
真空斷路器過電壓分析及其防護
斷(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)(qi)的操作過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)是(shi)由(you)于電(dian)(dian)路(lu)(lu)中存在電(dian)(dian)感(gan)(gan)電(dian)(dian)容儲(chu)(chu)能(neng)(neng)元件,在開關(guan)操作瞬間釋放(fang)出(chu)能(neng)(neng)量,在電(dian)(dian)路(lu)(lu)中產(chan)生電(dian)(dian)磁振蕩(dang)而(er)引發(fa)的。而(er)真空(kong)斷(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)(qi)由(you)于具有(you)高(gao)速滅弧能(neng)(neng)力,在切斷(duan)(duan)電(dian)(dian)路(lu)(lu)時,往往在電(dian)(dian)流過(guo)(guo)零(ling)前被強行(xing)開斷(duan)(duan),在斷(duan)(duan)弧瞬間儲(chu)(chu)藏在負載(zai)內(nei)的電(dian)(dian)感(gan)(gan)與電(dian)(dian)容之(zhi)間的電(dian)(dian)磁能(neng)(neng)量轉換將在負載(zai)上產(chan)生過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya),這比一般斷(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)(qi)要,尤其在先斷(duan)(duan)開相觸頭間,有(you)可能(neng)(neng)因過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)引起(qi)電(dian)(dian)弧重燃,而(er)產(chan)生更大的過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)。在感(gan)(gan)性負載(zai)中,這種過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)幅值(zhi)高(gao),上升陡(dou)度快,頻率也高(gao),這無疑對(dui)電(dian)(dian)動機等(deng)感(gan)(gan)性負載(zai)的絕緣是(shi)十(shi)分危險的,總之(zhi),真空(kong)斷(duan)(duan)路(lu)(lu)器(qi)(qi)不管出(chu)現(xian)那種過(guo)(guo)電(dian)(dian)壓(ya)都(dou)會對(dui)設備(bei)不利,嚴(yan)重地威脅(xie)著(zhu)安全生產(chan)運行(xing)。
真空斷(duan)(duan)路器在接通和分斷(duan)(duan)電(dian)路時(shi)(shi),都可能(neng)發生(sheng)操作過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)。真空斷(duan)(duan)路器的(de)觸(chu)頭(tou)合閘時(shi)(shi)一般存在不同程度的(de)彈跳現象,因而發生(sheng)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)。但接通電(dian)路時(shi)(shi),觸(chu)頭(tou)間距(ju)隨時(shi)(shi)間增長很快消失,觸(chu)頭(tou)間出(chu)現的(de)過(guo)(guo)渡電(dian)壓(ya)星下降趨勢,因此,過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)的(de)峰值一.般較(jiao)低,對設(she)備(bei)沒(mei)有多大威(wei)脅。影(ying)響設(she)備(bei)安(an)全(quan)運行的(de)主要是斷(duan)(duan)開電(dian)路時(shi)(shi)產生(sheng)的(de)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya),即(ji)截流(liu)過(guo)(guo)壓(ya)、電(dian)弧重燃(ran)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)、三相同時(shi)(shi)截流(liu)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)。.
