《過電壓及防護(hù)》

1、.第七章 過電壓及防護(hù).課程基本內(nèi)容課程基本內(nèi)容.7.1 大氣過電壓大氣過電壓7.1.1 雷電放電過程雷電放電過程 先導(dǎo)階段先導(dǎo)階段 主放電和迎面流注階段主放電和迎面流注階段 余輝階段余輝階段.7.1.2 雷電參數(shù)雷電參數(shù)雷暴日雷暴日(Td)：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)(30-40)。 雷暴小時(shí)雷暴小時(shí)(Th)：一年中發(fā)生雷電的小時(shí)數(shù)：一年中發(fā)生雷電的小時(shí)數(shù)(100)。 地面落雷密度地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一個(gè)雷暴每平方公里地面在一個(gè)雷暴日日 中受到的平均雷擊次數(shù)。中受到的平均雷擊次數(shù)。通道波阻抗通道波阻抗 0Z 3000Z.88lgIP一般地區(qū)：一般地區(qū)：少雷地

2、區(qū)：少雷地區(qū)：44lgIPI雷電流幅值（雷電流幅值（kA)P幅值大于幅值大于I的雷電流出現(xiàn)的概率的雷電流出現(xiàn)的概率經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式：雷電流幅值（雷電流幅值（I）：雷電流指雷擊于低接地電阻）：雷電流指雷擊于低接地電阻 （ ）的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。的物體時(shí)流過雷擊點(diǎn)的電流。02II 30.雷電流的波前時(shí)間雷電流的波前時(shí)間 、波長(zhǎng)、波長(zhǎng) 、陡度、陡度 1T2Ts40/6 . 2我國在防雷設(shè)計(jì)中取我國在防雷設(shè)計(jì)中取)/(6 . 2skAI波前的平均陡度：波前的平均陡度：sT41:1sT10020:2實(shí)測(cè)表明：實(shí)測(cè)表明：.雷電流極性及計(jì)算波形雷電流極性及計(jì)算波形7590%的雷電流是負(fù)極性，在防雷設(shè)

3、計(jì)的雷電流是負(fù)極性，在防雷設(shè)計(jì)中一般按負(fù)極性考慮中一般按負(fù)極性考慮常用計(jì)算波形：常用計(jì)算波形：(1). 雙指數(shù)波雙指數(shù)波0ti2T0.5I1TI)(0tteeIi.(2).等值斜角平頂波前等值斜角平頂波前0ti1TI.(3).等值半余弦波前等值半余弦波前0ti1TI0.5I)cos1 (2tIi1T.7.2 雷電沖擊波沿導(dǎo)線的傳播雷電沖擊波沿導(dǎo)線的傳播1. 波過程的定義波過程的定義在本課程中指電壓波（或電流波）在輸電線路、電纜、在本課程中指電壓波（或電流波）在輸電線路、電纜、變壓器、電機(jī)等電力設(shè)備上的傳播過程變壓器、電機(jī)等電力設(shè)備上的傳播過程2. 波過程的特點(diǎn)波過程的特點(diǎn) 電壓、電流不但是時(shí)間

4、電壓、電流不但是時(shí)間t的函數(shù)，而且也是空間位置的函數(shù)，而且也是空間位置x 的函數(shù)，的函數(shù)，需要用分布參數(shù)電路來分析。需要用分布參數(shù)電路來分析。),(),(txfitxfu3. 分布參數(shù)電路的應(yīng)用范圍分布參數(shù)電路的應(yīng)用范圍主要有兩大類：長(zhǎng)線路和高頻電壓（如雷電沖擊電壓波）主要有兩大類：長(zhǎng)線路和高頻電壓（如雷電沖擊電壓波）.200km6000km(20ms)1500km(5ms)50/2.1(s沖擊波沖擊波mUutx,0空氣中波的傳播速度為光速空氣中波的傳播速度為光速smc/300220kV線路的平均線路的平均長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為200250km沖擊波波前在沖擊波波前在線路上的分布線路上的分布長(zhǎng)度只有長(zhǎng)度

