阻容吸收原理：三相組合式過電壓吸收器詳解
為防止系統(tǒng)內(nèi)部瞬間過電壓沖擊（主要為斷路器、接觸器開斷產(chǎn)生的操作過電壓）對重要電氣設備的損傷，通行的做法是在靠近斷路器或接觸器位置安裝氧化鋅避雷器（MOA）或阻容吸收器進行沖擊保護。比較兩類產(chǎn)品性能上的優(yōu)點，氧化鋅產(chǎn)品的優(yōu)點主要在能量吸收能力強，可以用于防雷電等大電流沖擊；阻容吸收器的優(yōu)點主要在于起始工作電壓低，可有效吸收小電流沖擊對設備的影響。由于傳統(tǒng)避雷器或阻容吸收器是單極式，一端接母排一端接地，雖可以有效吸收相對地過電壓，但起不到相間過電壓的保護作用。故近年來推廣三相組合式過電壓吸收器，將上述兩類產(chǎn)品做成通過中性點再接地形式，以起到相間保護作用。
10年來三相組合式過電壓吸收器的推廣實踐顯示，以非線性氧化鋅電阻片元件為主的組合式產(chǎn)品整體事故率較低，事故主要在于個別廠家的個別批次產(chǎn)品生產(chǎn)工藝上的失誤。嚴格執(zhí)行相關標準的產(chǎn)品均能安全使用多年。相反，以薄膜電容元件為主的組合式阻容吸收器事故率較高，原因不明的電容器損壞事故時有發(fā)生。因此自2002年以后，主要的組合式阻容吸收器生產(chǎn)廠家均在其產(chǎn)品電容上串聯(lián)間隙或其它元件將電容器從正常系統(tǒng)中隔離，以防止繼續(xù)出現(xiàn)電容燒毀事故。對于此類問題，目前通行的解釋是：由于電容器為頻敏元件，對系統(tǒng)高頻諧波敏感性高。一旦系統(tǒng)諧波比較嚴重，就將使電容頻繁處于工作狀態(tài)，無法有效散發(fā)能量，積累導致Z終燒毀。這也是后來普遍裝設間隙或其它隔離元件的理論依據(jù)。但是，據(jù)此理論做出的組合式阻容吸收器，由于存在隔離裝置，使小電流區(qū)域阻容吸收器較氧化鋅型產(chǎn)品的性能優(yōu)勢有所降低；而在大電流區(qū)域阻容吸收器較氧化鋅型產(chǎn)品又有先天上的不足。那么能不能做出一種既不犧牲性能又保障安全的組合式阻容吸收器？我們對此有全新的認識。
我公司長期生產(chǎn)氧化鋅型限壓產(chǎn)品和阻容吸收型產(chǎn)品，依據(jù)我們的實際經(jīng)驗，認為過去電容燒毀頻頻的主要原因，并不能完全歸罪在諧波超標，而是其它問題。只要克服這個問題，就可以生產(chǎn)出一種無須隔離裝置依然可以長期安全使用的組合式阻容吸收產(chǎn)品。使組合式阻容吸收器真正在性能上遠遠優(yōu)于氧化鋅類產(chǎn)品。
在討論此之前，需要先明晰氧化鋅類組合式產(chǎn)品A、B、C、E四個模塊的常規(guī)配置方式。按照業(yè)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家的企標和今年剛通過審批的機械部部標，通行的配置方式如下： 電壓值：相模塊+地模塊=普通MOA 其中相模塊稍高于地模塊，或在相模塊中裝設間隙。 通流值：組合式各模塊均高于普通MOA也就是說，在氧化鋅電阻片的配置數(shù)量上，任意相模塊+地模塊=普通MOA；在氧化鋅電阻片的能量吸收能力上，組合式產(chǎn)品優(yōu)于普通MOA。
這里存在一個技術上的爭議。普通MOA一端接母線，一端接地線，系統(tǒng)電壓正常時其承受電壓為相電壓。組合式產(chǎn)品的這種配置，表面上看是假設相模塊+地模塊串聯(lián)后一起承受相電壓。然而事實上絕非如此簡單。因為A、B、C三個相模塊下部連為一體，相當于電阻星型連接。在系統(tǒng)電壓穩(wěn)定時，O點為標準的中性點，電位應為零（見附圖）。我們剛才假設的相+地串聯(lián)共同承受相電壓的情況并不成立。實際的情況是系統(tǒng)正常時，零電位點在地模塊的上端而非下端。相模塊需要單獨承受持續(xù)的相電壓。我們知道，氧化鋅電阻片兩端承受電壓超過持續(xù)運行電壓，使用壽命會急劇下降，數(shù)小時內(nèi)就將損壞。故在組合式產(chǎn)品出現(xiàn)早期，有人據(jù)此預測其不可行，必然使用不久就事故不斷。
