浅谈真空开关的操作过电压及其防护

断路器的操作过电压是由于电路中存在电感电容储能元件，在开关操作瞬间释放出能量，在电路中产生电磁振荡而引发的。而真空断路器由于具有高速灭弧能力，在切断电路时，往往在电流过零前被强行开断，在断弧瞬间蕴藏在负载内的电感与电容之间的电磁能量转换将在负载上产生过电压，这比一般断路器要突出，尤其在最先断开相触头间，有可能因过电压引起电弧重燃，而产生更大的过电压。在感性负载中，这种过电压幅值高，上升陡度快，频率也高，这无疑对电动机等感性负载的绝缘是十分危险的，总之，真空断路器不管涌现那种过电压都会对设备不利，严重地要挟着安全生产运行。
　　真空断路器在开断电动机等感性负载时产生的波陡度很大，幅值很高，直接要挟感性负载的匝间绝缘，是造成电动机等设备损坏的重要原因之一，故对真空断路器操作过电压克制措施进行研究是必要的，只有采用适当的掩护措施，从降低过电压幅值和波陡度（du/dt）这两方面考虑，就能有效克制或减轻其迫害，这对广泛推广真空断路器的利用将起到积极的推动作用。目前克制过电压的措施有两种，一种是限制过电压幅值的避雷器，另一种是降低过电压振荡频率的阻容（R——C）过电压吸收器。

一、氧化锌避雷器（MOA）。
众所周知，这种避雷器重要优点是具有非常精良的非线性伏安特点，续流小，残压低，体积小，重量轻，安装方便。但传统的无间隙MOA在运行中存在以下弊病:
　　 1）热老化问题;
　　 2）为降低放电后残压值，其持续运行电压选择偏低，当涌现单相接地运行时其遭遇√3倍的相电压，致使荷电率上升，易损坏甚;
　　 3）冲击放电电压和相间残压值偏高，不利于保持设备的相间绝缘。针对以上问题，一些厂家已推出有带间隙的氧化锌避雷器，笔者认为在选用上应优先考虑。

1、带串联间隙的MOA。这种避雷器与传统的阀式避雷器结构差不多或基础雷同。由于氧化锌阀片具有非常精良的非线性伏安特点，续流非常小，一般在1mA以下，可以认为无续流，另外，由于有串联间隙存在，在正常运行电压下，氧化锌可以不加考虑。另外这种MOA的残压值较低，可用于电力变压器等耐压程度较高的设备的过电压防护。
配电用带串联间隙MOA和无间隙MOA的参数比较举例:
类别 型号 系统额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y5WS-7.6 6 4 34.5 >29.694
Y3WD-12.7 10 6.6 57.5 >42.42
有间隙 Y5CS-7.6 6 4 27 <29.674
Y5CS-12.7 10 6.6 45 >42.42
注: 变压器绝缘耐压实验标准（峰值）: 29.694kV(Un=6kV),42.42kV(Un=10kV)

2、带并联间隙的MOA。带并联间隙的结构是将阀片分为主阀片RI和并联阀片R2，R1和R2串联，在R2上有并联间隙G。在正常电压下，G不放电，电压加在R1和R2上，运行安全可靠，过电压作用时，避雷器上的残压还未达到技术条件规定值之前，G放电，R2被短路，避雷器的残压完整由R1上的残压所决定，所以残压比较低，掩护性能也比较好，用于掩护电动机是合适的。

3、掩护旋转电机用并联间隙MOA与无间隙MOA的参数比较:
类别 型号 电机额定电压 持续运行电压 标称电流下最大残压 比较
无间隙 Y3WD-7.6 6.3 4 19 >18.382
Y3WD-12.7 10.5 6.6 31 >29.694
有间隙 Y3BD-7.6 6.3 4 16.2 <18.382
Y3BD-12.7 10.5 6.6 26.4 <29.694
注: 高压电机绝缘耐压实验标准（峰值）: 18.382kV(Un=6.3kV),29.694kV(Un=10.5kV)

二、阻容掩护器。
　　阻容掩护器是一种掩护效果较好的措施，只要阻容参数选择妥当，就可降低恢复电压上升陡度，降低振荡频率，减少负载波阻抗，就能有效降低过电压幅值。电容C的作用，除可降低过电压幅值外，重要用以减缓过电压上升陡度，由于这种过电压在极短时间内产生，du/dt很大，容易造成电机进线绕组匝间击穿。所以要降低匝间电压并使匝间电压散布均匀。另外达到降低波阻抗，降低截流过电压之目标。电阻R则起耗费高频振荡电能，抑止截流过电压幅值的作用。由于负载等效电感和开关的截流值等参数难以寻找和实测，难以正确选择阻容参数。根据经验，一般吸收电容选0.1～0.3μF/相，吸收电阻选100～200Ω/相，功率以不小于100W为宜。但值得注意的是，如果R、C阻容参数选择不当，不但起不到掩护作用，反而会起消极作用，甚至会导致过电压幅值倍增，在小电流接地系统中，单相接地短路因R——C掩护器电容电流太大而招致系统馈电回路跳闸。因此在选R——C电压幅值抑止器时应谨慎警惕。
综上所述，对于操作过电压若采用避雷器掩护方案，应优先用带有间隙的MOA，选带有串联间隙的MOA掩护变压器，选带有并联间隙的MOA掩护电机。若有条件，采用避雷器和R——C过电压吸收器同时并用的掩护方案是最为完善的，虽然初期投资大些，可这总比丧失一台设备的费用要少得多。

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