大能容組合式過電壓保護器（BSTG）在水泥廠中的應用

王琳琳 盧家濤

1 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 南水北調中線建管局河南直管建管局（450000）

大能容組合式過電壓保護器（BSTG）在水泥廠中的應用

王琳琳1盧家濤2

1 河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 南水北調中線建管局河南直管建管局（450000）

電網運行中所遭受的雷電過電壓及操作真空斷路器所產生的操作過電壓對電氣設備的危害是眾所周知的，如何合理選用過電壓保護器，對大氣過電壓及操作過電壓進行有效的限制，是電氣設計人員經常面臨的一個重要問題。筆者以10 kV電動機為例進行分析、計算、選擇。實際運行表明，由四個帶放電間隙和氧化鋅電阻串聯單元組合的四星形大能容組合式過電壓保護器（BSTG）可以有效的限制大氣過電壓和操作過電壓，對相間和相對地的過電壓均能起到可靠的限制作用。

過電壓；大能容組合式過電壓保護器（BSTG）

水泥廠中主要的電氣設備有變壓器、電動機、電纜和斷路器等，這些電氣設備絕大部分時間工作在正常電壓下，但隨時有可能遭受到直擊雷或感應雷等外部過電壓的威脅，危及設備安全，導致電氣設備絕緣加速老化甚至損壞，嚴重者更會擴大故障范圍，引起重大的經濟損失。此外，近年來由于真空斷路器具有優良的滅弧性能、高電氣恢復強度、優異的頻繁操作特性等優點，在國內外中壓系統中得到廣泛應用。但操作真空斷路器引起的操作過電壓對電氣設備的危害是非常大的。這是因為真空斷路器其較強的滅弧能力往往在電流尚未達到自然零點前，電弧熄滅，這就使在切斷感性負載時產生較高的過電壓，這種內部操作過電壓由于其峰值高、波形陡，因此對電氣設備絕緣威脅很大。為保障電氣設備的正常安全運行,合理選用過電壓保護器,對大氣過電壓及操作過電壓進行有效的限制。

1 組合式過電壓保護器

組合式過電壓保護器是一種新型過電壓保護器，主要應用于35 kV及以下電力系統中，用以限制大氣過電壓、真空斷路器操作過電壓以及電力系統中可能出現的各種暫態過電壓，可以有效地保護電動機、變壓器、斷路器、電容器、電纜等電力設備的絕緣不受損害，對相間和相對地的過電壓均能起到可靠的限制作用。組合式過電壓保護器的種類較多，使我們在應用選擇上有很大的空間，但同時又會使我們選擇更為慎重。這里以一個實例來探討組合式過電壓保護器的選用問題，以10 kV電動機為例進行選擇。

在設計中，我們首先考慮選用常規不帶放電間隙的星形接法氧化鋅避雷器作為過電壓保護，其相對地和相對相之間的絕緣所能承受的過電壓數值，可用下式進行計算:

其中:Ue—高壓電動機的額定電壓；K—沖擊系數，取K=1.15。

為了保證氧化鋅避雷器的安全運行，其標稱電壓U1mA必須大于Ucg,因此對10 kV氧化鋅避雷器通常取U1mA=18.5～19.5 kV；當選用氧化鋅避雷器不帶放電間隙時，其通過100 A時的操作沖擊殘壓Uc與U1mA之比為1.4?？梢郧蟪?

從上面的計算結果可以看出Uc≈Us，因此常規不帶放電間隙的星型氧化鋅避雷器，對于保護高壓電動機的相對地之間的絕緣是非常勉強的，其可靠性較差。

我們再來計算一下相對相之間的絕緣情況。仍以10 kV高壓電動機為例，先對不帶放電間隙的氧化鋅避雷器進行計算，當相對地之間的絕緣上加有U1mA=18.5～19.5 kV時，其相對相之間的絕緣上也將加有1.5U1mA=1.5×（18.5～19.5）=27.8～29.3 kV，這些電壓分別超過或接近10 kV高壓電動機的Us數值。如果將氧化鋅避雷器流過100 A時的操作沖擊殘壓作為相對地之間絕緣上的電壓，則此時加在相對

