DCB三相组合式过电压保护器（适用于３～３５ＫＶ系统）【概述】 中性点非有效接地系统中，在真空开关频繁操作的场合，产生的过电压以相—相，相—地两种形式危机的绝缘，传统避雷器单一的相—地保护方式不能满足设备安全需要． 氧化锌避雷器（以下简称ＭＯＡ）非线型电阻主体优异的性能已为用电行业认识并接受． 我国二十世纪７０年代开发过的三相对称组合式Sic避雷器有对相间起保护作用的趋势，但由于Sic主体电阻性能的限制自身无法正常运行，所以避雷器相间保护问题一直悬而未决． 随着ZnO电阻性能的完善，三相组合式避雷器的相间保护理论从二十世纪九十年代才得以提上‘议事日程’，且其优异的操作过电压防护性能已为大多数用电行业所认识 而以此种形式制造成型的组合氧化锌避雷器作过电压保护水平是其生存与发展的基础，在考虑自身安全时必须保证产品的保护水平不能降低 为此我们结合了三相组合式结构避雷器与氧化锌非线电阻的性能优点研制出符合其自身特点的新型避雷器—中性点间隙体（DC）三相组合过电压保护器一：系统操作过电压的特点 3～35KV非有效接地电网中，真空开关已广泛用于电力、冶金、化工、煤炭、矿山、高层建筑和电气化铁道等领域，高压电机，电炉等设备频繁操作的场合，由于它断弧能力极强，强制熄弧将产生过电压，试验表明截流过电压幅值高达5～6倍，而相间过电压变得更加复杂。
真空开关开断高压电机或空截变压器产生的操作过电压有三种类型，既截流过电压；多次重燃过电压；和三相同步开断过电压，其与相—地过电压之间不是单一的倍关系而是线性关系，在极端情况下当两相对地过电压幅值相等，方向相反时，相间过电压达到相—地过电压的2倍，引起了相关部门的高度重视二：传统避雷器防护操作过电压的局限性 从1907年发明的氧化铝、氧化铅电阻，70年代的碳化硅非线性电阻到现在的氧化锌非线性电阻避雷器在其电阻主体上已趋成熟，特别是现在被广泛采用的ZnO电阻具有十分优异的V—1特性，如图—：500A操作冲击电流下的残压U500A：图1 ZnO的V-1特性 其在电网运行电压下通流极小用MOR叠制成交流系统无间隙金属氧化物避雷器（WGMOA），从1970年问世在电力系统推广很快 无间隙金属氧化锌避雷器（WGMOA）工作电阻片（Zno）对电压很敏感又无间隙长期承载的电网持续电压以及在其他电压（包括暂态过电压UTov、操作过电压和雷电过电压等）应力作用下产生热老化和热稳定的问题，运行经验表明，WGMOA在电网电压下损坏较多，GB11032-89 规定标称电压3～66KV系统用于无间隙金属氧化物避雷器（WGMOA）持续运行电压Uc≈Um/（Um是国标GB156-93 规定的相间最高电压），运行经验表明Uc≈Um/偏低的，故障率及淘汰率较高。
于是人们有通过提高无间隙金属氧化锌避雷器WGMOA持续运行电压来承受电网持续运行电压以及其他电压，而提高其持续运行电压，其动作电压及残压势必相应提高，对设备的保护效果很不可靠GB11032-89规定，6KV系统保护电动机无间隙金属氧化物避雷器（WGMOA）的持续运行电压为4..0KV，直流1mA参考电压U1mA≥11.3KV，电动机其相对地和相对相之间的绝缘耐压水平: Us=(2Ue+1)×0.75×K式中Ue—额定电压6KV , K—冲击系数,日本取1.25,前苏联取1.1-1.4,本文取1.15. 0.75—考虑老化系数.