5、只有360m.波沿均勻無損單導(dǎo)線傳播示意圖波沿均勻無損單導(dǎo)線傳播示意圖t=0Eiu,dxL0dxL0dxL0t=0EdxC0dxC0dxC0dxC0 x.7.2.1 波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播波沿均勻無損單導(dǎo)線的傳播1 均勻無損單導(dǎo)線系統(tǒng)的波阻抗：均勻無損單導(dǎo)線系統(tǒng)的波阻抗：線路各點(diǎn)電氣參數(shù)完全一樣；線路各點(diǎn)電氣參數(shù)完全一樣；線路無能量損耗（線路無能量損耗（R0=0，G0=0）dxL0dxC0dxL0dxL0dxC0單元等值電路：?jiǎn)卧戎惦娐罚?dxiudxxiidxxuuxdxL0dxC0dxL0dxL0dxC0dxuCudCdq0設(shè)設(shè)dtdt時(shí)間內(nèi)，行波前進(jìn)了時(shí)間內(nèi)，行波前進(jìn)了dxdx距離，

6、則長(zhǎng)度為距離，則長(zhǎng)度為dxdx的線的線路被充電，充電電容為路被充電，充電電容為CodxCodx，使其電位為，使其電位為U U，在這段，在這段時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線獲得的電荷為：時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線獲得的電荷為：dtdxuCdtdCudtdqi0(1)充電電流充電電流.行波前進(jìn)了dx距離，磁通的增加量：dxiLidLd0dtdxiLdtdLidtdu0(2)（1） (2)（2） (1)001CLdtdxv波速波速00CLiuZ波阻抗波阻抗dtdxuCdtdCudtdqi0(1)充電電流充電電流.由電磁場(chǎng)理論可知：由電磁場(chǎng)理論可知：rhCrhLcrcr2ln22ln20000，)/(1031800smvrrrr 對(duì)

7、架空線：對(duì)架空線：csmv)/(1038 對(duì)油紙絕緣電纜：對(duì)油紙絕緣電纜：cvrr5 . 0, 4, 1.00CLiuZl波阻抗：l是表征分布參數(shù)電路特點(diǎn)的最重要的參數(shù)，它是儲(chǔ)能元件，表示導(dǎo)線周圍介質(zhì)獲得電磁能的大小，具有阻抗的量綱，其值決定于單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電感和電容，與線路長(zhǎng)度無關(guān)。l對(duì)單導(dǎo)線架空線，Z=500 左右，考慮電暈影響取400 左右，電纜的波阻抗約為十幾歐姆至幾十不等。.比較波阻抗比較波阻抗Z和和R： 波阻抗是一個(gè)比例常數(shù)，其數(shù)值只與導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感波阻抗是一個(gè)比例常數(shù)，其數(shù)值只與導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感和電容有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無關(guān)；而線路的電阻與線路長(zhǎng)度和電容有關(guān)，與線路長(zhǎng)度無關(guān)；而

8、線路的電阻與線路長(zhǎng)度成正比；成正比； 波阻抗是儲(chǔ)能元件，它從電源吸收能量，以電磁波的形式波阻抗是儲(chǔ)能元件，它從電源吸收能量，以電磁波的形式沿導(dǎo)線向前傳播，能量以電磁能的形式儲(chǔ)存在導(dǎo)線周圍的沿導(dǎo)線向前傳播，能量以電磁能的形式儲(chǔ)存在導(dǎo)線周圍的介質(zhì)中；電阻是耗能元件，它從電源吸收的能量轉(zhuǎn)換成熱介質(zhì)中；電阻是耗能元件，它從電源吸收的能量轉(zhuǎn)換成熱能而散失。能而散失。 二者量綱相同，并且都和電源頻率或二者量綱相同，并且都和電源頻率或 波形無關(guān)，可見波波形無關(guān)，可見波阻抗是阻性的；阻抗是阻性的；.2 均勻無損單導(dǎo)線的波動(dòng)方程：均勻無損單導(dǎo)線的波動(dòng)方程：tiLxu0tuCxi0uuvtxuvtxuu )()(

9、21iivtxuvtxuZi )()(121v電壓沿電壓沿x x方向的變化是由于電流在方向的變化是由于電流在L L0 0上的電感壓降；上的電感壓降；v電流沿電流沿x x方向的變化是由于在方向的變化是由于在C C0 0上分去了電容電流；上分去了電容電流；v負(fù)號(hào)表示在負(fù)號(hào)表示在x x正方向上電壓和電流都將減少。正方向上電壓和電流都將減少。.)(1vtxuu前行電壓波（入射波）前行電壓波（入射波）)(2vtxuu 反行電壓波（反射波）反行電壓波（反射波）)(1vtxii前行電流波前行電流波)(2vtxii 反行電流波反行電流波ZiuZiu ZZuuuuiiuuiu 注意：注意：前行電壓波和前行電流波

