1.14KV电机真空接触器过电压的危害及防护

【摘要】本文通过分析真空接触器操作过电压的生成机理及操作过电压的二种类型，列举了目前常用的三种抑制过电压保护的方法，降低过电压振荡频率的三种阻容（R-C）过电压吸收器：中性点直接接地的普通型RC保护器；中性点不接地型RC保护器和双路RC过电压保护。本文通过分析认为抽油机井所用电机采用1.14KV电压供电，由真空接触器控制电机启停过程中容易产生过电压，致使电机绕组绝缘受损而损毁，威胁电器设备的安全运行。通过对比分析，建议采用双路阻容（R-C）过电压吸收器，其抑制1.14KV真空接触器产生的过电压效果较好，能保护电机，使设备安全平稳运行。

【关键词】真空接触器；过电压；电机；危害

一、目前抽油机井对1.14KV电动机保护措施

抽油机井口配电柜目前采用的是两个125A真空接触器分别控制电机37-45KW电机运行和电容投入，电机的保护设备有1.14KV断路器和电机综合保护器，断路器和电机保护器的保护只是在出现短路故障、缺相、堵转和过电流时才起保护跳闸作用，对操作真空接触器时，电动机内产生的操作过电压不能起到预防作用。从技术上来说没有设备对操作过电压起抑制和预防作用装置，因此应采取相应的措施来抑制产生的操作过电压，以保护电气设备能安全可靠地运行。

二、真空接触器操作过电压的产生及危害

2.1截流过电压

真空接触器开断小电流时的截流现象，是由于电弧电流较小，阴极斑点提供的金属蒸气不够充分和稳定引起的，真空电弧由阴极在分断瞬间受热金属蒸发而形成，电弧使电极表面出现一些斑点，这些斑点上的金属会不断融化来维持真空电弧。而开断大电流时金属蒸气充分蒸发，电弧比较稳定，会在工频电流自然过零时熄灭。实验证明，开断几百到几千安的交流电流时，一般不会发生截流现象，而开断小电流时，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，使金属斑点的蒸發不能维持弧柱的扩散，造成电流在达到零点之前的某一瞬时值时发生强制熄弧，而形成截流。由于电流被突然切断，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，截流过电压的频率较高，一般可达数千赫兹，高频率必然伴随着高的电压陡度；感性负荷容量越小，过电压越高，这主要是由于感性负荷容量越小，则回路中杂散电容也越小，因此，在开断空载变压器或小容量电机时，将产生危险的截流过电压。

2.2多次重燃过电压

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空接触器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，接触器的恢复电压就会升高。如果触头开距增的不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧，再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

三、1.14KV电机的绝缘耐压水平

对于在运行中的高压电动机，其相对地和相对相之间的绝缘所能承受的过电压数值计算公式如式（1）所示。一般电动机1分钟工频耐压值为：2Ue+1。对运行的电动机取上述耐压值的75%，即电动机的冲击耐压值为：

Us=√2（2Ue+1）×1.15×75% （1）

式中：Us—电动机的冲击耐压值，kV； 1.15—电动机绝缘的冲击系数；Ue—电动机的额定电压，kV。

那么1.14kV电压等级电动机其相对地和相对相之间绝缘冲击耐压水平为：

Uo=√2（2×1.14+1）×1.15×75%=3.8 kV

真空接触器操作过程中，产生过电压的时间短，电压幅值上升快，滞留在电机内的电压能在瞬间升高到额定电压的7-9倍，也就是说电压能达到7-9KV，远远超出了电机的耐压水平，如不能及时抑制该过电压，对电机的危害很大。

四、采取的措施

4.1 抑制操作过电压的工作原理

利用降低恢复电压上升陡度，降低振荡频率，减少负载波阻抗，能有效降低过电压幅值。电容C除可降低过电压幅值外，主要用以减缓过电压上升陡度，因为这种过电压在极短时间内发生，du/dt很大，容易造成电机进线绕组匝间击穿，所以要降低匝间电压并使匝间电压分布均匀，其次达到降低截流过电压的目的；电阻R可消耗高频振荡电能，抑制截流过电压幅值，阻容保护器是一种保护效果较好的措施。

4.2 三种RC保护器的对比

目前有三种形式的RC保护器措施，即中性点直接接地的普通型RC保护器；中性点不接地型RC保护器；双路RC过电压保护器。

（1）普通型RC保护器

电机正常时，使用能达到抑制过电压的要求，但是电机发生单相短路时电容电流过大，导致RC保护器电阻烧损。

（2）不接地RC保护器

解决了因电容电流过大烧电阻的问题，但对于相对地之间的高频振荡没有消除，使得对地保护欠佳，油井电机也不宜使用。

（3）双路RC过电压保护器

采用R1、C1主要保护对地，选用电容量较大的C1用来吸收相间回路存储的能量；C2的接入消除了对地电路中的高频振荡，又解决了对地电流过大RC装置的电阻烧损问题，一般取值R1=100Ω/10W；C1=0.47?F；C2=0.01～0.1?F 。

结束语：

对于长期处于野外作业的抽油机电机损坏的原因有很多，如油井本身出现问题抽油杆断脱、抽油杆卡、负荷不平衡、电压缺相、各种开关元器件故障、电机本身缺陷、电机轴承老化、天气原因等都可能造成电机损毁，对于这些问题，我们要通过每天的巡视和定期的检查、调整、润滑等多方面的工作，延长电动机的使用寿命；在电动机修理过程中，从提高电机绝缘水平方面做文章，提高绝缘材料绝缘强度，提高绕组耐压水平；加上阻容（R-C）过电压吸收器的方法，抑制操作过电压对电动机绝缘的危害，总之要想更多的延长电机的使用寿命，就要通过多方面的做工作才能提高电力设备的管理水平。

参考文献：

[1]电机工程手册.北京： 机械工业出版社，2004

作者简介：褚红玉，女，出生日期1981年9月，2015年毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业，现工作单位：中原油田石油工程技术研究院，高级工。