CN100386833C - 限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法 - Google Patents

Abstract

限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法，在气体绝缘开关的动弧触头中镶入电阻，并在电阻和动弧触头之间设置绝缘套。该方法简单易行，在任何电压等级的GIS(全封闭组合电器)气体绝缘开关中都可以应用，不受气体绝缘开关及动弧触头原来外形尺寸的限制，而且效果明显。

Description

限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法

技术领域

本发明属于电力设备制造领域，涉及一种限制GIS内部快速暂态过电压的方法，特别涉及在隔离开关动弧触头中镶入电阻来限制GIS内部的快速暂态过电压的方法。

背景技术

气体绝缘开关装置GIS(全封闭组合电器)中隔离开关在开、合空载母线时所产生的快速暂态过电压(VFTO)严重威胁GIS及相关设备的安全运行。为了限制VFTO的影响，目前有以下措施：采用加装避雷器的方法，这种方法虽然可以限制VFTO的幅值，但不能限制其陡度；在日本的1100kV GIS中使用的一种方法是将隔离开关的屏蔽罩支柱换为线绕电阻，这使得隔离开关的结构较复杂，而且由于外形尺寸的限制，不能应用于低电压等级隔离开关中；理论界还提出将铁氧体磁环套在GIS隔离开关两端的导电杆上，改变导电杆局部的高频电路参数，增加行波能量的损耗，阻尼行波的传波，从而达到抑制VFTO的目的，但由于铁氧体磁环长时间工作在工频电流作用下，容易引起发热、破碎，从而导致GIS击穿，另外还要解决微粒的产生，以及加上铁氧体磁环后导体及外壳尺寸的变化等问题，此外这种方法的限制效果也不明显。

发明内容

为了解决现有技术中的上述缺点，本发明的目的在于提供一种限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法，该方法使用简单，不受尺寸的限制，而且效果明显。

本发明所采用的技术方案是，限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法，在气体绝缘开关的动弧触头中镶入电阻，在电阻和动弧触头之间设置绝缘套。

本发明技术方案的特点还在于，电阻的阻值为气体绝缘开关装置母线的一倍至两倍波阻抗之间。

本发明技术方案的另一个特点在于，绝缘套采用聚四氟乙烯，厚度≥5mm。

本发明采用在气体绝缘开关的动弧触头中镶入电阻，并且在电阻和动弧触头之间设置绝缘套的方法来达到限制GIS内部快速暂态过电压的目的，其方法简单易行，任何电压等级的GIS气体绝缘开关中都可应用，不受气体绝缘开关及动触头原来外形尺寸的限制，而且效果明显。

附图说明

图1是原隔离开关的动弧触头外形图；

图2是使用本发明方法的动弧触头结构示意图；

图3是不同电阻下的VFTO计算值，横坐标是插入电阻的阻值，纵坐标是VFTO过电压倍数；

图中，1触头，2绝缘套，3电阻，4弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1中显示，隔离开关的动弧触头都是实心的铜圆柱结构。

图2中，本发明在气体绝缘开关的动弧触头的触头1中镶入电阻3，用弹簧4将电阻3的尾部与触头1连接起来，并且在电阻3和动弧触头的触头1之间设置绝缘套2，绝缘套2采用聚四氟乙烯材料，厚度为5mm。

当隔离开关合闸时，动、静弧触头将首先接触。在接触前，由于电弧的预击穿作用，使得电流经动弧触头的触头1、电阻3，然后流到动弧触头1的尾部。加在电阻3上的电压由于绝缘套2的作用而不会引起电阻3的头、尾部之间击穿，因而动弧触头的头、尾部之间不会放电，这就保证了电阻3在接入回路过程中阻值的稳定。当隔离开关继续合闸时，静弧触头接触动弧触头1的杆状金属部分，从而将电阻3从回路中切除，直到隔离开关合闸到最终位置。在隔离开关的最终位置(合闸位或分闸位)，电阻3是在屏蔽室内，电阻中不流过电流。分闸过程与合闸过程相反。