10、表示電壓和電流在導(dǎo)線上的前行電壓波和前行電流波表示電壓和電流在導(dǎo)線上的坐標(biāo)是以速度坐標(biāo)是以速度v沿沿x的正方向移動(dòng)。的正方向移動(dòng)。反行電壓波和反行電流波表示電壓和電流在導(dǎo)線上的反行電壓波和反行電流波表示電壓和電流在導(dǎo)線上的坐標(biāo)是以速度坐標(biāo)是以速度v沿沿x的負(fù)方向移動(dòng)。的負(fù)方向移動(dòng)。.l電壓波的符號(hào)只取決于導(dǎo)線對(duì)地電容所充電荷的符號(hào)，與電荷的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)l電流波的符號(hào)不僅與相應(yīng)電荷符號(hào)有關(guān)，而且也與電荷運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)l一般取正電荷沿x正方向運(yùn)動(dòng)形成的波為正電流波.行波計(jì)算的基本方程：行波計(jì)算的基本方程：ZiuZiu uuu iii .例題例題1 1：沿高度：沿高度10m10m，半徑為，半徑為10m

11、m10mm的單根架空線有一個(gè)幅值的單根架空線有一個(gè)幅值700kV700kV的過的過電壓波運(yùn)動(dòng)，求電流波的幅值。電壓波運(yùn)動(dòng)，求電流波的幅值。解題：導(dǎo)線的波阻抗為：解題：導(dǎo)線的波阻抗為：電流波幅值為：電流波幅值為：例題例題2 2：如還有一個(gè)幅值為如還有一個(gè)幅值為500kV500kV的過電壓波反向運(yùn)動(dòng)，求兩波疊加的過電壓波反向運(yùn)動(dòng)，求兩波疊加范圍內(nèi)導(dǎo)線上的電壓和電流范圍內(nèi)導(dǎo)線上的電壓和電流kAZUi56. 1450700/.反行波電流反行波電流導(dǎo)線電壓：導(dǎo)線電壓：導(dǎo)線電流：導(dǎo)線電流： I=1.561.11=0.45kAkVUUU1200 .7.2.2 行波的折射和反射行波的折射和反射1 折射波和反射

12、波的計(jì)算折射波和反射波的計(jì)算1v1i1u1Z2ZA波未到達(dá)節(jié)點(diǎn)波未到達(dá)節(jié)點(diǎn)A時(shí)，線路時(shí)，線路1上有：上有： 1i1u波到達(dá)節(jié)點(diǎn)波到達(dá)節(jié)點(diǎn)A后，線路后，線路1上有：上有： 線路線路2上有：上有：1i1u1i 1u 2i2u 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A上電壓、電流上電壓、電流 的連續(xù)性的連續(xù)性211uuu 211iii .又又111Zui111Zui 222Zui1121222uuZZZu1121121uuZZZZu 2122ZZZ電壓折射系數(shù)電壓折射系數(shù)2112ZZZZ電壓反射系數(shù)電壓反射系數(shù)12011.線路末端開路線路末端開路此時(shí)有：此時(shí)有：1, 2,2Z線路末端電壓：線路末端電壓：1222uuu電壓反射波：

13、電壓反射波：11uu 末端電流：末端電流：02i11ii 電流反射波：電流反射波：幾種特殊情況：幾種特殊情況：A1v11uu 1u1ZA11ii 1i1Z1v 末端開路時(shí)，末端電壓波發(fā)生正的全反射，電流波發(fā)生末端開路時(shí)，末端電壓波發(fā)生正的全反射，電流波發(fā)生 負(fù)的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓加倍；電負(fù)的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓加倍；電 流反射波流反射波 所到之處，線路電流變零。所到之處，線路電流變零。.線路末端短路（接地）線路末端短路（接地）此時(shí)有：此時(shí)有：1, 0, 02Z線路末端電壓：線路末端電壓：022 uu電壓反射波：電壓反射波：11uu 反射波所到之處：反射波所到之

14、處：112ii111111iZuZui 電流反射波電流反射波：A1Z1v11uu 1u11ii 1iA1Z1v 末端接地時(shí)，末端電壓波發(fā)生負(fù)的全反射，電流波發(fā)生末端接地時(shí)，末端電壓波發(fā)生負(fù)的全反射，電流波發(fā)生 正的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓變零；電正的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓變零；電 流反射波流反射波 所到之處，線路電流加倍。所到之處，線路電流加倍。. 線路末端既沒有電壓反射波，又沒有電流反射波，線路末端既沒有電壓反射波，又沒有電流反射波， 線路上電壓電流波形保持不變。線路上電壓電流波形保持不變。線路末端接負(fù)載（線路末端接負(fù)載（ ）1ZR 此時(shí)有：此時(shí)有：0, 0, 0,

