真空斷路器是利用真空的絕緣和滅弧性能構(gòu)成的開(kāi)關(guān)設(shè)備。它的觸頭在密封的真空室內(nèi)分、合電路的，觸頭切斷電流時(shí)，有金屬蒸汽離子形成電弧，而無(wú)氣體的碰撞游離，因金屬蒸汽離子的擴(kuò)散及再?gòu)?fù)合過(guò)程非常迅速，從而能快速滅弧和恢復(fù)原來(lái)的真空度，可經(jīng)受多次分、合閘而不降低開(kāi)斷能力。因此真空斷路器具有維護(hù)工作量小、斷流容量大、適宜頻繁操作等許多優(yōu)點(diǎn)，但真空斷路器在運(yùn)行中發(fā)生的操作過(guò)電壓?jiǎn)栴}較普遍。?

真空斷路器在接通和分?jǐn)嚯娐窌r(shí)，都可能發(fā)生操作過(guò)電壓。真空斷路器的觸頭合閘時(shí)一般存在不同程度的彈跳現(xiàn)象，因而發(fā)生過(guò)電壓。但接通電路時(shí)，觸頭間距隨時(shí)間增長(zhǎng)很快消失，觸頭間出現(xiàn)的過(guò)渡電壓呈下降趨勢(shì)，因此，過(guò)電壓的峰值一般較低，對(duì)設(shè)備沒(méi)有多大威脅。影響設(shè)備安全運(yùn)行的主要是斷開(kāi)電路時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，即截流過(guò)壓、電弧重燃過(guò)電壓、三相同時(shí)截流過(guò)電壓。

由于在截流、重燃或三相同時(shí)斷開(kāi)時(shí)等原因產(chǎn)生過(guò)電壓，造成設(shè)備損壞，且由于真空斷路器滅弧能力極強(qiáng)，?開(kāi)斷時(shí)引起的過(guò)電壓會(huì)造成高壓設(shè)備絕緣擊穿、回路設(shè)備故障甚至斷路器等損壞、高壓開(kāi)關(guān)柜燒毀等事故發(fā)生。真空斷路器的操作過(guò)電壓是由于電路中存在電感、電容儲(chǔ)能器件，開(kāi)關(guān)操作瞬間釋放能量在電路中產(chǎn)生電磁振蕩而實(shí)現(xiàn)的。真空斷路器操作過(guò)電壓的產(chǎn)生真空斷路器在開(kāi)斷變壓器等感性負(fù)載時(shí)，?產(chǎn)生的操作過(guò)電壓分為截流過(guò)電壓、三相同時(shí)截流過(guò)電壓和多次重燃過(guò)電壓。

真空斷路器的操作過(guò)電壓

真空斷路器的操作過(guò)電壓主要有截流過(guò)電壓、重燃高頻過(guò)電壓、重?fù)舸┻^(guò)電壓、彈跳過(guò)電壓等。截流過(guò)電壓和重燃過(guò)電壓一般在開(kāi)合感性負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生；重?fù)舸┻^(guò)電壓和彈跳過(guò)電壓一般在開(kāi)合容性負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生。

1.截流過(guò)電壓

真空斷路器在開(kāi)斷交流電流時(shí)，由于其極強(qiáng)的滅弧能力，在電流尚未到達(dá)自然零點(diǎn)時(shí)，電弧熄滅，電流被強(qiáng)迫截?cái)啵@就是截流現(xiàn)象。由于電流被迅速截?cái)啵姼胸?fù)荷的磁場(chǎng)能就轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，引起截流過(guò)電壓。當(dāng)設(shè)備的入口電容較小時(shí)，過(guò)電壓倍數(shù)就越高，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣產(chǎn)生極不利的影響。

真空斷路器的截流水平主要取決于斷路器觸頭電極所用的材料。目前，各國(guó)廣泛采用的CuCr觸頭材料的截流水平約為5A。

真空斷路器的截流水平也決定了截流過(guò)電壓的大小。另外，真空斷路器所開(kāi)合負(fù)荷的性質(zhì)在連接電纜的長(zhǎng)度對(duì)于截流過(guò)電壓也有很大的影響。

負(fù)荷越小，元件就越呈感性的特征。因而在電流截?cái)鄷r(shí)刻儲(chǔ)存在電感上的磁能就越大，如被斷開(kāi)負(fù)荷的入口電容越小，由磁能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能所產(chǎn)生的截流過(guò)電壓程度就越高。

