現(xiàn)代防雷技術(shù)第三章 防雷保護(hù)裝置

1、.第一節(jié)、避雷針與避雷線 第三章、防雷保護(hù)裝置第三章、防雷保護(hù)裝置n電過電壓的幅值可高達(dá)數(shù)十萬伏、甚至數(shù)百萬伏，如不采取防護(hù)措施，電力設(shè)備的絕緣一般是難以耐受的，一般防直擊雷最常用的措施是裝設(shè)避雷針（線）。n當(dāng)雷云的先導(dǎo)通道開始向下伸展時(shí)，其發(fā)展方向幾乎完全不受地面物體的影響，但當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)某一離地高度，空間電場(chǎng)已受到地面上一些高聳的導(dǎo)電物體的畸變影響，在這些物體的頂部聚集起許多異號(hào)電荷而形成局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，甚至可能向上發(fā)展迎面先導(dǎo)。由于避雷針（線）一般均高于被保護(hù)對(duì)象，它們的迎面先導(dǎo)往往開始得最早、發(fā)展得最快，從而最先影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之擊中避雷針（線），并順利泄入地下，從而使處于它們

2、.n處于它們周圍的較低物體受到屏蔽保護(hù)、免遭雷擊。在先導(dǎo)放電的起始階段，由于和地面物體相距甚遠(yuǎn)（雷云高度達(dá)數(shù)km），地面物體的影響很小，先導(dǎo)隨機(jī)地向任意方向發(fā)展。當(dāng)先導(dǎo)放電發(fā)展到距地面高度較小的距離H時(shí)，才會(huì)在一定范圍內(nèi)受到高度為h的避雷針（線）的影響，發(fā)生對(duì)避雷針（線）的放電。在傳統(tǒng)的避雷針保護(hù)作用的模擬試驗(yàn)中，一般當(dāng)h30m時(shí)，采用H20h；當(dāng)h30m時(shí)，H600m。n避雷針（線）是接地的導(dǎo)電物，它們的作用就是將雷吸引到自己身上并安全地導(dǎo)入地中。因此，避雷針（線）的名稱其實(shí)并不確切，叫做“引雷針（線）”更為合適。為了使雷電流順利下泄，必須有良好的導(dǎo)電通道；因此，避雷針（線）的基本組成部分是

3、接閃器（引發(fā)雷擊的部位）、引下線和接地體。n避雷針（線）的保護(hù)范圍是指被保護(hù)物體在此空間范圍內(nèi)不致遭受雷擊。由于雷電的路徑受很多偶然因素的影響，要保證被保護(hù)物絕對(duì)不受直接雷擊是不現(xiàn)實(shí)的，因此保護(hù)范圍是按照99.9%的保護(hù)概率.（即屏蔽失效率或繞擊率為0.1%）而定的，是根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的雷電沖擊電壓放電的模擬試驗(yàn)結(jié)果而求出的，并經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的校核。3.1.1 避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍如圖31所示，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓錐體。設(shè)避雷針的高度為h（m），被保護(hù)物體的高度為hx（m），在hx高度上避雷針保護(hù)范圍的半徑rx由下述公式?jīng)Q定：phhrhhphhrhhxxxxxx)25 . 1

4、 (2)(2時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng) （3-1）.工程上多采用兩根或多根避雷針以擴(kuò)大保護(hù)范圍。兩支等高避雷針相距不太遠(yuǎn)時(shí)，由于兩針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)要大，避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍與單根避雷針時(shí)相同，保護(hù)范圍如圖32所示。兩針間保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算：pDhh70 （3-2）其中D為兩針間的距離（m），系數(shù)p與式（3-1）中相同。.兩針間高度為hx的水平面上的保護(hù)范圍的截面如圖32所示，其最小寬度bx為)(5 . 10 xxhhb（3-3）n為保證兩針聯(lián)合保護(hù)效果，兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5。n當(dāng)兩支避雷針不等

5、高時(shí)，兩外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針方法求出。兩針之間的保護(hù)范圍可按如下方法（如圖33所示）確定：首先按單針作出高針1的保護(hù)范圍，然后由低針2的頂點(diǎn)作水平線與之交與3，再設(shè)3為一假想避雷針的頂點(diǎn)，按兩根等高避雷針的方法，求出23之間的保護(hù)范圍。123DDf2h1h.由于發(fā)電廠或變電站的面積較大，實(shí)際上都采用多支避雷針保護(hù)的方法。圖34表示三支和四支等高避雷針的保護(hù)范圍。對(duì)于三支避雷針的情況，其外側(cè)的保護(hù)范圍分別按兩根避雷針的方法確定，其內(nèi)側(cè)根據(jù)被保護(hù)物體的高度hx，分別計(jì)算各相鄰兩針之間的保護(hù)范圍，只要內(nèi)側(cè)的最小寬度都滿足bx0，那么三支針組成的三角形的中間部分都能受到三支針的聯(lián)合保護(hù)。四支及以上多

6、支避雷針的保護(hù)范圍，可先將其分成兩個(gè)或多個(gè)三角形，然后按三支等高針的方法計(jì)算。123（a）4213（b）34xb31D12D12D23D23D41D34D23xb12xb23xb24xbbx12bx3141xbxrxr.n因?yàn)楸芾拙€對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小，所以其引雷因?yàn)楸芾拙€對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小，所以其引雷作用和保護(hù)寬度比避雷針要小。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的，作用和保護(hù)寬度比避雷針要小。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的，故特別適于保護(hù)架空線路及大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國(guó)家已轉(zhuǎn)故特別適于保護(hù)架空線路及大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國(guó)家已轉(zhuǎn)而用避雷線來保

7、護(hù)而用避雷線來保護(hù)500kV大型超高壓變電站。大型超高壓變電站。n單根避雷線的保護(hù)范圍如圖單根避雷線的保護(hù)范圍如圖35所示，可按下式進(jìn)行計(jì)算所示，可按下式進(jìn)行計(jì)算3.1.2 避雷線的保護(hù)范圍phhrhhphhrhhxxxxxx)53. 1(2)(47. 02時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)式中，系數(shù)p與式（31）中相同。.25hh在水平面上保護(hù)范圍的截面xhahxhxrxrxr兩根避雷線的保護(hù)范圍如圖36所示。其中外側(cè)的保護(hù)范圍按單線時(shí)確定，兩線內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍的橫截面可通過1、O、2的圓弧確定。O點(diǎn)的高度h0為pDhh40 （3-5）.第二節(jié)、放電間隙與避雷器n3.2.1 放電間隙與避雷器的分類n避雷針和避雷線雖

8、然可防止雷電對(duì)電氣設(shè)備的直擊，但被保護(hù)的電氣設(shè)備仍然有被雷擊過電壓損壞的可能。當(dāng)雷擊線路和雷擊線路附近的大地時(shí)，將在輸電線路上產(chǎn)生過電壓，這種過電壓以波的形式沿線路傳入發(fā)電廠和變電站，危及電氣設(shè)備的絕緣。為了限制入侵波過電壓的幅值，基本的過電壓保護(hù)裝置就是避雷器。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種限壓器，并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)線路上傳來的過電壓超過避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先行放電，把過電壓波中的電荷引入地中，限制了過電壓的發(fā)展，從而保護(hù)了其它電氣設(shè)備免遭過電壓的損害而發(fā)生絕緣損壞。為了達(dá)到預(yù)想的保護(hù)效果，必須使避雷器滿足以下基本要求：.n（1）具有良好的伏秒特性n避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間應(yīng)有合理的伏秒特性的

