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2024年真空开关的操作过电压及其防护

目前，真空开关和SF6开关是无油开关的两大主导产品，它们在

性能上相去无几，但真空开关无SF6的温室效应问题，其工艺水平适

合我国企业的制造现状，价格相对较低。所以，真空开关的生产量与

使用量远高于SF6开关，特别是10kV户内产品中，真空开关已占绝对

优势。据统计，xx年10kV级无油开关中，真空开关约占70%。随着城

网开关无油化改造和真空开关的大量应用，其操作过电压问题已日益

突出，必须予以关注并采取相应的解决措施。

1真空开关的结构特点

真空开关的触头是在密封的真空腔内分、合电路的，触头切断电

流时，仅有金属蒸汽离子形成的电弧，而无气体的碰撞游离，因金属

蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来

的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力。其主要特点如

下：

(1)结构紧凑，体积小，重量轻，动作快，分、合闸所需功率小。

(2)电气、机械寿命长，触头寿命一般比少油开关长50倍，维修

工作量少。

(3)开断容量大，允许开断次数多，适合于频繁操作的场合。

(4)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。

(5)开断小电感电流时容易发生截流过电压及电弧重燃过电压。通

常从加强运行管理和采取防护措施两方面来抑制操作过电压，以保证

电网的安全运行。

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2真空开关的操作过电压

(1)截流过电压真空开关切除电感电路并在电流过零前使电弧熄灭

而感生很高的电压——截流过电压。现以切断空载变压器为例，分析

发生过电压的机理及相关因素。

附图为空载变压器的暂态等值电路，其中Vs为电源电压，QF为

真空开关，GT为变压器绕

组对地电容，LT为变压器激磁电感。设QF断开的电流为i，则断

开前储存在变压器绕组中的电磁能量为WC=12LTi2，储存在GT中的电

场能量为WL=12GTU2，其中U为对应于i的截流电压。当QF切除电路

并快速灭弧时，电源即与负载完全分离，电磁能WL与电场能WC便互

相转换，形成振荡，电容电压达到最大值Um时的能量为

12CTU2m=12CTU2+12LTi2

即Um=U2+LTCTi2(2)电弧重燃过电压真空开关若在电流接近过零

前切除电感电路(为附图中的空载变压器)，当电流过零时，CT与LT将

发生能量振荡，CT中的电场能量全部转换成磁场能量使LT的电压UL

升高。因振荡频率f0远大于50Hz，电源相对于高频振荡可看成近似直

流，按最危险考虑，设Us=-Ｕsm，触头间的恢复电压Un=Us-ＵL

将达到较高值，若此时触头开距很小，触头间的介质击穿电压低于恢

复电压，触头间隙便被击穿使电弧重燃。于是电源又对LT及CT补充

能量，其电压与重燃前电压相叠加。当电流过零时，电弧再次熄灭，

若间隙击穿电压仍小于恢复电压，间隙再次被击穿重燃，造成电压多

次叠加而产生很高的电弧重燃过电压。

3过电压的防护

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过电压防护是从技术上防止、抑制其数值在允许的范围，以减小

过电压对电气设备的危害和提高供配电系统的可靠性。常用的防护措

施如下：

(1)降低截流值，从根本上降低截流过电压。适当加大触头开距，

以抑制电弧重燃过电压。

(2)装设R—C吸收器。若电阻及电容参数选择合适，既可降低过

电压幅值，又可减缓过电压的上升陡度。一般每相电容值取01～

02μF，电阻值取100～200Ω，功率不小于200W。这是常用的一种

方法。

(3)设置R—L保护器。将电阻R与铁心电感L并联后串接于开关

与电缆之间。正常时铁心饱和电感值较小，压降及损耗都很低，不影

响负载的工作。当发生电弧重燃振荡时，高频电流使铁心电抗增大，

抑制过电压，电阻则起阻尼及限流作用。

(4)采用氧化锌避雷器MOA。MOA实际上是一个非线性压敏电阻，

在工作电压下呈极大电阻，漏电流为微安(μA)级，