由于在截流、重燃或三相同時斷開時等原因產生過電壓,造成設備損壞,且由于真空斷路器滅弧能力強,開斷時引起的過電壓會造成高壓設備絕緣擊穿、回路設備故障甚至斷路器等損壞、高壓開關柜燒毀等事故發生。真空斷路器的操作過電壓是由于電路中存在電感、電容儲能器件,開關操作瞬間釋放能量在電路中產生電磁振蕩而實現的。真空斷路器操作過電壓的產生真空斷路器在開斷變壓器等感性負載時,產生的操作過電壓分為截流過電壓、三相同時截流過電壓和多次重燃過電壓。
一、氧化鋅避雷器(MOA)。
眾所周知,這種避雷器主要優點是具有非常優良的非線性伏安特性,續流小,殘壓低,體積小,重量輕,安裝方便。但傳統的無間隙MOA在運行中存在以下弊病:
1)熱老化問題;
2)為降低放電后殘壓值,其持續運行電壓選擇偏低,當出現單相接地運行時其承受√3倍的相電壓,致使荷電率上升,易損壞甚;
3)沖(chong)擊放(fang)電電壓(ya)和相(xiang)間殘壓(ya)值偏高,不利(li)于(yu)保持設備的相(xiang)間絕緣。針對以上問題,一些廠家已推出(chu)有帶(dai)間隙(xi)的氧化鋅避(bi)雷器,筆(bi)者認(ren)為在選用上應優先考慮。
1、帶串(chuan)聯間隙的(de)(de)MOA。這種避(bi)雷器與傳統的(de)(de)閥式避(bi)雷器結構差不多(duo)或基本相同。由(you)于(yu)氧化鋅閥片(pian)具有非常優良的(de)(de)非線性(xing)伏安特性(xing),續流非常小(xiao),一般在(zai)1mA以(yi)下,可以(yi)認(ren)為無續流,另外,由(you)于(yu)有串(chuan)聯間隙存在(zai),在(zai)正常運行電壓下,氧化鋅可以(yi)不加(jia)考慮。另外這種MOA的(de)(de)殘(can)壓值較低(di),可用于(yu)電力變壓器等耐壓水平較高的(de)(de)設(she)備的(de)(de)過電壓防護。
2、帶并聯間隙的MOA。帶并聯間隙的結(jie)構是將(jiang)閥(fa)片(pian)(pian)(pian)分為(wei)主閥(fa)片(pian)(pian)(pian)RI和并聯閥(fa)片(pian)(pian)(pian)R2,R1和R2串聯,在R2上有并聯間隙G。在正常電壓(ya)(ya)下,G不放(fang)電,電壓(ya)(ya)加在R1和R2上,運行安全可靠,過電壓(ya)(ya)作用時,避(bi)雷器(qi)上的殘壓(ya)(ya)還未達(da)到(dao)技(ji)術(shu)條件規定值(zhi)之(zhi)前,G放(fang)電,R2被短路,避(bi)雷器(qi)的殘壓(ya)(ya)由R1上的殘壓(ya)(ya)所(suo)決(jue)定,所(suo)以(yi)殘壓(ya)(ya)比較(jiao)低,保護性能(neng)也比較(jiao)好,用于(yu)保護電動(dong)機是適宜的。
3、保護旋轉電機(ji)用并聯(lian)間(jian)隙MOA與無間(jian)隙MOA的參數比較:
類別 型號 電機額定電壓 持續運行電壓 標稱電流下殘壓 比較
無間隙 Y3WD-7.6 6.3 4 19 >18.382
Y3WD-12.7 10.5 6.6 31 >29.694
有間隙 Y3BD-7.6 6.3 4 16.2 <18.382
Y3BD-12.7 10.5 6.6 26.4 <29.694
注: 高壓電(dian)機絕緣耐(nai)壓試(shi)驗標準(峰值): 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)
二、阻容保護器。
阻(zu)(zu)容(rong)(rong)保護器(qi)是一種(zhong)保護效果(guo)較好的(de)(de)(de)措施,只要(yao)(yao)阻(zu)(zu)容(rong)(rong)參(can)數(shu)選(xuan)(xuan)(xuan)擇妥當,就可降(jiang)低(di)恢復電(dian)壓(ya)(ya)上升陡度(du),降(jiang)低(di)振(zhen)蕩(dang)頻率,減少(shao)負(fu)(fu)載波(bo)(bo)阻(zu)(zu)抗,就能有效降(jiang)低(di)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)。電(dian)容(rong)(rong)C的(de)(de)(de)作(zuo)用,除(chu)可降(jiang)低(di)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)外(wai),主要(yao)(yao)用以(yi)減緩過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)上升陡度(du),因為(wei)這種(zhong)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)在短(duan)時間(jian)內發生,du/dt很大,容(rong)(rong)易造(zao)成(cheng)電(dian)機(ji)進線繞組(zu)匝間(jian)擊穿。