和限制捎施。

　　金有限公司總經(jīng)理助理兼生產(chǎn)部部長，從事生產(chǎn)技術(shù)管理和科研工作。

　　前言真空開關(guān)投人冶金工業(yè)應(yīng)用后，特別是近年來的不斷完善，使其得以十分廣泛的利用，因其具有下列優(yōu)點(diǎn)：燃弧時間短：用真空作為主觸頭間的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，其滅弧能力很強(qiáng)，在觸頭剛分離后，電流第一次過零時即切斷電流；體積小、重量輕：只是一般少油開關(guān)體積的三分之一左右，其重量也只有少油開關(guān)的二分之一，原因是真空有極篼的絕緣強(qiáng)度和很小的觸頭開距；壽命長、維護(hù)簡單、工作量少：尤其是適用于頻繁操作，如冶金企業(yè)的電爐變壓器控制；操作功率小，操作時的噪聲及振動都?。徊粌H能開斷工頻，而且開斷高頻電流的能力很強(qiáng)；真?？臻_關(guān)中沒有油，故沒有爆炸危險(xiǎn)。使得工作環(huán)境干凈，不會危及工作人員及附近的易爆物。

　　真空開關(guān)的主要缺點(diǎn)是：在某些場合操作過電壓較高，價格較貴。用真空開關(guān)開斷電爐變壓器時，可能產(chǎn)生幅值很篼的過電壓，危及主絕緣和匝間絕緣，減少變壓器的使用壽命。

　　1開斷空載電爐變壓器的過電壓開關(guān)設(shè)備在開斷和關(guān)合電路時，由于電路狀態(tài)的突然改變，而造成操作過電壓。由于弧后真空介質(zhì)恢復(fù)速度很高，因此真空開關(guān)具有開斷高頻電流的能力。它在開斷電流時，可能因截流造成過電壓，也可能因重燃和切高頻電流反復(fù)出現(xiàn)造成過電壓。

　　開關(guān)合閘時，在觸頭間距很小，快要接觸時產(chǎn)生予擊穿過電壓以及由于觸頭接觸后發(fā)生彈跳，在彈跳過程中又發(fā)生截流和重燃，這就是產(chǎn)生合閘過電壓?？梢姾祥l過電壓其實(shí)質(zhì)仍然是截流和重燃切斷電流而造成的，因此切斷電路的過電壓即能作為操作過電壓的代表。其他開關(guān)設(shè)備也具有類似的過電壓問題，只是真空開關(guān)切斷高頻電流能力強(qiáng)，截流水平較高，在某些場合下比較嚴(yán)重而已。

　　1.1截流過電壓真空開關(guān)發(fā)展初期，截流過電壓曾是很嚴(yán)重的，因?yàn)槟菚r是采用截流水平很高的鎢、鉬作為觸頭材料，而現(xiàn)在的觸頭材料截流水平很低，已經(jīng)不成為什么問題了。h 1.1.1截流過電壓產(chǎn)生的原因I，在電感回路中（見），電流截?cái)嘀琇中的電流為/，當(dāng)真空開關(guān)S中的電流從/.突然降到零時，電感i中的電流不能突變，繼續(xù)向電容C中充電，使得電容電壓升高。

　　從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)看，發(fā)生截流時，電感、電容中都儲存著一定能量，電感i和電容c中儲存的能量分別為：JTfl/2/02L，ITC=l/2（￡m2cs2wC，這些能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙菽芰?，即為?fù)載側(cè)可能出現(xiàn)的比較大電壓i Ce2?1/2講+1/2（￡n2cos2wC0當(dāng)coso=l時，比較大電壓為可見截流過電壓是電感中儲存的能量向分布電容轉(zhuǎn)移造成的。截流前后電壓波形如所示。

　　就空載變壓器而言，回路的特征阻抗/很大。約數(shù)十千歐，即使/.很小，1~2A對10kV線路/02i/即比較大電壓可簡化為eraV；即幅值正比于截?cái)嚯娏?和負(fù)載側(cè)特征阻抗之積。

　　1.1.2切斷空載變壓器的截流過電壓切斷空載變壓器即切斷變壓器的勵磁電流，因勵磁電流不大，所以容易截?cái)?，空載變壓器相當(dāng)一個大電感，特征阻抗很大，理論上是要產(chǎn)生很高的截流過電壓，但實(shí)際上由于能量轉(zhuǎn)移要消耗一部分電壓，觸頭間隙在恢復(fù)電壓上升過程中發(fā)生擊穿對過電壓有抑制作用，因此，過電壓的實(shí)際值要比理論值小得多，只有理論值的40%左右。

