并联在负载进线端构成R C过电压抑制器。电容器既可以减缓过电压的上升陡度, 又可以降低负载的波阻抗, 因而降低截流过电压。电阻的作用是:当发生截流时, 它的存在增加了高频放电电路的衰减系数, 可减少重燃次数和降低多次重燃过电压, 甚至可以有效的防止其发生。用R C抑制器来保护电动机等负载, 效果最好。