新型保护电器—三相限压器汇.docVIP

PAGE  PAGE 8 新型保护电器—三相限压器（SXY） 中国科学院等离子体物理所科聚公司 问题的提出 冶金、矿山、电站、化工等工矿企业中大量使用3/6/10kV的高压电动机。近年来真空开关替代了传统的油开关，成为控制电动机启停的必备设备。由于真空开关有良好的介质恢复性能和极强的断弧能力，所以电弧熄灭特别快，容易在关合和开断电机感性负载时产生截流过电压、重燃过电压和合闸弹跳过电压等，危及电机绝缘的安全。 图1 ZnO阀片的伏安特性图 为解决此问题，曾经采用在电机绕组上并联阻容吸收器，但一来高压电容器体积大、价格高，二来阻容仅能减缓过电压的脉冲陡度，不能限制过电压的幅值，仍不能有效地保证电机绝缘的安全。于是人们采用无间隙氧化锌避雷器（MOA），用以限制过电压的幅值。MOA内装的氧化锌压敏电阻（ZnO阀片）具有优越的非线性伏安特性（见图1），其限压性能好，动作时间短（?50ns），通流吸能容量大（?300J/cm3），寿命长，体积小，维护简便，性能稳定，是目前国际公认的最先进的过电压保护元件。我国国标GB11032-2000（等效采用国际标准IEC60099-4：1991）《交流无间隙金属氧化物避雷器》中表9规定了典型的保护电机用MOA的参数[1]。按此标准国内各MOA生产厂已有众多的电机MOA产品。 图2 国标规定电机型MOA联接图 但是GB11032规定的MOA均是联接在线路与地之间（见图2），能有效地保护电机的相对地绝缘，而对相与相的过电压保护必须经过两只MOA串联才能进行，其保护残压为相与地的两倍。由于电机结构的特殊性，内部空间十分紧张，三相绕组的端部交叉重迭，相间绝缘薄弱，其绝缘强度与相对地绝缘相等。如果相间过压保护的残压水平是相对地保护的两倍，则对相间绝缘的保护就不能满足要求，以至高压电机相间绝缘击穿的事故时有发生，急需一种合适的保护电器。 对同类保护电器的分析 为解决以上问题，市场上近几年出现了一些保护电器，现分别介绍分析如下： 图3 6只MOA联接图 2.1 用6只普通无间隙MOA 按图3联接，可有效地保护电机的相间及相对地绝缘。但6只MOA的费用高，接线复杂，安装空间太大，故很少有人采用。 2.2 四星形、四间隙MOA 图4 四星形、四间隙MOA联接图 联接见图4。用4只ZnO元件接成四星形，有四个引出端，分别接A、B、C三相及地，同时保护相间及相对地绝缘，起到6只MOA的作用，接线简单，安装空间小。但是这种接法ZnO元件承受的荷电率*1过高。为此设计者在每个元件中串联了放电间隙。运行中由于间隙的隔离，ZnO元件基本不承受电压，所以可以提高持续运行电压*2，降低保护残压*3，还可以少装ZnO阀片，降低成本。 但这种结构存在如下主要问题： 间隙动作放电电压不稳定，受温度、气压及动作次数的影响而变化。 相间及相对地保护均通过两个串联在不同支路的间隙，电压升高时总是某一个间隙先击穿导通，然后另一个也击穿，最后ZnO元件才导通限压（见图5）。 在两个间隙均未击穿时，相间或相对地电压主要由两个间隙串联承受，两者的分压比影响总的动作电压。在产品做出厂试验（测工频放电电压或冲击放电电压）时是在每两个引出端子间做，其余两个端子悬空；而实际运行时，四个端子均接入电网及地，电网的分布阻抗（电容、电感）及负载阻抗（随工况而变） 注：*1 ZnO元件在工作中长期承受的工作电压峰值Ugm与其直流参考电压U1mA（见图1所示）之比称为荷电率S，S=Ugm/U1ma。S过大时ZnO阀片易老化。 *2 允许持久施加在MOA端子间的工频电压有效值。 *3 操作电流（100A）通过MOA时其端子间的最大电压峰值U100A（见图1所示）。 均与间隙并联。间隙导通前可看作小电容，阻抗很大，故电网阻抗及负载阻抗的并联，改变了两个间隙的分压比，从而也改变了总的动作电压值。 故该产品不仅存在每次过电压吸收必须经过两个串联间隙而带来的自身动作不稳定，而且由于出厂试验工况与运行工况不同，出厂试验所测的动作电压并不能反映实际运行时的动作值，且该动作值随安装的地点及负荷情况的变化而变化，这对于保护电器是很不适当的。 由于放电电压动作值不稳定，使得产品生产很难满足可靠性要求。如动作电压升高将导致不动作，失去保护作用；如动作电压降低则导致频繁动作，因该产品阀片残压低，承受能力也低，这样将损坏ZnO阀片，容易发生爆炸。 2.3 四星形、六间隙MOA 原理接线见图6。相间及相与地保护均只通过一个间隙，没有分压比的问题，消除了上述2.2 b）的缺点，但2.2 a）的问题依然存在。另外6个间隙接线复杂，调整困难，使产品结构趋于复杂，成本提高。 2.4 四星形、三间隙MOA 原理接线见图7。它是在图4