高壓電工培訓(xùn)第七章過電壓保護(hù)

1、第七章：過電壓及其保護(hù)“過電壓”的定義：電力系統(tǒng)運(yùn)行中，出現(xiàn)危及電氣設(shè)備絕緣的電壓稱為過電壓。第一節(jié) 過電壓概述 一、 過電壓的產(chǎn)生n雷擊n電力系統(tǒng)中的操作n電力系統(tǒng)故障過電壓對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行危害n雷擊：造成人員傷害 電力線路或電氣設(shè)備絕緣損壞 中斷供電 引起火災(zāi)n內(nèi)部過電壓：電氣設(shè)備絕緣擊穿損壞雷擊建筑物雷擊建筑物大面積停電雷擊架空線雷擊架空線二、 過電壓分類 直擊雷過電壓 雷過電壓 感應(yīng)雷過電壓 （大氣、外部）雷電入侵波過電壓 工頻過電壓過電壓 線性諧振過電壓 諧振過電壓 非線性諧振過電壓 參數(shù)諧振過電壓 內(nèi)部過電壓 切、合空載長線路過電壓 操作過電壓 切、合空載變壓器過電壓 開斷感應(yīng)

2、電動機(jī)過電 開并聯(lián)電容器過電壓 弧光接地過電壓第二節(jié) 雷電過電壓 雷云的形成：干燥天氣中的運(yùn)動小車可能發(fā)產(chǎn)生靜。太陽使地面熱空氣和水蒸汽上升，在高空變冷使水蒸汽結(jié)團(tuán)下降，又被熱的上升空氣分裂、摩擦而帶電。強(qiáng)對流天氣是形成雷電活動的前提條件?？諝庵械乃畾鈭F(tuán)在上升、下降運(yùn)動中的電荷分布不均的水氣團(tuán)分裂造成了云的帶電。云層多帶負(fù)電荷 。 雷電放電：云、云間的放電和云地間的放電。雷電放電的通道擊穿過程（云對地放電為例）n1、云層中富含電荷，但電荷傳導(dǎo)困難，云內(nèi)氣流運(yùn)動可以裹攜電荷位移。n2、對地面高凸物有感應(yīng)效益使云內(nèi)電荷在最接近處形成高電荷密度區(qū)。該區(qū)域首先電離呈為通道頭部。后繼電荷不能即時補(bǔ)充，第

3、一次先導(dǎo)放電結(jié)束 經(jīng)過幾次通道發(fā)展后，擊穿云地間隙。第一次主放電形成。放電時間為50100微秒。放電幅值達(dá)到幾千安、幾十千安、上百千安 第一次主放電后，經(jīng)過0.030.05秒間隔時間后，云層縱深區(qū)域電荷向第一次主放電形成的電荷空白區(qū)域移動，借助通道再放電，形成第二次放電。此后的放電不再分級，而連續(xù)進(jìn)行。 云層邊緣區(qū)域零星電荷向電荷空白區(qū)域移動，在放電末期形成余輝放電。 一次主放電的電荷量其實(shí)是不太大的。如；放電時間為50100微秒、放電幅值為一百千安時，則電荷量為10庫倫，相當(dāng)于10A電流維持1秒鐘 。 但雷擊放電的高電壓、電流幅值所攜帶的瞬時能量是巨大的。設(shè)雷擊幅值電流100KA,通道和接地

4、阻抗2歐姆，則幅值電壓為200Kv、其放電幅值電功率為2000萬KW?！皳簟睙o愧也。地面物體遭受雷擊的后果n強(qiáng)大的雷電流快速流經(jīng)被擊中物體時，產(chǎn)生很高的沖擊電壓，其大小與雷電流大小、被擊中物體沖擊電阻大小有關(guān)。n俄國科學(xué)家向雷云放風(fēng)箏觸電死亡、長城上面打手機(jī)也同樣發(fā)生過觸電死亡的案例、直到今天，我們的中央電視臺在預(yù)報(bào)雷雨氣象時還提醒公眾不要在曠野處使用手機(jī)；樹木被劈裂起火、安全接地線不能保護(hù)架空線路作業(yè)人員安全。二、雷電過電壓的分類n1、直擊雷過電壓n雷云直接對電氣設(shè)備或線路放電，在雷電流入地路徑阻抗上、包括接地電阻上產(chǎn)生了過電壓。遭受了直擊雷的電氣設(shè)備或線路，一般是會引起絕緣擊穿閃絡(luò)而導(dǎo)致系

