電氣安全 第五章過電壓及低壓系統(tǒng)電涌防護

1、第五章：過電壓及低壓系統(tǒng)電涌防護過電壓指系統(tǒng)出現(xiàn)了超過正常電壓范圍的高電壓值。電力系統(tǒng)正常運行中，無論是過電流，還是過電壓都將對系統(tǒng)產(chǎn)生影響和危害，過電流的危害主要是大電流產(chǎn)生的力效應和熱效應會損壞系統(tǒng)設備，而過電壓的危害主要是使絕緣遭到破壞而導致系統(tǒng)設備損壞！對于供配電系統(tǒng)，若將用電設備考慮進去，過電壓危害形式要更多一些，總之，在供配電系統(tǒng)，短路造成的過電流一般僅危及系統(tǒng)安全，而過電壓不僅危及系統(tǒng)安全，還危及用電設備、人身、建筑物等的安全，其危害更廣，本章將主要研究供配電系統(tǒng)中過電壓的產(chǎn)生及防護問題。第1節(jié) 過電壓與設備耐壓：1、 過電壓：1、 過電壓的分類（1）按能量來源分：大氣過電壓和內(nèi)

2、部過電壓。1）大氣過電壓（外部過電壓）：直擊雷過電壓：是指雷云直接向桿塔、避雷線或導線放電產(chǎn)生的過電壓，比重大，危害大。感應雷過電壓：感應過電壓靜電分量-雷云中電荷突然消失，進而使靜電場突然消失造成的。感應過電壓的電磁分量-雷云放電中產(chǎn)生的突變電磁場耦合至導線上產(chǎn)生的感應電動勢引起的過電壓。感應雷過電壓對35KV以下系統(tǒng)危害大！ 通常S65m時，雷擊地面的概述轉大，此時感應過電壓最大值Ugm=25Ihl/s，I雷電流幅值（KA），hl導線高度（m），S雷擊點距導線距離（m）。（極性：與雷電流極性相反?。┤魧Ь€上方有避雷線，則其屏蔽作用，會使感應過電壓幅值降低。外部過電壓能量來自于雷電，能量量值

3、大、但作用時間短，通過各種途徑耦合到電網(wǎng)中。過電壓大小與系統(tǒng)標稱電壓無關，因此對中、低壓系統(tǒng)危害特別大。2）內(nèi)部過電壓：暫時過電壓：工頻過電壓和諧振過電壓。 操作過電壓：間歇電弧接地，空載分合閘過電壓。內(nèi)部過電壓能量來自于系統(tǒng)本身，是由于系統(tǒng)內(nèi)部運行狀態(tài)或參數(shù)發(fā)生變化引起能量重新分配過程中所產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。*操作過電壓：指在電力系統(tǒng)中實施了某種操作產(chǎn)生的過電壓。操作過電壓能量來自于操作過程中電網(wǎng)能量的轉換和重新分配。常見有：投、切空載線路引起的過電壓，切除空載變壓器引起的過電壓，開斷電容器組或高壓運轉電機產(chǎn)生的過電壓。*諧振過電壓：電力系統(tǒng)中電感與電容參數(shù)在特定配合下發(fā)生的諧振。諧振過電壓能量

4、來自于電網(wǎng)不同部分之間電、磁能量的來回轉換。常見有：線性諧振過電壓、非線性（鐵磁諧振）過電壓。*工頻電壓升高：工頻過電壓能量直接來自于系統(tǒng)電源。 常見有：長線電容效應，過補償，不對稱故障，甩負荷，中性點位移，高電壓傳導。內(nèi)部過電壓能量可由電網(wǎng)源源不斷的補充、持續(xù)時間較長。過電壓程度與系統(tǒng)標稱電壓密切相關，即過電壓幅值與系統(tǒng)額定電壓有直接關系，一般為系統(tǒng)對地最大相電壓的2.754.0倍，因此對超高壓和特高壓系統(tǒng)危害特別大。從絕緣危協(xié)角度，內(nèi)部過電壓對中低壓系統(tǒng)危協(xié)不大，但從環(huán)境安全、人身安全及用電設備安全卻危害甚大，須以重視。（2）按持續(xù)時間分：瞬態(tài)過電壓和暫時過電壓。瞬態(tài)過電壓：大氣過電壓、操

5、作過電壓。暫時過電壓：工頻過電壓、諧振過電壓。2、 過電壓量值的表示方法：（1）與過電壓量值表達相關的兩個術語1）系統(tǒng)最高電壓Um。在正常運行條件下，系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大電壓值，但不包括瞬變電壓。對中壓系統(tǒng)，Um一般為系統(tǒng)標稱電壓UN的1.2倍。2）系統(tǒng)最高電壓范圍。范圍I：3.6kVUm252kV；范圍，Um 252kV。 注意不要與低壓系統(tǒng)的電壓區(qū)段混淆。（2）過電壓程度的工程表示方法1）大氣過電壓：直接用電壓值表述，通常還要注明電壓波形。2）相對地工頻過電壓：用標幺值表述，基值為最高相電壓有效值，記為p.u.： P.u=Um/31/2 3）相對地操作與諧振過電壓：同樣用標幺值表述，基值為最