15、 11 iuA1Z1u1ZR A1Z111/Zui1ZR .2 集中參數(shù)等值電路集中參數(shù)等值電路212121212122ZZZuuZZZuu 2i2u12u1Z2ZA1v1u1Z2ZA.1Z2Z母線母線A11iu，R、L、C22iu，33iu，3Z1Z12u2ZA3ZR、L、C電壓源等值電路電壓源等值電路12i1Z2ZA3ZR、L、C電流源等值電路電流源等值電路.建立集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）：建立集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）：入射波線路入射波線路1用數(shù)值等于電壓入射波兩倍的等值電壓源用數(shù)值等于電壓入射波兩倍的等值電壓源2 和數(shù)值等于線路波阻抗和數(shù)值等于線路波阻抗 的電阻串聯(lián)來等效；的電

16、阻串聯(lián)來等效；1u1ZR、L、C等其他集中參數(shù)組件均保持不變；等其他集中參數(shù)組件均保持不變； 折射波線路折射波線路2、3分別可以用數(shù)值等于該線路波阻分別可以用數(shù)值等于該線路波阻抗路抗路 、 的電阻來等效；的電阻來等效；2Z3Z彼德遜法則使用條件：彼德遜法則使用條件： 入射波必須是沿分布參數(shù)線路傳來的；入射波必須是沿分布參數(shù)線路傳來的； 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A后面的線路中沒有反行波，或節(jié)點(diǎn)后面的線路中沒有反行波，或節(jié)點(diǎn)A后面的線路后面的線路 中反射波尚未到達(dá)節(jié)點(diǎn)中反射波尚未到達(dá)節(jié)點(diǎn)A時(shí)；時(shí)；.7.2.3 行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容1.波穿過電感波穿過電感1Z2ZAL1u2u12u1

17、Z2ZAL2i.dti dLZZiu22121)(2)1 (/1222LteuZiu)1 (2/2112LteZZui其中：其中：)/(21ZZLL2122ZZZ2u12u1Z2ZAL2i.電壓折射波的波前陡度：電壓折射波的波前陡度：LteLuZdtud/1222:0t)/(212maxskVLuZ 211iii 1/211121)1 (2ieZZuiiiLt .電壓反射波：電壓反射波：)1 (2/12111111LteuZZZuiZu :0t11uu 11ii 112uu01i:t11uu 12uu電感相當(dāng)于開路電感相當(dāng)于開路電感的作用完全消失電感的作用完全消失上有壓降因?yàn)樽ⅲ捍藭r(shí)Luuu2

18、11 .1Z2ZL1u1i1v1v1u1u1u 2u2v1i 2i2v1i1v.2.波旁過電容波旁過電容1Z2ZA1uC2u12u1Z2ZAC2i.dti dZCZZZiZiZiiuC22121222121)()(2)1 (/1222CteuZiuCZZZZC)(2121其中：其中：2u12u1Z2ZAC2i.電壓折射波的波前陡度：電壓折射波的波前陡度：CteCZudtud/1122:0tCZu11max2 電壓反射波電壓反射波：11121)1 (/ueuuuuCt 分流因?yàn)樽ⅲ捍藭r(shí)CiiiiC211 .:0t11uu 11ii 01u112ii:t11uu 12uu電容相當(dāng)于短路電容相當(dāng)于短

19、路電容的作用完全消失電容的作用完全消失.1Z2ZC1u1i1v1u 2u2v1v1u1i2i2v1i1i .3. 串聯(lián)電感、并聯(lián)電容對(duì)波過程的影響串聯(lián)電感、并聯(lián)電容對(duì)波過程的影響 波前被拉平，波前陡度減小，波前被拉平，波前陡度減小，L 或或C 越大，陡度越小；越大，陡度越小；在無限長(zhǎng)直角波作用下，在無限長(zhǎng)直角波作用下，L、C對(duì)電壓的穩(wěn)態(tài)值沒有影響；對(duì)電壓的穩(wěn)態(tài)值沒有影響；各自的適用場(chǎng)合各自的適用場(chǎng)合LC.7.3 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置7.3.1 避雷針、避雷線避雷針、避雷線1 . 保護(hù)原理：保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避當(dāng)雷云放電時(shí)使地面電場(chǎng)畸變，在避雷針的頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的