9、配合，要求避雷器的伏秒特性比較平直、分散性小，避雷器伏秒特性的上限應(yīng)不高于被保護(hù)設(shè)備伏秒特性的下限。工程上常用沖擊系數(shù)來反映伏秒特性的形狀。沖擊系數(shù)是指沖擊放電電壓與工頻放電電壓之比值，其比值越小，則伏秒特性越平緩。因此，避雷器的沖擊系數(shù)越小，保護(hù)性能越好。n（2）具有較強(qiáng)的絕緣自恢復(fù)能力n避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就會(huì)導(dǎo)致電壓的突變。當(dāng)沖擊電壓的作用結(jié)束后，工頻電壓繼續(xù)作用在避雷器上，在避雷器中繼續(xù)通過工頻短路電流（稱為工頻續(xù)流），它以電弧放電的形式出現(xiàn)。當(dāng)工頻短路電流第一次過零時(shí)，避雷器應(yīng)具有能自行截?cái)喙ゎl續(xù)流、恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，使電力系統(tǒng)能繼續(xù)正常運(yùn)行。.n按其發(fā)展歷史和保護(hù)性能

10、的改進(jìn)過程避雷器從早期到現(xiàn)在按照結(jié)構(gòu)可以分為：保護(hù)間隙，管型避雷器，普通閥式避雷器，磁吹避雷器，金屬氧化物避雷器等類型。n避雷器的英文名稱是Lighting arrester，是隨著高新技術(shù)設(shè)備防雷的需要而發(fā)展起來的器件，它本身的材料、原理又與新技術(shù)的發(fā)展密切有關(guān)，品種規(guī)格很多，選擇、購(gòu)用、檢驗(yàn)等都需要較多的科技知識(shí)。茲分類介紹之。n(一)火花隙，也稱它為保護(hù)間隙，是最早發(fā)明的最原始的一種避雷器。最簡(jiǎn)單而原始的形式就是二支金屬針，一支接地，另一支接在雷電過電壓波將通過的導(dǎo)線上，兩針尖的間距是由被保護(hù)的對(duì)象所需要的額定電壓來確定，因?yàn)榭諝獾膿舸╇妶?chǎng)強(qiáng)度是確定不變的，因此兩個(gè)尖端的擊穿電壓值與針尖

11、的間距有確定的關(guān)系，完全可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定出來。因此，當(dāng)過電壓波到達(dá)針尖處，若電壓超過它們的擊穿電壓，兩針尖間的空氣就被擊穿而放電，閃電電流在此處發(fā)生對(duì)地短路，閃電電流在火花隙處分流入地。.n要注意，閃電電流通過火花隙入地時(shí)，在針尖兩端間仍有一定值的電位降，它是由電弧的特性所決定，常稱此電壓為避雷器的“殘壓”，它的值應(yīng)低于被保護(hù)對(duì)象安全允許電壓。這個(gè)參量是避雷器的重要特性之一。在電力系統(tǒng)防雷中，為了加大火花隙的容量，即不致使放電的電弧熔毀它，放電的針做成較粗的角形。n由于火花隙的一端是接在工作線路上，它一直有工作電壓存在(例如220v電源的避雷器就始終存在220v工頻電壓)，火花隙放電導(dǎo)通，成為導(dǎo)體

12、，工作電壓也對(duì)地短路，有巨大電流通過。雷電過電壓波是持續(xù)時(shí)間極短的脈沖波(峰值電流持續(xù)不超過幾個(gè)ms數(shù)量級(jí))，過電壓波消失后，工作電壓仍可以維持火花隙繼續(xù)導(dǎo)電，這個(gè)電流，稱為避雷器的“續(xù)流”，由于過電壓波產(chǎn)生的電弧溫度很高，空氣隙的電阻很小，工作電壓產(chǎn)生的續(xù)流可以很大，這將損壞電源系統(tǒng)，或者造成跳閘。.n保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單的一種避雷器。它由兩個(gè)間隙組成，如圖38所示為3、6及10kV電網(wǎng)常用的角型保護(hù)間隙。為使被保護(hù)設(shè)備得到可靠保護(hù)，間隙的伏秒特性的上限應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備的絕緣的沖擊放電伏秒特性的下限，并有一定的安全裕度。當(dāng)雷電波侵入時(shí)，間隙先擊穿，工作母線接地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。n過

13、電壓消失后，間隙中仍有工頻續(xù)流。保護(hù)間隙中的電極做成角形，是為了使工頻電弧在自身電動(dòng)力和熱氣流作用下易于上升被拉長(zhǎng)而自行熄滅。但保護(hù)間隙的滅弧能力很差，只能熄滅中性不接地系統(tǒng)不大的單相接地短路電流，一般難以使相間短路電弧熄滅，需要配以自動(dòng)重合閘裝置才能保證安全供電。n除了滅弧能力差以外，保護(hù)間隙還具有以下缺點(diǎn)：.n（1）間隙間的電場(chǎng)為極不均勻電場(chǎng)，又裸露在大氣環(huán)境中，受氣象條件的影響很大，因此伏秒特性很陡且分散性很大，將直接影響到它的保護(hù)效果；n（2）保護(hù)間隙擊穿后是直接接地，將會(huì)有截波產(chǎn)生，不能用來保護(hù)有繞組的設(shè)備。n由于存在上述缺點(diǎn)，保護(hù)間隙僅用于不重要和單相接地不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場(chǎng)合。接

14、母線12345.n(二)管型避雷器，常用英文字母GB表示。它是一種放在管狀外殼內(nèi)的火花隙，在火花放電時(shí)，管內(nèi)裝置因電弧放電的高溫而產(chǎn)生氣流，它可以把續(xù)流電弧吹熄，多用于電力輸電網(wǎng)的防雷保護(hù)上。構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)較多。 n管型避雷器實(shí)際上是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙。如圖3-9所示，它由兩個(gè)串聯(lián)間隙組成。一個(gè)間隙S2在大氣中，稱為外間隙，其作用是隔離工作電壓避免產(chǎn)氣管被流經(jīng)管子的工頻泄漏電流所燒壞；另一個(gè)間隙S1裝在產(chǎn)氣管內(nèi)，稱為內(nèi)間隙或滅弧間隙，其電極一為棒電極2另一為環(huán)形電極3。產(chǎn)氣管由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成，在工頻短路電流（工頻續(xù)流）電弧的作用下會(huì)分解出大量氣體，其壓力可達(dá)到數(shù)

15、十以至上百個(gè)大氣壓。高壓氣體由環(huán)形電極的開口孔噴出，形成強(qiáng)烈的縱吹效果，使電弧在電流流通13個(gè)周期后，在過工頻零點(diǎn)時(shí)熄滅。.n(三)氣體放電管。它也是一種火花隙，放在體積較小的充氣的密封玻璃管內(nèi)、不致受外界的影響。從物理性能上看，與管型避雷器是相似的，主要差別是工作電壓和容量的差別，管型避雷器大都用在變電所等地方的進(jìn)線端，工作電壓是工頻高壓，續(xù)流很大。而氣體放電管則用于低電壓的弱電設(shè)備防雷上，有二極管、三極管及五極管等幾種，可使幾條工作線路同時(shí)分流過電壓波，適用于高頻多路通信設(shè)備的防雷，可用在第一級(jí)，其突出優(yōu)點(diǎn)是耐電流的能力強(qiáng)，可達(dá)20kA，其沖擊擊穿電壓常在1kv左右(1kV)，極間電容較小

16、且穩(wěn)定。n 強(qiáng)電防雷與弱電防雷對(duì)避雷器所要求的性能有較大差異，需要多說幾句，電力系統(tǒng)防雷與電信系統(tǒng)防雷可作為強(qiáng)電防雷與弱電防雷的代表，前者主要考慮高電壓大電流，所以對(duì)避雷器的容量要求較高，要耐得了大電流續(xù)流。而后者則因設(shè)備靈敏、耐壓耐流能力低，對(duì)避雷器的容量要求降低，因此，對(duì)避雷器的參數(shù)增加一些限制，前面提出的陶瓷管氣體放電管的極間電容較小而穩(wěn)定，這方面設(shè)備的防雷應(yīng)屬于電信設(shè)備防雷而不是強(qiáng)電防雷了。.n（四）普通閥型避雷器變電所防雷保護(hù)的重點(diǎn)對(duì)象是變壓器，而保護(hù)間隙和管式避雷器顯然都不能承擔(dān)保護(hù)變壓器的重任（伏秒特性難以配合、動(dòng)作后出現(xiàn)大幅值截波），因而也就不能成為變電所防雷中的主要保護(hù)裝置。

