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摘要：當(dāng)真空斷路器開斷小電感電流時(shí)，引起操作過電壓，稱為截流過電壓，對線路和電氣設(shè)備的絕緣造成危害，特別是在35kV系統(tǒng)中，操作過電壓保護(hù)措施相對較少，在一定程度上成為阻礙其應(yīng)用的一大難題。
關(guān)鍵詞：真空斷路器；截流；過電壓
中圖分類號：TM561.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003-0867(2005)03-0035-02
1 截流過電壓產(chǎn)生原理
真空斷路器開斷小電感電流時(shí)的截流現(xiàn)象，主要是由于電弧電流較小時(shí)，陰極斑點(diǎn)提供的金屬蒸氣不夠充分和穩(wěn)定引起的。真空電弧由電極在分?jǐn)嗨查g受熱引起金屬蒸發(fā)而形成，電弧使電極表面出現(xiàn)一些斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)上的金屬會不斷熔化和蒸發(fā)來維持真空電弧。開斷大電流時(shí)，金屬蒸氣充分蒸發(fā)，電弧比較穩(wěn)定，在工頻電流自然過零時(shí)熄弧。試驗(yàn)證明，開斷幾百至幾千安的交流電流時(shí)，一般不會發(fā)生截流現(xiàn)象。開斷小電感電流時(shí)，如空載變壓器激磁電流（一般只有額定電流的0.6%～2%），由于弧柱擴(kuò)散速度太快，陰極斑點(diǎn)附近的金屬蒸氣壓力和溫度劇降，使金屬質(zhì)點(diǎn)的蒸發(fā)不能維持弧柱的擴(kuò)散，造成電流到達(dá)零點(diǎn)之前的某一瞬時(shí)值時(shí)發(fā)生強(qiáng)制熄弧而形成截流。
對于開斷空載變壓器的情況，原理電路如圖1所示。設(shè)C為變壓器等效電容，L為變壓器勵(lì)磁電感。假定截流在i = Ich時(shí)發(fā)生，即i = Ich = Imsina，u = U0。由于截流，使回路中電流變化率di/dt很大，電感上的壓降uL = di/dt很大，形成過電壓。從能量角度闡述，截流瞬間，繞阻中儲有磁場能量(1/2)LIch，在電容中儲有電場能量(1/2)CU20，這些儲存的能量在L-C回路中振蕩，振蕩頻率f = 1/[2π(LC)1/2]，由于C值一般很小，所以當(dāng)全部儲能都轉(zhuǎn)化為電場能的瞬間，在電容C上將出現(xiàn)很高的過電壓，即截流過電壓。考慮到磁場能量中總有一部分消耗在變壓器的鐵損和銅損中，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰康闹皇谴艌瞿芰康囊徊糠郑畲蟮倪^電壓為Um=[ηm(ηchZC)2+U 0]1/2，其中Zc = (L/C)1/2稱為變壓器的特性阻抗，又稱為波阻抗，ηm稱為磁能轉(zhuǎn)換效率。由此可見，要降低過電壓，就需要降低截流值或特征阻抗值。
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2 現(xiàn)有過電壓保護(hù)裝置存在的不足
(1)并聯(lián)金屬氧化物避雷器（MOA）。MOA結(jié)構(gòu)簡單，但是其保護(hù)作用僅僅是限制過電壓的幅值，而不能限制過電壓的波頭陡度，在達(dá)到MOA動(dòng)作門檻電壓前不能減輕過電壓對變壓器縱絕緣的作用。35kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，MOA必須承受單相接地弧光接地過電壓的長期作用，時(shí)間可以是2h。因此使用MOA時(shí)必須提高其直流1mA參考電壓，從而導(dǎo)致MOA殘壓升高，只能勉強(qiáng)與變壓器的出廠直流耐壓值配合，保護(hù)效果較差。
