真空断路器截流过电压及其保护

开断大电流时，金属蒸气充分蒸发，电弧比较稳定，在工频电流自然过零时熄弧。试验证明，开断几百至几千安的交流电流时，一般不会发生截流现象。

开断小电感电流时，如空载变压器激磁电流（一般只有额定电流的0.6%～2%），由于弧柱扩散速度太快，阴极斑点附近的金属蒸气压力和温度剧降，使金属质点的蒸发不能维持弧柱的扩散，造成电流到达零点之前的某一瞬时值时发生强制熄弧而形成断流，这种现象称为截流。

真空断路器开断小电感电流时的截流现象，主要是由于电弧电流较小时，阴极斑点提供的金属蒸气不够充分和稳定引起的。真空电弧由电极在分断瞬间受热引起金属蒸发而形成，电弧使电极表面出现一些斑点，这些斑点上的金属会不断熔化和蒸发来维持真空电弧。由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于被突然切断，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。对于电机和变压器，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。(www.xing528.com)

图4-11　开断空载变压器的原理电路

对于开断空载变压器的情况，原理电路如图4-11所示。设C为变压器等效电容，L为变压器励磁电感。假定截流在i＝Ich时发生，即i＝Imsinα，u＝U0。由于截流，使回路中电流变化率di/dt很大，电感上的压降uL＝di/dt很大，形成过电压。从能量角度阐述，截流瞬间，绕阻中储有磁场能量，在电容中储有电场能量（1/2）CU2，这些储存的能量在LC回路中振荡，振荡频率f＝（1/2πLC2），由于C值一般很小，所以当全部储能都转化为电场能的瞬间，在电容C上将出现很高的过电压，即截流过电压。考虑到磁场能量中总有一部分消耗在变压器的铁损和铜损中，转变为电场能量的只是磁场能量的一部分，最大的过电压为Um＝[ηm（IchZC）2+，其中ZC＝（L/C）1/2称为变压器的特性阻抗，又称为波阻抗，ηm称为磁能转换效率。由此可见，要降低过电压，就需要降低截流佰或特征阻抗值。