真空斷路器操作過電壓

　　斷路器的操作過電壓是由于電路中存在電感電容儲能元件，在開關操作瞬間釋放出能量，在電路中產生電磁振蕩而引發的。而真空斷路器由于具有高速滅弧能力，在切斷電路時，往往在電流過零前被強行開斷，在斷弧瞬間儲藏在負載內的電感與電容之間的電磁能量轉換將在負載上產生過電壓，這比一般斷路器要突出，尤其在最先斷開相觸頭間，有可能因過電壓引起電弧重燃，而產生更大的過電壓。在感性負載中，這種過電壓幅值高，上升陡度快，頻率也高，這無疑對電動機等感性負載的絕緣是十分危險的，總之，真空斷路器不管出現那種過電壓都會對設備不利，嚴重地威脅著安全生產運行。

　　真空斷路器在開斷電動機等感性負載時產生的波陡度很大，幅值很高，直接威脅感性負載的匝間絕緣，是造成電動機等設備損壞的重要原因之一，故對真空斷路器操作過電壓抑制措施進行研究是必要的，只有采取適當的保護措施，從降低過電壓幅值和波陡度（du/dt）這兩方面考慮，就能有效抑制或減輕其危害，這對廣泛推廣真空斷路器的應用將起到積極的推動作用。目前抑制過電壓的措施有兩種，一種是限制過電壓幅值的避雷器，另一種是降低過電壓振蕩頻率的阻容（R--C）過電壓吸收器。

　　真空斷路器操作過電壓的種類

　　1、截流過電壓

　　真空斷路器開斷小電流時，電弧的特性為擴散型電弧，由于電流較小，形成真空電弧的陰極斑點所提供的金屬蒸氣量不夠充分、穩定，出現了自激的高頻振蕩，最后電弧電流降到零導致熄滅。通常電弧的頻率很高，在頻率響應不高的示波器顯示圖中，電流波形好象被突然截斷一般，這就是截流的現象，如圖1所示。

　　真空斷路器發展初期，截流過電壓曾經是應用中比較突出的問題。當時由于在觸頭材料、觸頭結構、滅弧室結構等方面技術落后，截流值很高。隨著真空斷路器技術的發展，采用了截流值較低的觸頭材料，使得截流水平降到很低的數值。

　　2、多次重燃過電壓

　　多次重燃過電壓是典型的諧振過電壓，是由于弧隙發生多次重燃，電源多次向回路中電容進行充電而產生的。在開斷過程中，由于相位差的原因，其中一相必然在過零前先開斷。此時，觸頭一側為工頻電源，另一側則為高頻振蕩，觸頭電壓為兩者之和。觸頭開距小，觸頭間耐壓不充分而將發生第一次重燃，電源向回路電容充電。

　　發生了第一次重燃又熄弧后，斷路器的恢復電壓上升至更高，在極短的時間內觸頭之間間隙尚不夠大，很可能會發生第二次重燃。再熄弧，以致發生多次重燃現象。每一次重燃都是在前一次的基礎上發生的，導致恢復電壓在極短的時間內上升到非常高［1］。

　　實際運行中，電機的匝間絕緣常被多次重燃過電壓擊穿。當電機負載受到前沿很陡的過電壓作用時，過電壓不是均勻的加到各個線圈上的，而是以行波的方式依次通過各個線圈，一般而言，當過電壓頻率達到1MHz時，一個線圈承受的過電壓值超過總的過電壓幅值的一半以上，一般為60%~85%之間。

　　這樣，即使過電壓的幅值不太大，一個線圈承受的過電壓就足以引起線圈匝間絕緣擊穿，靠近電機引線入口的線圈特別容易出現匝間絕緣的破壞。

　　3、三相同時開斷過電壓

　　在三相交流電路中，當首開斷相的觸頭將此相電流開斷后，其余兩相一般要延時四分之一周期后才被開斷。但如果首開斷相產生重燃，三相之間將會通過相間耦合，首開斷相間隙中流過的高頻電流將會疊加到其它兩相的工頻電流上，隨著首開斷相的電壓迅速上升，流進二、三相的高頻電流也加大，使二、三相的電流也強制過零，由于真空斷路器的滅弧能力很強，使第二、三相的電流強制熄滅。電路三相均發生等效截流，三相電流同時被切斷，從而產生過電壓，稱為三相同時開斷過電壓。

　　三相同時開斷現象和多次重燃是一起發生的，造成多次重燃的條件也就是三相同時開斷的條件。

　　真空斷路器操作過電壓的防范措施

　　1、使用截流值較低的斷路器

　　由于真空斷路器的截流過電壓與斷路器的截流值有關，截流值越小其過電壓幅值越小。而斷路器的截流值與斷路器觸頭材料有關。

　　因此，在斷路器設計選型時應特別注意選擇合適的觸頭材料，以降低斷路器的截流值，減少截流過電壓。目前，滅弧室觸頭材料多為銅鉻合金，截流值為1A左右。

　　2、使用R-C阻容回路吸收裝置

　　真空斷路器的多次重燃過電壓，與負載回路中存在L-C振蕩而出現高頻電流有關，因此使用R-C阻容回路可有效地限制過電壓。

　　R-C回路不僅能限制截流過電壓的幅值，而且可降低多次重燃過電壓的上升陡度。該裝置由電阻和電容構成。

　　電阻R的作用是增大衰減系數，消耗高頻振蕩電能，電容C的作用是限制過電壓波頭陡度。但使用R-C阻容回路不能完全吸收過電壓產生的能量。

　　3、使用過電壓保護器

　　過電壓保護器能較好的限制過電壓。目前較普遍使用氧化鋅避雷器作為過電壓保護器。電工天下

　　但氧化鋅避雷器對于小電流接地系統還存在一些問題：一是運行電壓偏低；二是承受不住間歇性過電壓和諧波過電壓；三是不能很好地發揮氧化鋅避雷器的優勢。

　　在電動機回路使用氧化鋅避雷器時，因其接在相與地之間，其保護范圍是相與地之間的過電壓。而電機回路的過電壓存在于相與相之間，因此它不能很好地保護電機絕緣。

　　采用組合型避雷器，可有效地限制過電壓，達到理想的保護效果。