6、高相電壓幅值： P.u=21/2Um/31/2 2、 電氣設備的耐壓：1、作用電壓與設備耐壓（1）作用電壓 電氣設備耐壓與作用于其上的電壓形式和作用時間、作用次數(shù)等密切相關。作用于其上的電壓作用電壓。（ 應考慮哪些形式的作用電壓呢？）根據(jù)設備實際可能承受的過電壓情況，確定出一些相對應的典型作用電壓形式，并以工程標準的形式發(fā)布推行。（見PPT）（2）設備耐壓 與標準作用電壓相對應，規(guī)定了一系列標準耐受試驗，通過這些試驗，可得出設備絕緣在不同情況下的耐受電壓能力，其中工頻耐壓和沖擊耐壓為最常用的耐壓參數(shù)，如：1）最高工作電壓：能長期承受的工頻電壓上限值，由持續(xù)工頻耐壓試驗確定。2）1min短時工頻

7、耐壓：由短時工頻耐壓試驗確定，考察對暫時過電壓承受能力。工頻耐壓決定了電氣設備在工頻電壓升高情況下是否能不被破壞3）雷電沖擊耐壓：由1.25s/50s沖擊耐壓試驗確定，考察對雷電過電壓的耐受能力。沖擊耐壓用于考查電氣設備在雷電過電壓沖擊下絕緣是否能不被破壞！（3）氣體絕緣沖擊耐壓的伏秒特性： 對于某一定的電壓波形，必須用電壓峰值和持續(xù)時間兩者來共同表示，這就是該氣隙該電壓波形下的伏秒特性。伏秒特性表明擊穿時間與電壓量值的關系。 注意：繪制伏秒特性曲線時，波前擊穿與波尾擊穿電壓取值不同。第2節(jié) 變配電所過電壓保護 變配電所遭受雷害可能來自兩個方面，一方面雷直擊，采用架避雷針、避雷線措施防護；另一

8、方面雷擊線路沿線路入侵過電壓，采用裝設避雷器以限制入侵至變電所、配電所的過電壓。1、 避雷器：1、 避雷器工作原理 避雷器是防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿電力線路入侵至變配電所或其它建筑物內(nèi)的一種壓控電器，當過電壓沿電力線路入侵至變配電所時，避雷器先于被保護設備被擊穿，釋放過電壓能量，保護電氣設備。一般避雷器裝設在線路（建筑物）的進出口處，與被保護物體并聯(lián)，當侵入過電壓超過某一電壓時，避雷器動作使過電壓被限制，從而使電氣設備得到有效保護。（1）、避雷器基本要求：1）在過電壓作用下，避雷器應該先于被保護設備放電。（靠兩者之間的伏秒特性配合實現(xiàn)）2）避雷器應具有一定的熄弧能力，以便在工頻續(xù)流第一次過零點時

9、能迅速可靠地被切斷。（2）、避雷器的基本分類及使用場合：保護間隙、管式避雷器、閥式避雷器、金屬氧化物避雷器。1）保護間隙和管式避雷器：主要用于線路的過電壓保護，其中保護間隙主要用于10KV及以下低壓配電網(wǎng)線路保護，管式避雷器主要用于發(fā)電廠、變電所進線保護！2）閥式避雷器和金屬氧化物避雷器：主要用于發(fā)電廠和變電所中的過電壓保護，220KV及以下系統(tǒng)，主要用于限制大氣過電壓，220KV-500KV系統(tǒng)中除限制大氣過電壓外，磁吹式和金屬氧化物避雷器還可以回來限制內(nèi)部過電壓或作為內(nèi)部過電壓的后備保護！2、避雷器的類別與特性：（1）、保護間隙：1) 結構及工作原理：P148圖5-3*結構：主要由主間隙和

10、輔助間隙構成，有棒型、角型、常用羊角型！*工作原理：當過電壓值超過保護間隙動作值時，間隙被擊穿，過電壓經(jīng)其流入大地，過電壓作用之后，工頻續(xù)流產(chǎn)生的電弧，在羊角狀間隙中利用工頻電弧在自身電動力和熱氣流作用下向上運動，使電弧伸長，從而熄滅電弧。2）主要優(yōu)缺點：*結構簡單，價格低廉。*優(yōu)秒特性比較陡，與被保護設備的伏秒特性很難配合。*動作后會形成截波，對變壓器的縱絕緣（匝間）不利！*滅弧壓力差，工頻續(xù)流會導致單相接地故障。3）適用范圍：10KV及以下配電系統(tǒng)的線路保護。（2）管式避雷器：實質是一個具有較高熄弧能力的保護間隙！1）結構及工作原理：P148圖5-4*結構：主要由主氣管、內(nèi)間隙、外間隙、電

11、極等構成。*工作原理：雷電過電壓入侵S1S2同時擊穿，雷電流入地過電壓消失，有工頻續(xù)流流過S1產(chǎn)生強烈電弧使管內(nèi)的材料分解產(chǎn)生大量氣體氣體沿管口吹出電弧迅速熄滅S2恢復絕緣系統(tǒng)正常運行！2）主要優(yōu)缺點：*結構簡單，滅弧壓力強，經(jīng)濟實用。*優(yōu)秒特性比較陡，不易與變壓器等伏秒特性較平坦的設備配合。*動作后產(chǎn)生載波，對變壓器縱絕緣不利！*熄弧能力與工頻續(xù)流大小有關，因此選擇時應根據(jù)安裝點參數(shù)合理選擇（存在熄滅電弧對應工頻續(xù)流的上、下限問題，若續(xù)流過大，產(chǎn)氣量過多，可能會造成產(chǎn)氣管炸裂；續(xù)流太小時，產(chǎn)氣量過少，管內(nèi)壓力太低，不足以吹滅電弧，極有上、下限規(guī)定，通常在型號中表明如GXS35/210）。3）

