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操作过电压的产生危害及预防措施


2017-04-28 10:40   点击:30
                        电网在运行中,往往由于电气设备绝缘的老化或损坏以及外力破坏等原因,致使电网运行不正常。如中性点不接地系统的单相接地或设备过负荷等,或是发生电力事故时,要求能及时地发出信号或警报,通知运行值班人员进行处理,或能自动跳闸将故障切除,限制事故的扩大,尽量减少对其他用户的影响,避免造成更大的经济损失。在二次回路中存在有许多电感线圈(如断路器、继电器、接触器等设备均有不同作用的线圈),这些设备的线圈都具有一定电感量,当事故跳闸或停电操作时,突然切断电感电路的电流时,往往会产生较大的反电势,由于它的幅值大,频率高,称为操作过电压,此过电压通常对回路中的一些电器元件产生破坏或干扰作用。  
  一、操作过电压产生的机理 
  变电所二次回路中存在许多不同作用的线圈,它们都有一定电感量。这些线圈除了具有电感外,还有电阻及线圈联线间、匝间存在的分布电容。若将分布电容用一个等值集中电容代替并联到线圈两端,就构成一个RLC的衰减振荡电路。其继电器的触点起到回路中的开关作用。由电工学可知:当回路的开关断开时,往往产生较大反电势。电容器两端电压按一定规律变化,其电压波形是一个正弦衰减振荡电压。由于此电压不受电源控制,所以又叫自由分量电压,此电压经过1/4周期稍长的时间达到最大值。当电阻值较小时,电容器两端电压最大,往往比电源电压高出几倍或十几倍,这是操作时产生的过电压。 
  二、操作过电压的危害 
  当电网发生事故跳闸或停电操作时,突然切断电感电路的电流时会产生过电压。在开关断开过程中,触点间的距离尚未到达足够大时就已经被击穿,高电压进入直流操作电源系统,电压承受水平较低的半导体器件就会受到不同程度的破坏及影响。因为半导体器件的过电压承受水平较低,反应灵敏,会造成损坏或无法正常工作。而对电磁元件影响不大,因为其绝缘水平较高,并且其动作过程有一定的惰性,所以不会造成误动作影响正常工作。 
  三、操作过电压的传递途径 
  操作过电压的传递是一种电能传递过程,任何电能传递都通过电与磁的途径实现。二次回路突然切断电感电路的电流时,所产生的操作过电压,一方面会通过触点间的电弧传入直流系统,另一方面原来线圈的磁场能量会转换成分布电容的电场能量,这说明分布电容起到传递过电压的作用。 
  其次,磁场的耦合作用也会传递过电压,过电压器具的振荡电流产生交变磁场,有部分磁力线与受干扰回路耦合,在其中产生感应电势,这是由磁场耦合而传递过电压的。 
第三,在二次回路操作过程中,多数情况是电压较大,电流不一定大。控制回路常采用多芯电缆,缆芯平行且靠得很近,静电互感系数比较大,而磁力线绝大部分集中在断路器、继电器、跳合闸线圈等铁心线圈回路中,与之相比缆芯之间交链的磁力线很少,互感系数较小。因此,操作过电压比感应电压大得多,这也说明过电压主要是通过分布电容进行传递。 
  四、操作过电压的防范措施 
  当突然切断电感回路的电流时,会产生操作干扰电压,其特点是幅值大,频率高。幅值大则产生过电压,频率高则易通过分布电容传递。据此特点而采取如下防范措施: 
  1.线圈两端并联非线性电阻 
  二极管是常用的非线性电阻。为防止操作时的过电压,常用方法是在线圈两端并联一个非线性电阻,当突然切断电感电路的电流时,往往会产生较大的反电势,由于并联二极管,反电势通过二极管被短路,线圈中的自由分量电流是按指数形式衰减。线圈的端电压等于二极管的压降,其值远小于电源电压。这样,二极管就能消除振荡过电压的产生。但这种办法不适用于交流电路。 
  2.线圈两端并联阻容支路 
  这种办法不仅适用于直流电路也适用于交流电路。其结线方式是把阻容支路并联在线圈两端。在增加的并联支路所组成的回路中,电阻被调整到临界值,因而当开关切断载流线圈电流时不产生振荡。另一方面,由于两支路的时间常数相等,因而不管总电流随时间如何变化,两支路中的自由电流分量总是大小相等,方向相反。电源支路中自由电流分量等于零,也就是说,当开关切断线圈电流时,线圈两端的电压为零。所以这种结线方式,不仅可消除操作过电压,同时也消除了在切断感性负载时,开关触点间产生的电弧及火花。 
  3.采用具有金属屏蔽层的电缆 
  当二次回路中的电缆靠得比较近时,一根电缆的高频电压,会通过分布电容传递到附近另一根电缆缆芯上,为减少过电压的传递,最好采用有金属屏蔽层的电缆,并将屏蔽层在电缆两端分别接地,从而使操作过电压的磁力线绝大部分集中在屏蔽层,不会进入电缆内部,从而避免了过电压的传递。 
  如果电缆没有金属屏蔽层时,将电缆内备用缆芯接地,同样也能起到减少操作过电压传递的效果。 
  在采取防止操作干扰过电压的措施时,同时还应注意不能影响装置的正常工作。

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