(2)RC吸收裝置。RC吸收裝置原理的核心就是用來改變電路的工作狀態(tài)，將振蕩電路改為非振蕩電路，從而抑制過電壓。它可以降低截流過電壓幅值的陡度，并對高頻振蕩進(jìn)行阻尼，降低重燃的可能性。但是RC吸收裝置中的電容增加了電網(wǎng)接地的總電容電流，可能會因此而裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備，使電網(wǎng)運(yùn)行復(fù)雜化。另外，RC吸收裝置參數(shù)的選擇，尚沒有明確的方法和標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)?a title="中國真空斷路器網(wǎng)" href="http://m.lqeedmx.cn/product/list.php?catid=858" target="_blank">真空斷路器開斷電感性負(fù)荷時(shí)的過電壓取決于很多實(shí)際因素，一但參數(shù)選擇不當(dāng)，容易引起電阻燒毀和跳閘事故。而且RC吸收裝置體積大、成本高，安裝維護(hù)工作量也大。
3 使用低截流值真空斷路器抑制截流過電壓的最佳方案
ZW7型戶外真空斷路器采取了一系列措施來改進(jìn)其性能，大大降低了截流值，不會產(chǎn)生操作過電壓，因而不需要另外安裝限壓裝置，既節(jié)省了投資，又提高了系統(tǒng)的工作可靠性。
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(1)采用新型低截流值觸頭材料。大量試驗(yàn)與實(shí)踐證明，截流值主要取決于觸頭的金屬材料。一般來說，觸頭材料的飽和蒸氣壓力越高，導(dǎo)熱系數(shù)越小，截流值就越低，反之則越高。而技術(shù)上對真空斷路器觸頭的要求是多方面的，既要求觸頭的截流值低，又要求斷路器有很強(qiáng)的分?jǐn)嗄芰Γǚ謹(jǐn)啻箅娏鞯哪芰Γ€要求在動(dòng)、靜觸頭分開時(shí)具有較高的絕緣強(qiáng)度，單一的金屬材料很難滿足要求。因此，常用多元合金或在多孔的高熔點(diǎn)金屬（如鎢、鉻等）觸頭上浸漬低熔點(diǎn)合金（銅或銅合金）。這種觸頭的陰極斑點(diǎn)可噴發(fā)相對較多的金屬蒸氣，在滿足其他性能的要求下可以盡量降低截流值。CuCr觸頭材料是目前應(yīng)用最廣最成功的觸頭材料，具有開斷能力強(qiáng)，耐壓水平高等優(yōu)點(diǎn)，但其截流值較高。為此對降低CuCr觸頭材料的截流水平進(jìn)行了深入研究，先后在CuCr觸頭材料中添加Bi、Sb、Ta等材料，改變材料成分及含量，改變材料的金相及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使ZW7型戶外真空斷路器的截流水平下降。
(2)最佳開距。觸頭開距增大會使蒸氣粒子的擴(kuò)散空間增大，有利于降低粒子密度和電弧溫度，所以導(dǎo)致截流值增大，這一點(diǎn)已經(jīng)為試驗(yàn)所證明。因此，對ZW7型戶外真空斷路器的最佳開距進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，在保證大電流開斷能力和耐壓水平的基礎(chǔ)上，將開距由原來的22mm減小到18mm，使截流值降低，而且降低了操作功。 來源:http://www.hvsi.cn
(3)極間磁場。研究表明，極間磁場較弱時(shí)，適當(dāng)增加磁場會使截流值降低；而當(dāng)極間磁場較強(qiáng)時(shí)，增加磁場反而會使截流值升高。因此，改進(jìn)后的ZW7型戶外真空斷路器采用目前應(yīng)用最廣的縱向磁場電極，并改進(jìn)了極間磁場分布，使其截流值最低。
4 結(jié)束語
通過對ZW7型戶外真空斷路器在觸頭材料、觸頭結(jié)構(gòu)、最佳開距等方面的研究與改進(jìn)，使其截流值大大降低，從而有效地抑制了操作過電壓，這對真空斷路器的推廣和安全運(yùn)行具有積極意義。
