当负载为感性电压超前电流时，断电瞬间电压达到多少

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-05-29 04:04 标签： 感性电压超前电流

摘要:本文介绍了感性负载过电压的产生机理,分析了几种常用抑制网络的工作原理及所用元件参数的选择方法。

　感性负载过电压　　感性负载是指各种具有交直流电磁线圈的负载。由于线圈作为一种感性元件,它有抑制加在它上面的电流发生变化的特性,当断开线圈电源时,为了维持原有电流,它就会产生感生电动势,其表达式如下:eL = - Ld id t= - I0 R e - 和并接在线圈旁的电阻之和;τ—时间常数,τ= L / R在理想情况下,由于上式中的R 为无穷大,所以感生电动势eLmax也是无穷大。在实际中,尽管由于线圈分布电容等的存在,使eLmax不可能达到无穷大,但是通常也可以达到外施电压的几十倍左右,这就是我们通常所说的过电压。它属于前沿很陡、变化迅速的强干扰脉冲(如图1) ,如果不图1 　断开电源时感性负载上的电压波形采取有效的抑制措施,它不仅对本回路造成强干扰,而且还会以电磁感应的方式施扰于邻近回路,反映到电气产品上,则会加大对电气产品的绝缘冲击和触头的磨损,加大电气产品的二次吸合率。2 　感性负载过电压的抑制　　为了保护电路器件和设备免受过电压的冲击,预防电路和设备发生误动作,我们在采取滤波或隔离措施之外,首先要考虑抑制干扰源。抑制干扰源常用的方法是在感性负载线圈两端并接吸收网络即抑制网络。所用的网络通常有图2 所示的几种。图2 　常用网络其中的(a) 、(b) 、(f ) 网络适用于直流电磁线圈, (c) 、(d) 、(e) 网络适用于交直流电磁线圈。为— 54 —机床电器ki.net了用较简单的线路得到满意的抑制效果,在实际中我们常选用(a) 、(c) 、(d) 、(e) 网络,下面分别就(a) 、(c) 、(d) 、(e) 网络进行分析。211 　抑制网络工作原理及元件参数的选择无论线圈所并的吸收网络具体线路如何,它的作用都只是为电磁线圈所储存的能量提供一个泄放回路,从而减小线圈的瞬变电压。这里我们设定负载正常工作电压为E ,负载正常工作电流为I0 。21111 　二级管网络其电路如图2

(a) 。假设断开负载电源的时刻为t = 0 ,断开前为t < 0 ,断开后为t > 0 ,则由感性负载的特性可知, t > 0 时线圈中的电流方向同t < 0 时的电流方向一致,相对电源反接的二极管VD 能为线圈提供有效的泄放回路。从式(1) 可知,对于图2

和二极管正向电阻RVD均很小,故emax很小。又由于硅二极管的正向导通压降小于1 伏,所以emax ≤E + 110V ,抑制的结果即为:瞬变电压| ET| ≤110V。由于在负载接通电源时,二极管处于反接状态,它应该有足够的反向耐压值;而在断开负载电源时,它必须有足够的通流能力,所以对二极管,我们主要考虑反向耐压和最大整流电流。一般可根据UR ≥3 E , IF ≥I0 来选取二极管。21112 　双向稳压网络稳压管是二极管工作于反向击穿时的特例,它的等效电路如图3 。图中:VD 为理想二极管; rz 为反向导通电阻; Uz 为反向导通电压。即当它两端的电压大于Uz 时它才导通,它的伏安特性如图4 。图3 　等效电路图4 　伏安特性图它能通过调节流过自身的电流大小来满足线圈电流的改变,并将电流的改变转换成电压的变化以适应电压的波动,从而达到抑制过电压的目的。它的具体线路如图2

 (c) ,对于稳压管,通常要保证其耐压值UR≈2 E 。当稳压管的稳压电压为2 E 时,它的瞬变电压为| ET| ≤2 E 。21113 　压敏电阻网络如图2

(d)压敏电阻是一种伏安特性为非线性的电阻元件。在正常电压下,压敏电阻处于高阻状态,只有很小的泄漏电流,当它两端施加的电压增加到某一特定值时,其电阻值就急剧变小。它的伏安特性如图5 ;它的具体线路如图2

(d) 。图5 　伏安特性与双向稳压管网络相比,它们有着相似的伏安特性,而且对于压敏电阻,当它承受过电压时,它会把过电压的能量以放电电流的形式吸收掉。选取压敏电阻器,首先应该计算加于压敏电阻器上的能量,其公式为:E = LI2/ 2式中: I —断开感性负载时的电路电流;　　L —感性负载的电感。然后要确定压敏电阻器的额定电压。一般情况下,压敏电阻器的额定电压取电源电压的最大值。接着,选定压敏电阻器的功率P :P = E ×f式中: f —线路工作频率最后我们用负载电压来考察压敏电阻器的钳位电压就可以了。21114 　__________RC 网络如图2

