真空斷路器的操作過電壓主要有截流過電壓、重燃高頻過電壓、重?fù)舸┻^電壓、彈跳過電壓等。截流過電壓和重燃過電壓一般在開合感性負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生;重?fù)舸┻^電壓和彈跳過電壓一般在開合容性負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生。
1.截流過電壓
真空斷路器在開斷交流電流時(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)?,這就是截流現(xiàn)象。由于電流被迅速截?cái)?,電感?fù)荷的磁場能就轉(zhuǎn)化為電場能,引起截流過電壓。當(dāng)設(shè)備的入口電容較小時(shí),過電壓倍數(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電壓的大小。另外,真空斷路器所開合負(fù)荷的性質(zhì)在連接電纜的長度對(duì)于截流過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,如被斷開負(fù)荷的入口電容越小,由磁能轉(zhuǎn)化為電場能所產(chǎn)生的截流過電壓程度就越高。
被斷開負(fù)荷附設(shè)的電纜越長,電容就越大,因而過電壓就低。當(dāng)電纜長度超過一定值時(shí),就可以將截流過電壓限制在系統(tǒng)允許值(3.2倍最大相電壓幅值)以下。只要電纜長度超過200m(總對(duì)地電容約0.1µf及以上),則開斷配電變壓器的各類負(fù)荷均不會(huì)產(chǎn)生超過設(shè)備和系統(tǒng)允許的過電壓水平。
2.重燃情況下的截流過電壓
上述截流過電壓的分析是沒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)生高頻振蕩過程,在間隙中將流過較大的高頻電流,高頻電流過零熄弧后,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)生的過電壓不能再使間隙擊穿為止,電路最終被開斷。因此,決定此種情況的過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。
一般來說,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,在多次重燃過程中,由于振蕩回路中的能量不斷減少,使過電壓幅值降低。
特別要指出,重燃雖可使截流過電壓的幅值有所降低,但是在真空斷路器重燃的過程中將產(chǎn)生高頻振蕩,導(dǎo)致產(chǎn)生高頻過電壓。重燃產(chǎn)生的高頻過電壓頻率在電纜長度較短時(shí)是很高的。這樣的高頻過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)間已較長的變壓器、干式絕緣變壓器等)需要限制重燃過電壓的頻率。
計(jì)算分析表明,加長連接電纜的長度可以有效地降低重燃過電壓的頻率。在負(fù)荷側(cè)并聯(lián)電容器的效果跟延長電纜長度是一樣的,它將減緩過電壓的前沿陡度。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)電容器來降低重燃過電壓的頻率,典型的數(shù)值可取0.1~0.2µf。這里特別要注意的是moa對(duì)于限制截流過電壓的幅值是很有效的,但起不到限制重燃過電壓產(chǎn)生高頻率的作用。
3.開斷高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)的操作過電壓
真空斷路器開斷高壓電動(dòng)機(jī),也是開斷感性負(fù)荷。尤其是在開斷電動(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,斷路器斷開電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)速接近為零,電磁暫態(tài)過程與變壓器二次側(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,從而開斷制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)的截流過電壓會(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^電壓是頻率很高的高頻過電壓,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。