6～10kv电动机过电压保护探讨

6～10kv电动机过电压保护探讨

作者：苏红军

来源：《科技创新与应用》2013年第25期

摘 要：文章介绍了电动机绝缘的基本特点，对电动机过电压保护进行探讨，从而得出6～10kv电动机过电压保护的理想方式。 关键词：电动机；过电压保护；震荡电路

1 电动机是电力系统中主要的电气设备之一，它是把电能转换为动能的主要设备，在经济建设的各个领域起着极为重要的作用。

1.1 在电机中，6～10kv电动机的应用数量也相当可观，如电厂的给水泵、给、排风机，塑料厂的挤压机、造粒机，聚丙稀装置的聚合斧电机，空分装置的压缩机等等，这些设备的电机大都为6～10kv电机。通常这些电机都是由少油或真空断路器来操作的，特别是真空断路器的飞速发展，目前，几乎所有6～10kv电动机都是由真空断路器来控制的。真空断路器的最大缺点是操作过电压比较严重，近几年，电气专家们力争减小或削除真空断路器的操作过电压，他们做了大量的工作，例如改善断路器的触头结构和操作机构等，取得了一定的效果，但是，真空断路器的操作过电压仍比较严重。这种操作过电压很容易造成对电动机定子线圈绝缘的破坏，电动机因关合造成的绝缘击穿事故时有发生，因此，研究探讨电动机过电压保护具有非常重要的实际意义。

1.2 6～10kv电动机的一些特点

1.2.1 电动机属于旋转设备，定、转子之间存在气隙，绝缘性能比较差。

1.2.2 电动机容量与过电压现象的反比关系，电动机容量与过电压程度成反比关系即电动机容量越大其过电压就越低，反之，电机容量越小其过电压就越高，通常600kW以下中小型电动机的过电压现象是比较严重的。下面加以论证： 图1

电动机过电压的表达式为：

式中：Lo-电机的漏感；C-电机及线路电容；Ij-电动机的电流

从式中可知：电动机的过电压Um与其漏感Lo的平方根成正比，即漏感Lo越大过电压就越高，反之，则过电压就越低。

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电动机的容量与电容C的变化不大，经有关部门实验测试P-C曲线为不规则的满天星。电动机的容量与漏感Ls却成反比关系，这与电动机的本身制造工艺及结构有关，即电动机的容量越大其漏感就越低，反之，其漏感就越大。 2 6～10kv电动机过电压保护

6～10kv电动机过电压保护目前有三种形式的保护，即普通星型接法的氧化锌避雷器；三相组合式过电压保护器；双路RC过电压保护器。 2.1 普通星型接法的氧化锌避雷器

普通星型接法的氧化锌避雷器其接法为星型，众所周知，这种接法避雷器在相-地过电压幅值方面是比较理想的，但相间产生的操作过电压却无法消除。利用这种保护经常产生高压电动机的定子线圈绝缘击穿及导体闪络现象，因为这种接法只能保护对地绝缘，而不能保护相间绝缘。

2.2 三相组合式过电压保护器

这种保护是由四个带放电间隙和氧化锌电阻的单元联接而成，其接线方式如图2，其中R为氧化锌非线性电阻器；G为氧化锌避雷器放电间隙。

这种保护接线方式可以大气过电压和操作过电压的幅值，可大大降低相间过电压，与普通星型接法避雷器相比，相间过电压降低了（60～70）%。因此，这种保护即可以保护相间绝缘又可以保护对地绝缘[1]。

这种保护采用氧化锌非线性电阻和放电间隙的结构，使两者互为保护，放电间隙使电阻的荷电率为零，氧化锌电阻的非线性特性又使放电间隙动作后无续流，放电间隙不在进行灭弧，使用寿命有所提高。双路RC过电压保护器这种保护原理是利用联接在线路中的RC值来增大线路电容，用以减小操作过电压的震荡频率和幅值，其原理等效图如图3，当RC未接入时，线路只含有自然电容Co，在开关QA关合瞬间，电动机漏感Lo与自然电容Co形成一个震荡电路，Lo与电动机容量大小有关，对于一个具体电动机而言，Lo为一个定值，而Co相对很小，所以，震荡频率和幅值很高，因此产生很高的操作震荡过电压；当RC接入时，由于电容C远远大于Co（Co可忽略不计），此时回路就形成了RC和Lo的震荡电路，回路的震荡频率为f=W/2II，因此有以下公式： W2=Wo2-d2 Wo=■ d=R/2L

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将Wo及d带入上式并整理得：R=2L*■

当W=0时，R=2*■； 当R=0时为无阻尼震荡；当R=Rc时为临界状态，Rc为临界电阻。 从式中可以看出，为使震荡接近工频，C必须足够大才行，这不可能，因为这样会造成很大的浪费，同时，电阻最好也接近Rc值，这也不可能，因为那样会对RC保护不利。适当选择R、C值，就可以达到理想保护效果，实际运行经验测得R取100～200欧姆、电容C取0.1～0.2微法，保护电动机效果最佳，此时震荡频率降至50-～150赫兹。

双路RC过电压保护器的接线方式见图4，这种改进的接线方式可使过电压幅值降至峰值的两备左右，同时对消除操作震荡过电压（du/dt）也是非常理想的，图中加入C2方式的作用是可消除相间操作震荡过电压。 图2 图3 图4 3 结束语

电动机的绝缘水平是很低的，对电压峰值的耐受力是很有限的，普通星型接法避雷器和三相组合式过电压保护器，根据避雷器本身的特点，其动作电压不能按电动机的绝缘水平选取，否则，避雷器则会经常发生误动作 ，其动作电压选高了，对电动机起不到理想的保护作用[2]。

普通星型接法避雷器和三相组合式过电压保护器对雷电和操作过电压的峰值的削弱是非常好的，但对震荡所引起的电压陡度（du/dt）则不起保护作用，而双路RC过电压保护器，根据其RC特性和改进接法，不但对雷电及操作过电压峰值的削弱有理想的效果，最为突出的是可以降低震荡频率，从而削弱电压陡度（du/dt），也就是说对操作震荡过电压起到理想的保护作用，同时在消除相间及相地之间的过电压幅值也可以同三相组合式过电压保护相比拟。所以，对6～10kv电动机的过电压保护，本文着重推荐采用双路RC过电压保护器。 参考文献

[1]陈伯时，陈敏逊.交流调速系统[J].机械工业出版社，2012：215. [2]黄立培.电动机控制[J].清华大学出版社，2012：141～142.