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1、第五章 过电压保护,第一节 过电压概述 一、过电压及危害 过电压：电力系统运行中，出现危及电气设备绝缘的电压称之为过电压。 电气设备在正常运行时受相应的额定电压，但由于各种因数实际电压会偏离该值，但有一定的范围。如：10KV的最高电压为12KV，66KV的最高电压为72.5KV。由于雷击或者电力系统中的操作、事故等原因，是漏泄电气设备和线路上承受的电压大大超过正常运行电压，危及设备和线路的绝缘。,二、过电压的分类,过电压,雷电过电压,直接雷击过电压,雷电反击过电压,感应雷过电压,雷侵入波过电压,内部过电压,工频过电压,谐振过电压,操作过电压,线性谐振,非线性谐振,参数谐振,切、合空载长线路,切
2、、合空载变压器,开断感应电动机,开断关联电容器,弧光接地,三、雷电过电压,雷电放电是雷云所引起 的放电现象。如果放电时 附近没有带异号电荷的其 他雷云，这时雷云就会对 地放电，特别是对地面上 的高大树木或建筑物放电。,1、雷电放电,3、直接雷击过电压,定义： 雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）上产生冲击电压，引起过电压。这种过电压称为直接雷过电压。,4、雷电反击过电压,定义： 雷云对电力架空线路的杆塔部放电，或者雷云对电力架空线路杆塔顶部的避雷线放电，这时雷电流经杆塔入地。雷电流流经杆塔入地时，在入地阻抗上存在电压降。因此在顶部出现高
3、电位，这个高电位作用于电路的导线绝缘子上，如果电压足够高，有可能击穿，对导线放电，这种现象称为雷电反击过电压。,5、感应雷过电压,定义： 是指在电气设备的附近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导线上会感应大量的和雷云极性相反的束缚电荷，形成雷电过电压。,6、雷电侵入波,定义： 因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动的电荷称为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上的电气设备构成威胁，因此也称为雷电侵入波。 危害：如有处于分闸状态的线路开关，或者来到变压器线圈尾端中性点处，则会产生进行波的全反射。这个反射波与侵入波叠加，过电压增加一倍，极易造成击穿事故。,四、内部过电压,1、工
4、频过电压：电力系统中的工频过电压一般由线路空载、单相接地或三相系统中发生不对称故障时引起。,工频过电压特点： 持续的时间可能较长，但工频过电压数值并不是很大，对电力系统的正常绝缘危险不大。,电力系统包含有许多电感和电容元件 L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈等 C：线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电容、高压设备的杂散电容、均压电容等 ，存在有一系列的复杂的振荡电路，正常运行时由于负载的阻尼或大功率电源的存在，不会发生严重的振荡。但操作或事故引起的空载或轻载时可能产生幅值较高、持续时间较长的谐振过电压根据电感的特性把谐振分为：线性谐振、非线性（铁磁）谐振、参数谐振,2、谐振过
5、电压,2、谐振过电压,定义： 如果在串联电路中包括有电感、电容，当电感电抗和电容电抗数值都很大时而且彼此绝对值相等或接近时，将会出现很大的电流，而该电流会在电感电容上产生很高的电压降。这就是串联谐振过电压。,如：Z=R+j（XL-XC) 当XL=XC，则有i=u/ R+j（XL-XC) 为最大。,E,串联谐振电路,串联铁磁谐振电路,当谐振过电压发生 在铁磁电感与电容 组成的电路中时， 称为铁磁谐振电路,3、操作过电压,定义： 是指电力系统中郁郁操作或事故，使设备运行状态发生改变（例如停、送电时分、合闸操作），而引起相关设备电容、电感上的电场、磁场能量相互转换，能量转换可能引起振荡，从而产生过电
6、压。,例如：切除空载线路过电压（断路器灭弧不 够强时）,切空线操作是常见的一种操作，如检修线路断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长（0.51个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑过电压时，主要以切空线过电压为依据。,在电流波形瞬时值未达到零点之前，就强行将电流截断，如果分断的又是电感性负载，如高压电动机、变压器等设备，则有可能发生截流过电压。因为电流的突然变化，电感性负载设备磁路中磁通量跟着发生突变，根据电磁感应原理，将会产生
7、很高的感应电动势，从而发生过电压。,例如：切除空载线路过电压 （断路器灭弧很强，截流过电压）,第二节 直接雷击过电压,一.避雷针和避雷线,1.保护作用的原理,能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避雷针（线）周围的设备受到雷击,独立避雷针,构架避雷针,消雷器,2.保护范围,(1).单支避雷针,h:避雷针高度,m,被保护物高度,m,P:高度影响系数,(2).两支等高避雷针,a.定出保护范围上部边缘最低点o,b.二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度,(3).两支不等高避雷针,(4).多支等高避雷针,(5).避雷
8、线,第三节 雷电侵入波防护,为了防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所绝缘造成击穿损坏，合理配置避雷器，使雷电侵入波通过阀型避雷器对地放电，将能量卸掉。 对雷电侵入波的过电压保护主要措施有: 1、变电所进线段保护 2、变电所母线装设阀型避雷器 3、主变压器中性点装设阀型避雷器 4、与架空线路直接连接的电力电缆终端处装设阀型避雷器。,一、变电所进线段保护,变电所进线段保护的目的是防止进入变电所的架空线路在近区遭受直接雷击，并对由远方输入的雷电波通过避雷器或电缆线路、串联电抗器等将其过电压幅值和陡度限制到一个对电气设备有危险的较小数值。,1）、对于3KV-10KV配电装置其进线防雷保护和母线防雷保护
9、的接线方式：配电装置的每组母线上装设站用阀型避雷器FZ一组。在每路架空进线上装设线路用阀型避雷器FS一组。有电缆段的架空线路应装设在电缆头附近，其接地端应与电缆金属外皮相连；如果进线电缆在于母线相连时串接有电抗器，则应在电抗器和电缆头之间增加一组阀型避雷器。,1,2,3,TM,FS,FS,FS,FS,FZ,2）、 35KV-110KV架空送电线路，如果未沿全线架设避雷线，则应在变电所1Km2Km的进线段架设避雷线，其保护角宜不超过20，最大不应超过30.,3）、 35KV-110KV线路如果有电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀型避雷器，其接地端应与电缆的金属外皮连接。,二、变电所母线防