12、選擇與安裝：*選擇：上限要大于安裝點短路電流的最大值，下限應小于安裝點適中電流最小值。*安裝：為防吹氣時發(fā)生弧光相間短路以及管內(nèi)積水，其開口端應向下傾斜，與水平面交角要大于1520，三相開口方向應不同。4）適用場合：用于線路保護（如大跨距和交叉檔距）以及發(fā)、變電所的進線保護。（3）、閥式避雷器：1）結構及工作原理：*結構：由火花間隙和具有非線性電阻特性的閥片組成，并裝設在密封的磁套管內(nèi)。*工作原理：如圖P149圖5-6所示，系統(tǒng)正常運行時，火花間隙將閥片電阻與線路隔離過電壓到來時，首先使火花間隙擊穿放電大的沖擊電流由閥片導入大地由于電流大，閥片電阻很小殘壓較小且低于被保護線路及設備的沖擊耐壓值

13、使線路及設備得到保護，過電壓消失后工頻續(xù)流流過時，因電流小故閥片電阻值很大限制了工頻續(xù)流值當電弧第一次過零時被熄滅，切斷電路！2）各類及常見型號：閥型避雷器分為普通型和磁吹型。*普通型：FS系列：配電型10KV及以下配電網(wǎng)中電氣設備保護 FZ系列：變電所型220KV及以下變配電所電氣設備保護*磁吹型：FCZ系列：配電型10KV及以下配電網(wǎng)中電氣設備保護 FCD系列：旋轉電機型，旋轉電機保護3）普通型閥式避雷器及磁吹式避雷器應用場合：普通型熄弧完全依靠間隙的自然熄弧能力，熱容量有限，不能承受較長持續(xù)時間的內(nèi)部過電壓沖擊電流，故不允許在內(nèi)部過電壓下動作，主要用于220KV及以下系統(tǒng)，作為限制大氣過

14、電壓。磁吹型閥型避雷器是利用磁吹電弧來強迫工頻續(xù)流熄弧，其單個間隙的熄弧能力較高，其沖擊放電壓和殘壓較低，保護性能較好，且閥片熱容量也較大，允許通過內(nèi)部過電壓作用的沖擊電流，故可用作限制內(nèi)過電壓。4）普通閥型避雷器非磁吹火花間及隙閥片電阻：*非磁吹火花間隙：間隙0.51.0mm，工頻放電電壓2.7-3.0KV，云母墊片間隙的電暈放電使分散性小，伏秒特性平坦，易于配合多個間隙串聯(lián)，滅弧能力強，可切斷80100A工頻續(xù)流，且間隙恢復強度高，無熱電子發(fā)射時，單個間隙初始恢復強度可達250V。*閥片電阻：閥片為SiC燒結而成（300350），伏安特性：UCi，C常數(shù)（與材料有關），非線性系數(shù)，一般為0

15、.2，閥片電阻非線性越好越有利于滅弧，同時還可避免載波的產(chǎn)生，動作后有一定的殘壓，但閥片電阻有熱容量間題。規(guī)定35220KV閥型避雷器以5KA雷電流為設計依據(jù)，絕緣配合也以5KA雷電弧作用下殘壓為依據(jù)即Uc5！普通閥型避雷器通流容量以波形20us/4us,峰值5KA沖擊電流和幅值100A工頻半波電流各20次。5）磁吹閥式避雷器：*磁吹火花間隙：間隙放電后的工頻續(xù)流是利用磁場使電弧運動（旋轉式拉長）來提高滅弧能力，旋轉型可熄滅300A工頻續(xù)流（如FCD系列），限流型（拉長型）可達450A（如FCZ系列），且閥片電阻數(shù)目也可，殘壓低。*磁吹火花間隙的原理：沖擊電壓作用F主、輔間隙被擊穿雷電流 主、

16、輔閥片入地工頻續(xù)流通過時輔助間隙自動熄弧工頻續(xù)流進入磁吹線 產(chǎn)生磁吹滅弧。*并聯(lián)電阻：作用使間隙電壓分布均勻，通常使用有足夠熱容量的非線性電阻！*閥片電阻：一般為0.2，但通流容量大（高溫燒結：350 1390），可用于330KV以上系統(tǒng)中限制內(nèi)部過電壓。（4）、金屬氧化物避雷器：1）結構與原理：*結構組成：上世紀70年代開始使用，無火花間隙，其閥片及Zn0為主要材料， 少量精選過的金屬氧化物經(jīng)高溫燒結而成，具有非常理想的非線性特性。*工作原理：正常狀態(tài)下電阻值極高，通過電流僅為1015A，按近于絕緣狀態(tài)，過電壓工作下電阻值急劇下降相當于閥門打開，導通后殘壓與電流大小無關當電壓低于導通電壓時閥

