大能容组合式过电压保护器（BSTG）在水泥厂中的应用

王琳琳 卢家涛

1 河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2 南水北调中线建管局河南直管建管局（450000）

大能容组合式过电压保护器（BSTG）在水泥厂中的应用

王琳琳1卢家涛2

1 河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2 南水北调中线建管局河南直管建管局（450000）

电网运行中所遭受的雷电过电压及操作真空断路器所产生的操作过电压对电气设备的危害是众所周知的，如何合理选用过电压保护器，对大气过电压及操作过电压进行有效的限制，是电气设计人员经常面临的一个重要问题。笔者以10 kV电动机为例进行分析、计算、选择。实际运行表明，由四个带放电间隙和氧化锌电阻串联单元组合的四星形大能容组合式过电压保护器（BSTG）可以有效的限制大气过电压和操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。

过电压；大能容组合式过电压保护器（BSTG）

水泥厂中主要的电气设备有变压器、电动机、电缆和断路器等，这些电气设备绝大部分时间工作在正常电压下，但随时有可能遭受到直击雷或感应雷等外部过电压的威胁，危及设备安全，导致电气设备绝缘加速老化甚至损坏，严重者更会扩大故障范围，引起重大的经济损失。此外，近年来由于真空断路器具有优良的灭弧性能、高电气恢复强度、优异的频繁操作特性等优点，在国内外中压系统中得到广泛应用。但操作真空断路器引起的操作过电压对电气设备的危害是非常大的。这是因为真空断路器其较强的灭弧能力往往在电流尚未达到自然零点前，电弧熄灭，这就使在切断感性负载时产生较高的过电压，这种内部操作过电压由于其峰值高、波形陡，因此对电气设备绝缘威胁很大。为保障电气设备的正常安全运行,合理选用过电压保护器,对大气过电压及操作过电压进行有效的限制。

1 组合式过电压保护器

组合式过电压保护器是一种新型过电压保护器，主要应用于35 kV及以下电力系统中，用以限制大气过电压、真空断路器操作过电压以及电力系统中可能出现的各种暂态过电压，可以有效地保护电动机、变压器、断路器、电容器、电缆等电力设备的绝缘不受损害，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。组合式过电压保护器的种类较多，使我们在应用选择上有很大的空间，但同时又会使我们选择更为慎重。这里以一个实例来探讨组合式过电压保护器的选用问题，以10 kV电动机为例进行选择。

在设计中，我们首先考虑选用常规不带放电间隙的星形接法氧化锌避雷器作为过电压保护，其相对地和相对相之间的绝缘所能承受的过电压数值，可用下式进行计算:

其中:Ue—高压电动机的额定电压；K—冲击系数，取K=1.15。

为了保证氧化锌避雷器的安全运行，其标称电压U1mA必须大于Ucg,因此对10 kV氧化锌避雷器通常取U1mA=18.5～19.5 kV；当选用氧化锌避雷器不带放电间隙时，其通过100 A时的操作冲击残压Uc与U1mA之比为1.4。可以求出:

从上面的计算结果可以看出Uc≈Us，因此常规不带放电间隙的星型氧化锌避雷器，对于保护高压电动机的相对地之间的绝缘是非常勉强的，其可靠性较差。

我们再来计算一下相对相之间的绝缘情况。仍以10 kV高压电动机为例，先对不带放电间隙的氧化锌避雷器进行计算，当相对地之间的绝缘上加有U1mA=18.5～19.5 kV时，其相对相之间的绝缘上也将加有1.5U1mA=1.5×（18.5～19.5）=27.8～29.3 kV，这些电压分别超过或接近10 kV高压电动机的Us数值。如果将氧化锌避雷器流过100 A时的操作冲击残压作为相对地之间绝缘上的电压，则此时加在相对

当系统发生单相接地时，其所能承受的工频电压最大值Ucg为:相之间绝缘上的电压,将比Us超过更多。由此可见，不带放电间隙的氧化锌避雷器对相对相之间的绝缘基本上起不到保护作用。

从上面计算结果可以看出，10 kV电动机若选用常规氧化锌避雷器进行过电压保护不能满足电气设备长期安全运行。因此，我们决定选用带放电间隙的四星形接法的大能容组合式过电压保护器（BSTG）。

大能容组合式过电压保护器（BSTG）的产品原理及特点。

大能容组合式过电压保护器，由四个带放电间隙和氧化锌电阻串联的单元组合成四星形结构，如图1。

图1 电气原理图

由上图看出:1）这种对称结构不论是相对地还是相与相之间均有两只氧化锌元件串联，避免了常规的氧化锌避雷器把中心点直接接地，使得相对地和相与相接地阻值不均衡的弊端。因此，对相对相和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。

2）BSTG过电压保护器采用四星形接线方式，可将相间出现的过电压幅值降低到最小，与常规的保护装置相比，其相间电压的幅值可下降70%。可将操作过电压可靠地限制在被保护设备的绝缘允许范围内，而且在单相接地、间隙性弧光接地和谐波振过电压下可以实现长期安全运行。

3）BSTG采用放电间隙和氧化锌非线性电阻相串联的结构，使两者互为保护。放电间隙使氧化锌电阻的荷电率为零，不存在老化问题。氧化锌电阻良好的非线性特性又使放电间隙动作后立即熄弧，不会出现截流和续流等，放电间隙不再承担灭弧任务，从而提高了其使用寿命。

4）带放电间隙的BSTG过电压保护器由于充分利用了氧化锌阀片的优点，间隙无需灭弧，因此只需一个间隙而且结构简单。一个间隙的结构使间隙分散度大的问题得到解决，一般由制造误差引起的分散度在10%以内。另外，单间隙使放电值不再受外壳环境因素变化的干扰，放电电压分散度在5%以内。

5）BSTG过电压保护器通过改善间隙的结构以及选择间隙之间瓷环材料的介电系数，冲击系数可以达到1，也就是上升前沿为1.2 μs的冲击电压放电值和上升前沿为5 ms的工频电压放电值一致。这样，在操作冲击电压波形范围内（20 μs～50 ms）的任意波形电压，放电电压值均相等。

对于10 kV电动机,我们选用BSTG-A-12.7/ 600,其保护器的额定参数:持续运行电压为12.7 kV，工频放电电压为17.2 kV，1.2/50冲击放电电压及残压不大于24.8 kV，100 A操作冲击电流残压不大于23.1 kV。其持续运行电压较高（12.7 kV＞10 kV），可以满足设备长时间工作在线电压下的要求。而通过100 A时的操作冲击电流残压又低于电动机绝缘能承受的过电压（23.1 kV＜25.6 kV）。因此，BSTG大能容组合式过电压保护器，可以有效地保护电气设备不受相对相和相对地过电压影响。

2 结语

从以上分析我们可以看出，常规不带放电间隙的星形接法氧化锌避雷器保护作用比较勉强，可靠性较差。而大能容组合式过电压保护器（BSTG）是由四个带放电间隙和氧化锌电阻串联的四星形结构，可以有效地限制大气过电压及真空断路器开断过程中所产生的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。从这几年投入水泥厂实际运行情况来看，未见发生误动作，系统也没有发生短路击穿现象，能够可靠运行。

[1]DL/T 620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].

[2]刘桂霞.真空断路器的操作过电压及其防护[J].电气技术, 2007.

[3]林桂.浅谈过电压保护器与避雷器在10 kV电网中的应用[J].投资与合作.