操作过电压之三——切除空载变压器（电感性元件）

空载变压器在正常运行时相当于一个激磁电感。切除空载变压器就是开断一个小容量的电感负荷，产生这种过电压的原因是流过电感的电流在达到自然零值前就被断路器强行切断，从而迫使储存在电感中的磁场能量转化为电场能量而导致电压的升高。其简化电路图如下所示：

当切除100A以上的交流电流时，开关触头间的电弧通常是在工频电流自然过零时熄灭的；但当切除的电流很小时，电弧往往会提前熄灭，也就是说电流会在过零前就被强行切断，出现所谓的截流现象。

变压器的空载电流非常小，只有几安至几十安，所以说截流现象频发。

切除空载变压器的波形图如下所示：

假如电流iL是在其自然过零时被切断的，电感中储存的磁能已全部转化为电能用来阻碍电流的减小，电感此时没有已没有存储能量。在iL被切断后，电容上电荷通过电感作振荡性放电，由于存在铁芯损耗及电阻损耗，这种放电会逐渐衰减至零。在此情况下，则不会产生过电压。

假如电流iL是在自然过零之前就被提前切断，此时电感中还存在一定的能量未释放完毕，由于自感效应，为了阻碍电流的减小，电感放电维持原电流方向，并对电容充电，直至电感中能量全部转移至电容。

根据能量守恒，可求得电容上出现的最大电压。具体方程如下：

其中WL为切断瞬间电感中储存能量，WC为切断瞬间电容中储存能量，W总为振荡过程中电容上的最大能量。解上述方程组，可得出：

由于变压器的寄生电容较小，在工程可以略去电容上所存储的能量，即得到：

其中（L/C）的开根称为变压器的特性阻抗。

拓展：

与切除空载线路不同，多次重燃将使得电感中所存储的能量越来越小，以致过电压幅值越来越低。这里与切除空载线路的主要不同点就是空载线路等同于大电容，而空载变压器等同与大电感。

切除空载变压器时，由于电容的充电电流与C成正比，在切除空载变压器时电容较小，充电电流较小，发生重燃时，电感中剩余能量会用来阻碍电源电流的增大，能量因此而被消耗。

切除空载线路时，由于电容C较大，充电电流较大，而电感较小，其储能也较小，一般来说，电感中的能量很快会全部转移至电容。在发生重燃时，电感中已无能量，不存在损耗的发生。

影响因素如下：

a、断路器性能

灭弧性能越强的断路器，其对应的切空载变压器的过电压值最大。

b、变压器特性

限制措施如下：

⑴、针对b，采用优质导磁材料，以减小激磁电流；或改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽，可使得过电压有所降低。

⑵、采用避雷器保护

在断路器的变压器侧装设阀型避雷器，由于切除空载变压器是极为平常的操作，所以在非雷雨季节，避雷器也不得退出运行。

⑶、装设并联电阻

在断路器主触头两侧并联一线性或非线性电阻，其限值应接近于被切除电感的激磁阻抗（数万欧）。