17、片電阻極大，相當于絕緣體，不存在工頻續(xù)流。伏安特性UCi，一般在0.01-0.04。2）主要特點：*無間隙：正常工作電壓下電導電弧只有十幾微安，相當絕緣體，故無火花間隙，結構簡單，尺寸小，重量輕，安裝方便！*保護性能好：伏秒特性平坦，易于配合保護變壓器、變電所等設備。*通流容量大，能制成重載避雷器：通流能力為SiC閥片44.5倍，可用于操作過電壓的保護！*無續(xù)流，耐重點動作能力強：續(xù)流為A 級可視為無，可耐受多次雷擊和主要動作操作過電壓！*缺點：起始動作電壓較低，易受暫態(tài)過電壓影響，且成本高。3）有間隙金屬氧化物避雷器：起始電壓較低，承受暫態(tài)電壓能力差，運行中損壞爆炸率高。（4）保護用電容器：

18、如阻容耦合吸收裝置常用于限制過電壓！3、閥式避雷器的主要參數(shù)：（1）SiC避雷器參數(shù)1）額定電壓：安裝處電力系統(tǒng)電壓等的額定電壓。2）滅弧電壓：指為保證工頻續(xù)流電弧在第一次過零時可靠熄滅所允許加在避雷器上的最高工作電壓。規(guī)定：大于安裝點最高工頻電壓：對小電流接地系統(tǒng)，此電壓為最大工作線電壓的100%110%，對大電流接地系統(tǒng)，此電壓為最大工作線電壓的80%。3）工頻放電電壓：指能使避雷器發(fā)生放電的工頻電壓下限值。規(guī)定：中性點不接地系統(tǒng)比電壓應高于系統(tǒng)最大工作比電壓3.5倍，而在中性點接地系統(tǒng)，工頻放電電壓應高于3倍。4）沖擊放電電壓：指在標準沖擊波作用下避雷器的放電電壓，我國生產(chǎn)的避雷器此電壓

19、與Uc5基本相等。5）殘壓：指沖擊放電電流通過避雷器時在閥片電阻上產(chǎn)生的電壓降。6）通流容量：指避雷器通過電流的能力。普通閥型避雷器通流容量以波形20us/4us,峰值5KA沖擊電流和幅值100A工頻半波電流各20次。7）保護比：指避雷器殘壓與滅弧電壓幅值之比，普通閥器：2.3-3.5，磁吹式：1.7-1.8。8）切斷比：指避雷器工頻放電電壓限與滅弧電壓幅值之比。愈趨向1趨好?。?）Zn0避雷器的參數(shù)：1）額定電壓：施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值。2）最大持續(xù)運行電壓：允許持續(xù)地加在避雷器端子間的最大工頻電壓有效值。3）起始動作電壓：指避雷器通過1mA電流時兩端的電壓。4）殘壓：指

20、放電電流通過Zn0閥片時在避雷器上所產(chǎn)生的電壓峰值。5）通流容量：指避雷器通過電流的能力作業(yè)：P185 5-1、5-11、5-12補充：1、避雷器的作用是什么？有哪些基本要求？常用避雷器有哪幾種？性能最好的是什么避雷器？簡述氧化鋅避雷器主要特點。2、 SiC閥型避雷器有哪兩種？畫出普通閥型避雷器原理圖并簡述其工作原理。2、 變配電室外部過電壓防護輸電線路及發(fā)電廠、變配電所是電力系統(tǒng)的動脈及心臟，因此其過電壓的防護極其重要。1、閥式避雷器的保護原理（1）、保護有效性的必要條件1）避雷器保護特性與被保護設備耐壓特性配合。（指擊穿時間特性）2）避雷器殘壓應低于被保護設備沖擊耐壓。（該兩條必要條件是否

21、充分，取決于被保護設備和避雷器是否承受相同的電壓）。3）被保護設備應處于避雷器保護距離之內(nèi)?。?）、距離的影響（見PPT曲線圖）1）、變壓器與避雷器間距為零時的保護：經(jīng)分析，避雷器放電前后，作用在避雷器上的電壓有兩個峰值Ush（避雷器沖擊放電電壓），Ures（避雷器最大殘壓），由于閥型避雷器伏秒特性較平坦，故Ush值基本不隨入侵波陡度而變，Ures為殘壓，僅與雷電流大小有關，因閥片的非線性、雷電流變化時，Ures基本不變。由于Ush與Ures相近，為分析方便可以將避雷器上的電壓近似看成一個具有斜角波頭的平頂波，幅值為5KA的殘壓Ures，波頭時間則取決于入侵波陡度，若入侵波為斜角波即at，此時

22、避雷器的作用相當于從放電時刻起，在避雷器的安裝點產(chǎn)生了一個負電壓波a(t-tp)。由于避雷器直接接在變壓器旁，故變壓器上的過電壓波形與避雷器相同，若變壓器沖擊耐壓值大于Ures，則變壓器可得到保護！2）避雷器與變壓器距離不為零保護：變電所中有許多電氣設備，不可能在每個設備旁都裝設一組避雷器，一般只在變電所母線上裝設避雷器，由于變壓器是變電所中最重要設備，故避雷器盡量靠近變壓器，從而避雷器與變壓器及其它被保護設備存在一定距離，從而引出避雷器與被保護設備距離的問題，分析如下： 避雷器接在母線上，母線距變壓器L（m）入侵波陡度為a(kv/us)斜角波。*假設t0時入侵波到達避雷器，該處電壓A（t）=