被斷開(kāi)負(fù)荷附設(shè)的電纜越長(zhǎng)，電容就越大，因而過(guò)電壓就低。當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過(guò)一定值時(shí)，就可以將截流過(guò)電壓限制在系統(tǒng)允許值（3.2倍最大相電壓幅值）以下。只要電纜長(zhǎng)度超過(guò)200m（總對(duì)地電容約0.1μF及以上），則開(kāi)斷配電變壓器的各類負(fù)荷均不會(huì)產(chǎn)生超過(guò)設(shè)備和系統(tǒng)允許的過(guò)電壓水平。

2.重燃情況下的截流過(guò)電壓

上述截流過(guò)電壓的分析是沒(méi)有考慮真空斷路器重燃影響的。如果在觸頭剛分離不久就發(fā)生截流現(xiàn)象，截流產(chǎn)生的高頻振蕩過(guò)程，在真空斷路器的觸頭間的恢復(fù)電壓以很快的速度上升。由于此時(shí)觸頭間距很小，因而容易被擊穿，即發(fā)生重燃。

重燃時(shí)在負(fù)荷側(cè)和電源側(cè)發(fā)生高頻振蕩過(guò)程，在間隙中將流過(guò)較大的高頻電流，高頻電流過(guò)零熄弧后，如果負(fù)荷上儲(chǔ)存的能量足夠大，它又轉(zhuǎn)化為過(guò)電壓，使觸頭間隙再次擊穿。如此反復(fù)多次，直到觸頭間的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度已足夠高，產(chǎn)生的過(guò)電壓不能再使間隙擊穿為止，電路最終被開(kāi)斷。因此，決定此種情況的過(guò)電壓特性將不再完全是由截流值，同時(shí)還包括了真空間隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度特性。

一般來(lái)說(shuō)，由于重燃的作用使得儲(chǔ)存在負(fù)荷電感上的能量有一部分回到電源側(cè)，從而使得截流過(guò)電壓有所降低。這是因?yàn)橐环矫嬗|頭重燃相當(dāng)于限壓間隙動(dòng)作；另一方面，在多次重燃過(guò)程中，由于振蕩回路中的能量不斷減少，使過(guò)電壓幅值降低。

特別要指出，重燃雖可使截流過(guò)電壓的幅值有所降低，但是在真空斷路器重燃的過(guò)程中將產(chǎn)生高頻振蕩，導(dǎo)致產(chǎn)生高頻過(guò)電壓。重燃產(chǎn)生的高頻過(guò)電壓頻率在電纜長(zhǎng)度較短時(shí)是很高的。這樣的高頻過(guò)電壓即使其幅值不大，對(duì)變壓器的縱絕緣還是有危害的。因此對(duì)于絕緣比較薄弱的變壓器（例如運(yùn)行時(shí)間已較長(zhǎng)的變壓器、干式絕緣變壓器等）需要限制重燃過(guò)電壓的頻率。

計(jì)算分析表明，加長(zhǎng)連接電纜的長(zhǎng)度可以有效地降低重燃過(guò)電壓的頻率。在負(fù)荷側(cè)并聯(lián)電容器的效果跟延長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度是一樣的，它將減緩過(guò)電壓的前沿陡度。因此，對(duì)于絕緣比較薄弱的變壓器，在連接電纜較短時(shí)，應(yīng)在變壓器的高壓端并聯(lián)電容器來(lái)降低重燃過(guò)電壓的頻率，典型的數(shù)值可取0.1～0.2μF。這里特別要注意的是MOA對(duì)于限制截流過(guò)電壓的幅值是很有效的，但起不到限制重燃過(guò)電壓產(chǎn)生高頻率的作用。

3.開(kāi)斷高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)的操作過(guò)電壓

真空斷路器開(kāi)斷高壓電動(dòng)機(jī)，也是開(kāi)斷感性負(fù)荷。尤其是在開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流時(shí)，因起動(dòng)電流很大，引起繼電保護(hù)動(dòng)作，斷路器斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)速接近為零，電磁暫態(tài)過(guò)程與變壓器二次側(cè)短路類似，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于短接的變壓器二次繞組，定子繞組中的起動(dòng)電流通常達(dá)5～7倍額定電流，斷路器的截流值很大，從而開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)的截流過(guò)電壓會(huì)遠(yuǎn)大于切空載電動(dòng)機(jī)。它也常會(huì)發(fā)生因多次重燃過(guò)電壓將電動(dòng)機(jī)繞組匝間絕緣擊穿。

這是因?yàn)槎啻沃厝歼^(guò)電壓是頻率很高的高頻過(guò)電壓，其頻率可達(dá)幾百千赫至幾個(gè)兆赫。高幅值的高頻過(guò)電壓不僅嚴(yán)重威脅電動(dòng)機(jī)的主絕緣，而且對(duì)繞組匝間絕緣也構(gòu)成嚴(yán)重的危害。