真空开关的操作过电压及其防护

电力18讯：    
作者：何报杏  
   
目前，真空开关和SF6开关是无油开关的两大主导产品，它们在性能上相去无几，但真空 开关无SF6的温室效应问题，其工艺水平适合我国企业的制造现状，价格相对较低。所以，真空开关的生产量与使用量远高于SF6开关，特别是10kV户内产品中，真空开关已占绝 对优 势。据统计，1996年10kV级无油开关中，真空开关约占70%。随着城网开关无油化改造和真空开关的大量应用，其操作过电压问题已日益突出，必须予以关注并采取相应的解决措施。 1真空开关的结构特点

真空开关的触头是在密封的真空腔内分、合电路的，触头切断电流时，仅有金属蒸汽离子形 成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力。其主要特点如下：

(1)结构紧凑，体积小，重量轻，动作快，分、合闸所需功率小。

(2)电气、机械寿命长，触头寿命一般比少油开关长50倍，维修工作量少。

(3)开断容量大，允许开断次数多，适合于频繁操作的场合。

(4)不产生高压气体及有毒气体，无火灾及爆炸危险，不污染环境。

(5)开断小电感电流时容易发生截流过电压及电弧重燃过电压。通常从加强运行管理和采取 防护措施两方面来抑制操作过电压，以保证电网的安全运行。

2真空开关的操作过电压

(1)截流过电压 真空开关切除电感电路并在电流过零前使电弧熄灭而感生很高的电压―― 截流过电压。现以切断空载变压器为例，分析发生过电压的机理及相关因素。

附图为空载变压器的暂态等值电路，其中Vs为电源电压，QF为真空开关，GT为 变压器绕

组对地电容，LT为变压器激磁电感。设QF断开的电流为i，则断开前储存在变压 器绕组中的电磁能量为WC=1 2LTi2，储存在GT中的电场能量为WL=1 2GTU2，其中U为对应于i的截流 电压。当QF切除电路并快速灭弧时，电源即与负载完全分离，电磁能WL与电场能W C便互相转换，形成振荡，电容电压达到最大值Um时的能量为

1 2CTU2m=1 2CTU2+1 2 LTi2

即 Um=U2+LT CTi2

可知影响截流过电压Um的主要因素为：

①电感LT越大，过电压越高。

②电容CT越小，过电压越高。

③电流i越大，过电压越高。而截流值i的大小还与触头材料有关。

(2)电弧重燃过电压 真空开关若在电流接近过零前切除电感电路(为附图中的空载变压器) ，当电流过零时，CT与LT将发生能量振荡，CT中的电场能量全部转换成磁场能量使LT的电压UL升高。因振荡频率f0远大于50Hz，电源相对于高 频 振荡可看成近似直流，按最危险考虑，设Us=-Ｕsm，触头间的恢复电压 Un=Us-ＵL将达到较高值，若此时触头开距很小，触头间的介质击穿电压 低于恢复电压，触头间隙便被击穿使电弧重燃。于是电源又对LT及CT补充能量，其电压与重燃前电压相叠加。当电流过零时，电弧再次熄灭，若间隙击穿电压仍小于恢 复电压，间隙再次被击穿重燃，造成电压多次叠加而产生很高的电弧重燃过电压。

3过电压的防护

过电压防护是从技术上防止、抑制其数值在允许的范围，以减小过电压对电气设备的危害和 提高供配电系统的可靠性。常用的防护措施如下：

(1)降低截流值，从根本上降低截流过电压。适当加大触头开距，以抑制电弧重燃过电压。

(2)装设R―C吸收器。若电阻及电容参数选择合适，既可降低过电压幅值，又可减缓过 电压的上升陡度。一般每相电容值取01～02μF，电阻值取100～200Ω，功率不小于200 W。这是常用的一种方法。

(3)设置R―L保护器。将电阻R与铁心电感L并联后串接于开关与电缆之间。正常时 铁心 饱和电感值较小，压降及损耗都很低，不影响负载的工作。当发生电弧重燃振荡时，高频电流使铁心电抗增大，抑制过电压，电阻则起阻尼及限流作用。

(4)采用氧化锌避雷器MOA。MOA实际上是一个非线性压敏电阻，在工作电压下呈极大电阻， 漏电流为微安(μA)级，不影响电网运行。过电压时，其阻值剧降并呈稳压特性，一般可将过电压限制在2倍相电压以下，且阀片间有一定电容量，对残压的突变有抑制作用。