真空斷路器操作過(guò)電壓

　　斷路器的操作過(guò)電壓是由于電路中存在電感電容儲(chǔ)能元件，在開(kāi)關(guān)操作瞬間釋放出能量，在電路中產(chǎn)生電磁振蕩而引發(fā)的。而真空斷路器由于具有高速滅弧能力，在切斷電路時(shí)，往往在電流過(guò)零前被強(qiáng)行開(kāi)斷，在斷弧瞬間儲(chǔ)藏在負(fù)載內(nèi)的電感與電容之間的電磁能量轉(zhuǎn)換將在負(fù)載上產(chǎn)生過(guò)電壓，這比一般斷路器要突出，尤其在最先斷開(kāi)相觸頭間，有可能因過(guò)電壓引起電弧重燃，而產(chǎn)生更大的過(guò)電壓。在感性負(fù)載中，這種過(guò)電壓幅值高，上升陡度快，頻率也高，這無(wú)疑對(duì)電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載的絕緣是十分危險(xiǎn)的，總之，真空斷路器不管出現(xiàn)那種過(guò)電壓都會(huì)對(duì)設(shè)備不利，嚴(yán)重地威脅著安全生產(chǎn)運(yùn)行。

　　真空斷路器在開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的波陡度很大，幅值很高，直接威脅感性負(fù)載的匝間絕緣，是造成電動(dòng)機(jī)等設(shè)備損壞的重要原因之一，故對(duì)真空斷路器操作過(guò)電壓抑制措施進(jìn)行研究是必要的，只有采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，從降低過(guò)電壓幅值和波陡度（du/dt）這兩方面考慮，就能有效抑制或減輕其危害，這對(duì)廣泛推廣真空斷路器的應(yīng)用將起到積極的推動(dòng)作用。目前抑制過(guò)電壓的措施有兩種，一種是限制過(guò)電壓幅值的避雷器，另一種是降低過(guò)電壓振蕩頻率的阻容（R--C）過(guò)電壓吸收器。

　　真空斷路器操作過(guò)電壓的種類

　　1、截流過(guò)電壓

　　真空斷路器開(kāi)斷小電流時(shí)，電弧的特性為擴(kuò)散型電弧，由于電流較小，形成真空電弧的陰極斑點(diǎn)所提供的金屬蒸氣量不夠充分、穩(wěn)定，出現(xiàn)了自激的高頻振蕩，最后電弧電流降到零導(dǎo)致熄滅。通常電弧的頻率很高，在頻率響應(yīng)不高的示波器顯示圖中，電流波形好象被突然截?cái)嘁话?，這就是截流的現(xiàn)象，如圖1所示。

　　真空斷路器發(fā)展初期，截流過(guò)電壓曾經(jīng)是應(yīng)用中比較突出的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)由于在觸頭材料、觸頭結(jié)構(gòu)、滅弧室結(jié)構(gòu)等方面技術(shù)落后，截流值很高。隨著真空斷路器技術(shù)的發(fā)展，采用了截流值較低的觸頭材料，使得截流水平降到很低的數(shù)值。

　　2、多次重燃過(guò)電壓

　　多次重燃過(guò)電壓是典型的諧振過(guò)電壓，是由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向回路中電容進(jìn)行充電而產(chǎn)生的。在開(kāi)斷過(guò)程中，由于相位差的原因，其中一相必然在過(guò)零前先開(kāi)斷。此時(shí)，觸頭一側(cè)為工頻電源，另一側(cè)則為高頻振蕩，觸頭電壓為兩者之和。觸頭開(kāi)距小，觸頭間耐壓不充分而將發(fā)生第一次重燃，電源向回路電容充電。

　　發(fā)生了第一次重燃又熄弧后，斷路器的恢復(fù)電壓上升至更高，在極短的時(shí)間內(nèi)觸頭之間間隙尚不夠大，很可能會(huì)發(fā)生第二次重燃。再熄弧，以致發(fā)生多次重燃現(xiàn)象。每一次重燃都是在前一次的基礎(chǔ)上發(fā)生的，導(dǎo)致恢復(fù)電壓在極短的時(shí)間內(nèi)上升到非常高［1］。