对于6KV电动机: Us=(2×6+1)×0.75×1.15 =15.9KV(峰值) 无间隙金属氧化物避雷器(WGMOA)相对地操作冲击电流100A残压为: U10OA=K(残压比)×U10OA=1.4×11.3=15.8KV在开关截流和多次重燃时相间过电压为对地过电压的1.5倍,在开关三相同步截流时相间过电压为对地过电压2倍,由于MOA的星形接法,MOA相对相之间操作冲击电流100A残压为: U相间=2×U100A=31.6KV>>15.9KV如此高的残压是6KV电动机所不能承受的,其它规定产品亦然. 所以说WGMOA的结构及参数设计较为片面,未考虑用电系统操作过电压相间幅值较高对设备相间危害的问题,仅能用来限制大气过电压. 据此,在设计过电压保护产品时其主体电阻参数与设备绝缘配合是依据,避雷器生产厂家考虑自身产品安全不能影响其保护效果,因此说:防护用电系统操作过电压的保护设备,其相间参数的设计与相对地参数应等同并与设备绝缘配合合理.三:新型结构形式的过电压保护理论 二十世纪70年代为保护电动机免受过电压的危害专门开发的三相对地Sic组合式避雷器有对相间起保护作用的趋势,但由于Sic主体电阻性能的限制其自身安全无法保证. 二十世纪80年代末,随着ZnO电阻性能的完善,才真正开始了三相组合式避雷器对设备相间绝缘保护理论的研究,三相组合式避雷器从二十世纪90年代得以应用. 这种氧化锌三相组合式避雷器,有A、B、C、D四只原件组成,两两组合成六只完整的避雷器,其中三只为相—相间避雷器,另三只为相—地间避雷器:A、B可串联组合一个相—相避雷器,同样A、C和B、C也可组合成两个相—相避雷器,再由A、D组合成一个相—地避雷器,同样B、D和C、D又可组成两个相—地避雷器,因此它不仅能对相—地过电压起到限制作用,同时它在限制相—相过电压方面与限制相— 地过电压起到同等的作用. 然而实际运行表明此种MOA运行寿命很不可靠,造成此种情况的原因是很确定的,为了同时保护相—地,相—相过电电压对设备的危害,这种MOA将相间持续运行电压(Uc)设计同星形MOA的Uc(普通MOA相—相Uc=2X相对地Uc),那么相应的整组MOA的U1mA仅为普通MOA的1/2倍,而其亦无间隙隔离系统电压所以它在暂态过电压(TOV)应力下产生的热老化和热稳定问题,很难保证其在较小Uc下的寿命安全. 以上情况说明,三相组合式过电压保护理论是防护操作过电压的发展方向,但同时应保障其自身安全. 加装间隙用以承载系统电压与暂态过电压是保障其自身安全的必要条件. 为了解决无间隙三相组合式过电压保护器自身安全问题,加装间隙用以承载系统电压解决无间隙金属氧化锌避雷器(WGMOA)荷电率过高的问题是十分必要的,间隙隔离电阻在系统电压与暂态过电压下无工频老化,有效的保护了氧化锌电阻主体;同时因为间隙的作用,可以将氧化锌电阻的残压降低,相应就提高了保护水平. 比如国标规定的保护6KV电动机用无间隙金属氧化锌避雷器(WGMOA)的U1mA是6KV系列避雷器中最低的,为:≥11.3KV,操作冲击电流残压(U100A)比K值取1.4,那么6KV电动机用无间隙金属氧化锌避雷器(WGMOA)操作冲击电流残压U100A如上为≥15.8KV,不考虑相间问题其残压也过高,所以其对6KV电动机上是没有保护效果的. 而有间隙金属氧化物避雷器,间隙隔离了氧化锌非线性电阻长期承载的电网持续运行电压以及其他电压,只要考虑由于中性点不接地系统允许单相接地持续运行2小时,健全相避雷器不应动作;并且使过电压消失后氧化锌避雷器无续流就可以了. 因此取避雷器工频放电电压≥10KV,U1mA≥10KV即可,所以避雷器操作冲击电流残压降低为U100A≥14KV,大大提高了避雷器的保护水平.由此可见间隙与氧化锌非线性电阻的合理配合使间隙承载电压与暂态过电压,可以将避雷器残压降低,相应的保护水平与自身寿命提高.四:DCB产品过电压保护理论的先进性(一) 、DCB产品是对系统过电压及现行过电压保护产品的总结 如下图,DCB产品由四单元氧化锌组件(MOR)与一组合而成的中性点外串间隙体(DC)构成,简称DCB。