20、空間以影響雷電先導(dǎo)雷針的頂端形成局部場(chǎng)強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針放電，再經(jīng)過接地放電的發(fā)展方向，使雷電對(duì)避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。防雷保護(hù)裝置：防雷保護(hù)裝置：指能使被保護(hù)物體避免雷擊，指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。.2 . 保護(hù)范圍、繞擊率保護(hù)范圍、繞擊率雷擊定向高度：雷擊定向高度：雷電先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度雷電先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，后，才會(huì)在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對(duì)避雷針放電，

21、才會(huì)在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對(duì)避雷針放電，H稱稱為定向高度。為定向高度。當(dāng)當(dāng)h30m時(shí)，時(shí)，H=20h;當(dāng)當(dāng)h30m時(shí)，時(shí)，H600m 繞擊率：繞擊率：指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的概率。指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的概率。我國有關(guān)規(guī)程推薦的保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)于我國有關(guān)規(guī)程推薦的保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)于0.1%的繞擊率。的繞擊率。.3 . 適用范圍適用范圍 避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對(duì)集避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對(duì)集中的保護(hù)對(duì)象；避雷線主要用于架空線路那樣伸中的保護(hù)對(duì)象；避雷線主要用于架空線路那樣伸展很廣的保護(hù)對(duì)象。展很廣的保護(hù)對(duì)象。(消雷器消雷器).4 . 單支避雷針的保護(hù)

22、范圍單支避雷針的保護(hù)范圍xhh5 . 1xrh45:30mh 水平面上水平面上的保護(hù)范圍的保護(hù)范圍xh.phhrxx)(xh2/hxh2/hphhrxx)25 . 1 (在某一被保護(hù)物高度在某一被保護(hù)物高度 水平面上，其保護(hù)半徑水平面上，其保護(hù)半徑 為：為：xhxrp 高度修正系數(shù)高度修正系數(shù)h1p30mhhp5 . 5120m30h 避雷針高度，避雷針高度，m.5 . 等高雙避雷針的保護(hù)范圍等高雙避雷針的保護(hù)范圍h5 . 10hxbxhxrhD12 水平面上水平面上的保護(hù)范圍的保護(hù)范圍xh.pDhh70)(5 . 10 xxhhb 兩針聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣的最低點(diǎn)高度兩針聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣

23、的最低點(diǎn)高度0hxb2 在高度在高度 的水平面上，保護(hù)范圍的最小寬度的水平面上，保護(hù)范圍的最小寬度xh一般情況下取一般情況下取hD5兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計(jì)算方法確定，兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計(jì)算方法確定，兩針中間的保護(hù)范圍用下式求得：兩針中間的保護(hù)范圍用下式求得：.6 . 單根避雷線的保護(hù)范圍單根避雷線的保護(hù)范圍hhhxhxrxrxr25:30mh.phhrxx)(47. 0 xh2/hxh2/hphhrxx)53. 1(單根避雷線的保護(hù)范圍一側(cè)寬度為：?jiǎn)胃芾拙€的保護(hù)范圍一側(cè)寬度為：.保護(hù)角：保護(hù)角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連

24、線的夾角hD.7.3.2 避雷器避雷器基本分類：基本分類：避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先運(yùn)行，當(dāng)作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先動(dòng)作，泄放大量能量，限制過電壓，保護(hù)電氣設(shè)備。動(dòng)作，泄放大量能量，限制過電壓，保護(hù)電氣設(shè)備。避雷器避雷器保護(hù)間隙保護(hù)間隙管式避雷器管式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器(MOA).對(duì)避雷器的基本技術(shù)要求：對(duì)避雷器的基本技術(shù)要求：過電壓作用時(shí)，避雷器要先

25、于被保護(hù)設(shè)備放電，這需要由過電壓作用時(shí)，避雷器要先于被保護(hù)設(shè)備放電，這需要由 兩者的全伏秒特性的配合來保證；兩者的全伏秒特性的配合來保證；避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次 過零時(shí)的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復(fù)正常；過零時(shí)的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復(fù)正常；0tu123P1被保護(hù)絕緣被保護(hù)絕緣2保護(hù)間隙或管式避雷器保護(hù)間隙或管式避雷器3閥式避雷器閥式避雷器.1 保護(hù)間隙和管式避雷器保護(hù)間隙和管式避雷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與被保護(hù)設(shè)備配合，動(dòng)作產(chǎn)生截波、不能保護(hù)帶繞

