切空载变过电压原理与限制截流过电压的措施

有关切空载变过电压原理与限制截流过电压的措施，切空载变过电压产生原理包括截流过电压产生原理、切空载变截流过电压中的重燃等，限制截流过电压的三项措施。

一、切空载变过电压产生原理

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。

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＝Imsina，由于截流，使回路中电流变化率di／dt很大，电感上的压降U1＝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CU20／2，这些储存的能量在L—C回路中振荡，振荡频率f0＝1／2πLC，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。

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。

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。

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。

一般变压器容量越小，其特性阻抗Z越大，过电压越高。

二、限制截流过电压的措施

降低过电压，应降低截流值Ij或降低特性阻抗Z(即降低电感L或增大电容C)。已有设备的电感不可能改变，所以降低过电压应限制截流值Ij或增大电容值C。

真空开关与负载之间总是有一定长度的电缆进行连接的，电缆本身存在的分布电容使特性阻抗Z降低，降低过电压。限制过电压可采用以下措施。

1．使用低截流值的真空开关。

(1)改进触头。

大量试验与实践证明，截流值Ij主要取决于触头的金属材料，一般来说，触头材料的饱和蒸汽压力越高，导热系数越小，截流值就越低；反之，则越高。而技术上对真空开关触头的要求是多方面的，既要求触头的截流值低，又要求开关有很强的分断能力(即可分断大电流的能力)，还要求在动、静触头分开时具有较高的介电强度，单一的金属材料很难满足要求。

因此，常用多元合金或在多孔的高熔点金属(如钨、铬等)触头上浸渍低熔点合金(铜或铜合金)。这种触头的阴极斑点可喷发相对较多的金属蒸汽，在满足其他性能的要求下尽量降低截流值。

(2)开关的分闸速度由固定值变为可调。

开断大电流时采用高速分闸，开断小电流时调为低速分闸。这对开关厂提出了较高的要求。这也顺应了开关智能化的潮流。

2．并联氧化锌避雷器MOA。

在中性点不接地系统中，MOA必须承受单相接地弧光接地过电压的长期作用，时间可以是2小时，因此使用MOA时必须提高其直流1mA参考电压，导致MOA残压升高，只能勉强与变压器的出厂直流耐压值配合，保护效果较差。

3．采用RC吸收装置。

RC吸收装置原理的核心就是用来改变电路的工作状态，将振荡电路改为非振荡电路，从而抑制过电压。

从以上分析可知，只有R、C1比较大时，非振荡条件才能得到满足，RC吸收装置是目前应用最多的限压装置，且效果很好。

干式变压器难燃、耐潮、体积小、维护方便，主要用于高层建筑、地铁、煤矿、石油化工等“三防”要求高的场所。而这些场所的开关常选用真空开关。

可知，干式变压器耐冲击强度不高，而干式变压器上的过电压一般较高，危害很大，应注意防护。而且电压越高，容量越小，其特性阻抗Z越大，过电压越高，应特别防护。

由于真空开关开断空载变压器时过电压的大小与真空开关触头材料、触头结构形式、被保护设备的参数等有关，不同厂家的产品用在不同的环境中的结果都有较大不同，实际上很难用公式精确计算，一般要在具体环境下通过试验确定，虽然厂家也提供了一些相关的数据，如ABB公司提供的参数表明，其真空开关(铜铬触头)开断空载变压器时，过电压一般不超过3倍相电压，且一般不需要保护。

但厂家的参数一般只是平均值，只能说明过电压超过3倍相电压的概率很小，并不是不会出现3倍及以上的过电压。采取限制措施是必要的。