刘念庆

摘要：真空断路器具有灭弧电压低、灭弧能力强、分断速度快、开断容量大、使用寿命长、适应频繁操作等特点，在电力系统中逐渐取代了其它类型开关，得到了广泛的应用。但真空断路器在开断过程中会产生过电压，若在运行中使用不当，也会造成断路器爆炸等事故，给安全生产带来重大影响。因此结合生产实际，研究和探讨过电压产生的原因，并采取一定的防护措施是非常必要的。

关键词：真空断路器;过电压;防护

真空断路器以具备良好的灭弧特性，体积小，重量轻，操作功率小，动作快，开断容量大，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，适宜频繁操作，电气寿命长，运行可靠性高，不检修周期长的优势，在当今我国电力工业城乡电网改造、化工、冶金、铁道电气化行业里得到了广泛的应用。因此，我们必须从加强运行管理和采取防护措施来抑制操作过电压，以保证电网的安全运行。

在以往的改造中，为消除泄漏点，实现无油化，将制粉系统电动机SN10--Ⅰ型油开关更换为ZN28—10型真空开关，更换开关后，在运行中发现，电动机接线盒处引线相间及相对地间绝缘击穿现象及电动机端部线圈绝缘击穿现象比原来明显增加，后加装了氧化锌避雷器，情况得到改善，但还是不理想，最终，将氧化锌避雷器更换为三相组合式过电压保护器（TBP），问题得到了解决。

下面，我就真空断路器操作过电压对电动机的危害及其限制措施分析如下：

1真空断路器操作过电压对电动机的危害

真空断路器在开断高压电动机等感性负载时，产生的操作过电压可分为截流过电压，三相同时开断过电压和多次重燃过电压。

截流过电压是由于电流的突然截断而产生的。当断路器断开后，由于电感中的电流不能突变，只有向负载侧的相地及相间电容充电。因电容值一般较小，负载侧相地及相间将会出现较高幅值的过电压。

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向负载侧的电容进行充电而产生的。因此，电容被充电时可能达到的最大电压数值要大，击穿次数越多，过电压幅值越高。

三相同时开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙重燃时，流过该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而产生的。

真空断路器在开断高压电动机时产生的操作过电压的特点为，在通常情况下开关截流和多次重燃时，相间过电压为对地过电压的1.5倍，而开断三相同步截流时，相间过电压为对地过电压的2倍，因此，真空断路器在开断高压电动机时产生的相间操作过电压在通常情况下是相地操作过电压的1.5—2倍，真空断路器在开断高压电动机时，特别是在开断启动过程中的高压电动机时相间操作过电压可能会超过4倍的额定电压，严重危及电动机的绝缘。

2电动机的绝缘耐压水平

根据国标GB311。1—1997规定，最高电压在1KV≦Um≦252KV的范围内，电气设备的相间绝缘耐受电压与相对地绝缘耐受电压值相同。以高压电动机的绝缘耐受电压水平为例，对于运行中的高压电动机，其相对地和相对相之间的绝缘所能承受的过电压数值可计算如下：

一般电动机的一分钟工频耐压值为2Ue+1。对已运行的电动机取上述耐压值的75%（Ue为电动机的额定电压，电动机绝缘的冲击系数取1.15）即电动机的冲击耐压值为

Us=√2（2Ue+1）×1.15×75%

以6kV电压等级电动机为例，其相对地和相对相之间的绝缘的冲击耐压水平按式计算结果如下：

Us=√2（2×6+1） ×1.15×75%=15.9kV

3三相過电压保护器应满足的条件

在电力系统为避免由于真空断路器截流产生的操作过电压，特别是相间过电压对系统的危害，通常采用氧化锌避雷器，阻容保护，三相组合式过电压保护器来限制过电压，无论采用哪一种保护器，都应当满足以下条件：

（1）为能有效地防止过高的操作过电压对电气设备的绝缘造成危害，过电压保护器的保护水平应低于被保护对象的电气设备的绝缘冲击耐压水平。

（2）由于电气设备的相间绝缘水平与相地绝缘水平一致，因此过电压保护器的相间保护水平与相地保护水平也一致。

（3）正常和单相接地工作情况并考虑了电压波动15%的情况下，过电压保护器自身应能安全可靠地运行，对于由氧化锌阀片构成的无间隙的过电压保护器，荷电率K2是表征氧化锌阀片在某一电压下长期运行的寿命指标，氧化锌阀片的荷电率为：K2=√2×1.1×1.15Ue/U1mA。

（Ue为设备额定电压，U1mA为氧化锌阀片直流1mA参考电压：在使用中荷电率应低于0.75才能保证氧化锌避雷器自身安全可靠地运行。）

4 常规氧化锌避雷器

由于无间隙氧化锌避雷器在系统发生单相接地时，作用在健全相的氧化锌避雷器上所承受的持续运行电压为√3倍相电压，由于荷电率较高，无间隙氧化锌避雷器在系统单相接地情况下损坏较多，故要求无间隙氧化锌避雷器的持续运行电压应按线电压考虑，同时，保护性能不能降低。显然，无间隙氧化锌避雷器很难同时满足上述两个条件，而带串联间隙的氧化锌避雷器解决了氧化锌阀片的荷电率过高的问题，并可同时满足上述两个条件，本文仅对带串联间隙的常规氧化锌避雷器分析如下：

以6kV系统考虑，根据国标GB11032---89规定，6kV系统保护电动机的氧化锌避雷器持续运行电压UC=6.3×1.1/√3=4kV，直流1mA参考电压U1mA≥11.3kV，在流过100A操作冲击电流时氧化锌避雷器的残压

U100A=K1×U1mA=1.4×11.3=15.8kV（K1为残压比）

因此，常规氧化锌避雷器的相对地保护水平为15.8kV相对相保护水平为15.8×2=31.6kV

前面已对6kV电动机的相对地及相对相绝缘耐压水平作了计算，均为15.9kKV，因此可以得出结论，常规星型接法氧化锌避雷器对高压电动机的相对地绝缘保护作用比较勉强，而相对相绝缘则完全不能起保护作用。

5三相组合式过电压保护器（TBP）

三相组合式过电压保护器是由带串联间隙的氧化锌避雷器组合而成的过电压保护器，由四个带串联间隙的氧化锌阀片单元构成，采用组合式结构并以四星型方式联结，采用这种特殊结构和接线方式使得它拥有比常规氧化锌避雷器更优越的特性：

（1）在TBP中采用氧化锌非线性电阻和放电间隙相组合的结构，两者互为保护，放电间隙使氧化锌电阻的荷电率为零，不存在老化问题，氧化锌电阻的非线性特性又使放电间隙动作后立即熄弧，无续流，无截波，放电间隙不再承担灭弧任务，提高了使用寿命。

（2）TBP通过改善间隙的结构以及选择间隙之间材料的介电系数，使得其电压冲击系统接近于1，在各种电压波形下放电电压值均相等，不受各种操作过电压波形的影响，过电压保护值准确，保护性能优良。

（3）TBP采用四星型接线方式，可大大降低相间过电压，与常规氧化锌避雷器相比，相间过电压降低了60-70%，保护的可靠性大为提高，另外，相对相及相对地的保护水平相同，保护电压值低，可将操作过电压可靠限制在被保护电动机绝缘允许范围内。

结语

真空断路器是一种很有发展前途的开关，被广泛应用于城市配电网及工矿企业的变电站中，基本取代了少有断路器等产品。随着操作过电压问题探讨及防护措施的日益完善，真空断路器必将在更多的领域里得到广泛的应用。

参考文献：

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