真空断路器操作过电压的种类
1、截流过电压
真空断路器开断小电流时,电弧的特性为扩散型电弧,由于电流较小,形成真空电弧的阴极斑点所提供的金属蒸气量不够充分、稳定,出现了自激的高频振荡,最后电弧电流降到零导致熄灭。通常电弧的频率很高,在频率响应不高的示波器显示图中,电流波形好象被突然截断一般,这就是截流的现象,如图1所示。
真空断路器发展初期,截流过电压曾经是应用中比较突出的问题。当时由于在触头材料、触头结构、灭弧室结构等方面技术落后,截流值很高。随着真空断路器技术的发展,采用了截流值较低的触头材料,使得截流水平降到很低的数值。
2、多次重燃过电压
多次重燃过电压是典型的谐振过电压,是由于弧隙发生多次重燃,电源多次向回路中电容进行充电而产生的。在开断过程中,由于相位差的原因,其中一相必然在过零前先开断。此时,触头一侧为工频电源,另一侧则为高频振荡,触头电压为两者之和。触头开距小,触头间耐压不充分而将发生第一次重燃,电源向回路电容充电。
发生了第一次重燃又熄弧后,断路器的恢复电压上升至更高,在极短的时间内触头之间间隙尚不够大,很可能会发生第二次重燃。再熄弧,以致发生多次重燃现象。每一次重燃都是在前一次的基础上发生的,导致恢复电压在极短的时间内上升到非常高。
实际运行中,电机的匝间绝缘常被多次重燃过电压击穿。当电机负载受到前沿很陡的过电压作用时,过电压不是均匀的加到各个线圈上的,而是以行波的方式依次通过各个线圈,一般而言,当过电压频率达到1MHz时,一个线圈承受的过电压值超过总的过电压幅值的一半以上,一般为60%~85%之间。
这样,即使过电压的幅值不太大,一个线圈承受的过电压就足以引起线圈匝间绝缘击穿,靠近电机引线入口的线圈特别容易出现匝间绝缘的破坏。
3、三相同时开断过电压
在三相交流电路中,当首开断相的触头将此相电流开断后,其余两相一般要延时四分之一周期后才被开断。但如果首开断相产生重燃,三相之间将会通过相间耦合,首开断相间隙中流过的高频电流将会叠加到其它两相的工频电流上,随着首开断相的电压迅速上升,流进二、三相的高频电流也加大,使二、三相的电流也强制过零,由于真空断路器的灭弧能力很强,使第二、三相的电流强制熄灭。电路三相均发生等效截流,三相电流同时被切断,从而产生过电压,称为三相同时开断过电压。
三相同时开断现象和多次重燃是一起发生的,造成多次重燃的条件也就是三相同时开断的条件。
真空断路器操作过电压的防范措施
真空断路器操作过电压的防范措施可能包括以下几点:
1.使用截流值较低的断路器:选择截流值较小的真空断路器,因为截流过电压与断路器的截流值有关,截流值越小,产生的过电压幅值也越小。
2.电容保护:在电感负载端并联电容器,可以有效降低负载阻抗,从而降低截流过电压的幅值,并减缓过电压的前沿陡度。这种方法不仅能保护感性负载免受截流过电压的损害,还能减轻多次重燃过电压对电动机绝缘的危害。
3.阻容保护:将电阻R与电容C串联作为保护元件并联在负载进线端,构成RC过电压抑制器,以减少过电压的产生和降低过电压的数值。
4.非线性电阻保护:使用非线性电阻(如金属氧化物压敏电阻)作为保护元件,当过电压发生时,非线性电阻能够迅速响应,限制过电压的幅值,保护电力设备。
5.电缆连接:真空断路器与变压器或电动机之间使用电缆连接,由于电缆具有较大的分布电容,其作用等同于并联电容,对于减缓过电压有很好的效果。
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