所以(yi)要(yao)(yao)降(jiang)低(di)匝間(jian)電(dian)壓(ya)(ya)并使匝間(jian)電(dian)壓(ya)(ya)分布均勻。另外(wai)達(da)到降(jiang)低(di)波(bo)(bo)阻(zu)(zu)抗,降(jiang)低(di)截流(liu)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)之目的(de)(de)(de)。電(dian)阻(zu)(zu)R則起消耗高頻振(zhen)蕩(dang)電(dian)能,抑止截流(liu)過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)的(de)(de)(de)作(zuo)用。由于負(fu)(fu)載等(deng)效電(dian)感和開關的(de)(de)(de)截流(liu)值(zhi)等(deng)參(can)數(shu)難以(yi)查(cha)找和實測,難以(yi)準(zhun)確選(xuan)(xuan)(xuan)擇阻(zu)(zu)容(rong)(rong)參(can)數(shu)。根據經驗,一般(ban)吸(xi)收(shou)電(dian)容(rong)(rong)選(xuan)(xuan)(xuan)0.1~0.3μF/相(xiang),吸(xi)收(shou)電(dian)阻(zu)(zu)選(xuan)(xuan)(xuan)100~200Ω/相(xiang),功率以(yi)不(bu)小(xiao)(xiao)于100W為(wei)宜。但值(zhi)得注意(yi)的(de)(de)(de)是,如果(guo)R、C阻(zu)(zu)容(rong)(rong)參(can)數(shu)選(xuan)(xuan)(xuan)擇不(bu)當,不(bu)但起不(bu)到保護作(zuo)用,反而會(hui)起消作(zuo)用,甚至會(hui)導(dao)致過(guo)(guo)電(dian)壓(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)倍增,在小(xiao)(xiao)電(dian)流(liu)接地系統中(zhong),單相(xiang)接地短(duan)路因R——C保護器(qi)電(dian)容(rong)(rong)電(dian)流(liu)太(tai)大而招致系統饋電(dian)回(hui)路跳閘。因此在選(xuan)(xuan)(xuan)R——C電(dian)壓(ya)(ya)幅(fu)值(zhi)抑止器(qi)時應謹慎小(xiao)(xiao)心。
為避免操作真空斷路器產生的過電(dian)壓,特別是(shi)相(xiang)間過電(dian)壓,通常采用(yong)(yong)氧(yang)化鋅避雷器、阻容吸(xi)收器、三(san)相(xiang)組合式(shi)過電(dian)壓保護(hu)器來限制過電(dian)壓。采用(yong)(yong)哪(na)一(yi)種過電(dian)壓保護(hu)設(she)備(bei),都(dou)應滿足以(yi)下(xia)條件。
,為能有(you)效地防止過高的(de)(de)操作過電(dian)壓對電(dian)壓設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)絕緣(yuan)造成(cheng)的(de)(de)危害,過電(dian)壓保(bao)(bao)護(hu)設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)保(bao)(bao)護(hu)水平應低于被保(bao)(bao)護(hu)對象電(dian)氣設(she)備(bei)(bei)的(de)(de)絕緣(yuan)沖擊(ji)耐壓水平。
第二,由于電(dian)氣(qi)設備的相(xiang)間(jian)絕緣水平與相(xiang)對地(di)絕緣水平一致,因此過電(dian)壓保(bao)護(hu)(hu)設備的相(xiang)間(jian)保(bao)護(hu)(hu)水平與相(xiang)對地(di)保(bao)護(hu)(hu)水平- -致。
第三(san),在正(zheng)常和(he)單(dan)相接地工(gong)況并考慮了電(dian)(dian)壓波動15%的(de)情況下,過電(dian)(dian)壓保護設備自身應能(neng)安全可靠的(de)運行。
綜(zong)上所述(shu),對于操(cao)作(zuo)過電壓若采用避雷器保護方案,應優先用帶有間隙的MOA,選帶有串聯(lian)間隙的MOA保護變。
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