断路器断开空载变压器的过电压限制

有关断路器断开空载变压器的过电压限制的方法，切空载变过电压产生原理，包括直流过电压的产生原理，切空载变截流过电压中的重燃，切空载变截流过电压计算，限制截流过电压的措施等。

真空断路器较其他断路器的优点：机械寿命长、尺寸小、重量轻、无火灾危险，最初用在需经常操作的地方和有防爆要求的地方。

近年来，随着经济的增长，高层建筑负荷的增长，防火要求的提高，真空开关的应用有了迅速的发展。

真空开关在切断空载变压器回路时会产生较高的过电压，大大超过变压器的绝缘水平，因此需要进行过电压保护。

参考有关试验数据，对真空开关开断空载变压器时，产生过电压的原理及几种过电压保护装置的保护原理进行分析和探讨。

1切空载变过电压产生原理

1．1　截流过电压产生原理

截流过电压是指真空开关开断空载变压器的小电感电流时，由于真空开关的强分断能力，出现电流在未到达自然零点前被强行开断的现象。这主要是由于电弧电流较小时，阴极斑点提供的金属蒸汽不够充分和稳定引起的。真空电弧主要由电极在分断瞬间受热引起金属蒸发而形成。电弧使电极表面出现一些斑点，这些斑点上的金属会不断熔化和蒸发来维持真空电弧。

开断大电流时，金属蒸汽充分蒸发，电弧比较稳定，是在工频电流自然过零时断弧。试验证明，开断几百至几千安的交流电流时，一般不会发生截流现象。开断小电流时，如空载变压器激磁电流（一般只有额定电流的0．6％～2％）。由于弧柱扩散速度太快，阴极斑点附近的金属蒸汽压力和温度剧降，使金属质点的蒸发不能维持弧柱的扩散，造成电流到达零点之前的某一瞬时值Ij时发生强制熄弧即截流（如图2）。

如图1，C为变压器对地等效电容，L为变压器励磁电感。假定截流在i＝Ij时发生，即Ij＝Imsinα，由于截流，使回路中电流变化率di／dt很大，电感上的压降UL＝Ldi／dt很大，形成过电压。从能量角度阐述，截流瞬间，绕阻中储有磁场能量LI2j／2，在电容中储有电场能量，这些储存的能量在L－C回路中振荡，振荡频率f0＝，由于C值一般很小，所以当全部储能都转化为电场能的瞬间，在电容C上将出现很高的过电压，即截流过电压。最大的过电压为Z为特性阻抗，ηm为转化系数。

1．2　切空载变截流过电压中的重燃

实际上，切空载变压器时，刚截流的初始阶段，触头分开距离很短，触头间介电强度很有限，并按一定的速度逐渐增长，而恢复电压却因高频振荡升高得很快，恢复场强等于介电强度时，发生第一次重燃。C上的电荷通过C～K～CS回路进行高频放电，其储能迅速消耗掉，C上电压迅速降低到电源电压U0。当再次断弧时，在高频放电时间内，因部分能量已被消耗掉，故此时的电感电流及其总磁场能比原来小一些，第二次恢复电压的幅值也比第一次小一些。接下来电弧的多次重燃使得电感中的储能越来越小，限制了最大可能的过电压，实测也证实了这一点。

由文献〔1〕可知，当空载变压器从一侧分闸而引起过电压时，由于主磁通穿过整个铁芯，其他各个绕组也会按变比关系感应出同样倍数的过电压。由于高压绕组绝缘裕度较中低压侧小，故从中低压侧分闸的截流过电压对高压绕组的威胁更应引起注意。

2　切空载变截流过电压计算

真空开关开断一台空载状态的S9－500／10变压器，I0％＝1．2，每相对地电容C＝5000pF，ηm取0．4。计算如下：（I0小于1A时，取Ij＝I0；I0大于1A时，取Ij＝1A）

一般油浸变压器，通常过电压不会很高，但其耐电强度高，杂散电容大，通常过电压不会产生很大危害；但对耐冲击强度不高的干式变压器或需频繁操作的电弧炉变压器来说，会产生较高的有害过电压，应特别防护。由文献〔2〕可知，一般变压器容量越小，其特性阻抗Z越大，过电压越高。通过上述计算值也可看出。