真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策.docx
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真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策
编号：
AQ-JS-07091
真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策
HarmandCountermeasuresofvacuumcircuitbreakerswitchingovervoltagetomotor
（安全技术）
单位：
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审批：
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日期：
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真空断路器操作过电压对电机产生的危害及对策
使用备注：
技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
1操作过电压对电机产生的危害
（1）截流过电压。
由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。
对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感，且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。
从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗以及发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。
因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。
（2）多次重燃过电压。
多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。
在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。
如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。
（3）三相开断过电压。
三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使未开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，所产生的过电压是加在相与相之间的绝缘上。
在开断中小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。
2采取的措施
由于电机绕组存在较大的电感量，以及绕组的匝间电容、对地电容和杂散电容的存在。
相当于一个LC振荡回路，根据真空断路器操作过电压产生的机理，当切断小电流时产生过电压危害电机绝缘及回路电路内的电气设备，因此必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠地运行，同时扩大真空断路器的应用范围。
目前国内采取的措施有装设金属氧化物避雷器（MOA）、三叉戟过电压保护器（TBP）、组合式过电压保护器（JPB）等，以上三种设备均采用氧化锌阀片作为主要元件，被保护设备的主要技术参数如表1所示。
表1保护设备主要技术参数单位：
kV
保护设备
参数
MOA
TBP
JPB
系统额定电压
6
10
6
10
6
10
电动机额定电压
6
10
6
10
6
10
发电机额定电压
6.3
10.5
6.3
10.5
6.3
10.5
保护器额定电压
7.6
12.7
7.6
12.7
7.6
12.7
工频放电电压＞
11.0
17.8
16.0
26.0
直流参考电压＞
11.3
18.9
10.0
16.5
10.0
17.0
冲击放电电压＜
15.0
25.0
15.6
25.2
14.0
25.0
雷电冲击放电电压＜
19.0
31.0
18.0
28.8
17.0
29.0
操作波残压
15.0
25.0
15.0
24.8
14.0
24.0
根据绝缘配合规程的要求，耐受电压水平最小应超出保护水平15%，同时由于在10kV及以下系统中不接地或经过消弧线圈接地，且当发生单相接地时，健全相电压升至线电压，并允许运行2h，在这种情况下将使避雷器严重过热而损坏。
从电机试验电压计算值及表1中所列的保护水平看，MOA避雷器保护电机的水平最差，TBP和JPB虽好于MOA，但裕度太小，保护性能仍不理想，因此，当真空断路器产生操作过电压时，不能很好地保护电机。
目前有些厂家研制并生产了旨在限制真空断路器操作过电压危及电机绝缘的新产品RC阻容吸收器，它可使绝大多数电路的操作过电压降至电源电压峰值的2～2.5倍以下。
目前有三种形式的RC保护器，即中性点直接接地的普通型RC保护器；中性点不接地型RC保护器；双路RC过电压保护器。
普通型RC保护器存在着当单相短路时电容电流过大导致馈电回路全部跳闸，特别对于有高频分量的场所，使得RC保护器电阻烧损。
不接地型RC保护器虽然解决了因电容电流过大而跳闸以及烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使得事故发生率略高。
双路RC过电压保护器既解决了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大和RC装置电阻烧损问题。
3注意的问题
目前生产的真空断路器大多数为普通配电型真空断路器，已有不少单位广泛采用，但在发电机回路中装设普通配电型真空断路器仍存在一些缺点和不足：
①发电机随着运行时间的延长，其绝缘水平逐渐下降，真空断路器的操作过电压与电机的绝缘水平配合几乎没有多少裕度；②发电机回路断路器的技术性能要求比较严格，使用条件严酷，要求发电机断路器切断直流分量值要大于60%或80%的额定开断电流，普通配电型真空断路器很难达到；③由于发电机本身的电容量（水轮发电机大于汽轮发电机），加上较长的引出线及分支线产生的电容量，如果使用RC过电压保护器，还应加上保护器的电容量，使在发生单相接地时电容电流较大，就会引起不必要的跳闸或在中性点增加设备（如消弧线圈、接地电阻等），从而会引起断电保护复杂化。
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