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摘要：真空断路器具有灭弧电压低、灭弧能力强、分断速度快、开断容量大、使用寿命长、适应频繁操作等特点，在电力系统中逐渐取代了其它类型开关，得到了广泛的应用。但真空断路器在开断过程中会产生过电压，若在运行中使用不当，也会造成断路器爆炸等事故，给安全生产带来重大影响。因此结合生产实际，研究和探讨过电压产生的原因，并采取一定的防护措施是非常必要的。
关键词：真空断路器；过电压；防护
真空断路器以具备良好的灭弧特性，体积小，重量轻，操作功率小，动作快，开断容量大，不产生高压气体及有毒气体，无火灾及爆炸危险，不污染环境，适宜频繁操作，电气寿命长，运行可靠性高，不检修周期长的优势，在当今我国电力工业城乡电网改造、化工、冶金、铁道电气化行业里得到了广泛的应用。因此，我们必须从加强运行管理和采取防护措施来抑制操作过电压，以保证电网的安全运行。
一、真空断路器操作过电压产生的类型
1、截流过电压。真空断路器在开断交流小电流时，由于灭弧室本身的原因，当电流从峰值下降未到达自然零点时，电弧熄灭，电流被突然中断，电感负载上的剩余电磁能量就会产生过电压，我们称之为截流过电压。截流过电压并非真空断路器所独有，其它介质的断路器都有发生，只不过真空断路器更容易发生，尤其是在开断小电感电流时，截流值及其过电流倍数会更高，可能会对电力系统，尤其是高压电器带来危害。
2、多次重燃过电压。真空断路器在开断。较大的感性电流时，即使截流过电压不成问题，也常常发生过电压危害，击穿电机匝间绝缘，这主要是由于真空断路器多次重燃产生的过电压引起的，称之为多次重燃过电压。要发生多次重燃过电压必须具备许多条件，因此发生的概率很小，但是一旦发生，其危害却不可低估，因此应采取必要的防范措施。
3、容载过电压。真空断路器在开断容性负载方面比其它类型的断路器有较好性能，但是在投切电力电容器组时，由于真空断路器间隙弧后介质恢复强度不够稳定和直流耐压水平降低，可能发生击穿，从而出现过电压。
二、真空断路器操作过电压的危害
1、截流过电压。由于电流被突然切断，其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电，转变为电场能量。对电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感，且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗以及发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此，特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。
2、重燃过电压。重燃过电压由于电压叠加，使弧隙之间发生击穿，真空断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生二次重燃甚至多次重燃现象，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，对电机或变压器的绝缘危害极大。过电压值不需要很高，就能使匝间绝缘损坏，损坏电气设备，这正是重燃过电压对系统和其他电器危害的主要原因。
三、真空断路器操作过电压的防护措施
1、研制低截流水平的真空断路器。为了解决真空断路器截流过电压的问题，必须使真空断路器开断小电流时截流值减小。这就要求真空泡触头材料的截流水平较低，应采用导热系数低、饱和蒸汽压高的材料，但此种材料往往开断能力较差。目前，随着纵向磁场的研究和应用，这一问题已经解决。低截流水平触头和纵向磁场的结合，既提高了开断能力，又降低了截流引起的过电压。同时，也可以采用截流值在0.5～1A以下的真空接触器控制小容量电动机，在不加装任何保护的情况下直接进行操作。为了短路保护，常常串接熔断器，也可以在真空接触器前串联一个真空断路器，平时正常操作用接触器，故障时由断路器开断短路电流。为了防止重燃或重击穿产生的过电压危害，除了真空泡在出厂前进行电流电压的“老炼”外，真空断路器在投切电容器组时，投运前还应进行30～90相次的“老炼”处理。
2、负载端并联电容。在感性负载端上并联电容器，可以有效地降低负载波阻抗，从而降低截流过电压。但是必须注意，负载波阻抗的降低会使真空断路器的截流值增大。截流过电压取决于截流值与波阻抗两者的乘积。试验证明，随着负载上并联电容的增大，过电压呈降低趋势。负载并联电容器后，不仅降低过电压的幅值，还能减缓过电压的前沿陡度。这样既能保护感性负载免遭截流过电压的损害，还能减轻多次重燃过电压对电动机的绝缘危害。用并联电容器保护变压器，一般可在变压器高压端并联0.1～0.2μF的电容器。真空断路器用电缆连接变压器时，由于电缆具有较大的分布电容，其作用等同于并联电容器，并可明显降低截流过电压，且电缆的长度越长，效果越明显。
3、负载端并联电阻－电容（RC保护）。把电阻和电容串联作为保护元件并联在负载进线端，称为RC过电压抑制器。RC过电压抑制器可使绝大多数电路的操作过电压降至电源电压峰值的2～2．5倍以下。目前有三种形式的RC保护器，即中性点直接接地的普通型、中性点不接地型和双路RC过电压保护器。普通型RC保护器存在当单相短路时电容电流过大导致馈电回路全部跳闸，特别对于有高频分量的场所，使得RC保护器电阻烧损的问题。不接地型RC保护器虽然解决了因电容电流过大而跳闸以及烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使得事故发生率略高。双路RC过电压保护器既解决了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大和RC装置电阻烧损问题。用过电压抑制器保护电动机等负载效果好，但体积大、价格昂贵。
4、采用非线性电阻吸收器。根据真空断路器操作过电压产生的机理，当其切断小电流时会产生过电压，从而会危害电机绝缘及回路电路内的电气设备，因此必须采取措施限制操作过电压，以保护电气设备能安全可靠地运行，同时扩大真空断路器的应用范围。目前，国内采取的措施是装设避雷器。普通的避雷器能限制过电压的幅值，但不能减缓过电压的陡度。因此，普通避雷器一般用来保护变压器的截流过电压，而不能在发生多次重燃过电压时保护电动机。保护电动机等电气设备可采用RC过电压抑制器，用电容器来减缓上升陡度，而用普通避雷器来限制幅值。避雷器可分为有灭弧间隙和无灭弧间隙两种。一般有灭弧间隙的避雷器是以非线性电阻和火花间隙串联而成的，所有的非线性电阻即为碳化硅电阻器。碳化硅电阻器在正常工作电压下，仍具有一定的电流值，因此，要与火花间隙串联使用。氧化锌压敏电阻是无灭弧间隙的避雷器，它具有半导体晶体管的特性，在正常工作电压下电阻大，电流小。当电压增高至某一值时，阻值剧降，呈现稳压特性，亦称为氧化锌避雷器。氧化锌压敏电阻具有如下特点：较好的非线性特征；动作快，伏安特性平坦；方波通流容量大，可达数百安培；寿命长，体积小，结构简单，维修方便。
真空断路器是一种很有发展前途的开关，被广泛应用于城市配电网及工矿企业的变电站中，基本取代了少有断路器等产品。随着操作过电压问题探讨及防护措施的日益完善，真空断路器必将在更多的领域里得到广泛的应用。
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