6～10kv電動機過電壓保護探討

摘 要：文章介紹了電動機絕緣的基本特點，對電動機過電壓保護進行探討，從而得出6～10kv電動機過電壓保護的理想方式。

關鍵詞：電動機；過電壓保護；震蕩電路

1 電動機是電力系統中主要的電氣設備之一，它是把電能轉換為動能的主要設備，在經濟建設的各個領域起著極為重要的作用。

1.1 在電機中，6～10kv電動機的應用數量也相當可觀，如電廠的給水泵、給、排風機，塑料廠的擠壓機、造粒機，聚丙稀裝置的聚合斧電機，空分裝置的壓縮機等等，這些設備的電機大都為6～10kv電機。通常這些電機都是由少油或真空斷路器來操作的，特別是真空斷路器的飛速發展，目前，幾乎所有6～10kv電動機都是由真空斷路器來控制的。真空斷路器的最大缺點是操作過電壓比較嚴重，近幾年，電氣專家們力爭減小或削除真空斷路器的操作過電壓，他們做了大量的工作，例如改善斷路器的觸頭結構和操作機構等，取得了一定的效果，但是，真空斷路器的操作過電壓仍比較嚴重。這種操作過電壓很容易造成對電動機定子線圈絕緣的破壞，電動機因關合造成的絕緣擊穿事故時有發生，因此，研究探討電動機過電壓保護具有非常重要的實際意義。

1.2 6～10kv電動機的一些特點

1.2.1 電動機屬于旋轉設備，定、轉子之間存在氣隙，絕緣性能比較差。

1.2.2 電動機容量與過電壓現象的反比關系，電動機容量與過電壓程度成反比關系即電動機容量越大其過電壓就越低，反之，電機容量越小其過電壓就越高，通常600kW以下中小型電動機的過電壓現象是比較嚴重的。下面加以論證：

圖1

電動機過電壓的表達式為：

式中：Lo-電機的漏感；C-電機及線路電容；Ij-電動機的電流

從式中可知：電動機的過電壓Um與其漏感Lo的平方根成正比，即漏感Lo越大過電壓就越高，反之，則過電壓就越低。

電動機的容量與電容C的變化不大，經有關部門實驗測試P-C曲線為不規則的滿天星。電動機的容量與漏感Ls卻成反比關系，這與電動機的本身制造工藝及結構有關，即電動機的容量越大其漏感就越低，反之，其漏感就越大。

2 6～10kv電動機過電壓保護

6～10kv電動機過電壓保護目前有三種形式的保護，即普通星型接法的氧化鋅避雷器；三相組合式過電壓保護器；雙路RC過電壓保護器。

2.1 普通星型接法的氧化鋅避雷器

普通星型接法的氧化鋅避雷器其接法為星型，眾所周知，這種接法避雷器在限制相-地過電壓幅值方面是比較理想的，但相間產生的操作過電壓卻無法消除。利用這種保護經常產生高壓電動機的定子線圈絕緣擊穿及導體閃絡現象，因為這種接法只能保護對地絕緣，而不能保護相間絕緣。

2.2 三相組合式過電壓保護器

這種保護是由四個帶放電間隙和氧化鋅電阻的單元聯接而成，其接線方式如圖2，其中R為氧化鋅非線性電阻器；G為氧化鋅避雷器放電間隙。

這種保護接線方式可以限制大氣過電壓和操作過電壓的幅值，可大大降低相間過電壓，與普通星型接法避雷器相比，相間過電壓降低了（60～70）%。因此，這種保護即可以保護相間絕緣又可以保護對地絕緣[1]。

這種保護采用氧化鋅非線性電阻和放電間隙的結構，使兩者互為保護，放電間隙使電阻的荷電率為零，氧化鋅電阻的非線性特性又使放電間隙動作后無續流，放電間隙不在進行滅弧，使用壽命有所提高。雙路RC過電壓保護器這種保護原理是利用聯接在線路中的RC值來增大線路電容，用以減小操作過電壓的震蕩頻率和幅值，其原理等效圖如圖3，當RC未接入時，線路只含有自然電容Co，在開關QA關合瞬間，電動機漏感Lo與自然電容Co形成一個震蕩電路，Lo與電動機容量大小有關，對于一個具體電動機而言，Lo為一個定值，而Co相對很小，所以，震蕩頻率和幅值很高，因此產生很高的操作震蕩過電壓；當RC接入時，由于電容C遠遠大于Co（Co可忽略不計），此時回路就形成了RC和Lo的震蕩電路，回路的震蕩頻率為f=W/2II，因此有以下公式：

W2=Wo2-d2

Wo=■

d=R/2L

將Wo及d帶入上式并整理得：R=2L*■

當W=0時，R=2*■； 當R=0時為無阻尼震蕩；當R=Rc時為臨界狀態，Rc為臨界電阻。

從式中可以看出，為使震蕩接近工頻，C必須足夠大才行，這不可能，因為這樣會造成很大的浪費，同時，電阻最好也接近Rc值，這也不可能，因為那樣會對RC保護不利。適當選擇R、C值，就可以達到理想保護效果，實際運行經驗測得R取100～200歐姆、電容C取0.1～0.2微法，保護電動機效果最佳，此時震蕩頻率降至50-～150赫茲。

雙路RC過電壓保護器的接線方式見圖4，這種改進的接線方式可使過電壓幅值降至峰值的兩備左右，同時對消除操作震蕩過電壓（du/dt）也是非常理想的，圖中加入C2方式的作用是可消除相間操作震蕩過電壓。

圖2 圖3 圖4

3 結束語

電動機的絕緣水平是很低的，對電壓峰值的耐受力是很有限的，普通星型接法避雷器和三相組合式過電壓保護器，根據避雷器本身的特點，其動作電壓不能按電動機的絕緣水平選取，否則，避雷器則會經常發生誤動作 ，其動作電壓選高了，對電動機起不到理想的保護作用[2]。

普通星型接法避雷器和三相組合式過電壓保護器對雷電和操作過電壓的峰值的削弱是非常好的，但對震蕩所引起的電壓陡度（du/dt）則不起保護作用，而雙路RC過電壓保護器，根據其RC特性和改進接法，不但對雷電及操作過電壓峰值的削弱有理想的效果，最為突出的是可以降低震蕩頻率，從而削弱電壓陡度（du/dt），也就是說對操作震蕩過電壓起到理想的保護作用，同時在消除相間及相地之間的過電壓幅值也可以同三相組合式過電壓保護相比擬。所以，對6～10kv電動機的過電壓保護，本文著重推薦采用雙路RC過電壓保護器。

參考文獻

[1]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統[J].機械工業出版社，2012：215.

[2]黃立培.電動機控制[J].清華大學出版社，2012：141～142.