1.14KV電機真空接觸器過電壓的危害及防護

【摘要】本文通過分析真空接觸器操作過電壓的生成機理及操作過電壓的二種類型，列舉了目前常用的三種抑制過電壓保護的方法，降低過電壓振蕩頻率的三種阻容（R-C）過電壓吸收器：中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器和雙路RC過電壓保護。本文通過分析認為抽油機井所用電機采用1.14KV電壓供電，由真空接觸器控制電機啟停過程中容易產生過電壓，致使電機繞組絕緣受損而損毀，威脅電器設備的安全運行。通過對比分析，建議采用雙路阻容（R-C）過電壓吸收器，其抑制1.14KV真空接觸器產生的過電壓效果較好，能保護電機，使設備安全平穩運行。

【關鍵詞】真空接觸器；過電壓；電機；危害

一、目前抽油機井對1.14KV電動機保護措施

抽油機井口配電柜目前采用的是兩個125A真空接觸器分別控制電機37-45KW電機運行和電容投入，電機的保護設備有1.14KV斷路器和電機綜合保護器，斷路器和電機保護器的保護只是在出現短路故障、缺相、堵轉和過電流時才起保護跳閘作用，對操作真空接觸器時，電動機內產生的操作過電壓不能起到預防作用。從技術上來說沒有設備對操作過電壓起抑制和預防作用裝置，因此應采取相應的措施來抑制產生的操作過電壓，以保護電氣設備能安全可靠地運行。

二、真空接觸器操作過電壓的產生及危害

2.1截流過電壓

真空接觸器開斷小電流時的截流現象，是由于電弧電流較小，陰極斑點提供的金屬蒸氣不夠充分和穩定引起的，真空電弧由陰極在分斷瞬間受熱金屬蒸發而形成，電弧使電極表面出現一些斑點，這些斑點上的金屬會不斷融化來維持真空電弧。而開斷大電流時金屬蒸氣充分蒸發，電弧比較穩定，會在工頻電流自然過零時熄滅。實驗證明，開斷幾百到幾千安的交流電流時，一般不會發生截流現象，而開斷小電流時，由于弧柱擴散速度太快，陰極斑點附近的金屬蒸氣壓力和溫度劇降，使金屬斑點的蒸發不能維持弧柱的擴散，造成電流在達到零點之前的某一瞬時值時發生強制熄弧，而形成截流。由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞組中的能量必然向繞組的雜散電容充電，截流過電壓的頻率較高，一般可達數千赫茲，高頻率必然伴隨著高的電壓陡度；感性負荷容量越小，過電壓越高，這主要是由于感性負荷容量越小，則回路中雜散電容也越小，因此，在開斷空載變壓器或小容量電機時，將產生危險的截流過電壓。

2.2多次重燃過電壓

多次重燃過電壓是由于弧隙發生多次重燃，電源多次向電機電容進行充電而產生的。在真空接觸器切斷電流的過程中，觸頭的一側為工頻電源，另一側為LC回路充放電的振蕩電源，如果觸頭間開距不夠大，兩個電壓疊加后就會使弧隙之間發生擊穿，接觸器的恢復電壓就會升高。如果觸頭開距增的不夠大，就會發生第二次重燃，再滅弧，再重燃以致發生多次重燃現象，多次的充放電振蕩，觸頭間的恢復電壓逐級升高，負載端的電壓也不斷升高，致使產生多次重燃過電壓，損壞電氣設備。

三、1.14KV電機的絕緣耐壓水平

對于在運行中的高壓電動機，其相對地和相對相之間的絕緣所能承受的過電壓數值計算公式如式（1）所示。一般電動機1分鐘工頻耐壓值為：2Ue+1。對運行的電動機取上述耐壓值的75%，即電動機的沖擊耐壓值為：

Us=√2（2Ue+1）×1.15×75% （1）

式中：Us—電動機的沖擊耐壓值，kV； 1.15—電動機絕緣的沖擊系數；Ue—電動機的額定電壓，kV。

那么1.14kV電壓等級電動機其相對地和相對相之間絕緣沖擊耐壓水平為：

Uo=√2（2×1.14+1）×1.15×75%=3.8 kV

真空接觸器操作過程中，產生過電壓的時間短，電壓幅值上升快，滯留在電機內的電壓能在瞬間升高到額定電壓的7-9倍，也就是說電壓能達到7-9KV，遠遠超出了電機的耐壓水平，如不能及時抑制該過電壓，對電機的危害很大。

四、采取的措施

4.1 抑制操作過電壓的工作原理

利用降低恢復電壓上升陡度，降低振蕩頻率，減少負載波阻抗，能有效降低過電壓幅值。電容C除可降低過電壓幅值外，主要用以減緩過電壓上升陡度，因為這種過電壓在極短時間內發生，du/dt很大，容易造成電機進線繞組匝間擊穿，所以要降低匝間電壓并使匝間電壓分布均勻，其次達到降低截流過電壓的目的；電阻R可消耗高頻振蕩電能，抑制截流過電壓幅值，阻容保護器是一種保護效果較好的措施。

4.2 三種RC保護器的對比

目前有三種形式的RC保護器措施，即中性點直接接地的普通型RC保護器；中性點不接地型RC保護器；雙路RC過電壓保護器。

（1）普通型RC保護器

電機正常時，使用能達到抑制過電壓的要求，但是電機發生單相短路時電容電流過大，導致RC保護器電阻燒損。

（2）不接地RC保護器

解決了因電容電流過大燒電阻的問題，但對于相對地之間的高頻振蕩沒有消除，使得對地保護欠佳，油井電機也不宜使用。

（3）雙路RC過電壓保護器

采用R1、C1主要保護對地，選用電容量較大的C1用來吸收相間回路存儲的能量；C2的接入消除了對地電路中的高頻振蕩，又解決了對地電流過大RC裝置的電阻燒損問題，一般取值R1=100Ω/10W；C1=0.47?F；C2=0.01～0.1?F 。

結束語：

對于長期處于野外作業的抽油機電機損壞的原因有很多，如油井本身出現問題抽油桿斷脫、抽油桿卡、負荷不平衡、電壓缺相、各種開關元器件故障、電機本身缺陷、電機軸承老化、天氣原因等都可能造成電機損毀，對于這些問題，我們要通過每天的巡視和定期的檢查、調整、潤滑等多方面的工作，延長電動機的使用壽命；在電動機修理過程中，從提高電機絕緣水平方面做文章，提高絕緣材料絕緣強度，提高繞組耐壓水平；加上阻容（R-C）過電壓吸收器的方法，抑制操作過電壓對電動機絕緣的危害，總之要想更多的延長電機的使用壽命，就要通過多方面的做工作才能提高電力設備的管理水平。

參考文獻：

[1]電機工程手冊.北京： 機械工業出版社，2004

作者簡介：褚紅玉，女，出生日期1981年9月，2015年畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業，現工作單位：中原油田石油工程技術研究院，高級工。