23、at將按圖虛線1上升，經(jīng)過T0t/u后到達變壓器（不考慮變壓器入口電容），產(chǎn)生全反射，變壓器上電壓為入射波加反射波，UB2at，如虛線3所示。*經(jīng)過T0L/v時間，反射波到達避雷器，則曲線1與4選加與曲線3重A2a(t=L/v)。*當T 2T0時，A點電壓A（t）=2a（ tL/v），如圖中mn段，假定A（t）曲線在（top2L/v）時與避雷器伏秒特性相關，則避雷器動作限制了A點電壓A繼續(xù)上升，此后A保持定值為2a（T0L/v），其值為5A雷電流下的殘壓Ures，即t top時，A（t）=2a（topL/v）Ures。*避雷器放電后限制電壓的效果經(jīng)T0后到達變壓器，此時變壓器上最大沖擊電壓UT

24、Ures +2at。高出殘壓Ures值U2at2aL/v，若Ures +2aL/v值小于變壓器沖擊耐壓值則變壓器可得到保護！小結：避雷器保護距離是有限的，若在實際距離內(nèi)最大沖擊電壓值小于被保護設備沖擊耐壓值則設備可以得到保護！3) 變壓器耐受雷電過電壓能力的檢核：由于變電所具體接線方式的復雜性及對地電容的存在，變壓器上的電壓與推導結果有出入，避雷器動作后，變壓器實際承受的不再是一個完整的雷電波，而是一個震蕩過電壓波形，其作用與截波較為類似。工程上一般以變壓器的多次截波耐壓作為變壓器耐受雷電過電壓的能力。變壓器承受截波的能力稱為多次截波耐壓Uit，根據(jù)實際經(jīng)驗，Uit與變壓器三次截波沖擊試驗電壓

25、Uit(3)有相關性。UitUit(3)/1.15。若雷電流侵入時，變壓器上受到的最大沖擊電壓小于設備本身的多次截波耐壓Uit，則設備是安全的即：Ures +2aL/v UitUres避雷器5KA沖擊電流下的殘壓，Uit多次截波耐壓值。4）變配電所中變壓器與避雷器間最大允許電氣距離Lm：Ures +2aL/v UitLm（UitUres）/2a/v5）變配電所內(nèi)其他設備與避雷器間的最大允許距離Lm：其他設備最大允許距離比變壓器大，可增35%，即：Lm1.35 Lm，見P155表56小結：在避雷器保護特性與變壓器耐壓特性正確配合，以及避雷器殘壓與變壓器截波耐壓正確配合的前提下，還必須控制避雷器與

26、變壓器的安裝電氣距離，才可使變壓器得到有效保護。2、變配電所電氣設備的過電壓保護變壓器為最弱設備，其他設備耐壓強于變壓器。只要變壓器受到可靠保護，其他設備應無問題。3、變配電所進線段保護進線保護是指在進入變配電所前12km架空線路上加強防雷保護采取的措施，其目的和作用有兩方面：一方面要降低雷電流幅值，另一方面要降低雷電流波頭陡度。（1）35KV及以上變電所的進線保護：對35110KV全線無避雷線的線路，必須在進線段架設避雷線，且保護角一般不宜超過20，對于全線有避雷線的架空線，在進線段處的耐雷水平和保護角邊應符合進線保護規(guī)定。最不利的情況就是進線首端落雷，此時流經(jīng)避雷器最大雷電流計算公式：2U

27、50%IAZ+ Ures，U50%使絕緣閃路概率為50%的雷電沖擊電壓，IA流過避雷器的最大雷電沖擊電流，Ures避雷器殘壓。通常在12Km裝設進線段保護后，就能夠滿足限制避雷器中雷電流不超5KA要求！35KV及以上變配電所進線保護接線圖如PPT所示：圖為35110KV未沿全線架避雷線的進線保護接線圖，圖中避雷器設置要求：F1的設置：防斷口處發(fā)生全反射電壓升一倍而導致隔離開關式斷路器閃路引起帶電線路的工頻短路，一般采用管型避雷器。F2的設置：主要是針對絕緣水平很高的木桿或木橫擔線路，裝設F2可限制雷電流幅值，一般采用管型避雷器。F的設置：為防止F1動作產(chǎn)生截波在QF閉合情況下危及變壓器縱絕緣，

28、故F應保護F1，一般采用閥型避雷器?。?）35KV小容量變電所的簡化進線保護：對于35KV小容量變電所，可根據(jù)情況來簡化進線段保護（如PPT所示）進線段：變配電所前12km這段架空線。保護措施：架設避雷線，降低雷電能量直接向相導線釋放的概率；裝設管式避雷器，泄放雷電能量，降低過電壓。 35kV變電所簡化進線段保護示例（解釋F2、F1和F的作用）三、10/0.38kV變配電所過電壓防護示例（見PPT所示電氣原理圖）以供配電系統(tǒng)最常見的室內(nèi)10/0.4kV變配電所為例，從以下兩方面介紹過電壓保護設計所需考慮的問題。（1）保護設置，（2）參數(shù)配合。過電壓與設備耐壓的配合，設備耐壓與避雷器參數(shù)的配合。

29、1、保護措施（1）進線段保護設置。（2）變壓器保護設置。（3）低壓側IT系統(tǒng)中性點過電壓保護設置。（4）低壓側TN系統(tǒng)過電壓保護設置正變換，逆變換。2、參數(shù)配合（1）10kV配電設備耐受電壓的選擇。（2）1min工頻耐壓：相地42kV/相間42kV。（3）1.25/50s雷電沖擊耐壓：75kV。錯誤示例：選擇符合歐盟標準的12kV配電設備。 1min工頻耐壓：相地28kV/相間42kV； 1.25/50s雷電沖擊耐壓：60kV/75kV。 不適用于中國小接地10kV系統(tǒng)。第3節(jié) 低壓系統(tǒng)常見電壓異常的危害與防護 一、中性點位移 1、中性點位移概念 本質：電氣上的“中性點”與電路中的“節(jié)點”的對