17、變電所的防雷保護(hù)廣泛采用閥型避雷器，它在電力系統(tǒng)過電壓防護(hù)和絕緣配合中都起著重要的作用，它的保護(hù)特性是選擇高壓電力設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。n閥型避雷器分為普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器兩種，后者通常簡(jiǎn)稱磁吹避雷器。n1）火花間隙n閥型避雷器的火花間隙由許多如圖311所示的單個(gè)間隙串聯(lián)而成。間隙的電極由黃銅板沖壓而成，呈小圓盤狀，兩電極間以云母墊圈隔開形成間隙，間隙距離為mm，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為kV（有效值）。由于間隙電場(chǎng)近似均勻電場(chǎng)，同時(shí)，在.過電壓作用下云母墊圈與電極間的空氣縫隙中會(huì)發(fā)生電暈放電，為間隙提供光輻射預(yù)游離因子，因此火花間隙的放電分散性較小且伏秒特性較為平緩，沖擊系數(shù)可以下降

18、到1.1左右，與被保護(hù)設(shè)備的絕緣配合較易實(shí)現(xiàn)。 123若干個(gè)火花間隙串聯(lián)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合件，如圖312所示。多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合件串聯(lián)在一起，就構(gòu)成了全部的火花間隙。這樣，避雷器動(dòng)作后，工頻續(xù)流被分割成許多短弧，利用短間隙的自然熄弧能力（極板上的復(fù)合與散熱作用）使電弧熄滅。實(shí)踐表明，在沒有熱電子發(fā)射時(shí)，單個(gè)間隙的初始恢復(fù)強(qiáng)度可達(dá)250V左右，然后還將很快上升，對(duì)熄弧非常有利。間隙絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)速度與工頻續(xù)流的大小有關(guān)。我國(guó)生產(chǎn)的FS和FZ型避雷器，當(dāng)工頻續(xù)流分別不大于50A和80A（峰值）時(shí)，能夠在續(xù)流第一次過零時(shí)電弧熄滅。.n（2）火花間隙的并聯(lián)電阻n多間隙串聯(lián)使用后間隙電容形成了一等值電容鏈。由于

19、各電極對(duì)地和對(duì)高壓端存在寄生電容，導(dǎo)致恢復(fù)電壓在各間隙上的分布不均，影響了其熄弧能力的充分發(fā)揮，其工頻放電電壓也將下降和顯得不穩(wěn)定。同時(shí)，瓷套表面狀況也影響了各單元間隙電壓分布的均勻性。n為了解決這個(gè)問題，除用于低壓配電系統(tǒng)的閥型避雷器外，均在火花間隙上并聯(lián)一組均壓電阻，稱為分路電阻，如圖914所示。在工頻電壓和恢復(fù)電壓作用下，火花間隙的串聯(lián)等值電容的容抗大于分路電阻，間隙電壓主要由分路電阻決定，故間隙上電壓分布均勻，從而提高了熄弧電壓和工頻放電電壓。在沖擊電壓作用下，由于其等值頻率較高，因此串聯(lián)等值電容的容抗小于分路電阻，間隙電壓的分布主要取決于電容分布。此時(shí)，寄生電容的影響使火花間隙電壓分

20、布不均勻，避雷器的沖擊放電電壓低于單個(gè)間隙放電電壓的總和，沖擊系數(shù)為1左右，甚至可能小于1，反而改善了避雷器的保護(hù)性能。為防止高壓避雷器的沖擊系數(shù)過低引起不必要的動(dòng)作，有時(shí)需在避雷器的頂部采均壓環(huán)。.n3）非線性電阻閥片n電阻的作用是用來限制工頻續(xù)流，使之能在第一次過零時(shí)就熄弧。理想的電阻應(yīng)在大電流（沖擊電流）時(shí)呈現(xiàn)為小電阻以保證其上的壓降（殘壓）足夠低；而在沖擊電流過去之后，當(dāng)加在閥片上的電壓是電網(wǎng)的工頻電壓時(shí)，閥片應(yīng)呈現(xiàn)為大電阻以限制工頻續(xù)流，易于滅弧。閥片最好具有不隨沖擊電流變化的殘壓和大的通過電流的能力。n閥型避雷器的限流電阻是由多個(gè)非線性電阻盤串聯(lián)疊加而成的，這種非線性電阻盤又稱閥片

21、。閥片是碳化硅（SiC，又名金剛砂）粉末加結(jié)合劑（如水、玻璃）模壓、燒結(jié)而成的圓餅，其直徑一般為100mm，厚度為2030mm。.n（五）磁吹閥型避雷器n普通閥型避雷器依靠間隙的自然熄弧能力熄弧，故其滅弧性能不是很強(qiáng)；其次，閥片的通流能力有限。因而普通閥型避雷器只能用于雷電過電壓防護(hù)，而不能用作持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的內(nèi)部過電壓的保護(hù)。n為了減小閥型避雷器的切斷比和保護(hù)比之值，即為了改進(jìn)閥型避雷器的保護(hù)性能。人們?cè)谄胀ㄩy式避雷器的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一種新的帶磁吹間隙的閥式避雷器，簡(jiǎn)稱磁吹避雷器，它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通發(fā)閥型避雷器相似，主要區(qū)別在于采用了滅弧能力較強(qiáng)的磁a吹火花間隙和通流能力較大的高溫

22、閥片。n磁吹火花間隙是利用磁場(chǎng)對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或拉長(zhǎng)，使弧柱中去電離作用增強(qiáng)，從而大大提高其滅弧能力。磁吹間隙種類繁多，目前我國(guó)生產(chǎn)的主要是限流式間隙，又稱拉長(zhǎng)電弧型間隙。其單個(gè)間隙的基本結(jié)構(gòu)如圖917所示，間隙由一對(duì)角狀電極織成，磁場(chǎng)是軸向的，由工頻續(xù)流通過與間隙相串聯(lián)的線圈時(shí)產(chǎn)生。磁吹避雷器的原理電路如圖918所示。工頻續(xù)流.通過與間隙相串聯(lián)的線圈時(shí)產(chǎn)生。磁吹避雷器的原理電路如圖918所示。工頻續(xù)流被軸向磁場(chǎng)拉入滅弧柵中，如圖917中虛線所示，其電弧的最終長(zhǎng)度可達(dá)起始長(zhǎng)度的數(shù)十倍。滅弧盒由陶瓷或云母玻璃制成，電弧在滅弧柵中受到強(qiáng)烈去游離而熄滅。由于電弧形成后很

23、快就被拉到遠(yuǎn)離擊穿點(diǎn)的位置，故間隙絕緣強(qiáng)度恢復(fù)很快，熄弧能力很強(qiáng)，可切斷450A左右的續(xù)流。由于續(xù)流電弧很長(zhǎng)且處于去游離很強(qiáng)的滅弧柵中，所以電弧電阻很大，可以起到限制續(xù)流的作用，因此被稱為限流間隙。采用限流間隙后可以適當(dāng)減少閥片數(shù)目，能使避雷器殘壓得到降低。n3.2.2 ZnO避雷器及其電氣性能、主要優(yōu)點(diǎn)n氧化鋅（ZnO）避雷器是二十世紀(jì)七十年代初開始出現(xiàn)的一種新型避雷器。ZnO避雷器是由氧化鋅非線性電阻片組成的。由于ZnO電阻片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無間隙無續(xù)流，且造價(jià)低廉，因此ZnO避雷器已得到越來越廣泛的應(yīng)用，取代SiC避雷器是大勢(shì)所趨。.n1ZnO非

