一、切空載變過電壓產(chǎn)生原理
1.截流過電壓產(chǎn)生原理。
截流過電壓是指真空開關(guān)開斷空載變壓器的小電感電流時,由于真空開關(guān)的強分斷能力,出現(xiàn)電流在未到達自然零點前被強行開斷的現(xiàn)象。這主要是由于電弧電流較小時,陰極斑點提供的金屬蒸汽不夠充分和穩(wěn)定引起的。真空電弧主要由電極在分斷瞬間受熱引起金屬蒸發(fā)而形成。電弧使電極表面出現(xiàn)一些斑點,這些斑點上的金屬會不斷熔化和蒸發(fā)來維持真空電弧。開斷大電流時,金屬蒸汽充分蒸發(fā),電弧比較穩(wěn)定,是在工頻電流自然過零時斷弧。試驗證明,開斷幾百至幾千安的交流電流時,一般不會發(fā)生截流現(xiàn)象。開斷小電流時,如空載變壓器激磁電流(一般只有額定電流的0.6%~2%)。由于弧柱擴散速度太快,陰極斑點附近的金屬蒸汽壓力和溫度劇降,使金屬質(zhì)點的蒸發(fā)不能維持弧柱的擴散,造成電流到達零點之前的某一瞬時值Ij時發(fā)生強制熄弧即截流。C為變壓器對地等效電容,L為變壓器勵磁電感。假定截流在i=Ij時發(fā)生,即Ij=Imsina,由于截流,使回路中電流變化率di/dt很大,電感上的壓降U1=Ldi/dt很大,形成過電壓。從能量角度闡述,截流瞬間,繞阻中儲有磁場能量Li2j/2,在電容中儲有電場能量CU20/2,這些儲存的能量在L—C回路中振蕩,振蕩頻率f0=1/2πLC,由于C值一般很小,所以當(dāng)全部儲能都轉(zhuǎn)化為電場能的瞬間,在電容C上將出現(xiàn)很高的過電壓,即截流過電壓。
2.切空載變截流過電壓中的重燃。
實際上,切空載變壓器時,剛截流的初始階段,觸頭分開距離很短,觸頭間介電強度很有限,并按一定的速度逐漸增長,而恢復(fù)電壓卻因高頻振蕩升高得很快,恢復(fù)場強等于介電強度時,發(fā)生第一次重燃。C上的電荷通過C~K~CS回路進行高頻放電,其儲能迅速消耗掉,C上電壓迅速降低到電源電壓U0。當(dāng)再次斷弧時,在高頻放電時間內(nèi),因部分能量已被消耗掉,故此時的電感電流及其總磁場能比原來小一些,第二次恢復(fù)電壓的幅值也比第一次小一些。接下來電弧的多次重燃使得電感中的儲能越來越小,限制了最大可能的過電壓,實測也證實了這一點。
當(dāng)空載變壓器從一側(cè)分閘而引起過電壓時,由于主磁通穿過整個鐵芯,其他各個繞組也會按變比關(guān)系感應(yīng)出同樣倍數(shù)的過電壓。由于高壓繞組絕緣裕度較中低壓側(cè)小,故從中低壓側(cè)分閘的截流過電壓對高壓繞組的威脅更應(yīng)引起注意。
一般油浸變壓器,通常過電壓不會很高,但其耐電強度高,雜散電容大,通常過電壓不會產(chǎn)生很大危害;但對耐沖擊強度不高的干式變壓器或需頻繁操作的電弧爐變壓器來說,會產(chǎn)生較高的有害過電壓,應(yīng)特別防護。一般變壓器容量越小,其特性阻抗Z越大,過電壓越高。