30、應關系變化。典型現(xiàn)象：Y接負載星接節(jié)點不再是電氣中性點，使得各相電壓不再相等。（自學復習：中性點概念） 辯異：“中性點位移”與 “中性點對地電壓偏移”。系統(tǒng)中性點位移及其防護：1、產(chǎn)生原因：三相負載不平衡且無中性線或中性線阻抗較大，中性線斷線。2、防護措施：（1）使三相負荷平衡，減小中性線阻抗，避免中性線斷線。 （2）設置中性線保護（如反應壓差升高） 2、中性點位移產(chǎn)生原因及量值大小分析（電路圖見PPT所示）（1）、產(chǎn)生原因：三相負載不平衡且無中性線或中性線阻抗較大，中性線斷線。（2）、防護措施：1）使三相負荷平衡，減小中性線阻抗，避免中性線斷線。 2）設置中性線保護（如反應壓差升高） 3、中

31、性點位移后果及防護 是一種差模（相間）與共模（相對地）混合過電壓形式。差模形式是主要危害，主要危害用電設備。在Yyn變壓器高壓側也會產(chǎn)生中性點位移（低壓側不平衡電流、3諧波等）。現(xiàn)主要作預防性防護，補救性防護尚無成熟工程方法。防護難點：用戶側工程技術的特殊問題。二、直接傳導性過電壓1、導致低壓側相導體和中性點對地過電壓。（電路圖見PPT所示）2、IT系統(tǒng)直接高電位傳導防護（電路圖見PPT所示）兩只電壓表的作用： 監(jiān)測間隙狀況、避免正常運行時擊穿或短路，使系統(tǒng)接地形式改變。正常時，各110V讀數(shù)；間隙若擊穿，一只220V，另一只0V。三、通過接地體傳導的過電壓（電路圖見PPT所示） 解決方案示例

32、（電路圖見PPT所示） 第四節(jié) 電涌 一、電涌的來源1、什么是電涌（surge） 以雷擊電磁脈沖（LEMP）和（或）操作電磁脈沖（SEMP）為騷擾源，在電氣電子系統(tǒng)中耦合的能量脈沖。用電磁兼容模型解釋電涌：按技術領域分類，電涌屬于電磁兼容（EMC）問題，電磁兼容的模型如下（原理框圖見PPT所示）。按電磁兼容模型，對電涌解釋如下：騷擾源（發(fā)射器）-LEMP和SEMP等；耦合路徑-導體傳導耦合（電阻性耦合）、空間電磁耦合（電容性耦合和電感性耦合）；感受器（敏感設備）-低壓配電系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)，本課程主要介紹以低壓配電系統(tǒng)作為感受器的電涌保護。電涌電壓的示例曲線圖見PPT2、電涌的耦合路徑詳解（1

33、）、傳導（阻性）耦合 主要是通過金屬管線的直接電氣連通，將能量脈沖從一處傳輸?shù)搅硪惶帯Ｔ诜治鲇玫刃щ娐飞?，這種耦合路徑可用一個電阻來表示，因此又叫做阻性耦合。如：直接雷擊線路造成的侵入雷電波，接地導體上的雷擊電磁脈沖傳導（見下頁圖）等。阻性耦合的電涌示例見PPT。（2） 、感性輻射耦合 指空間磁場傳遞的能量脈沖，耦合的原理為電磁感應。（見PPT）（3） 、容性輻射耦合 指通過空間電場傳遞的能量脈沖。（見PPT）小結：電涌是LEMP或（和）SEMP通過阻性、感性或容性耦合傳遞到低壓系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)上的能量脈沖。電涌的危害以脈沖電壓或脈沖電流的形式出現(xiàn)。 危害的對象除了絕緣以外，還包括用電設備本

34、身的元、器件（又稱硬件）。 二、電涌強度計算 電涌能量騷擾源能量耦合衰減1、騷擾源能量（雷電） （復習上一章內(nèi)容） 考慮雷擊電磁脈沖問題時，應考慮電閃中可能出現(xiàn)的三種雷擊形式：（1）短時首次雷擊；（2）首次后的短時雷擊；（3）長時間雷擊。（見PPT）2、線路中感性耦合的能量估算 感性耦合能量計算非常復雜，除考慮騷擾源能量以外，還要考慮耦合路徑上的衰減以及環(huán)路的面積和位置等。業(yè)界專家對一些典型的感性耦合能量進行了計算，并將結果列成表格，可供工程應用選擇。典型情況見后頁圖，計算結果見教材表5-9。3、傳導耦合的能量計算 主要考慮壓降和各處連接的分流作用。見PPT上頁圖a、c、d及下圖。小結：電涌的

