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真空斷路器操作過電壓對電機產生的危害
日期：2025-10-19 11:23
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摘要：
真空斷路器操作過電壓對電機產生的危害
真空斷路器操作過電壓對電機產生的危害及對策
1 操作過電壓對電機產生的危害
(1)截流過電壓。由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當開斷小電流時，電弧在過零前就會熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉變為電場能量。對于電機和變壓器，特別是空載或容量較小時，則相當于一個大的電感，且回路電容量較小，因此會產生高的過電壓，特別是開斷空載變壓器時更危險。從理論上講可以產生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產生損耗以及發生擊穿，對過電壓值有相當的抑制作用，但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電流時出現的過電壓。因此特別對感應負載在采用真空斷路器作為操作元件時，應加裝過電壓保護設備。
(2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發生多次重燃，電源多次向電機電容進行充電而產生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側為工頻電源，另一側為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發生擊穿，斷路器的恢復電壓就會升高。如果觸頭開距不夠大，就會發生**次重燃，再滅弧、再重燃以致發生多次重燃現象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復電壓逐級升高，負載端的電壓也不斷升高，致使產生多次重燃過電壓，損壞電氣設備。
(3)三相開斷過電壓。三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產生重燃時，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其他兩相弧隙中產生類似較大水平的截流現象，從而產生更高的操作過電壓，所產生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機或輕負載情況下容易出現三相開斷過電壓。
2 采取的措施
由于電機繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對地電容和雜散電容的存在。相當于一個LC振蕩回路，根據真空斷路器操作過電壓產生的機理，當切斷小電流時產生過電壓危害電機絕緣及回路電路內的電氣設備，因此必須采取措施限制操作過電壓，以保護電氣設備能**可靠地運行，同時擴大真空斷路器的應用范圍。目前國內采取的措施有裝設金屬氧化物避雷器(MOA)、三叉戟過電壓保護器(TBP)、組合式過電壓保護器(JPB)等，以上三種設備均采用氧化鋅閥片作為主要元件，被保護設備的主要技術參數如表1所示。
表1保護設備主要技術參數單位：kV
保護設備
參數 MOA TBP JPB
系統額定電壓 6 10 6 10 6 10
電動機額定電壓 6 10 6 10 6 10
發電機額定電壓 6.3 10.5 6.3 10.5 6.3 10.5
保護器額定電壓 7.6 12.7 7.6 12.7 7.6 12.7
工頻放電電壓＞ 11.0 17.8 16.0 26.0
直流參考電壓＞ 11.3 18.9 10.0 16.5 10.0 17.0
沖擊放電電壓＜ 15.0 25.0 15.6 25.2 14.0 25.0
雷電沖擊放電電壓＜ 19.0 31.0 18.0 28.8 17.0 29.0
操作波殘壓 15.0 25.0 15.0 24.8 14.0 24.0
根據絕緣配合規程的要求，耐受電壓水平*小應超出保護水平15%，同時由于在10kV及以下系統中不接地或經過消弧線圈接地，且當發生單相接地時，健全相電壓升至線電壓，并允許運行2h，在這種情況下將使避雷器嚴重過熱而損壞。從電機試驗電壓計算值及表1中所列的保護水平看，MOA避雷器保護電機的水平*差，TBP和JPB雖好于MOA，但裕度太小，保護性能仍不理想，因此，當真空斷路器產生操作過電壓時，不能很好地保護電機。
目前有些廠家研制并生產了旨在限制真空斷路器操作過電壓危及電機絕緣的新產品RC阻容吸收器，它可使絕大多數電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的2～2.5倍以下。目前有三種形式的RC保護器，即中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器；雙路RC過電壓保護器。普通型RC保護器存在著當單相短路時電容電流過大導致饋電回路全部跳閘，特別對于有高頻分量的場所，使得RC保護器電阻燒損。不接地型RC保護器雖然解決了因電容電流過大而跳閘以及燒電阻的問題，但對于相對地之間的高頻振蕩沒有消除，使得事故發生率略高。雙路RC過電壓保護器既解決了對地電路中的高頻振蕩，又解決了對地電流過大和RC裝置電阻燒損問題。
3 注意的問題
目前生產的真空斷路器大多數為普通配電型真空斷路器，已有不少單位廣泛采用，但在發電機回路中裝設普通配電型真空斷路器仍存在一些缺點和不足：①發電機隨著運行時間的延長，其絕緣水平逐漸下降，真空斷路器的操作過電壓與電機的絕緣水平配合幾乎沒有多少裕度；②發電機回路斷路器的技術性能要求比較嚴格，使用條件嚴酷，要求發電機斷路器切斷直流分量值要大于60%或80%的額定開斷電流，普通配電型真空斷路器很難達到；③由于發電機本身的電容量(水輪發電機大于汽輪發電機)，加上較長的引出線及分支線產生的電容量，如果使用RC過電壓保護器，還應加上保護器的電容量，使在發生單相接地時電容電流較大，就會引起不必要的跳閘或在中性點增加設備(如消弧線圈、接地電阻等)，從而會引起斷電保護復雜化