10、雷保护,要求：3KV10KV变电所应在每组母线和架空进线上都装设阀型避雷器，如上图所示，35KV及以上变电所具有架空进线的每组母线上都必须装设避雷器。,三、变压器中性点防雷保护,1）、中性点直接接地系统中，中性点不接地的变压器，如变压器中性点的绝缘按线电压设计，但变电所为单进线且为单台变压器运行，则中性点应装设防雷保护装置；如中性点没有按线电压设计，则无论进线多少，均应装设防雷保护装置。 2）、中性点小接地电流系统中的变压器，一般不装设中性点防雷保护；但多雷区单进线变电所宜装设保护装置；中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行可能，也应在中性点装设保护装置。 变电所内所有阀式避雷器应以最短的
11、接地线与主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。,四、配电变压器防雷保护,变压器的基本保护措施是:靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。 装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样，当侵入波使避雷器动作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破坏的机会。,第四节 过电压保护设备,防雷保护设备,保护间隙,阀型避雷器,排气式避雷器,基本要求,(1).能瞬时动作,(2).能自行迅速截断工频续流,工
12、频续流:避雷器在冲击电压作用后流经间隙的工频电弧,(3).具有平直的伏秒特性曲线,(4).具有一定的通流容量，其残压应低于被保护物的冲击耐用,残压：冲击电压通过阀式避雷器时，在避雷器上产生的最大压降,1.保护间隙,作用原理： 当雷电侵入波要危及它所 保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。,6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。,优缺点： 优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理 想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低,3.阀式避雷器,(1).普通型阀
13、式避雷器,a.结构与元件的作用：,火花间隙：,作用原理： 根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串联，易于切断工频续流，且不易重燃。,具有分路电阻的火花间隙：,为什么要在间隙两端并联电阻：,由于间隙各电极对地和对高压端有寄生电容存在，使电压在各间隙上的分布不均匀，从而使每个火花间隙的作用得不到充分发挥，减弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工频放电电压。,作用原理：,在工频和恢复电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分路电阻阻值较小，故间隙上的电压分布主要由分路电阻决定，而分路电阻组值相等，使间隙上的电压分布均匀，从而提高了熄弧
14、电压和工频放电电压。 在冲击电压作用下，由于其等值频率很高，电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布取决于电容分布，由于间隙对地和瓷套寄生电容存在，使电压分布不均匀，其冲击放电电压较低，改善了避雷器的性能。,非线性电阻,:非线性系数,b.工作原理,系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免由工作电压在阀片电阻中产生电流使阀片烧坏。 当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，从而使设备得到保护。由于阀片的非线性特性，其电阻在流过大的冲击电流时变得很小，故阀片上产生的残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备得到保护； 当过电压消失后，间隙能
15、在工频续流第一次过零时就将电弧切断，从而保护了被保护设备。,c.电气参数,(1). 额定电压：避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值,(2). 灭弧电压：保证能够在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压。,灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则将不能保证续流灭弧而使阀片烧坏。,(3). 工频放电电压：在工频电压下，避雷器将发生放电的电压值,(4). 冲击放电电压：指预放电时间为1.5-20微秒的冲击放电电压,(5). 残压：指雷电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的压降,(6). 保护比：指避雷器残压与灭弧电压之比,保护比愈小，说明残压愈低或灭弧
16、电压愈高，显示保护性能愈好。,(2).磁吹型阀式避雷器,结构原理：,4.排气式避雷器,结构,作用原理,当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，在工作电压作用下，流经间隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料分解出大量气体，管内压力升高，气体从开口孔喷出，从而使工频续流在第一次经过零值时就熄灭。,特点,其熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大，产气过多，易使管子炸裂；续流太小，产气不足以熄弧，故对工频续流有上下限的规定。,优缺点,熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特性较陡且放电分散性大，且会形成截波，并受大气条件影响较大，所只用在线路保护和变电所进线段保护,5.金属氧化物（氧化锌）避雷器,(1)、工作原理,正常运行时，在工频电压下氧化物电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放电流，避雷器两端维持较低的残压，保护电气设备不受损坏。过电压过后，立即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属氧