35、能量取決于騷擾源（LEMP、SEMP）能量大小和耦合路徑衰減量大小。 騷擾源能量以雷電流幅值、電荷量來表征。 阻性耦合衰減主要是各處聯(lián)接的分流作用。感性耦合衰減主要涉及空間距離、屏蔽及感應環(huán)路面積等。第5節(jié) 電涌保護器電涌保護器是一種用于帶電系統(tǒng)中限制瞬態(tài)過電壓并釋放電涌能量的非線性器件，簡稱SPD（Surge Protective Device），用以保護電氣電子系統(tǒng)免遭電涌破壞。電子系統(tǒng)中還有串接限制過電流的電涌保護器件。電涌保護器（SPD）又稱浪涌保護器（曾名：浪涌過電壓保護器）作用：限制瞬態(tài)過電壓并分走電涌電流的非線性器件，主要用于低于配電系統(tǒng)和信息系統(tǒng)中，用于對雷電過電壓，操作過電壓

36、、雷擊電磁脈沖或電磁干擾（EMI）脈沖的防護。組成：一般由氣體放電管、放電間隙、半導體放電管（SAD）、氧化鋅壓敏電阻（MOV）、齊納二級管、濾波器、保險絲等元件單獨式組合構成。 辯異：電涌保護器與避雷器。基本原理相同，特性參數(shù)和應用環(huán)境、應用目的不同。通過共同點加深對基本概念的理解，通過不同點加強工程意識培養(yǎng)。 一、電涌保護器的類別與工作原理 分為電壓開關型、限壓型和混合型三類。 電壓開關型：突然導通特征。通流容量大，特性陡，殘壓高。主要用于泄放能量。適用于LPZ0與LPZ1區(qū)交界處。 限壓型：隨電涌電壓升高漸進導通。通流容量小，特性緩，因逐漸釋放能量而具有降低過電壓幅值的作用。主要用于保護

37、設備。適用于LPZ0B及以后防雷區(qū)。 混合型：隨承受的電涌電壓不同而分別呈現(xiàn)電壓開關型或限壓型特性。可作為配電系統(tǒng)中間級的保護。三類SPD的保護動作特性圖。（見PPT）二、電涌保護器的沖擊分類試驗 SPD有三種沖擊分類試驗，這三種試驗沒有等級之分。生產(chǎn)廠家可根據(jù)自己所生產(chǎn)產(chǎn)品的應用條件，選擇其中一種或幾種進行試驗，并以試驗類別標定相關參數(shù)。應用條件：指SPD在系統(tǒng)中的安裝位置和應起到的保護作用。安裝位置：高暴露地點；低暴露地點。保護作用：泄放能量為主；與被保護設備耐壓特性配合為主。 1、 試驗用電流與電壓波形（1） 試驗標準電流。見圖。其中曲線1、2為IEC61643-1標準推薦，曲線3為德國

38、E DIN VDE0675標準推薦。（2）試驗標準電壓。一般采用1.25/50s的沖擊電壓作為試驗電壓。2、三種分類試驗（1）I級分類試驗。用1.2/50s沖擊電壓、8/20s和10/350s沖擊電流作的試驗。試驗結果：標稱放電電流In（8/20s），最大沖擊電流Iimp（10/350s）。通過該試驗的SPD通常用于高暴露地點，可承受較大的能量。一般電壓開關型SPD進行該項試驗 （2）II級分類試驗。用1.2/50s沖擊電壓、8/20s沖擊電流作的試驗。試驗結果：標稱放電電流In（8/20s）和最大放電電流Imax（8/20s）。一般限壓型SPD進行該項試驗，用于低暴露地點。 一級與二級分類試

39、驗得出的參數(shù)中，In是重疊的。 （3）III級分類試驗。開路時施加1.2/50s沖擊電壓、短路時施加8/20s沖擊電流作的試驗。開路電壓與短路電流峰值之比為2。 三、主要參數(shù)1、主要參數(shù)（1）最大持續(xù)工作電壓Uc。使SPD工作時間不小于設計壽命所允許施加的最高工頻電壓。原理：長期熱穩(wěn)定性。系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大持續(xù)運行電壓不應該高于該電壓。（2）標稱放電電流In。指SPD通過規(guī)定次數(shù)8/20s沖擊電流的最大值。在通過規(guī)定次數(shù)的這個電流后，SPD的特性變化不超過允許范圍?？捎蒊、II級分類試驗確定。（3）最大放電電流Imax。指SPD通過1次8/20s沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生

40、實質性損壞。由II級分類試驗確定。用以衡量限壓型SPD的最大通流能力。同一只SPD的Imax一般為In的22.5倍。（4）沖擊電流Iimp。指SPD通過1次10/350s沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生實質性損壞。由I級分類試驗確定。用于衡量電壓開關型SPD的最大通流能力。辯異：Imax、Iimp分別表示限壓型SPD和電壓開關型SPD的極限通流能力。SPD不應因通過這樣大的電流而發(fā)生燒毀、爆炸等事故，但SPD的特性可能已經(jīng)變壞，不能繼續(xù)工作。In表示限壓型和電壓開關型SPD的額定通流能力。多次通過該電流后，SPD應可繼續(xù)正常工作，直至達到規(guī)定次數(shù) 。 （5）電壓保護水平UP。即

41、最大殘壓。對電壓開關型SPD ，又等于放電電壓。 殘壓指SPD動作后的電壓，為隨時間變化的波形，UP即變化的上限。電壓保護水平應低于設備耐壓。（6）響應時間。一般要求小于25ns。2、參數(shù)示例 某通過I級分類試驗的SPD參數(shù)如下：最大持續(xù)工作電壓Uc：350V；標稱放電電流In：20kA（15個8/20s電流波）；沖擊電流Iimp：115kA（1個10/350s電流波）； 電壓保護水平UP：600V。第六節(jié) 低壓系統(tǒng)電涌保護配置一、電涌保護對象分級 電涌防護等級是以建筑物中電子信息系統(tǒng)為對象劃分的，依據(jù)有兩個，一個是雷擊風險，另一個是電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質。 電氣系統(tǒng)的防護級別與同一建