　　真空開關(guān)與變壓器之間用電纜連接要比用架空線連接產(chǎn)生的截流過電壓要小，因?yàn)殡娎|有較大的分布電容，負(fù)載側(cè)波阻抗W下降了。

　　變壓器的容量與截流過電壓的關(guān)系是：容量越大，截流過電壓幅值越小。原因是容量大勵磁電流大，可能出現(xiàn)截流值越夫。另一方面容量大，勵磁電感減小，分布電容大，所以特征阻抗隨勵磁電流增大而急劇減小，其特征阻抗與勵磁電流乘積越小，因此截流過電壓值小。

　　1.2多次重燃時造成的電壓級升1.2.1發(fā)生電壓級升的原因發(fā)生重燃，產(chǎn)生電壓級升的根本原因是真空開關(guān)具有開斷高頻電流的能力，當(dāng)觸頭正好在電流過零點(diǎn)前很短時間內(nèi)分離，觸頭剛分離時，電流很快過零，真空電弧熄滅，這時觸頭之間的間隙很小，不能承受恢復(fù)電壓，發(fā)生重?fù)舸?。擊穿過程中流過觸頭間隙的電流含有高頻分量，如果高頻分量的幅值大于工頻電流瞬時值的話，就會出現(xiàn)高頻電流零點(diǎn)，高頻電流零點(diǎn)被切斷，切斷后回路電容和電感可能發(fā)生高頻振蕩，產(chǎn)生高電壓，這一電壓再一次擊穿觸頭間隙，并再一次在高頻電流零點(diǎn)切斷電流，產(chǎn)生更高的電壓，擊穿反復(fù)發(fā)生，電壓不斷提高，隨著擊穿次數(shù)增加，負(fù)載回路中儲存的能量就越大，假如在某一次擊穿后，不再擊穿，那么儲存的能量全部轉(zhuǎn)移到電容C中，即產(chǎn)生很高的過電壓（等值電路見）。

　　離頻重?fù)舸┦遣粫o限重復(fù)下去的，因?yàn)橛|頭開距在重復(fù)擊穿過程中是不斷增大的，耐壓水平也不斷提高，當(dāng)耐壓達(dá)到一定數(shù)值后，電感中的電流就比以前小了，負(fù)載屮的儲存能量也減小了，比較后負(fù)載側(cè)的過電壓小于觸頭間的耐壓強(qiáng)度，則重?fù)舸┎辉侔l(fā)生，電壓級升終止。由于過電壓幅值受到觸頭耐壓的限制，它不可能很高，但它的鐸率卻很高，振蕩是在Cs-1-r-S-C回路中，角頻率為：圖中前半部分為高頻重燃，后半部分頻率相當(dāng)于載流過電壓頻率。

　　2操作過電壓的限制措施由前所述，用真空開關(guān)開斷空載電爐變壓器將產(chǎn)生幅值很高、陡度很大的操作過電壓，對主絕緣及匝間絕緣都有很大危害。

　　為了保證電爐變壓器安全運(yùn)行及正常工作壽命，必須采取保護(hù)措施，曾對三臺電爐變壓器進(jìn)行試驗(yàn)中采用了R-C阻容吸收裝置及氧化鋅避雷器保護(hù)裝置，并收到了很好的效果。是真空開關(guān)加裝保護(hù)后開斷空載電爐變壓器過電壓概率曲線。

　　因?yàn)槟妇€電感很小，所以c很高，可達(dá)1MHz. 1.2.2重燃產(chǎn)生的條件一般情況不易產(chǎn)生重燃，它要有下面條件依次發(fā)生才可能：觸頭必須在電流零點(diǎn)前很短時間內(nèi)分離。工鐸電流必須在零點(diǎn)斷開，不出現(xiàn)明顯截流。

　　重燃時回路產(chǎn)生高鐸大電流，能出現(xiàn)高頻電流零點(diǎn)，高頻幡值必須大于工頻瞬時值。

　　高頻電流的幅值和頻率必須在真空開關(guān)斷開能辦范圍內(nèi)。發(fā)生重燃回路是不多的，但在某些場合下卻非常易發(fā)生，如切斷電機(jī)的起動電流，電爐爐料發(fā)生陷落時，電爐電極觸碰爐底時，切斷變壓器過載電流時可能發(fā)生重燃電壓級升，在正常負(fù)載下不易發(fā)生。是真空開關(guān)切斷3MVA電爐變壓器時重燃過電壓示波圖。