该产品设计思想独特新颖，技术性能合理、参数选取科学，产品采用了间隙体的优点，极大地提高了产品综合性能有间隙型组合式过电压保护器国内同类产品均将间隙与氧化锌阀片放在一个腔体内，易产生密封受潮、工放干扰、电蚀、老化等问题而我公司DCB产品在总结并保留有间隙系列组合式过电压保护器同类产品所具有的优点的同时，是国内唯一一家将间隙与电阻片各自独立密封，使主体电阻周围不存在空腔，解决了有间隙产品难以解决的密封受潮、防爆、工放干扰、电蚀、老化等问题，是国内第一家在此方向上取得专利的产品（专利号：ZL00 2 19208X），其它厂家所争论的专利均是考虑有无间隙或者间隙的多少的问题 图2 （二） 、 DCB产品保护效果明显自身运行安全可靠 本产品完全解决了同类产品所难以克服的自身安全问题并提高了保护水平，在保护高压电机及其它设备方面更具以下优点：（1）将间隙与电阻片各自独立密封，间隙或氧化锌分支单元的老化等现象不会再出现整体故障波及系统，并可单元维护，节约成本；采用氧化锌阀片和放电间隙相结合的结构，使两者互为保护。
放电间隙使氧化锌阀片的荷电率为零，氧化锌阀片的非线性有使放电间隙动作后立即熄弧，放电间隙不再承担灭弧任务，提高了产品的使用寿命，在操作过电压情况下，动作寿命比无间隙氧化物避雷器高10～30倍2）电压冲击系数为1，在各种电压波形下放电电压值均相等，不受各种操作过电压波形的影响，过电压保护值准确，保护性能优良采用间隙体结构的过电压保护器 ，消除了分布和杂散电容对放电性能的影响，解决了同类产品难以克服的间隙分散度较大的难题，保护值更加准确，与常规避雷器相比，相间过电压降低了60%～70%，保护的可靠性大为提高3）在限制间歇性弧光接地过电压及铁磁谐振过电压，其保护效果与非线性电阻（ZnO）的容量有关4）本产品选用阻燃、耐老化的硅橡胶做外壳材料，从内部引出四根硅橡胶高压电缆和氧化锌阀片整体硫化一次模压，故其电气绝缘性能好、介电强度高、抗电蚀、耐老化、无需考虑相间距离和爬电距离，可根据现场情况灵活安装（三）、DCB系列产品选例设计参数简介保护水平与自身安全是避雷器发展中矛盾的统一，二者不可偏废以6KV电动机为例： 由于电动机绝缘水平较低加之我国电力系统主要是中性点非有效接地系统，此种情况允许单相接地持续运行2小时以上，因此DCB在单相接地时不应动作，所以，用做电动机保护的DCB产品在设计时，要使间隙在过电压放电后工频无续流（自身灭弧），（1） 、当6KV系统一点接地时，健全相电压：6×1.15×=9.8KV（峰值） 1.15——考虑末端系数 考虑间隙分散取2%，Vg工放电压有效值，冲击系数1是十分理想的间隙，设计生产的DCB间隙配合ZnO无续流特性使其无须灭弧。
Vg=1/Vi（1-2%）=10.4KV （Vi=V1.2/50≤15KV）（2） 、取1mA参考电压:U1mA≥10KV,过电压消失后,工频无续流: I≤1mA U1mA≥10KV(3) 、操作冲击电流 残压:K1=U100A/U1mA=1.4为一般Zno阀片制造水平 U100A=1.4U1mA=1.4KV(相同亦然)是考虑在操作过电压下较完美的电动机保护效果.(4) 、考虑无截波C△U=0,过电压触发间隙后,电压快速下降形成截波,如没有严谨的设计值将损坏电动机、变压器等设备匝间绝缘,D。