本文笔者针对城市10kV 配电所广泛采用真空断路器操作10/ 0.4kV 电力变压器的情况, 简述真空断路器开断空载变压器产 生过电压的机理; 并对三种常用浪涌吸收器(RC过电压吸收器、无间 隙氧化锌避雷器、 有间隙氧化锌组合避雷器) 的保护原理及其优缺点 进行分析;从真空断路器开断空载变压器产生过电压的大小和变压器 绝缘水平出发, 建议取消目前普遍在变压器回路中装设的无间隙氧 化锌避雷器, 仅在配电所10kV 进线回路中, 装设一组有间隙氧化锌 组合避雷器(取消目前装设的10kV 母线避雷器) , 作为10kV 母线上 全部电气设备(包括变压器) 的雷电过电压和操作过电压的保护。

1 真空断路器、变压器及氧化锌避雷器的有关技术性能

为后面叙述方便起见, 现将真空断路器、 变压器及氧化锌避雷器产生 过电压、耐受过电压及抑制过电压的有关技术性能简要分析如下。

1.1 10kV 户内真空断路器的触头材料

我国真空断路器已有几十年的发展历史。截止2002 年底, 我国生产 的10kV 户内真空断路器型号从ZN1O10 发展到IN98O12。其中自行设 计的产品以ZN28O12 产量大, 装在KYN1O10 手车式成套开关柜中, 广泛用于城市10kV 配电所中。不久前, 内装ZN63AO12 (参照VD4) 型 真空断路器的中置柜也开始在这些配电所中使用。 我国早期研制的真 空灭弧室都使用铜铋(Cu/ Bi) 触头材料, 以后研制的灭弧室均使用铜铬(Cu/ Cr) 触头材料, 大大降低了后面将要叙述的截流电流值, 即操作过电压值。

1.2 10kV 油浸和干式电力变压器的绝缘水平

10kV 干式电力变压器的绝缘水平如表 2 所示。

注:本表摘自国标《干式电力变压器》(GB6450O1986) 的表6 从表1、 表2 可见, 干式电力变压器的绝缘水平要比油浸变压器的低。 由于防火要求, 现在城市高层建筑的地下配电所均采用干式电力变 压器。

1.3 10kV 无间隙氧化锌避雷器的技术参数

10kV 典型的配电用无间隙氧化锌避雷器的技术参数如表3 所示

表3典型的配电用避雷器参数(参考) (kV)

2 开断变压器产生过电压及有关因素

当真空断路器开断电感电路中的小电流(如电动机、 空载变压器) 时, 将产生截流过电压。 这种过电压的产生是由于真空断路器在截流开断 后,负载内部将发生一个电磁振荡过程, 直到将所贮存的能量全部损 耗完为止。在此振荡过程中, 负载两端将出现一个过电压。当真空断 路器开断较大的感性电流(如电动机启动电流或电炉变压器电流) 时, 即使截流过电压不大, 但由于真空断路器触头分离瞬间, 断口绝缘 的恢复强度有限, 会发生多次击穿, 导致所谓截流重燃过电压。 它的 幅值高、陡度大, 从而击穿电动机和变压器的匝间绝缘。

3 RC 过电压吸收器及其优缺点

在负载进线端并联电阻R 和电容C 串联保护装置(RC 过电压吸收器) 如图1 所示, 可以使真空断路器开断空载变压器产生的过电压得到 抑制。 这是因为电容C 既可减缓过电压上升陡度, 又可降低负载的波 阻抗, 因而可以降低截流过电压。 而在发生截流时, 电阻R 能消耗负 载电路中的高频振荡能量, 使过电压得到有效的抑制。 当断路器触头 间电弧重燃时, 电阻R 又增大了高频放电电路的衰减系数, 使高频 电流迅速衰减和减少幅值, 并可减少重燃次数, 使多次重燃过电压 得以明显下降。由于它们能降低过电压的陡度, 有效防止损坏匝间 绝缘。因此, RC 过电压吸收器是目前保护真空断路器在开断电动机、 空载变压器等小电流负载时产生的截流过电压效果最好的装置。 多年 前, 我国已成批生产RC 过电压吸收器, 并成功用在10kV 实 际装置中。

图1

RC 过电压吸收器保护接线图 RC 过电压吸收器的优点是明显的, 但实际使用中也存在以下缺点:

a1 由于体积大, 如某厂生产的LG12O011/ 100O3型(每相电容0.1μ F , 电阻100Ω ) RC 过电压吸收器的体积(三相、10kV) 为560mm ×115mm ×335mm(长×宽×高) , 有些成套开关柜的小车中就装不下。 安装在尺寸较紧凑的开关柜中, 也容易存在绝缘事故隐患。