图3显示，当隔离开关触头1上未加电阻3时，隔离开关操作所产生的VFTO幅值较低的是断路器处的VFTO，幅值较高的为套管处的VFTO，产生于套管处的VFTO值可达3.2倍，当隔离开关触头1上分别加上不同数值的电阻3后，产生于GIS内的VFTO值见图3所示，在电阻3的阻值约等于GIS母线管道的波阻抗时，VFTO的幅值明显下降。

在整个合闸过程中，电阻3接入回路的时间是靠绝缘套2的厚度来调节的。电阻3接入回路10ms就可以限制VFTO，为了使得绝缘套2有足够的绝缘强度，选取的厚度最佳为5mm，这样，电阻接入回路的时间约为50ms。当电阻值在一倍至两倍波阻抗之间时，VFTO数值变化不明显，再增大电阻值后，VFTO数值有微小增加，考虑到电阻将会产生热量，电阻值不能选得太大，建议选在60至80欧姆之间，这个数值与大部分300KV以上的GIS波阻抗相符合，此时VFTO的数值将被限制在1.5倍以下，这个数值已小于GIS及相关设备的绝缘击穿电压，不会引起GIS及相关设备的损坏，从而达到限制VFTO的目的。

当动触头合闸或分闸过程中，电阻3被接入回路，电阻3将会发热，在电阻3接入时间50ms内，计算电阻3的温升时可认为整个过程是绝热的，所以电阻3的热容量要足够大，且不易破碎，但当动弧触头继续合闸或分闸运动到最终位置，电阻3就会从主回路中断开，将没有电流流过，从而没有发热问题。

电阻3在绝热状态下的温升为：

$\mathrm{\ΔT}=\frac{\mathrm{\ρ}{I}^{2}t}{\mathrm{c\γ}{A}^2}$

式中：ρ为电阻率，(Ω/m)，I为电流(A)，t为通过电流的时间(s)，c为材料的比热[J/(kg*K)]，γ为材料的密度[103kg/m3]，A为导体的截面[m²]。

隔离开关操作最频繁的是安装和调试阶段，而在这段时间内GIS是不带电的，所以对电阻3来讲就没有发热问题，正常运行时，最多每小时操作一到两次，这对电阻3的散热非常有利，从而减小温升。电阻材料可以选择为金属电阻或陶制电阻，对小于1kW且仅有50ms接入时间并且每天连续操作次数很少的电阻3，电阻材料可选择的范围就很大，例如陶瓷电阻，甚止氧化锌电阻阀片均可以采用，因为它们每天所需要吸收的能量很小，不用担心电阻片的爆裂。

以金属线绕制的电阻3为实施例，将电阻3镶入隔离开关动弧触头的触头1中，电阻3周围用聚四氟乙烯绝缘套2。电阻3的温升暂定为150K，选用高阻材料铁铬铝(Cr25％)，其电阻率为1.4×10^-6Ω/m，比热为440J/(kg*K)，密度为7.1×10³kg/m³，这样可以求得电阻3的截面A为：

$A=\sqrt{\frac{\mathrm{\ρ}{I}^{2}t}{\mathrm{c\γ\ΔT}}}={\left(\frac{1.4\×{10}^{-6}\×4^2\×50\×{10}^{-3}}{440\×7100\×150}\right)}^{0.5}=4.9\×{10}^{-8}\left(m^2\right)=0.049\left({\mathrm{mm}}^2\right)$

为了获得60欧姆的电阻，需要电阻丝的长度为：

$L=\frac{\mathrm{RA}}{\mathrm{\ρ}}=\frac{60\×4.9\×{10}^{-8}}{1.4\×{10}^{-6}}=2.1\left(m\right)$

用金属线绕制电阻3时，可以采用无电感绕法，也可以采用有电感的绕制方法，电阻3有一定的电感时反而会对限制VFTO有利。

Claims (3)

1.限制气体绝缘开关内部快速暂态过电压的方法，其特征在于，在气体绝缘开关的动弧触头中镶入电阻，在电阻和动弧触头之间设置绝缘套。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电阻的电阻值为气体绝缘开关装置母线的一倍至两倍波阻抗之间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘套采用聚四氟乙烯，其厚度≥5mm。

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