可是實踐結果確是多年下來，絕大多數(shù)產(chǎn)品經(jīng)受了時間的考驗。那么是不是說上述的擔心是錯誤的？我們認為不是。只是由于氧化鋅的一個特殊性造成理論與實際的不符合。這個特殊性就是所有組合式產(chǎn)品均為中壓系統(tǒng)產(chǎn)品，沒有在高于35kV以上的高壓系統(tǒng)中使用過。我們知道，國內(nèi)中壓系統(tǒng)中性點一般是不直接接地的，存在單相接地故障下相電壓提高為線電壓的情況。在制訂以防雷限壓為根本目的的避雷器通行GB11032新標準時，為保障安全，是以避雷器能承受持續(xù)線電壓升高而不損壞來設計參數(shù)的，正常電壓下存在一個不小于1.7倍的裕度。
在進行組合式配置時，適當?shù)奶岣呦嗄K的電阻片數(shù)量或加裝間隙給電阻片分壓，就完全可以滿足電阻片數(shù)量幾乎減半依然安全使用的目的。這樣做既顯著提高了產(chǎn)品使用中的限壓性能，事故率又不會高。（附帶說一點，組合式產(chǎn)品在出現(xiàn)系統(tǒng)單相接地時，由于中性點漂移等原因，并適當增大通流容量，是能夠承受短期相電壓升高到線電壓的。新部標規(guī)定的組合式產(chǎn)品相極參數(shù)雖有一點偏低，實際生產(chǎn)中進行適當提高，安全性上沒有大的問題。）
氧化鋅型產(chǎn)品組合式改進事實上的成功，使一些技術上的問題被掩蓋了。于是阻容吸收器在進行組合式改進時基本上照搬了氧化鋅減半的做法�，F(xiàn)行的組合式阻容吸收器，基本上也就是按相模塊十地模塊=普通阻容吸收器的模式進行配置。這種完全照搬的做法，在這里卻產(chǎn)生了一個電容耐壓上的嚴重問題。
阻容吸收器的耐壓能力，一般參照GB311標準執(zhí)行，以10kV為例，參考新老GB311標準的不同，各廠家電容交流1min耐壓標準均在30~42kV左右。即使Z不嚴格的執(zhí)行311標準，耐壓30kV也基本上滿足安全要求了。可是在進行三相組合式配置以后，30kV的耐壓指的不是單個模塊，而是相模塊+地模塊之和。通過對上面氧化鋅型產(chǎn)品爭議的分析不難看出，其實上單個相模塊就將承受整個相電壓，實際使用中電容相模塊耐壓真實能力僅為國標的一半。
那么電容器有沒有象氧化鋅那樣有較大可以挖掘的安全裕度呢？沒有。因為阻容吸收器用電容為了具有強自愈功能，采用的為金屬化薄膜電容器。雖然理論上執(zhí)行GB11024電力電容器標準，耐壓應有兩倍左右裕度，但是金屬化薄膜電容器并不包括在此標準中。事實上金屬化薄膜電容多為電機專用，生產(chǎn)廠家執(zhí)行標準實際為GB3667。此標準對電容超壓的要求僅為1.1倍。根據(jù)我們長期對各電容生產(chǎn)廠家產(chǎn)品實測的結果，在超壓1.5倍下均耐受不到10秒鐘就將出現(xiàn)頻繁的擊穿和自愈循環(huán)，根本堅持不到1min。這與MOA超壓1.7倍以上還可以長期使用形成了鮮明的對比。如果耐壓能力不足，阻容吸收器這種頻敏設備諧波的侵害當然會變得很明顯。但這恐怕不能僅歸罪于諧波超標。
因此，我們認為導致組合式阻容吸收器電容頻頻出事的主要原因，是盲目照搬氧化鋅型產(chǎn)品組合化的經(jīng)驗，引發(fā)電容耐壓不足造成的，而不是主要在于諧波超標。加裝間隙或其它隔離元件后產(chǎn)品安全了也并不是消除了諧波侵害的原因，而是因為隔離元件給電容分了壓，電容兩端在正常電壓下的分壓變小了，因此安全了。
綜上所述，我們設計產(chǎn)品思路的關鍵是必須將各個相模塊的電容耐壓能力提高。我公司高性能組合式阻容吸收器將相模塊的耐壓能力提高了一倍，使相模塊單獨就能達到GB311的耐壓要求。同時在其它元件上做少量變動進行輔助，不再加裝間隙等隔離裝置，可以有效保證電容的安全運行。而放棄間隙等隔離裝置，大大提高了阻容吸收器的小電流響應性能，使阻容吸收器在性能上遠遠優(yōu)于氧化鋅型產(chǎn)品。特別適用于耐壓能力不足的電機類設備的過電壓保護，對普通電氣設備也具有遠高于現(xiàn)行各類產(chǎn)品的保護特性。
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