42、筑內(nèi)電子信息系統(tǒng)的防護級別等同，有時又簡稱建筑物的電涌防護等級。分為A、B、C、D四個等級，A級防護要求最高，D級最低。 2、 電涌保護的目的及其在防雷體系中的地位 1、電涌保護的目的 通過在電氣電子設備的電源側限制雷電過電壓（兼限制大部分操作過電壓）并泄放雷電能量，以保護設備絕緣及硬件不致?lián)p壞。 2、電涌保護在防雷體系中的地位（1）建筑物內(nèi)部防雷的重要組成部分。（2）綜合防雷體系的末端環(huán)節(jié)。（3）采取了基本防雷措施的前提下，專門針對耦合到低壓配電系統(tǒng)中和電子信息系統(tǒng)中的雷電能量進行防護。 與雷電過電壓防護對比：能量相對較小，但被保護設備承受力也小，響應時間要求高，環(huán)境要求高，與其他環(huán)節(jié)的關聯(lián)

43、性高。 二、電涌保護主要對象及耐受水平 保護對象為低壓配電和用電設備。低壓設備耐壓分4個等級，見下表。(見PPT所示)，過電壓類別I：用電設備，如音響、電視機、計算機等。過電壓類別II：用電設備，如洗衣機、冰箱、空調器等。過電壓類別III：負荷側配電設備及永久連接至系統(tǒng)的工業(yè)用電設備（如工業(yè)用電動機等）。過電壓類別IV：電源側配電設備。各過電壓類別設備在系統(tǒng)中的位置(見PPT所示). 四、電涌保護系統(tǒng)的布局 采用分散、多級的布局。理由：同一電壓等級電網(wǎng)中有多個耐壓等級設備，且設備本身是分散布置的。 結果：逐級泄放電涌能量。要求：在恰當?shù)奈恢迷O置恰當?shù)谋Ｗo器：（1）SPD電壓保護水平與被保護設備

44、配合。（2）不同防雷區(qū)交界面處，應設置SPD。LPZ0與LPZ1區(qū)交界面：設置通過I級分類試驗的SPD。其他交界面：設置通過II、III級分類試驗的SPD。（3）同一防雷區(qū)中的同一配電級中，考慮電涌波過程，可能在若干處設置SPD。 按從電源到負荷的方向，系統(tǒng)的多級保護分別被稱為第一、二、三、四級，對應于被保護對象的過電壓類別。辯異：一級SPD：在系統(tǒng)中處于最靠電源側的SPD；I類SPD：通過I級分類試驗的SPD。某高層住宅電涌保護布局示例(見PPT所示)。 五、電壓保護模式 相與相間、相與中性線之間的電涌電壓叫做差模電壓。相與地間、中性線與地間的電涌電壓叫做共模電壓。SPD的電壓保護模式指與電

45、涌電壓模式相對應的保護器件與系統(tǒng)的連接方式。典型的電壓保護模式分三類，相應的典型電路接線有四種。SPD電壓保護模式及特點(見PPT所示)。六、電涌保護器主要參數(shù)及類型選擇1、電壓保護水平Up 理論上，Up連同引線上的壓降，應小于被保護設備的沖擊耐壓Uw。實際上，一般用以下公式校核： Up 0.8Uw 2、通流容量及選擇 工程上將被保護對象按雷擊危險性分為A、B、C、D四級，并規(guī)定了每個分級對SPD通流容量的最低通流容量要求。例：A級保護對象中各級SPD通流容量參考值(見PPT所示)。3、最大持續(xù)工作電壓Uc Uc選擇關系著SPD的壽命，應大于系統(tǒng)最大持續(xù)運行電壓。一般持續(xù)5s以上的電壓就應視為

46、持續(xù)電壓。應考慮以下幾個因素。（1）正常運行時10的系統(tǒng)電壓偏差和5的 SPD老化因素。（2）系統(tǒng)接地形式。接地故障時，不同接地形式的系統(tǒng)可能出現(xiàn)不同的過電壓，若持續(xù)時間超過5s，應考慮為持續(xù)電壓。 （3）中壓系統(tǒng)故障傳遞到低壓系統(tǒng)的持續(xù)過電壓。示例如圖。(見PPT所示)。4、電壓開關型SPD的導通放電電壓UOP 指電壓開關型SPD被電涌擊穿所需的最低電壓值，又稱動作電壓。只有當電涌電壓上升達到該值時，電壓開關型SPD才開始泄放雷電能量。低壓系統(tǒng)中Uc的選取(見PPT所示）第七節(jié) 電涌保護的級間配合 由于低壓系統(tǒng)電涌保護采用分散、多級的布局，以逐級削減電涌能量并與被保護設備匹配，因此各級電涌保護器除了類型不同以外，在參數(shù)上還應滿足一定的關系，才能滿足保護要求。電涌保護的級間配合就是指各級電涌保護器在類型、參數(shù)及位置關系等上的協(xié)調。 一、電涌保護級間配合的原則 原則：上級電涌保護應能可靠保