(e) 。RC 网络中的电容能把电磁线圈中的磁场能量转化为电容器的电场能量储存起来,以降低能量的消散速度。由于电容器上的电压不能突然建立,从而有效地抑制了过电压。并且由于电容器的电流相对于电压超前900 相位角,而线圈的电流相对于电压滞后900 相位角,所以电容的介入能够改变线路的固有频率。感性负载过电压及其抑制机床电器切断交流电源时刻对感性负载所产生的反电动势的大小有很大的影响,而感性负载的特性使得交流电流比电压超前900 的相位角,故最恶劣的情况是在电流最大,电压为零时切断电源。此时电流的变化率最大,因而感性负载产生的反电动势最大。我们以此时的情况来选定线圈参数。交流电压为零时,磁场能量最大,若此时切断电源,则有:　　　　WL = 1/ 2LIm2 (5)当磁能全部传化为电能时,电容上最高电压为Ucm ,电场储能最大为:　　　　Wc = 1/ 2 CUcm2 (6)不考虑电阻及损耗时,上述两式相等,我们可以得到:　　　　C = Lm/ Ucm2 (7)对于Ucm一般取能使节点击穿辉光放电电压的最小值300V ,于是　　　　C = ( Im/ 300) 2L (8)接入电阻,一方面能在能量转化的过程中消耗掉一部分能量,提高动作的灵敏度,另一方面由于LC 回路容易产生振荡,接入电阻能够抑制这种振荡。此时电阻的选择应根据抑制LRC 振荡条件决定。二阶微分方程的振荡条件按下式分析:　　　　r0 + R = 倍选取;电阻的功率先按I = ωCU 求出通过其中的电流,再求出I2 R 的值并放大2～5 倍即可。当然以上针对各网络选择的元件参数毕竟是理论值,在实际中,我们应以此为初值进行试验调整,最终选定各元件。

　　行可靠性评估,并可根据产品故障情况进行失效分析,从而可为改进产品设计提供依据,这对提高产品的质量与可靠性有重要价值。

　而被誉为通用控制网络。利用串行端口进行全双工通讯的具体过程是:首先,智能接触器将自身的各种状态参数和要执行的动作调制编码成相应的模拟信号并通过总线发送出去,模拟信号代码传输到计算机的总线适配卡以后,总线适配卡将模拟信号解码为数字信号交给计算机处理,在监控计算机屏幕上仿真成接触器动作状态,显示当前工作参数,使操作管理员更直观、准确地了解生产现场和智能接触器的运行状态。现场总线信息传输的实时性强,可靠性高,一般为短帧传送,传输速率在数kbps 至10Mbps 之间。通讯过程是双向的,在把一个智能接触器的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室的同时,又将各种控制、维护、组态命令,乃至智能接触器的工作电源等送往智能接触器。