26、組的設(shè)備，被保護(hù)設(shè)備配合，動(dòng)作產(chǎn)生截波、不能保護(hù)帶繞組的設(shè)備，主要用于主要用于10kV以下配電網(wǎng)線路的保護(hù)，往往與自動(dòng)重合閘裝以下配電網(wǎng)線路的保護(hù)，往往與自動(dòng)重合閘裝置配合使用。置配合使用。保護(hù)間隙：保護(hù)間隙： 角形保護(hù)間隙角形保護(hù)間隙1主間隙主間隙; 2輔助間隙輔助間隙3絕緣瓷瓶絕緣瓷瓶0tubUmU過電壓波過電壓波絕緣上受到的實(shí)際電壓波形絕緣上受到的實(shí)際電壓波形保護(hù)間隙的伏秒特性保護(hù)間隙的伏秒特性.實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅弧能力的保護(hù)間隙。伏秒特性陡峭、實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅弧能力的保護(hù)間隙。伏秒特性陡峭、動(dòng)作產(chǎn)生截波、放電分散性大，主要用于輸電線路上絕緣比動(dòng)作產(chǎn)生截波、放電分散性大，主要用

27、于輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和變電站、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)。較薄弱的地方和變電站、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)。管式避雷器：管式避雷器：1產(chǎn)氣管；產(chǎn)氣管；2棒電極棒電極3環(huán)電極環(huán)電極 4導(dǎo)線導(dǎo)線S1滅弧間隙滅弧間隙 S2外間隙外間隙.2 閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)FS：配電型，適用：配電型，適用10kV及以下配電網(wǎng)中電氣設(shè)備的保護(hù)及以下配電網(wǎng)中電氣設(shè)備的保護(hù)FZ：變電所型，適用：變電所型，適用220kV及以下變電所電氣設(shè)備的保護(hù)及以下變電所電氣設(shè)備的保護(hù)FCZ：變電所型，適用：變電所型，適用33050

28、0kV變電所電氣設(shè)備的保護(hù)變電所電氣設(shè)備的保護(hù)FCD：旋轉(zhuǎn)電機(jī)型，適用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的保護(hù)：旋轉(zhuǎn)電機(jī)型，適用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的保護(hù). . 原理結(jié)構(gòu)圖原理結(jié)構(gòu)圖ZFR瓷套瓷套TiRiF火花間隙火花間隙R非線性閥片電阻非線性閥片電阻.主要特性參數(shù)主要特性參數(shù)額定電壓額定電壓工頻放電電壓工頻放電電壓滅弧電壓滅弧電壓沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)切斷比切斷比沖擊放電電壓沖擊放電電壓 )(ibU動(dòng)作過程動(dòng)作過程.保護(hù)比保護(hù)比殘壓殘壓 RU保護(hù)水平保護(hù)水平)(lpU/,max15. 1)()(stlbRlpUUUU通流容量通流容量.結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙單個(gè)平板火花間隙：?jiǎn)蝹€(gè)平板

29、火花間隙：1黃銅電極；黃銅電極；2云母墊圈；云母墊圈；3間隙放電區(qū)間隙放電區(qū)普通閥式避雷器的火花間隙由多個(gè)這種間隙串聯(lián)而成普通閥式避雷器的火花間隙由多個(gè)這種間隙串聯(lián)而成.旋弧型磁吹間隙：旋弧型磁吹間隙：主要用于主要用于FCD系列中系列中1永磁鐵永磁鐵 2內(nèi)電極內(nèi)電極3外電極外電極 4電弧電弧滅弧柵型磁吹間隙：主要用于滅弧柵型磁吹間隙：主要用于FCZ系列中系列中1磁吹線圈磁吹線圈 2輔助間隙輔助間隙3主間隙主間隙 4主電極主電極 5滅弧柵滅弧柵 6分路電阻分路電阻 7閥片電阻閥片電阻.閥片電阻：閥片電阻：SiC閥片和閥片和MOV閥閥片片閥片的非線性伏安特性：閥片的非線性伏安特性：Ciu 01iu