真空斷路器操作過電壓對電機產生的危害及對策
1 操作過電壓對電機產生的危害
(1)截流過電壓。由于真空斷路器有良好的滅弧性能，當開斷小電流時，電弧在過零前就會熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，轉變為電場能量。對于電機和變壓器，特別是空載或容量較小時，則相當于一個大的電感，且回路電容量較小，因此會產生高的過電壓，特別是開斷空載變壓器時更危險。從理論上講可以產生很高的過電壓，但由于觸頭和回路中有一定的電阻產生損耗以及發生擊穿，對過電壓值有相當的抑制作用，但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷小電流時出現的過電壓。因此特別對感應負載在采用真空斷路器作為操作元件時，應加裝過電壓保護設備。
(2)多次重燃過電壓。多次重燃過電壓是由于弧隙發生多次重燃，電源多次向電機電容進行充電而產生的。在真空斷路器切斷電流的過程中，觸頭的一側為工頻電源，另一側為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間的開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發生擊穿，斷路器的恢復電壓就會升高。如果觸頭開距不夠大，就會發生**次重燃，再滅弧、再重燃以致發生多次重燃現象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復電壓逐級升高，負載端的電壓也不斷升高，致使產生多次重燃過電壓，損壞電氣設備。
(3)三相開斷過電壓。三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產生重燃時，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，致使未開斷相隨之被切斷，在其他兩相弧隙中產生類似較大水平的截流現象，從而產生更高的操作過電壓，所產生的過電壓是加在相與相之間的絕緣上。在開斷中小容量電機或輕負載情況下容易出現三相開斷過電壓。
2 采取的措施
由于電機繞組存在較大的電感量，以及繞組的匝間電容、對地電容和雜散電容的存在。相當于一個LC振蕩回路，根據真空斷路器操作過電壓產生的機理，當切斷小電流時產生過電壓危害電機絕緣及回路電路內的電氣設備，因此必須采取措施限制操作過電壓，以保護電氣設備能**可靠地運行，同時擴大真空斷路器的應用范圍。目前國內采取的措施有裝設金屬氧化物避雷器(MOA)、三叉戟過電壓保護器(TBP)、組合式過電壓保護器(JPB)等，以上三種設備均采用氧化鋅閥片作為主要元件，被保護設備的主要技術參數如表1所示。
表1保護設備主要技術參數單位：kV
保護設備
參數 MOA TBP JPB
系統額定電壓 6 10 6 10 6 10
電動機額定電壓 6 10 6 10 6 10
發電機額定電壓 6.3 10.5 6.3 10.5 6.3 10.5
保護器額定電壓 7.6 12.7 7.6 12.7 7.6 12.7
工頻放電電壓＞ 11.0 17.8 16.0 26.0
直流參考電壓＞ 11.3 18.9 10.0 16.5 10.0 17.0
沖擊放電電壓＜ 15.0 25.0 15.6 25.2 14.0 25.0
雷電沖擊放電電壓＜ 19.0 31.0 18.0 28.8 17.0 29.0
操作波殘壓 15.0 25.0 15.0 24.8 14.0 24.0
根據絕緣配合規程的要求，耐受電壓水平*小應超出保護水平15%，同時由于在10kV及以下系統中不接地或經過消弧線圈接地，且當發生單相接地時，健全相電壓升至線電壓，并允許運行2h，在這種情況下將使避雷器嚴重過熱而損壞。從電機試驗電壓計算值及表1中所列的保護水平看，MOA避雷器保護電機的水平*差，TBP和JPB雖好于MOA，但裕度太小，保護性能仍不理想，因此，當真空斷路器產生操作過電壓時，不能很好地保護電機。
目前有些廠家研制并生產了旨在限制真空斷路器操作過電壓危及電機絕緣的新產品RC阻容吸收器，它可使絕大多數電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的2～2.5倍以下。目前有三種形式的RC保護器，即中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器；雙路RC過電壓保護器。普通型RC保護器存在著當單相短路時電容電流過大導致饋電回路全部跳閘，特別對于有高頻分量的場所，使得RC保護器電阻燒損。不接地型RC保護器雖然解決了因電容電流過大而跳閘以及燒電阻的問題，但對于相對地之間的高頻振蕩沒有消除，使得事故發生率略高。雙路RC過電壓保護器既解決了對地電路中的高頻振蕩，又解決了對地電流過大和RC裝置電阻燒損問題。
3 注意的問題
目前生產的真空斷路器大多數為普通配電型真空斷路器，已有不少單位廣泛采用，但在發電機回路中裝設普通配電型真空斷路器仍存在一些缺點和不足：①發電機隨著運行時間的延長，其絕緣水平逐漸下降，真空斷路器的操作過電壓與電機的絕緣水平配合幾乎沒有多少裕度；②發電機回路斷路器的技術性能要求比較嚴格，使用條件嚴酷，要求發電機斷路器切斷直流分量值要大于60%或80%的額定開斷電流，普通配電型真空斷路器很難達到；③由于發電機本身的電容量(水輪發電機大于汽輪發電機)，加上較長的引出線及分支線產生的電容量，如果使用RC過電壓保護器，還應加上保護器的電容量，使在發生單相接地時電容電流較大，就會引起不必要的跳閘或在中性點增加設備(如消弧線圈、接地電阻等)，從而會引起斷電保護復雜化