5、統(tǒng)接地故障2、雷電反擊過電壓n落雷點(diǎn)電位由原來的地（低）電位升高為高電位，擊穿設(shè)備或?qū)Ь€絕緣放電。雷電反擊過電壓3、感應(yīng)雷過電壓n附近雷云放電前在設(shè)備上感應(yīng)了大量的異極性電荷，放電后，這些感應(yīng)電荷失去了帶電雷云束縛引力就立即轉(zhuǎn)為了自由電荷并向線路兩側(cè)流動形成沖擊波。n猶如提水繩斷了，水桶砸落下去一般。一桶擊起千層浪4、雷電入侵波n直擊雷、感應(yīng)雷擊后，在輸電線路中形成迅速流動的電荷沖擊波，稱為雷電進(jìn)行波。雷電進(jìn)行波對其前進(jìn)道路上電氣設(shè)備絕緣構(gòu)成威脅，即是雷電入侵波。n入侵波可以因?yàn)榫€路結(jié)構(gòu)差異或設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不同產(chǎn)生加倍的破壞力。比如延電纜、雙分裂到單架空線前行，線路波阻抗由小變大，入侵波幅值就

6、可以升高。到達(dá)線路開路處就發(fā)生入侵電壓波全反射，使幅值2，第三節(jié) 內(nèi)部過電壓n一、工頻過電壓n 電力系統(tǒng)中非正常運(yùn)行如線路空載、單相接地（在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，可以使健全相對地相電壓升高1.732倍）、不對稱故障引起的電壓升高。n 工頻過電壓具有時間長、過電壓倍數(shù)不高、對絕緣危險(xiǎn)不大的特點(diǎn)。但它可能誘發(fā)其它事故，形成新的過電壓并與之共同作用就形成為害。二、諧振過電壓n1、串聯(lián)諧振過電壓：如果串聯(lián)電路中包括有電感、電容，在交流電壓作用下，電感上的電壓與電容電壓反向，諧振時兩者合起來對外就幾乎沒有電壓降。電路阻抗最小，電流極大。但無論是電感或電容本身上的電壓都極高，形成了破壞能力。n2、鐵諧振過電

7、壓：發(fā)生在鐵磁電感和電容器組成的電路中時，稱為鐵諧振過電壓。猶如我們玩的翹翹板，一段坐人需要很大的力氣臺高，兩端坐等重量的人，給一點(diǎn)點(diǎn)力量，蹺蹺板可以讓兩人分別升高。諧振過電壓的特點(diǎn)n特點(diǎn)：過電壓持續(xù)時間長。頻率低，導(dǎo)致鐵心飽和。n后果是：燒毀互感器、避雷器爆炸n防止措施：用戶變電所中的互感器采用V/V接線，抽取的是線電壓，而非相電壓。三、操作過電壓 操作過電壓是指電力系統(tǒng)由于操作、事故，使設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變（停送電、分合閘）而引起相關(guān)電容、電感上的電場、磁場能量相互轉(zhuǎn)換，并可能引起振蕩，從而產(chǎn)生過電壓。1、切除高壓空載長線過電壓切除高壓空載長線過電壓n空載長線有分布電感和對地電容，以電容為

8、主。在電流過零時，電弧熄滅，斷口間電壓為1.414U=Um，再經(jīng)過半周期，線路電壓不變，電源側(cè)為負(fù)Um，斷口間電壓為2Um。發(fā)生瞬時擊穿。.它所為害的是線路被切除側(cè)的絕緣安全。n防止措施：采用滅弧能力很強(qiáng)的斷路器（真空斷路器、SF6等），以防止電弧重燃。2、合空載長線時的過電壓合空載長線時的過電壓n這是由于空載長線合閘時，線路電容和電感在合閘時過渡過程中有高頻震蕩與穩(wěn)態(tài)的疊加所致。n防止措施：希望選擇在最小振蕩時刻合閘。3、弧光接地過電壓、弧光接地過電壓n只發(fā)生在中性點(diǎn)不接地、小接地系統(tǒng)。當(dāng)其中一相發(fā)生非金屬性不穩(wěn)定接地時，由于電弧的熄滅重燃，在故障相和健全相都可能產(chǎn)生過電壓。其物理過程與切除

9、空載線路過電壓的發(fā)生、發(fā)展極為相似。n產(chǎn)生弧光接地過電壓的原因是線路的對地電容、電感在故障中發(fā)生對地電壓變化，引起電場能、磁場能的相互轉(zhuǎn)換，振蕩。n防止措施：電源變壓器的中性點(diǎn)經(jīng)過消弧線圈接地。2、切除空載變壓器切除空載變壓器（電動機(jī)、變壓器、電抗器）的過電壓的過電壓n在切除前，感性負(fù)載有電流i存在，線圈中有磁場能Q=Li*i/2,切除中，磁場能釋放，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U=L*di/dt,因此有很大的過電壓產(chǎn)生。n防止措施：盡可能采用滅弧能力比較差些（少油斷路器）來執(zhí)行這樣的操作任務(wù)好。在弱電領(lǐng)域，使用專門的RC泄放電路。 第四節(jié) 防雷裝置及應(yīng)用n 避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷器都是常見的

