真空开关操作过电压吸收装置的研究

　　0　引言

　　真空开关,就是利用真空环境来进行灭弧,达到开合电流目的的开关,其包括真空断路器、真空接触器和真空负荷开关等。近20年来,真空开关获得了广泛应用,特别在35kV以下电压等级中已占主导地位, 1993年德国真空开关的市场占有率已达65%以上,日本则达70%以上,在我国真空开关已经被正式确定为中压领域开关无油化的替代产品,这些都得益于真空开关技术的进步。真空极为优异的绝缘性能和灭弧能力及真空技术的进步使真空开关具有以下优点: (1)体积小、重量轻。(2)寿命长,维修工作量小,适于频繁操作。(3)操作时振动小、噪声小。(4)熄弧过程在密封的真空容器中完成,电弧和炽热气体不会向外界喷溅,因此防爆且不会污染周围环境。

　　近几年来,真空开关广泛应用于配电断路器、大负荷起动开关,尤其是使用于煤矿井下空气潮湿、煤尘较大、瓦斯含量较高、频繁起动的防爆电气设备中,其使用优点更加突出,所以真空开关在煤矿井下配电断路器、磁力起动器中得到了广泛的应用。由于其在真空环境中开合电流时所产生的电火花不外泄,对煤矿井下设备防爆有着特殊的意义,故煤炭行业一直都在井下积极推广这种开关。

　　1　操作过电压的产生原理

　　一般真空开关开断电动机时产生的操作过电压有三种类型:截流过电压、多次重燃过电压(或称为高频重燃过电压、高频多次重燃过电压)和三相同时截流过电压。

　　截流过电压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。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时发生强制熄弧即截流,因截流而产生的过电压就是截流过电压。

　　真空开关开断与关合高压电动机时的多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃,电源多次向电动机电容进行充电而产生的。在真空开关切断电流的过程中,触头的一侧为工频电源,另一侧为LC回路充放电的振荡电源,如果触头间的开距不够大,两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿,真空开关的恢复电压就会升高。如果触头开距增加得不够大,就会发生第二次重燃,再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象。多次的充放电振荡,触头间的恢复电压逐级升高,负载端的电压也不断升高,致使产生多次重燃过电压,损坏电气设备。实验证明,电机匝间绝缘的损坏主要是由于真空开关多次重燃引起的电压逐级升高造成的,特别是在切断电机的启动电流时极易发生过电压。