30、2i1u2u0ui特點(diǎn)：特點(diǎn)：流過小電流時(shí)（如工頻續(xù)流），流過小電流時(shí)（如工頻續(xù)流）， 電阻大電阻大 ;流過大電流時(shí)流過大電流時(shí) （如雷電流），電阻小（如雷電流），電阻小111/iuR 222/iuR 1線性電阻線性電阻2 . 0閥片電阻閥片電阻0理想情況理想情況.SiCMOVUIA5010A400100系統(tǒng)相電壓系統(tǒng)相電壓 必須用必須用火花間隙火花間隙.金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器.7.4 7.4 變電所與線路的防雷變電所與線路的防雷7.4.1 發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所必須裝設(shè)避雷針或避雷線對(duì)直擊雷進(jìn)行保護(hù)。按安裝方式的不同，避雷針分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。注意對(duì)絕

31、緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。 .l 變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針，則還有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。.l 為了防止避雷針對(duì)構(gòu)架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應(yīng)滿足下式要求：為了防止避雷針接地裝置與變電所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2亦應(yīng)滿足下式要求獨(dú)立避雷針應(yīng)有的空氣間隙.發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)l E1、E2為空氣間隙平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)和土壤平均沖擊擊穿場(chǎng)強(qiáng)。l用下面兩個(gè)公式校核獨(dú)立避雷針的空氣間

32、距和地中距離：.7.4.2 發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護(hù)裝設(shè)避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提： 它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合 它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度 被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。.1 避雷器與被保護(hù)設(shè)備連接一點(diǎn))(bbifU bbiZUU12.2 避雷器與被保護(hù)設(shè)備不在一點(diǎn)1()u tTat 但是在變電所中不可能也沒有必要在每個(gè)設(shè)備旁都裝一組避雷器，一般只在變電所母線上安裝避雷器，它除保護(hù)變壓器外，還要對(duì)其他設(shè)

33、備提供保護(hù)。 這樣，避雷器與各個(gè)電氣設(shè)備之間就不可避免地要有一定距離的電氣引線。在這種情況下，當(dāng)閥式避雷器動(dòng)作時(shí)，由于波的折射與反射，會(huì)使作用于被保護(hù)設(shè)備上的電壓高于避雷器的沖擊放電電壓或殘壓，影響了避雷器的保護(hù)效果。.l被保護(hù)絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進(jìn)波陡度a越大，電壓差值 也就越大。U22()()2 ()2 ()22Uu tTu tbba tTTa tTbblaTav.l絕緣沖擊耐壓水平應(yīng)滿足：l 閥式避雷器的保護(hù)距離： 避雷器具體安裝點(diǎn)選擇原則：“確保重點(diǎn)、兼顧一般”。在諸多的變電設(shè)備中，需要確保的重點(diǎn)無疑是主變壓器，應(yīng)盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。.3 變電所的進(jìn)線段保

34、護(hù)保證在靠近變電所的一段不長(zhǎng)(一般為l2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l 2km)的線段上加裝避雷線，使之成為進(jìn)線段；對(duì)于全線有避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)2km的線路劃為進(jìn)線段。在進(jìn)線段上, 加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。.發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)進(jìn)線段的作用： 雷電過電壓波在流過進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值； 限制流過避雷器的沖擊電流幅值 .內(nèi)部過電壓通常以標(biāo)幺值內(nèi)部過電壓通常以標(biāo)幺值pu(per unit)表示表示基準(zhǔn)?。夯鶞?zhǔn)?。?2nUkU系統(tǒng)額定電壓有效值系統(tǒng)額

35、定電壓有效值nUk容許電壓偏離系數(shù)容許電壓偏離系數(shù)對(duì)對(duì)220kV及以下系統(tǒng)：及以下系統(tǒng)：15.1k對(duì)對(duì)330500kV系統(tǒng)：系統(tǒng)：1.1k7.5 電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓即系統(tǒng)的最大工作即系統(tǒng)的最大工作相電壓幅值相電壓幅值.7.5.1 截流過電壓截流過電壓截流現(xiàn)象：截流現(xiàn)象：斷路器在電流自然過零點(diǎn)斷路器在電流自然過零點(diǎn) 之前強(qiáng)行切斷電弧之前強(qiáng)行切斷電弧0Iabti0.1 產(chǎn)生過電壓的基本過程產(chǎn)生過電壓的基本過程LCLiiiiQF閉合時(shí)：閉合時(shí)：工頻電壓下，工頻電壓下，iCiLiLiCiTLCuuTCAQF.設(shè)截流瞬間激磁電流為設(shè)截流瞬間激磁電流為I0，電容上電壓為，電容上電壓為U0