24、線性電阻片nZnO非線性電阻片是在以ZnO為主要材料的基礎(chǔ)上，附以微量的其它金屬氧化物，在高溫下燒結(jié)而成的，所以也叫金屬氧化物電阻片，以此制成的避雷器也稱為金屬氧化物避雷器（MOA）。n氧化鋅電阻片的微觀結(jié)構(gòu)如圖38所示，包括三部分：n(1)ZnO晶粒，粒徑為10m左右，電阻率為110cm；n(2) 包圍著ZnO晶粒的Bi2O3晶界層，厚度為左右，電阻率大于1010cm；n(3) 零散分布于晶界層中的尖晶石Zn7Sb2O12；尖晶石在晶界層內(nèi)部不是連續(xù)存在的，與電阻片的非線性性無直接關(guān)系。ZnO電阻片的非線性特性主要取決于晶界層，在低電場(chǎng)下其電阻率很高；當(dāng)層間電位梯度達(dá)到104105V/cm時(shí)

25、，其電阻率急劇下降到低阻狀態(tài)。晶界層的介電常數(shù)約為10002000，因此ZnO電阻片存在較大的固有電容。ZnO電阻片的等效電路如圖39所示。.n2ZnO避雷器的電氣性能n由于ZnO避雷器沒有串聯(lián)火花間隙，也就沒有滅弧電壓、沖擊放電電壓等特性參數(shù)，但也有某些獨(dú)特的電氣特性。n(1) 額定電壓n指避雷器能短期耐受的最大工頻電壓有效值。在系統(tǒng)中發(fā)生短時(shí)工頻電壓升高時(shí)（此電壓直接施加在ZnO電阻片上），避雷器應(yīng)能正常可靠地工作一段時(shí)間（完成規(guī)定的雷電及操作過電壓動(dòng)作負(fù)載、特性基本不變、不會(huì)出現(xiàn)熱損壞）。n(2 ) 最大持續(xù)運(yùn)行電壓n指避雷器能長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的最大工頻電壓有效值。它一般應(yīng)等于系統(tǒng)的最高運(yùn)行

26、相電壓。n(3) 起始動(dòng)作電壓（又稱參考電壓或轉(zhuǎn)折電壓）.n(4) 壓比n指避雷器在波形為8/20s的沖擊電流規(guī)定值（例如10kA）作用下的殘壓U10kA與起始動(dòng)作電壓U1mA之比。壓比（U10kA/U1mA）越小，表明非線性越好，通過沖擊大電流時(shí)的殘壓越低，避雷器的保護(hù)性能越好。目前產(chǎn)品制造水平所能達(dá)到的壓比約為。n(5) 荷電率n指最大長(zhǎng)期工作電壓的幅值與起始動(dòng)作電壓之比。它是表示電阻片上電壓負(fù)荷程度的一個(gè)參數(shù)。設(shè)計(jì)ZnO避雷器時(shí)為它選擇一個(gè)合理的荷電率是很重要的，應(yīng)綜合考慮電阻片特性的穩(wěn)定度、漏電流的大小、溫度對(duì)伏安特性的影響、電阻片預(yù)期壽命等因素。選定的荷電率大小對(duì)電阻片的老化速度有很

27、大的影響，一般選用45%75%或更大。在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，因一相接地時(shí)健全相上的電壓會(huì)升至線電壓，所以一般選用較小的荷電率。.n3ZnO避雷器的主要優(yōu)點(diǎn)n與普通閥型避雷器相比，ZnO避雷器具有優(yōu)越的保護(hù)性能。n（1）無間隙n在正常工作電壓下，ZnO電阻片相當(dāng)于一絕緣體，工作電壓不會(huì)使ZnO電阻片燒壞，因此可以不用串聯(lián)火花間隙。由于實(shí)現(xiàn)了無間隙，因此其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積縮小，重量輕（較SiC同類產(chǎn)品輕50%），而且避免了SiC避雷器由于瓷套外污穢、內(nèi)部氣壓變化等因素而使串聯(lián)火花間隙電壓分布不均、放電電壓不穩(wěn)的缺點(diǎn)。n同時(shí)，無間隙結(jié)構(gòu)也大大改善了陡波響應(yīng)特性，不存在間隙放電電壓隨雷電波陡度增大而

28、增大的問題，提高了保護(hù)的可靠性，特別適合于伏秒特性平坦的SF6組合電器和氣體絕緣變電站（GIS）的保護(hù)。.n（2）無續(xù)流n當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)過電壓時(shí)，通過避雷器的電流增大，ZnO電阻片上的殘壓受其良好的非線性特性控制；當(dāng)過電壓作用結(jié)束后，ZnO電阻片又恢復(fù)絕緣體狀態(tài)，續(xù)流僅為微安級(jí)，實(shí)際上可認(rèn)為無續(xù)流。所以在雷電或內(nèi)部過電壓作用下，只需吸收過電壓的能量，而不需吸收續(xù)流能量，因而動(dòng)作負(fù)載輕；再加上ZnO閥片的通流容量遠(yuǎn)大于SiC閥片，所以ZnO避雷器具有耐受多重雷擊和重復(fù)發(fā)生的操作過電壓的能力。n（3）電氣設(shè)備所受過電壓能量可以降低n雖然在10kA雷電流下的殘壓值ZnO避雷器與SiC避雷器相同，但由于

29、后者只在串聯(lián)火花間隙放電后才有電流流過，而前者在整個(gè)過電壓過程中都有電流流過，因此降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過電壓幅值。例如，某500kV變電站的計(jì)算結(jié)果為：當(dāng)雷電流是150kA（2/70s）時(shí)，過電壓下降6%13%；當(dāng)雷電流是100kA時(shí)，過電壓下降6%11%。如雷電流波頭取為，過電壓可下降13%20%。.第三節(jié)、消弧線圈單相接地是配電網(wǎng)中最常見的故障形式。由于非有效接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地，即使發(fā)生單相金屬性永久接地或穩(wěn)定電弧接地，仍能不間斷供電，這是這種電網(wǎng)的一大優(yōu)點(diǎn)?？梢紤]單相電弧接地時(shí)，因風(fēng)力、電動(dòng)力、熱氣流的作用，使電弧拉長(zhǎng)，往往會(huì)引起多相短路、線路跳閘或損壞設(shè)備。若為間歇性電

30、弧接地，還會(huì)引起過電壓。因此，在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，線路較長(zhǎng)，單相接地電流大于自熄電流時(shí)，要設(shè)法盡快使電弧熄滅，其中一項(xiàng)有效措施就是在電網(wǎng)中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈。.n3.3.1 補(bǔ)償單相接地電流n中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，忽略三相對(duì)地泄漏電流，則流過故障點(diǎn)的電流為容性電流，而在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中則是感性電流與容性電流的相量和。n如圖3-11所示，A相導(dǎo)線D點(diǎn)金屬接地，三相電源電動(dòng)勢(shì)大小相等，即EA=EB=EC=E，線路不換位，電網(wǎng)三相對(duì)地電容分別為C1、C2、C3，消弧線圈電感為L(zhǎng)X。應(yīng)用疊加原理可求得D點(diǎn)接地時(shí)接地電流值。NKLxgxUNEAEBECDdg1C1g2C2g3C3Id.n.3

31、.2 減緩弧隙恢復(fù)電壓上升速度n調(diào)節(jié)LX，可使Id變得很小，在其自然過零時(shí)很容易自熄弧，但熄弧后，若弧隙恢復(fù)電壓上升速度快于去游離使介質(zhì)絕緣強(qiáng)度恢復(fù)的速度，則電弧立即重燃。因此，此時(shí)Id雖小，也無法最終熄滅電弧。n接地電弧熄滅，相當(dāng)于圖3-11中開關(guān)K斷開。設(shè)Id在瞬時(shí)過零時(shí)熄弧。此時(shí)，不論為容性或感性，電源電壓UA為最大值um。因而，K斷開后，電網(wǎng)零序回路有自由震蕩電壓。00( )cos()tmu tU et （313） 熄弧后，原故障相（A相）電源電壓uA（t）0( )cos()AmutUt （314）.在電網(wǎng)中裝設(shè)消弧線圈，可限制間歇電弧過電壓；可消除因雷擊等原因引起的瞬時(shí)性接地故障；對(duì)