　　由圖可見，如不采取限制措施，比較高可達(dá)7U+，而采取措施后，可限制在3U+以下。

　　2.1并聯(lián)R-C阻容吸收裝置在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)開斷3MVA電爐變壓器時，曾發(fā)生篼鐸重燃過電壓，對這種過電壓只加并聯(lián)電容是不行的，必須在電容中串人適當(dāng)電阻，從而衰減、阻止篼頻振蕩發(fā)生，因?yàn)榇穗娮韬?，高頻電流很快衰減，限制了它的幅值，不能形成篼頻電流零點(diǎn)，加了電容可以降低過電壓前沿陡度的作用。

　　按負(fù)載設(shè)備沖擊耐壓水平選擇。

　　相關(guān)資料指出，適用變壓器負(fù)載的電阻選擇為（見）：100ft，R過大會增加損耗，小些可以裝于電容器內(nèi)，R-CK收裝置結(jié)線圖運(yùn)行方便。加裝桂林生產(chǎn)的R-C 0.1）之隊(duì)-10真空開關(guān)開斷15MVA電爐變壓器產(chǎn)生過電壓的示波圖見，在10次開斷中比較篼過電壓只有1.56U+. 22化鋅避雷器一般避雷器是由放電間隙和碳化硅非線性電阻構(gòu)成的，而氧化鋅避雷器省去了放電間隙，只用ZnO非線性電阻。它比前者具有更好的非線性，它的伏安特性是：/=4產(chǎn)，氧化鋅a=20~60，碳化硅ot=6~7，過電壓后，電阻降低所焱要的時間是：碳化硅需要十分之幾微秒，而氧化鋅只需數(shù)毫微秒，因此氧化鋅避雷器能限制波頭很陡的過電壓幅值，而不能降低過電壓的陡度。

　　對于截流過電壓，用ZriO避雷器保護(hù)是十分有效的，對級升過電壓也有一定效果，但級升過電壓陡度太大，應(yīng)設(shè)法減緩陡度，因此它對保護(hù)變壓器匝間絕緣效果是不大的，是用氧化鋅避雷器保護(hù)15MVA電爐變壓器實(shí)測過電壓示波圖。

　　3存在問通遼陽國際硼合金有限公司在全部電爐變壓器上的真空開關(guān)供電回路中都采用了限制操作過電壓防護(hù)措施，大多是氧化梓避雷器，在操作次數(shù)不頻繁的情況時，運(yùn)行效果良好，多年來沒有出現(xiàn)異常情況，但近期在上級電源側(cè)經(jīng)常發(fā)生10kV母線麻間接地現(xiàn)象，初期誤認(rèn)為是配出電纜接地，經(jīng)排確認(rèn)是B01*爐（10kV、2.25MVA）的氧化鋅避雷器過電壓動作瞬間接地，經(jīng)更換新的氧化鋅避雷器后仍然沒有減輕瞬間接地情況，因安裝位置限制決定拆除氧化鋅避雷器，更換為防護(hù)電容器后，瞬間接地現(xiàn)象也沒有出現(xiàn)。

　　此事提示在真空開關(guān)操作特別頻繁的場合，防護(hù)電容器的效果會更好些。

　　4結(jié)論4.1及時采取有效措施用真空開關(guān)開斷電爐變壓器時，可能產(chǎn)生幅值很篼（達(dá)71），陡度大的搡作過電壓，對變壓器的主絕緣及匣間絕緣都有很大危害，如不采取有效措施，將會大大降低變壓器工作壽命。

　　42限制過電壓措施以采用R-C裝置為好，對載流過電壓及重燃過電壓都有明顯效果。

　　4*3安裝R-C裝置或氧化鋅避雷器安裝距離電爐變壓器越近越好。

　　根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)：比較好同時采用R-C阻容吸收裝置及氧化鋅避雷器雙套保護(hù)，效果甚佳。

　　此文是本人在該課銓的學(xué)習(xí)實(shí)踐中的粗淺認(rèn)知，難免有缺欠甚至錯，誤之處，望同行們予以批評指正，不勝感謝。