36、，則：，則：20202121UCILWWWTTCL當(dāng)全部磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量時(shí)：當(dāng)全部磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量時(shí)：20202max212121UCILUCWTTT2020maxUICLUTT.忽略截流時(shí)電容上儲(chǔ)存的能量，則：忽略截流時(shí)電容上儲(chǔ)存的能量，則：00maxIZCLIUTTTTTTCLZ變壓器的特性阻抗變壓器的特性阻抗2020UICLTT在一般變壓器中，在一般變壓器中，ZT很大，因而很大，因而所以在近似計(jì)算中，完全可以忽略所以在近似計(jì)算中，完全可以忽略2021UCT.切空變時(shí)過電壓：切空變時(shí)過電壓：U0U0I0tmaxUiutTTCLf21Hzf50LCuuLi.2 影響過電壓的因素影

37、響過電壓的因素?cái)嗦菲鞯男阅軘嗦菲鞯男阅茏儔浩魈匦宰儔浩魈匦?3 限制過電壓的措施限制過電壓的措施 斷路器的主觸頭上并電阻斷路器的主觸頭上并電阻減小變壓器的特性阻抗減小變壓器的特性阻抗采用糾結(jié)式繞組增大采用糾結(jié)式繞組增大CT、采用優(yōu)質(zhì)鐵芯減小采用優(yōu)質(zhì)鐵芯減小IL或或LT采用避雷器保護(hù)采用避雷器保護(hù)高值電阻，數(shù)萬歐；高值電阻，數(shù)萬歐；ZnO避雷器效果很好避雷器效果很好.7.5.2 電弧重燃過電壓電弧重燃過電壓1 產(chǎn)生過電壓的過程產(chǎn)生過電壓的過程（以切空載長(zhǎng)線為例）（以切空載長(zhǎng)線為例）TCZQF.TsLLL21等值電路：等值電路：TL線路電感線路電感sL發(fā)電機(jī)和變壓器的漏感之和發(fā)電機(jī)和變壓器的漏感之

38、和TC線路對(duì)地電容線路對(duì)地電容tUucosuTCTL21QFsLTL21CuuiTCALQFB.QF開斷時(shí)：開斷時(shí)：CL1電流電流 為容性，為容性，iuuCtui.1t2t3t4t5t6t7tUU3U5U7tii0tuu0.起始穩(wěn)態(tài)起始穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)）（UUUUUU2max第一次重燃：第一次重燃：UUUUC3)(21第二次重燃：第二次重燃：UUUUC5)3(21.2 影響過電壓的因素影響過電壓的因素?cái)嗦菲鞯男阅軘嗦菲鞯男阅?電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式.3 限制過電壓的措施限制過電壓的措施采用不重燃斷路器采用不重燃斷路器觸頭加裝并聯(lián)分閘電阻觸頭加裝并聯(lián)分閘電阻分閘過程：分閘過程：主主Q1先斷

39、開先斷開 RR抑制回路振蕩抑制回路振蕩 1.52周期后，輔周期后，輔Q2分閘分閘RQ1Q2RQ1Q 弧光接地接地過電壓弧光接地接地過電壓1. 發(fā)展過程發(fā)展過程SI2I3INCUBUAUABC1C2C3C. lUnCUIICjd3故障點(diǎn)接地電流：故障點(diǎn)接地電流：電弧自熄過程：電弧自熄過程： 很大很大弧道電離程度高、介質(zhì)恢復(fù)慢弧道電離程度高、介質(zhì)恢復(fù)慢 jdI過零時(shí)電弧經(jīng)暫時(shí)熄滅后很快重燃，可以認(rèn)為過零時(shí)電弧經(jīng)暫時(shí)熄滅后很快重燃，可以認(rèn)為 電弧穩(wěn)定燃燒，不致引起強(qiáng)烈振蕩電弧穩(wěn)定燃燒，不致引起強(qiáng)烈振蕩 很小很小弧道電離程度低、介質(zhì)恢復(fù)快弧道電離程度低、介質(zhì)恢復(fù)快 jdI過零時(shí)電弧熄滅后不重燃，永久熄弧過零時(shí)電弧熄滅后不重燃，永久熄弧 中等（數(shù)安數(shù)百安）中等（數(shù)安數(shù)百安）jdI電弧暫時(shí)熄滅（工頻半個(gè)周期），短時(shí)后再度擊穿電弧暫時(shí)熄滅（工頻半個(gè)周期），短時(shí)后再度擊穿產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩，故障相和健全相都產(chǎn)生過電壓產(chǎn)生強(qiáng)