32、外力或其他原因造成永久性接地故障，也因流過故障點(diǎn)電流很小，絕緣子熱破壞和電弧擴(kuò)散引起相間短路的概率大為減小，明顯地提高了配電網(wǎng)的供電可靠性。另外，消弧線圈尚有抑制電壓互感器飽和引起的諧振過電壓、減小對(duì)通信線路的干擾、減小人身觸電死亡率等優(yōu)點(diǎn)。n自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置n在使用傳統(tǒng)的消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)存在以下一些缺點(diǎn)和不足：n（1）因消弧線圈的抽頭需停電調(diào)整，而調(diào)整的依據(jù)是對(duì)電網(wǎng)每條線路電容電流的測(cè)量和計(jì)算，而配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變化頻繁，要準(zhǔn)確弄清每段時(shí)間每條線路的電容電流幾乎是不可能的。因而補(bǔ)償電流也就難以準(zhǔn)確控制。不能準(zhǔn)確地控制補(bǔ)償電流，也就不能把故障殘流準(zhǔn)確地控制在10A以下，如故障殘

33、流大于10A，就會(huì)影響可靠的熄弧，進(jìn)而影響對(duì)弧光接地過電壓的抑制。.2）如脫諧度調(diào)整得過小，或工作在欠補(bǔ)償狀態(tài)，即ILIC時(shí)，如拉線路，就可能發(fā)生消弧線圈與網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容產(chǎn)生線性諧振，產(chǎn)生危險(xiǎn)的諧振過電壓。（3）現(xiàn)在大多數(shù)變電站實(shí)行無人值守，傳統(tǒng)的消弧線圈在調(diào)整時(shí)非常困難。 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置既保留了老式消弧線圈的優(yōu)點(diǎn)，又克服了老式消弧線圈的不足。它的最大優(yōu)勢(shì)就是實(shí)時(shí)在線對(duì)電網(wǎng)電容電流進(jìn)行測(cè)量，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償電流，使之永遠(yuǎn)處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)。有的在中性點(diǎn)串有線性或非線性電阻，能有效地阻尼諧振過電壓，使自動(dòng)跟蹤消弧補(bǔ)償裝置不但能工作在過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償狀態(tài)，還能工作在全補(bǔ)償狀態(tài)。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置從型

34、式上分有調(diào)氣隙式、調(diào)抽頭式、直流偏磁式和調(diào)容式，這些型式的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在電網(wǎng)中已大量運(yùn)行，發(fā)揮了其應(yīng)有的作用，因而配電網(wǎng)選用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置接地是比較好的接地形式，它能有效地限制弧光接地過電壓，消除電磁式電壓互感器所引起的鐵磁諧振過電壓，促使接地點(diǎn)的電弧熄滅，降低線路的建弧率，大大提高配電網(wǎng)的供電可靠性。.n 自動(dòng)跟蹤消弧裝置原理和型式自動(dòng)跟蹤消弧裝置原理和型式n目前自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置已大量的在配電網(wǎng)中運(yùn)行，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置與人工調(diào)諧消弧線圈相比，具有顯著的優(yōu)越性。首先是可以避免人工調(diào)諧消弧線圈等諸多麻煩，而且不會(huì)使電網(wǎng)在調(diào)諧時(shí)暫時(shí)失去補(bǔ)償；其次，由于自動(dòng)跟蹤補(bǔ)

35、償消弧裝置能保證補(bǔ)償精度，不僅可以提高補(bǔ)償?shù)膭?dòng)作成功率，同時(shí)能夠限制弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行。n自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置目前廠家較多，型式也較多，但從結(jié)構(gòu)和原理上可大致分為以下幾種型式。n（一） 調(diào)抽頭式n這種方式主要由接地變壓器、可調(diào)電抗器、阻尼控制柜和微機(jī)控制器組成，對(duì)有中性點(diǎn)引出的電網(wǎng)（如35kV電網(wǎng)），可省去接地變壓器。n調(diào)抽頭的方式主要是利用有載開關(guān)來切換可調(diào)電抗器的抽頭，進(jìn)行測(cè)量調(diào)感的。其工作原理有兩種方式：.n1）. 位移電壓法（串聯(lián)諧振法）n補(bǔ)償電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)位移電壓C22AnK EUvdn電網(wǎng)運(yùn)行方式不變，電網(wǎng)的不對(duì)稱度KC也不變，KC與脫諧度無

36、關(guān)。n設(shè)在抽頭T1時(shí)位移電壓為Un1、在抽頭T2時(shí)位移電壓為Un2，則有22222211dvdvUUnnn2）. 變頻測(cè)量法n為了提高測(cè)量精度，一些廠家開發(fā)出了基于變頻式測(cè)量原理的測(cè)控系統(tǒng)，即在消弧線圈加裝二次繞組，從二次繞組注入變頻電壓信號(hào)，以改變消弧線圈在測(cè)量信號(hào)下的電抗值和電網(wǎng)對(duì)地的容抗值，當(dāng)達(dá)到一定的頻率fd時(shí)，消弧線圈兩端的電壓達(dá)到最大值，消弧線圈的感抗和電網(wǎng)的對(duì)地容抗相等，系統(tǒng)在頻率fd時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振，此時(shí).XL=2fdL=XC=cfd21 n因?yàn)榇藭r(shí)fd、L為已知，因而可以計(jì)算出C值，進(jìn)而可以計(jì)算出電網(wǎng)在工頻狀態(tài)下的電容電流Ic值。n基于變頻式測(cè)量原理的消弧裝置由于頻率的變化可以

37、做到在一定的頻帶范圍內(nèi)無級(jí)可調(diào)，因而可以精確地找出諧振點(diǎn)以達(dá)到精確測(cè)量的目的，但基于這種測(cè)量原理的消弧裝置有一個(gè)最大的缺陷，那就是不能多臺(tái)自動(dòng)并聯(lián)，因?yàn)槿绻谀撑_(tái)消弧裝置測(cè)量時(shí)，如電網(wǎng)中還有另外的消弧裝置在運(yùn)行，消弧線圈的感抗會(huì)隨頻率正比變化，而電網(wǎng)對(duì)地電容的容抗則隨測(cè)量頻率反比變化，因而不能準(zhǔn)確測(cè)出電網(wǎng)中已運(yùn)行的消弧裝置的感抗值，所以不能自動(dòng)并聯(lián)。.（二）. 直流偏磁式這種方法主要是在消弧線圈的鐵芯加上直流偏磁繞組調(diào)整鐵芯的磁飽和從而改變補(bǔ)償電流，采用這種方式主要是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地小，但其本身是一個(gè)諧波源，不能并聯(lián)運(yùn)行，可控硅容易損壞，在電網(wǎng)中運(yùn)行的較少。直流偏磁式的結(jié)構(gòu)如圖326所示。.n（

38、三） 調(diào)容式n這種方法主要是在消弧線圈的二次繞組帶有若干組低壓電容器，用電容電流來抵消電感電流，起到改變補(bǔ)償電流的作用。在補(bǔ)償時(shí)的一定時(shí)間段內(nèi)可投小電容器，把殘流放大，然后通過零序電流進(jìn)行選線，也就是所謂的殘流增量法，采用這種方式的有旭輝公司，在國(guó)內(nèi)也在有一定的市場(chǎng)量。調(diào)容式自動(dòng)消弧裝置是在調(diào)抽頭的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，去掉繞組上的分接頭、在消弧線圈上加一個(gè)二次繞組，二次繞組引出，并接若干組電容器，電容器通過開關(guān)或可控硅投切，在運(yùn)行時(shí)利用電容電流抵消一部分消弧線圈一次側(cè)的電感電流，通過改變投入電容器的組合，來達(dá)到改變電感電流大小，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流之目的。這種消弧裝置實(shí)際上仍是有階梯的。只不過通過若干組