當系統發生單相接地時，其所能承受的工頻電壓最大值Ucg為:相之間絕緣上的電壓,將比Us超過更多。由此可見，不帶放電間隙的氧化鋅避雷器對相對相之間的絕緣基本上起不到保護作用。

從上面計算結果可以看出，10 kV電動機若選用常規氧化鋅避雷器進行過電壓保護不能滿足電氣設備長期安全運行。因此，我們決定選用帶放電間隙的四星形接法的大能容組合式過電壓保護器（BSTG）。

大能容組合式過電壓保護器（BSTG）的產品原理及特點。

大能容組合式過電壓保護器，由四個帶放電間隙和氧化鋅電阻串聯的單元組合成四星形結構，如圖1。

圖1 電氣原理圖

由上圖看出:1）這種對稱結構不論是相對地還是相與相之間均有兩只氧化鋅元件串聯，避免了常規的氧化鋅避雷器把中心點直接接地，使得相對地和相與相接地阻值不均衡的弊端。因此，對相對相和相對地的過電壓均能起到可靠的限制作用。

2）BSTG過電壓保護器采用四星形接線方式，可將相間出現的過電壓幅值降低到最小，與常規的保護裝置相比，其相間電壓的幅值可下降70%?？蓪⒉僮鬟^電壓可靠地限制在被保護設備的絕緣允許范圍內，而且在單相接地、間隙性弧光接地和諧波振過電壓下可以實現長期安全運行。

3）BSTG采用放電間隙和氧化鋅非線性電阻相串聯的結構，使兩者互為保護。放電間隙使氧化鋅電阻的荷電率為零，不存在老化問題。氧化鋅電阻良好的非線性特性又使放電間隙動作后立即熄弧，不會出現截流和續流等，放電間隙不再承擔滅弧任務，從而提高了其使用壽命。

4）帶放電間隙的BSTG過電壓保護器由于充分利用了氧化鋅閥片的優點，間隙無需滅弧，因此只需一個間隙而且結構簡單。一個間隙的結構使間隙分散度大的問題得到解決，一般由制造誤差引起的分散度在10%以內。另外，單間隙使放電值不再受外殼環境因素變化的干擾，放電電壓分散度在5%以內。

5）BSTG過電壓保護器通過改善間隙的結構以及選擇間隙之間瓷環材料的介電系數，沖擊系數可以達到1，也就是上升前沿為1.2 μs的沖擊電壓放電值和上升前沿為5 ms的工頻電壓放電值一致。這樣，在操作沖擊電壓波形范圍內（20 μs～50 ms）的任意波形電壓，放電電壓值均相等。

對于10 kV電動機,我們選用BSTG-A-12.7/ 600,其保護器的額定參數:持續運行電壓為12.7 kV，工頻放電電壓為17.2 kV，1.2/50沖擊放電電壓及殘壓不大于24.8 kV，100 A操作沖擊電流殘壓不大于23.1 kV。其持續運行電壓較高（12.7 kV＞10 kV），可以滿足設備長時間工作在線電壓下的要求。而通過100 A時的操作沖擊電流殘壓又低于電動機絕緣能承受的過電壓（23.1 kV＜25.6 kV）。因此，BSTG大能容組合式過電壓保護器，可以有效地保護電氣設備不受相對相和相對地過電壓影響。

2 結語

從以上分析我們可以看出，常規不帶放電間隙的星形接法氧化鋅避雷器保護作用比較勉強，可靠性較差。而大能容組合式過電壓保護器（BSTG）是由四個帶放電間隙和氧化鋅電阻串聯的四星形結構，可以有效地限制大氣過電壓及真空斷路器開斷過程中所產生的操作過電壓，對相間和相對地的過電壓均能起到可靠的限制作用。從這幾年投入水泥廠實際運行情況來看，未見發生誤動作，系統也沒有發生短路擊穿現象，能夠可靠運行。

[1]DL/T 620-1997,交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].

[2]劉桂霞.真空斷路器的操作過電壓及其防護[J].電氣技術, 2007.

[3]林桂.淺談過電壓保護器與避雷器在10 kV電網中的應用[J].投資與合作.