　　實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)的匝間絕緣常被多次重燃過(guò)電壓擊穿。當(dāng)電機(jī)負(fù)載受到前沿很陡的過(guò)電壓作用時(shí)，過(guò)電壓不是均勻的加到各個(gè)線圈上的，而是以行波的方式依次通過(guò)各個(gè)線圈，一般而言，當(dāng)過(guò)電壓頻率達(dá)到1MHz時(shí)，一個(gè)線圈承受的過(guò)電壓值超過(guò)總的過(guò)電壓幅值的一半以上，一般為60%~85%之間。

　　這樣，即使過(guò)電壓的幅值不太大，一個(gè)線圈承受的過(guò)電壓就足以引起線圈匝間絕緣擊穿，靠近電機(jī)引線入口的線圈特別容易出現(xiàn)匝間絕緣的破壞。

　　3、三相同時(shí)開(kāi)斷過(guò)電壓

　　在三相交流電路中，當(dāng)首開(kāi)斷相的觸頭將此相電流開(kāi)斷后，其余兩相一般要延時(shí)四分之一周期后才被開(kāi)斷。但如果首開(kāi)斷相產(chǎn)生重燃，三相之間將會(huì)通過(guò)相間耦合，首開(kāi)斷相間隙中流過(guò)的高頻電流將會(huì)疊加到其它兩相的工頻電流上，隨著首開(kāi)斷相的電壓迅速上升，流進(jìn)二、三相的高頻電流也加大，使二、三相的電流也強(qiáng)制過(guò)零，由于真空斷路器的滅弧能力很強(qiáng)，使第二、三相的電流強(qiáng)制熄滅。電路三相均發(fā)生等效截流，三相電流同時(shí)被切斷，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，稱為三相同時(shí)開(kāi)斷過(guò)電壓。

　　三相同時(shí)開(kāi)斷現(xiàn)象和多次重燃是一起發(fā)生的，造成多次重燃的條件也就是三相同時(shí)開(kāi)斷的條件。

　　真空斷路器操作過(guò)電壓的防范措施

　　1、使用截流值較低的斷路器

　　由于真空斷路器的截流過(guò)電壓與斷路器的截流值有關(guān)，截流值越小其過(guò)電壓幅值越小。而斷路器的截流值與斷路器觸頭材料有關(guān)。

　　因此，在斷路器設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)特別注意選擇合適的觸頭材料，以降低斷路器的截流值，減少截流過(guò)電壓。目前，滅弧室觸頭材料多為銅鉻合金，截流值為1A左右。

　　2、使用R-C阻容回路吸收裝置

　　真空斷路器的多次重燃過(guò)電壓，與負(fù)載回路中存在L-C振蕩而出現(xiàn)高頻電流有關(guān)，因此使用R-C阻容回路可有效地限制過(guò)電壓。

　　R-C回路不僅能限制截流過(guò)電壓的幅值，而且可降低多次重燃過(guò)電壓的上升陡度。該裝置由電阻和電容構(gòu)成。

　　電阻R的作用是增大衰減系數(shù)，消耗高頻振蕩電能，電容C的作用是限制過(guò)電壓波頭陡度。但使用R-C阻容回路不能完全吸收過(guò)電壓產(chǎn)生的能量。

　　3、使用過(guò)電壓保護(hù)器

　　過(guò)電壓保護(hù)器能較好的限制過(guò)電壓。目前較普遍使用氧化鋅避雷器作為過(guò)電壓保護(hù)器。電工天下

　　但氧化鋅避雷器對(duì)于小電流接地系統(tǒng)還存在一些問(wèn)題：一是運(yùn)行電壓偏低；二是承受不住間歇性過(guò)電壓和諧波過(guò)電壓；三是不能很好地發(fā)揮氧化鋅避雷器的優(yōu)勢(shì)。

　　在電動(dòng)機(jī)回路使用氧化鋅避雷器時(shí)，因其接在相與地之間，其保護(hù)范圍是相與地之間的過(guò)電壓。而電機(jī)回路的過(guò)電壓存在于相與相之間，因此它不能很好地保護(hù)電機(jī)絕緣。

　　采用組合型避雷器，可有效地限制過(guò)電壓，達(dá)到理想的保護(hù)效果。