39、電容器的不同組合，可調(diào)整的級(jí)數(shù)多一些，細(xì)一些而已。另外，由于是在消弧線圈二次側(cè)進(jìn)行低壓調(diào)節(jié)，電容器采用低壓電容器，從價(jià)格上要比采用高壓分切開關(guān)要低，同時(shí)可在消弧線圈補(bǔ)償時(shí)調(diào)整，這樣可以實(shí)行殘流增量法進(jìn)行選線。目前，這種型號(hào)的消弧裝置在電網(wǎng)中運(yùn)行的也不少。.n四） 調(diào)氣隙式n首先采用這種形式的是珠海金洪公司，他們?cè)趪?guó)內(nèi)首開自動(dòng)跟蹤消弧裝置的先河，但由于他們?nèi)鄙匐娋W(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品存在著許多致命的缺陷，比如過熱、噪聲等問題不能解決，產(chǎn)品推向市場(chǎng)后大多不能運(yùn)行，現(xiàn)在該公司已不再生產(chǎn)。信陽電業(yè)局利安公司也是采用這種形式，但在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理上進(jìn)行了大量的改進(jìn)和完善，成功地解決了過熱問題、噪聲問題

40、，產(chǎn)品具有狀態(tài)識(shí)別功能、自動(dòng)并聯(lián)功能，抗干擾能力強(qiáng)，殘流小、噪聲低，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)在線控制，具有遠(yuǎn)傳功能，自動(dòng)化程度高，在全國(guó)電網(wǎng)大量的應(yīng)用，取得了很好的效果。特別是后來又開發(fā)研制了ZFX-60智能復(fù)合型小電流接地選線裝置，解決了自動(dòng)跟蹤消弧裝置與小電流接地選線的矛盾。.n自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置對(duì)電網(wǎng)的作用n自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置之所以在近年來在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到飛速的發(fā)展，正因?yàn)樗貏e適合在電網(wǎng)中運(yùn)行，具有不可替代的作用。歸結(jié)起來自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置在配電網(wǎng)中有如下作用：n（1）它能對(duì)電網(wǎng)電容電流自動(dòng)測(cè)量、對(duì)運(yùn)行方式自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償電流，克服了老式消弧線圈在調(diào)諧上存在的不足，如老式消弧線圈的抽

41、頭需停電調(diào)整，而調(diào)整的依據(jù)是對(duì)電網(wǎng)每條線路電容電流的測(cè)量和計(jì)算，而配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變化頻繁，要準(zhǔn)確弄清每段時(shí)間每條線路的電容電流幾乎是不可能的，因而補(bǔ)償電流也就難以準(zhǔn)確控制。不能準(zhǔn)確地控制補(bǔ)償電流，也就不能把故障殘流準(zhǔn)確地控制在10A以下，如故障殘流大于10A，就會(huì)影響可靠的熄弧，進(jìn)而影響對(duì)弧光接地過電壓的抑制 .（2）自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)單相接地電流促使接地電弧熄滅，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置使補(bǔ)償后的殘流Id控制在一定的范圍之內(nèi)，使之小于熄弧臨界值10A，便于接地電弧的熄滅，有效降低了電網(wǎng)的故障建弧率，使配電網(wǎng)的供電可靠性得到大幅度的提高。實(shí)踐證明當(dāng)配電網(wǎng)電容電流發(fā)展到一定程度后，一旦發(fā)生單相

42、接地，接地電弧就不能可靠熄滅，要么發(fā)展為間歇性的電弧接地產(chǎn)生弧光接地過電壓，要么發(fā)展為穩(wěn)定燃燒的電弧，由電弧的光、熱作用破壞電弧周圍空氣的絕緣，最后發(fā)展為相間短路，甚至發(fā)生“火燒連營(yíng)”事故。當(dāng)電網(wǎng)采用自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置接地后，由于裝置能夠準(zhǔn)確地測(cè)出接地電流值，并把補(bǔ)償電流值調(diào)整到最佳的補(bǔ)償狀態(tài)，把接地故障點(diǎn)的接地殘流控制到熄弧臨界值以下，使接地電弧能夠可靠熄滅，因而能夠消除大多數(shù)的瞬時(shí)性接地故障，降低配電網(wǎng)的故障建弧率；即使對(duì)永久性接地故障，也因故障點(diǎn)電流小，絕緣子熱破壞和電弧擴(kuò)散，引起的相間短路的概率大為減小，明顯地提高了供電可靠性。.（3）它能有效地限制弧光接地過電壓，消除鐵磁諧振過電壓

43、。配電網(wǎng)中弧光接地過電壓可達(dá)3.5U，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因而會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成相當(dāng)大的危害?；」饨拥剡^電壓的產(chǎn)生原因是接地電弧不能可靠熄滅，形成間歇性的對(duì)地電弧，造成電網(wǎng)中電磁能的強(qiáng)烈振蕩造成的。要限制弧光接地過電壓最主要的方法就是促使電弧可靠熄滅，限制電弧重燃，而當(dāng)電網(wǎng)加裝自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置后，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，裝置一方面向接地點(diǎn)提供補(bǔ)償電流，減緩弧道恢復(fù)電壓上升速度，促使接地電弧盡快熄滅，避免重燃；另一方面，串接在電抗器與地之間的阻尼電阻會(huì)有效地抑制弧光接地電壓。某自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置在現(xiàn)場(chǎng)所做的弧光接地試驗(yàn)中，能把弧光接地過電壓的幅值限制在1.8U以內(nèi)，可見自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置如配置控制得當(dāng)

44、可具有小電阻接地和消弧線圈接地的綜合優(yōu)點(diǎn)。 .（4）防雷害，防污閃，降低線路故障跳閘率。電容電流超過10A的電網(wǎng)中安裝自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置進(jìn)行補(bǔ)償是有效降低線路建弧率提高供電可靠性的非常有效的措施。因?yàn)槔纂娺^電壓雖然幅值很高，但作用時(shí)間很短，絕緣子發(fā)生的熱破壞大都是由于雷電流過后的工頻續(xù)流引起的。而工頻續(xù)流，實(shí)際就是電網(wǎng)的電容電流，而某些型號(hào)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置能把補(bǔ)償后的殘流控制在5A以下，這就為雷電流過后的可靠熄弧創(chuàng)造了條件。如廣東某鋁箔廠四路電源頻繁發(fā)生雷害事故問題，在2000年加裝了ZXB系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置后得到了徹底的解決。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置具有殘流小、降低弧隙恢復(fù)電壓上升

45、速度的功能，促使接地電弧最快熄滅，因而能使大多瞬時(shí)性接地故障自動(dòng)消除，不會(huì)發(fā)展成永久性接地故障，更不會(huì)發(fā)展為相間短路。如雷擊引起的單相接地故障，在雷電流流過后，工頻續(xù)流即為補(bǔ)償后的殘流，能很快熄滅。由于自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置能較好地限制弧光接地過電壓和鐵磁諧振過電壓，同時(shí)補(bǔ)償了單相接地電流，因而也減少了絕緣子的污閃放電機(jī)率。 .n5）、自動(dòng)跟蹤消弧裝置響應(yīng)速度n目前，接地故障的處理方法，基本可以將消弧線圈分為兩種形式，一種是隨調(diào)式消弧裝置，它是靠電網(wǎng)中性點(diǎn)位移電壓來啟動(dòng)消弧裝置，一般是在電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)啟動(dòng)消弧裝置，來對(duì)配電網(wǎng)電容電流進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整補(bǔ)償電流，使其達(dá)到預(yù)定的補(bǔ)償狀態(tài)，而這個(gè)過

