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開斷中壓配電網交流電流時的截流過電壓如何限制

2019-05-09 14:17  文章來源:未知瀏覽次數:
 
    1.截流過電壓
    真空斷路器開斷交流電流時,由于其滅弧能力極強,在電流尚未到達自然零點時,電弧熄滅,電流被迫截斷,這就是截流現象。由于電流被截斷,電感負荷上剩余的磁場能就會轉化為電場能,引起截流過電壓,對系統和設備的絕緣產生有害影響。
    真空斷路器的截流水平主要決定于斷路器觸頭電極所用的材料。目前,各國廣泛采用的CuCr觸頭材料的截流水平約為5A。
    真空斷路器的截流水平決定了截流過電壓的大小。另外,真空斷路器所開合負荷的特性和連接電纜的長度對于截流過電壓也有很大的影響。
    負荷程度越低,負荷就越呈感性的特征,因而在電流截斷時刻儲存在電感上的能量就越大,截流過電壓就越高。當然,若負荷低到開斷電流的峰值小于斷路器的截流水平,則截流過電壓又可能有所降低。
    電纜越長,電容就越大,因而過電壓就低。當電纜長度超過一定值時,就可以將截流過電壓限制在系統允許值(4倍最大相壓值)以下。大量計算表明,只要電纜長度超過1000m(總對地電容約0.3μF),則開斷配電變壓器的各類負荷均不會產生超過設備和系統允許的過電壓水平。
    2.限制方法
    a采用較長的連接電纜。如前所述,采用較長的連接電纜可以起到抑制截流過電壓的作用。
    b在負荷側相對地加裝并聯電容器。并聯電容值越大,降低截流過電壓的效果就越明顯。一般來說,相對地并聯0.1 - 0.3μF的電容器就可以將截流過電壓限制到允許的水平以下。
    c負荷側相對地加裝金屬氧化物避雷器(MOA)
MOA對截流過電壓的限制效果對照表
負荷程度 過電壓倍數 MOA動作電流(A)
無MOA 加MOA
滿載 8.4 3.5 4.3
中載 11.9 3.5 5.1
輕載 8.21 3.4 1.7
    加裝MOA是限制真空斷路器截流過電壓的有效方法。表中給出了MOA對截流過電壓的限制效果(配電變容量為100kVA,電纜長40m。表中過電壓倍數指過電壓對于最大相電壓幅值的倍數;滿載指100 %額定電流,功率因數0.85;中載指50%額定電流,功率因數0.5;輕載指20 %額定電流,功率因數0.20    由表可見,MOA對于限制真空斷路器的截流過電壓是相當有效的,同時MOA吸收的能量也很小,不會對MOA的熱穩定性構成任何威肋、。因此,在實際考慮采用何種方法限制真空斷路器的截流過電壓時,應優先考慮采用MOA。
    3.考慮復燃情況下的截流過電壓
    上述截流過電壓是沒有考慮真空斷路器復燃影響的。如果在觸頭剛分離不久就發生截流現象,截流產生的過電壓作用在真空斷路器的觸頭上,由于此時觸頭間距很小,因而容易被擊穿,即發生復燃。復燃時在負荷側和電源側發生高頻振蕩過程,在間隙中將流過較大的高頻電流。高頻電流過零熄弧后,如果負荷上貯存的能量足夠大,它又轉化為過電壓,使觸頭間隙再次擊穿。如此反復多次,直到觸頭間的介質恢復強度己足夠高,產生的過電壓不能再使間隙擊穿為止,電路最終被開斷。因此,決定此種情況的過電壓特性將不再完全是由截流值,而是還包括了真空間隙的的介質恢復強度特性。一般來說,由于復燃的作用使得貯存在負荷電感上的能量有一部分回到電源側,從而使得截流過電壓有所降低。
    應該指出,復燃雖可使截流過電壓的幅值有所降低,但是在真空斷路器復燃的過程中將產生高頻振蕩,導致產生高頻過電壓。復燃產生的高頻過電壓頻率在電纜長度較短時是很高的,這樣的高頻過電壓即使其幅值不大,對變壓器的縱絕緣還是有危害的。因此對于絕緣比較薄弱的變壓器(譬如運行時間己很長的變壓器、干式絕緣變壓器等)需要限制復燃過電壓的頻率。
    計算分析表明,加長連接電纜的長度可以有效地降低復燃過程電壓的頻率。在負荷側并聯電容器的效果與延長電纜長度是一樣的,它將減緩過電壓的前沿陡度。因此,對于絕緣比較薄弱的變壓器,在連接電纜較短時,應在變壓器的高壓端并聯電容來降低復燃過電壓的頻率,典型的數值為0.1一0.2μF。
    MOA對于限制截流過電壓的幅值是很有效的,但起不到限制復燃時過電壓頻率的作用。
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