真空断路器的过电压及其防护

在中压电气设备中,真空断路器因其体积小、重量轻、可靠性高、维护方便而受到广大电力企业的青睐,也是目前最先进的断路器之一。全市电网10kV断路器已被真空断路器所取代。由于真空断路器的过压问题对其发展速度有一定的影响,因此有必要研究过压的原因,并结合实际生产采取相应的保护措施。

一、过压产生的类型

1.当1截流电压真空断路器打开交流小电流时,由于灭弧室本身,当电流从峰值下降到自然零时,电弧熄灭,电流突然中断,感应负载上剩余的电磁能产生过电压,我们称之为截流过电压。切断过电压不是真空断路器独有的,其他介质断路器也有切断,但真空断路器更容易切断,特别是当小电感电流切断时,切断值高,过电流倍数大,会对电力系统造成危害,特别是高压电器。

2.多次重燃过电压真空断路器在打开大电流(如电机启动电流等)时,经常出现过电压危害,即使截流过电压不是问题,也会突破电机匝间绝缘,主要是由于多次重燃产生的过电压,称为多次重燃过电压。多次重燃过电压的发生必须满足许多条件,因此发生的概率很小,但一旦发生,其危害不容低估,因此应采取必要的预防措施。

3.与其他类型的断路器相比,容载过电压真空断路器具有更好的开关负载性能,但在切割电力电容器组时,由于真空断路器间隙弧后介质恢复强度不稳定,直流耐压水平降低,可能出现过电压现象。

二、真空断路器在使用过程中产生过电压,对电力设备的绝缘造成危害。应根据过电压的类型采取相应措施,以减少过电压的产生和过电压的数量。除了真空断路器制造过程中存在的问题外,还可以通过增加保护装置来改变负载参数。

1.电容器保护电感负载端并联电容器,可有效降低负载阻抗,降低截流过电压范围,减缓截流过电压前缘陡峭,既能保护感性负载,防止截流过电压损坏,又能降低电机绝缘多次重燃的风险。真空断路器、变压器或电机采用电缆连接。由于电缆分布电容大,相当于并联电容器,效果好。

2.电阻R与电容C串联组成RC过压抑制器,作为负载进线端的保护元件并联组成。它不仅可以减缓过电压上升的陡度,还可以降低负载的波阻抗,从而降低截流过电压。电阻器的作用是增加高频放电电路的衰减系数,减少重燃次数,减少多次重燃过电压,甚至有效防止过电压的发生。RC抑制器保护电机等负载,效果最好。

3.非线性电阻保护

普通避雷器与电容器并联。普通避雷器可以限制过电压的范围,而电容器可以减缓过电压的急剧上升。采用金属氧化物避雷器、ZnO压敏电阻,无消弧间隙,具有半导体晶体管稳定性的特点,是一种新型的避雷器。当电压升高到一定值时,系统的电阻值很大,电流很小,电阻值下降,并表现出稳定的特性。必须指出的是,氧化铝避雷器应与系统电压一致,电感负载或电容器组容量应适当匹配。

4.电感保护的LR过电压抑制器由电抗线圈(或饱和电抗器)和电阻串联的真空断路器和电机供电电缆组成LR过压抑制器可以抑制过压的急剧增加和峰值。