46、程需要零點(diǎn)幾秒到幾秒，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，如雷擊后工頻續(xù)流有可能發(fā)展成為相間短路或者產(chǎn)生弧光接地過電壓而造成事故，一般直流偏磁式和變壓器式消弧裝置都是屬于這種型式，對(duì)防雷來講主要表現(xiàn)在消弧裝置的響應(yīng)速度跟不上；另一種是預(yù)調(diào)式，即在消弧裝置投運(yùn)后，或在配電網(wǎng)運(yùn)行方式變化后立即完成對(duì)電網(wǎng)電容電流的測(cè)量和補(bǔ)償電流輸出調(diào)整，然后在預(yù)定的狀態(tài)下，一旦單相接地故障發(fā)生，補(bǔ)償電流立即輸出，響應(yīng)時(shí)間為“零”，因?yàn)槔讚艟€路閃絡(luò)時(shí)，雷電流的持續(xù)時(shí)間很短，僅有數(shù)十微秒，造成雷擊破壞的一般多為工頻續(xù)流，即配電網(wǎng)的電容電流，而預(yù)調(diào)式由于響應(yīng)速度快，對(duì)接地故障處理及時(shí)，因此具有很好的防雷功能。.n3.3.3.3. ZXB系列

47、自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置n在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，允許帶故障運(yùn)行2小時(shí)，這對(duì)保證供電的可靠性和減少用戶停電是不利的。但是，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，特別是城市電網(wǎng)電纜的增多，電容電流越來越大，以致單相接地時(shí)不能可靠地熄弧而引起線路跳閘，或者造成電弧間歇性熄滅與重燃，形成弧光接地過電壓或激發(fā)鐵磁諧振，危及電氣設(shè)備絕緣。因此，對(duì)635kV配電網(wǎng)單相接地電流進(jìn)行限制是非常必要的，老式消弧線圈在調(diào)諧上也無法滿足要求，若采用電阻接地又可能使供電可靠性得不到保證。為此，河南省信陽市電業(yè)局和武漢高壓研究所有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員從1993年到1996年進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三年研究，充分利用電業(yè)局的現(xiàn)場(chǎng)條件和實(shí)踐知識(shí)，結(jié)合武漢高壓研究所的科研

48、開發(fā)能力，終于在1996年繼珠海金洪和邯鄲衡山之后，開發(fā)出了ZXB系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置。 .n（一）、裝置結(jié)構(gòu)nZXB610kV系列裝置由接地變壓器、可調(diào)電抗器、控制阻尼柜和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)四部分組成。ZXB35kV系列裝置由可調(diào)電抗器、控制阻尼柜和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)三部分組成。n（1）接地變壓器n它主要用于引出中性點(diǎn)，一次繞組采用Z形連接，使零序磁通相互抵消，減少零序阻抗，以便于補(bǔ)償電流的輸出。n（2）可調(diào)電抗器n采用調(diào)鐵芯氣隙的方法，使補(bǔ)償電流連續(xù)可調(diào)。而且對(duì)鐵芯進(jìn)行特殊處理，繞組進(jìn)行了加固，所以電抗器在處理單相接地故障時(shí)，沒有振動(dòng)，噪聲也比老式消弧線圈小。.n（3）控制阻尼柜n它分上、下兩

49、部分，上部是用不銹鋼繞制的阻尼電阻，用于阻尼諧振過電壓和限制弧光接地過電壓，下部為計(jì)算機(jī)控制部分的出口終端。n（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)n采用INTEL87C51微處理作為系統(tǒng)的主要處理器（CPU）、外部擴(kuò)展32KRAM和32KROM，繼電器中功率放大輸出，鍵盤接口，微型打印機(jī)接口等外圍電路以及遠(yuǎn)動(dòng)接口。本套裝置可對(duì)電網(wǎng)的電容電流進(jìn)行自動(dòng)跟蹤測(cè)量和自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償電流。在正常運(yùn)行時(shí)面板顯示中性點(diǎn)電壓、電容電流、殘流，故障結(jié)束后自動(dòng)打印故障參數(shù)。n接地變壓器、可調(diào)電抗器和控制阻尼柜可以戶內(nèi)安裝也可以在戶外安裝。.第四節(jié)、防雷接地裝置n3.4.1 接地和接地裝置的基本概念n接地問題最早是18世紀(jì)富蘭克林為避

50、雷針防雷而提出來的，可稱之為防雷接地，當(dāng)然希望接地電阻愈小愈好，測(cè)量接地電阻并沒有考慮用什么樣的電流。n 19世紀(jì)末20世紀(jì)初電力輸送網(wǎng)建立起來，使用工頻交流電，就出現(xiàn)使用電器者的觸電事故，“接觸電壓”致人死亡和“跨步電壓”致人死亡，都要求電力系統(tǒng)妥善解決電力系統(tǒng)的接地問題；這種接地比較復(fù)雜，由于輸電網(wǎng)是三相供電，有幾種接地方式方法，這類接地統(tǒng)稱為安全接地，接地裝置有些比較龐大，在地下用鋼材組成接地網(wǎng)，以盡可能降低接地電阻，測(cè)量接地電阻使用的電流當(dāng)然是電力系統(tǒng)的工頻電流，這樣測(cè)量所得的電阻值稱之為工頻接地電阻，使用的儀器是搖表式的，a搖表產(chǎn)生工頻交流電。與安全接地幾乎.n同時(shí)出現(xiàn)的是電學(xué)測(cè)量?jī)x

51、器的發(fā)展，需要把精密測(cè)量?jī)x的外殼接地，以減少外界干擾。40年代以后電子儀器迅速發(fā)展，機(jī)殼接地防止干擾的問題非常突出，實(shí)驗(yàn)室需要設(shè)置自己獨(dú)立的接地裝置，這種接地并不通過大電流目的是為了防干擾，稱這種接地為防干擾接地或叫信號(hào)接地，郵電通信事業(yè)發(fā)展之時(shí)，防干擾是一個(gè)重要技術(shù)需要，它所需要的接地是屬于這一類接地的，測(cè)這種接地用直流就可以，直流電有一個(gè)極化電壓引起的誤差，所以就使用搖表鍘接地電阻。n 80年代迅速發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)，需要良好的接地，以防止干擾，在設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，必須相應(yīng)的設(shè)置自己專用的接地裝置；它也屬于信號(hào)接地，也有的稱它為邏輯地。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，靜電的危害與之懼來，在石油化工行業(yè)

52、，也頻繁發(fā)生靜電引發(fā)的大火，為了泄放各種絕緣物及工作人員身上的靜電，又出現(xiàn)第4種接地，這就是防靜電接地。.n3.4.2 接地電阻n 接地電阻是由兩部分組成，第一部分是金屬接地電極，它在沖擊電流下既有電阻，也有電感，所以對(duì)于沖擊電流所表現(xiàn)出來的，既有電阻，又有感抗，感抗與沖擊電流的波形有關(guān)，它實(shí)際上表現(xiàn)為阻抗，而不是純電阻。其電阻部分是服從歐姆定律的，與閃電的強(qiáng)度無關(guān)。n第二部分是閃電電流進(jìn)入大地時(shí)表現(xiàn)出來的電阻，與電流的分布情況、土壤的成分狀況和閃電的強(qiáng)度有關(guān)，很復(fù)雜，這部分電阻稱之為流散電阻或散流電阻，這部分電阻值是占主要的，它不服從狹義的歐姆定律，或者說它是與電流的大小緊密相關(guān)的非線性電阻

53、。n 接地電阻主要決定于散流電阻，是非線性的，與閃電電流的峰值和波形有關(guān)，不是純電阻，準(zhǔn)確的說是一個(gè)阻抗，近似地可視作紹電阻，所以防雷規(guī)范中只給出接地電阻值。當(dāng)仔細(xì)考察時(shí)，可以看出：我們所認(rèn)為的沖擊接地電阻值，是指沖擊電流經(jīng)接地.n電阻值，是指沖擊電流經(jīng)接地電極入地后，沖擊電流產(chǎn)生的沖擊電位降的峰值與沖擊電流的峰值之比。實(shí)際上這兩個(gè)峰值不是同一瞬間到達(dá)的，有一個(gè)時(shí)間差，這是由于金屬電極具有電感造成的。平常都含糊地不考慮了。使用一定波形的沖擊電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因其含有高頻成份，對(duì)不同的電極形狀和長(zhǎng)度會(huì)表現(xiàn)出不同的感抗值，這樣測(cè)出的接地電阻值比工頻接地電阻值和閃電入地實(shí)際所經(jīng)歷的沖擊接地電阻都大許多