[2 ] 　陆俭国、李志刚1 电器试验技术与试验方法[M]1 机械工业出版社,1995110

　　【摘 要】在电力系统中常有开断电感性负载的操作。开断空载变压器、电抗器及电动机是断路器的一项基本功能。在开断这些感性负载时可能出现幅值较高的过电压。

中国论文网 /8/view-5826415.htm　　【关键词】断路器开断；感性负载；过电压


　　真空断路器在我国问世已近30多年，国内生产的产品开断能力已达到63KA。真空断路器具有灭弧电压低、灭弧能力强、分段速度快、开断容量大、使用寿命长、适应频繁操作等特点，已在电力、冶金、化工等领域广泛应用。其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。
　　1.开断空载变压器和电抗器
　　在正常运行时，空载变压器可等值为一激磁电感，因此切除空载变压器相当于切除―个小容量的电感负荷。当断路器开断电感性小电流时，由于电弧能量小、弧道中的电离并不强烈，电弧很不稳定；加之断路器开断能力很强，可能在电流过零前使电弧电流截断而强制熄弧。这种电流被突然截断的现象称为“截流”。由于截流留在电感中的磁场能量转化为电容上的电场能量，从而产生截流过电压。
　　断路器可能是压缩空气断路器、少油断路器、真空断路器和SF6断路器，由于断路器的灭弧能力是按开断大电流设计的，当用这种断路器切断较小的励磁电流时，可能在励磁电流到达零点之前发生强制熄火。如果励磁电流很小，甚至可能在电流接近最大位时突然截断，这就是断路器的截流现象。试验表明，截流可发生在工频电流的上升部分，也可发生在工频电流的下降部分。
　　（1）考虑到有铁心电感元件的回路，磁能转化为电能的高频振荡必然有损耗。电流过电压与截流时变压器或电抗器内部的能量损耗有关，损耗越大，电流越小，电压压越低。空载变压器与载流时的振荡频率、变压器铁心材料以及截流瞬间铁心中的磁密有关。经试验获得，一般情况vR　　（2）断路器的性能对过电压有影响。断路器截断电流的能力越大，过电压就越高。以下讨论是以断路器截流触头间不发生重燃为前提的。而由于断开的变压器侧有很高的过电压，而电源侧则是工频电源电压，因此，触头间分开的距离还不够大时，在较高的恢复电压作用下，可能产生电弧至燃，向电源侧泄放能量。电弧多次重燃使电感中的储能愈来愈少、恢复强度高于恢复电压最大值时，触头间不再重燃。所以，在开断感性小电流时，触头间的重燃相当于自动的放电间隙，限制了最大可能的过电压幅值。
　　（3）当断路器开断时，截流瞬间的阻值愈大，变压器励磁电感愈大，则磁场能量愈大；寄生电容愈小，使同样的磁场能量转化到电容上。则可能产生很高的过电压。一般情况下阻值并不大，极限值为励磁电流的最大值，只有几安到几十安，可是变压器的特性阻抗值很大，可达上万欧，故能产生很高的过电压。
　　（4）另外，变压器的相数、线组接线方式，铁心结构，中性点接地方式，断路器的电容。以及与变压器相联的电线线段、架空线段等，都会对切除空载变压器的电压产生影响。
　　断路器升断空载变压器其过电压的特点是：临值高，频率高，但持续时间短、能量小。因此限制并不困难，只要在变压器任一侧装上阀式避雷器就可以有效地限制这种过电压。由计算表明，普通阀式避雷器在雷电过电压下动作用所吸收的能量、要比变压器线圈中储藏的能最大―个数量级。在实际运行中未发现开断空载变压器而引起避雷器损坏的情况。还有一种限制的空载变压器过电压的措施是在断路器内装置高阻值并联电阻和相应的辅助触头。
　　开断电动机感应电动机，断路器也需要开断电感性电流，也会出现相似于开断空载时出现的过电压。
　　（1）开断高压感应电动机时所产生的截流过电压其物理过程与开断空载变压器时相同，但要考虑电动机的工作方式和工作状态。因为在各种工作方式下，断路器的开断情况差别很大，如开断时，电动机可能是空载运行或是带有一定负载；转速可能在正常转速，也可能处于转子几乎不动的情况；另外，使用的断路器类型不同，过电压也不一样，用少油断路器开断，主要是由于截流产生的截流过电压，用真空断路器开断，除截流过电压外，还产生三相同时开断过电压和高频重燃过电压。
　　（2）以下讨论三相同时开断过电压，它只有在使用截流能力很强的真空断路器时才会发生。当真空断路器开断三相中性点不接地负载时，假定其中有一相电流先过零，则这相先断开，在这一相断路器的触头两端则产生恢复电压。在恢复电压的作用下，若电弧复燃，将在这一相产生高频复燃电流。由于电动机一般通过三相电缆与电源连结，在电缆芯线间有相间互电容及互电感，当第一相由于恢复电压的作用而发生复燃时，其暂态高频电流通过电磁耦合在其他两相同时感应出一个电频电流。这些高频电流与原有的工频电流叠加，其结果可使其它两相电流瞬间过零被截断。
　　真空开关在断开第一相时，可能是在电流过零时，其截流值可能很小。对于工频电流来说，上述的高频过程极快，可认为三相截流是同时发生的，这样，后两相的截流值可能很大，从而造成很高的过电压。
　　由上述分析可知，一相复燃是产生三相同时截流的根本原因。电流电压越高，恢复电压越高，越容易产生复燃，复燃时的高频电流的大小对是否发生三相同时截流有很大影响，工频电流较大而高频电流较小就不容易出现三相同时截流。
　　（3）由于真空断路器的灭弧能力很强.肖切断电动机时，如果灭弧后复燃会出现高频电流，高频电流过零时电弧熄灭.接着可能再次出现复燃、熄灭的重复过程。高频电流多次熄灭与复燃也会产生很高的过电压，称为多次复燃的电压。
　　断路器切断载变压器时。由于触头间介质恢复强度承受不了恢复电压而发生多次复燃，抑制了过电压幅值，如前面所述。空载电动机可发生的重燃却能够形成幅值较高的重燃过电压。
　　（4）近年来在触头材料和结构上作了大量的研究工作，真空开关的截留值一般都能做得很小，截流过电压不高。开断空载运行的小功率电动机时，过电压主要由三相同时截流引起；对于开断转子几乎不动的电动机，多次复燃过电压是主要危险。因此可以说，真空断路器开断电动机时，过电压的主要危险来自多次复燃与三相同时截流。
　　隔断开断空载及制动状态电动机过电压的主要措施是采用阀式或氧化锌避雷器。避雷器可接在电动机或变压器侧每相对地之间，可将过电压限制在一定范围内。但不能降低过电压的上升陡度。另外还可以采用R-C保护装置。采用R-C装置后不仅过电压幅值可减小，而且上升陡度也可减缓，对匝间绝缘有好处。
　　[1]关永刚，唐琦雯，刘卫东，徐国政.40.5kV真空断路器开断并联电抗器时过电压的产生机制[J].中国电机工程学报，2012（33）.
　　[2]丁富华.真空开关的选相控制及其应用研究[D].大连理工大学，2006.
　　[3]刘斌.基于选相技术的发电机断路器研究[D].大连理工大学，2010.

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