54、，因?yàn)殡娙氲匾a(chǎn)生火花效應(yīng)而流散電阻因火花效應(yīng)而降低(這種降低與土壤電阻率有關(guān))，閃電電流強(qiáng)度越大，火花效應(yīng)越強(qiáng)，接地電阻就降低越多。而普通儀表使用的沖擊電流不足以對(duì)大地土壤產(chǎn)生火花效應(yīng)，故測(cè)出的數(shù)值偏大，乘上一定的修正系數(shù)才是可信的沖擊接地電阻值。而這種修正系數(shù)的制定是非常困難的。n 從這些情況看，實(shí)際上測(cè)量一個(gè)具體的接地裝置的沖擊接地電阻的真正值是幾乎不可能的，用模擬雷電電壓測(cè)量，則要把龐大的沖擊高電壓設(shè)備搬上去，困難很大，而它與實(shí)際上的閃電仍有差異，從理論研究上考慮，則是有可能的，那就是使用特殊設(shè)計(jì)的高壓脈沖記憶示波器來記錄閃電入地瞬間的電流及電壓波。.n電阻值，是指沖擊電流經(jīng)接地電極入

55、地后，沖擊電流產(chǎn)生的沖擊電位降的峰值與沖擊電流的峰值之比。實(shí)際上這兩個(gè)峰值不是同一瞬間到達(dá)的，有一個(gè)時(shí)間差，這是由于金屬電極具有電感造成的。平常都含糊地不考慮了。使用一定波形的沖擊電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，因其含有高頻成份，對(duì)不同的電極形狀和長(zhǎng)度會(huì)表現(xiàn)出不同的感抗值，這樣測(cè)出的接地電阻值比工頻接地電阻值和閃電入地實(shí)際所經(jīng)歷的沖擊接地電阻都大許多，因?yàn)殡娙氲匾a(chǎn)生火花效應(yīng)而流散電阻因火花效應(yīng)而降低(這種降低與土壤電阻率有關(guān))，閃電電流強(qiáng)度越大，火花效應(yīng)越強(qiáng)，接地電阻就降低越多。而普通儀表使用的沖擊電流不足以對(duì)大地土壤產(chǎn)生火花效應(yīng)，故測(cè)出的數(shù)值偏大，乘上一定的修正系數(shù)才是可信的沖擊接地電阻值。而這種修正系數(shù)

56、的制定是非常困難的。n 從這些情況看，實(shí)際上測(cè)量一個(gè)具體的接地裝置的沖擊接地電阻的真正值是幾乎不可能的，用模擬雷電電壓測(cè)量，則要把龐大的沖擊高電壓設(shè)備搬上去，困難很大，而它與實(shí)際上的閃電仍有差異，從理論研究上考慮，則是有可能的，那就是使用特殊設(shè)計(jì)的高壓脈沖記憶示波器來記錄閃電入地瞬間的電流及電壓波。.n沖擊接地電阻n 沖擊電流或雷電流通過接地體流向大地時(shí),接地體呈現(xiàn)的電阻叫沖擊接地電阻,沖擊接地電阻與工頻接地電阻不同,其主要原因是沖擊電流的幅值可能 很大,會(huì)引起土壤放電,而且沖擊電流的等效頻率又比工頻高得多.當(dāng)沖擊電流進(jìn)入接地體時(shí),會(huì)引起一系列復(fù)雜的過渡過程,每有一瞬間接地體呈現(xiàn)的有效電阻值都

57、有可能有所不同,而且接地體上 最大電壓出現(xiàn)的時(shí)刻不一定就是電流最大的時(shí)刻。為了使沖擊接地電阻Rch有一明確的定義，通常令mmchIUR （3-36）.n在某些情況下，為了數(shù)字處理，有時(shí)也把在雷流波頭時(shí)刻（）接地體呈現(xiàn)的電阻作為沖擊接地電阻，而對(duì)于某一特定t值的沖擊接地電阻將加以說明。n對(duì)于單一的集中接地體，由于尺寸不大（相對(duì)于沖擊波的波頭長(zhǎng)度來說），談不上有什么顯著的波過程，即在討論其沖擊接地電阻時(shí)，不需要考慮它的電感與電容，可以認(rèn)為其沖擊接地電阻與沖擊波的頻率武官。此時(shí)使得沖擊接地電阻與工頻接地電阻不同的主要 因素是：強(qiáng)大的沖擊電流流入土壤后會(huì)形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，使土壤 發(fā)生強(qiáng)烈的局部放電現(xiàn)象。

58、一般土壤由于是不均勻媒質(zhì)，所以其耐壓強(qiáng)度只有左右，在時(shí)使土壤放電的電流密度為)/(85. 010100105 . 8223cmAJ.n沖擊電位分布n 在獨(dú)立避雷針附近和一些高層建筑物的進(jìn)出口處，為了驗(yàn)算沖擊跨步電勢(shì)對(duì)人體的電擊傷害，需要計(jì)算地面沖擊電位分布。但由于受到接地體形狀、地層電阻率和介電系數(shù)的分布以及雷電流波形和集膚效應(yīng)等復(fù)雜因素的影響，要用解析的方法直接計(jì)算地面沖擊電位分布是比較困難的。因此，常用試驗(yàn)的方法是將測(cè)量的沖擊電位分布和工頻電位分布加以比較，以便得出沖擊電勢(shì)的估算式。n 試驗(yàn)證明：在接地體附近沖擊電位的梯度比工頻電位的梯度大，這是因?yàn)闆_擊電流通過接時(shí)，接地體附近的阻抗區(qū)除有

59、工頻電流相似的電阻分量外，由于磁場(chǎng)和集膚效應(yīng)的作用，還包括了較為顯著的與頻率有關(guān)的電阻和電感分量，故電位梯度較大；離開接地體愈遠(yuǎn)，由于電流通過的地層截面增大，后一分量所占的比例顯著減小，因而地面沖擊電位分布和工頻電位分布相似。這種相似性提供了用測(cè)量工頻接地電阻的方法來測(cè)量沖擊接地電阻的可能性。.n3.4.6 架空線路桿塔接地n（一）、架空線路桿塔的意義n架空線路桿塔接地對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。由于桿塔接地電阻高而產(chǎn)生的雷擊閃絡(luò)事故相當(dāng)多，典型的有500kV天平、回輸電線路。由于大部分位于山區(qū)、地質(zhì)條件較差，許多桿塔的接

60、地電阻不合格，有不少桿塔的接地電阻在100以上，造成線路耐雷水平低，經(jīng)常發(fā)生雷電繞擊、反擊，使線路跳閘，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)對(duì)線路桿塔接地進(jìn)行了降阻高燥，使線路雷擊跳閘率得到了有效的控制。又如，信陽110kV信李線，由于部分桿塔的接地電阻不合格，在1992年和1993年多次發(fā)生雷擊跳閘事故。特別是110kV平寶線，因線路的部分桿塔要經(jīng)過雷電流活動(dòng)強(qiáng)烈的震雷山，桿塔的接地電阻又不合格，高的達(dá)100以上，因而在1995年前，每年都要發(fā)生雷擊跳閘，有的一年發(fā)生多次跳閘，1996年對(duì)接地電阻不合格的桿塔接地進(jìn)行了改造.n（二）、架空線路桿塔接地的標(biāo)準(zhǔn)要求n對(duì)架空線路桿塔的接地電阻和型式在電力行