10、防雷裝置。一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置n1、接閃器 u避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)和避雷帶 u（1）避雷針：安裝在建筑物突出部位或獨(dú)立裝設(shè)的針形導(dǎo)體.可以吸引雷電流進(jìn)行放電，從而保護(hù)建筑物免受雷擊。n避雷針宜采用圓鋼或焊接鋼管制成，其直徑不應(yīng)小于下列數(shù)值：u針長 1m以下：圓鋼為12mm； 鋼管為20mm。 u針長 12m.： 圓鋼為16mm； 鋼管為25mm。 u煙囪頂上的針：圓鋼為20mm； 鋼管為40mm。 n 一、防雷裝置一、防雷裝置n（2）避雷帶和避雷網(wǎng)：避雷帶是設(shè)置于屋脊、屋檐、屋角、女兒墻和山墻等條形長帶；避雷網(wǎng)相當(dāng)于縱橫交錯的避雷帶疊加在一起，即可防直擊雷，又可防感

11、應(yīng)雷。n 避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑不應(yīng)小于8mm。扁鋼截面不應(yīng)小于48mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。 n 當(dāng)煙的鍍鋅鋼絞線。 n囪上采用避雷環(huán)時，其圓鋼直徑不應(yīng)小于12mm。扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。 n（3）避雷線：架設(shè)在架空線路之上，保護(hù)架空線路免受直接雷擊。n 避雷線和避雷網(wǎng)宜采用截面不小于35 mm2避雷針避雷針避雷帶避雷帶避雷帶避雷帶避雷帶避雷帶二、避雷器（一）保護(hù)間隙 結(jié)構(gòu) ，在3-10Kv電壓，保護(hù)主間隙是15-25毫米，輔助間隙都是10毫米 （三） 普通閥型避雷器（FS型號類=管型避雷器+串聯(lián)電阻盤） 結(jié)構(gòu)：若干黃銅環(huán)形平

12、板電極中間使用環(huán)形云母墊圈分離定位而組成的間距0.5-1毫米的火花間隙，幾個碳化硅閥型電阻盤串聯(lián)FS閥型避雷器的工作原理n正常情況下，火花間隙有足夠的絕緣強(qiáng)度，不被工頻電壓擊穿，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。n雷過電壓來襲時，電流劇增，擊穿閥片顆?？諝猓娮柘陆甸y片上的殘壓很低，就保護(hù)了設(shè)備絕緣。雷電流后的工頻續(xù)流小，不能維持擊穿閥片顆粒空氣，電阻上升，降低了工頻續(xù)流，火花間隙立即將電弧分割滅弧。系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。FS型普通閥型避雷器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、放電時的電阻值很小雷電流容易通過。2、殘壓不隨雷電流大小發(fā)生大變化。3、像滅弧片那樣的有一定地滅弧能力。4、可以阻止工頻續(xù)流。缺點(diǎn)：1、殘壓較高，可以保護(hù)

13、線路設(shè)備但不能保護(hù)電站設(shè)備。2、內(nèi)部過電壓如果擊穿間隙，滅弧困難，導(dǎo)致避雷器爆炸。FZ:FS型普通閥型避雷器的改進(jìn)1n在FS型普通閥型避雷器的每一個間隙上并聯(lián)均壓電阻，就是FZ（電站型）型避雷器。n工作原理：在工頻情況下，間隙電壓分布均勻，不易擊穿；雷擊時，間隙不均壓，容易擊穿放電。這樣就保證了工頻放電電壓較高又降低了雷電沖擊放電電壓和殘壓（FZ-10殘壓為45KV，使峰值不大于80A工頻續(xù)流在第一次過零時熄滅，而FS-10殘壓為50KV，使峰值不大于50A工頻續(xù)流在第一次過零時熄滅， ）。n可以保護(hù)電站一般設(shè)備，但比較FS型的體積較大些。FCZ、FCD:FZ型閥型避雷器n改進(jìn)途徑：對FZ型閥

14、型避雷器的間隙進(jìn)行增強(qiáng)滅弧能力改造。具體實(shí)施途徑是對電弧加磁吹力，使電弧分拉長、旋轉(zhuǎn)兩式以利于滅弧。nFCZ型的拉長電弧類改造：羊角電極、線圈或磁鐵磁吹、滅弧柵，可切斷450A續(xù)流，在大氣過電壓和內(nèi)部過電壓情況下，可保護(hù)電站設(shè)備。nFCD類的旋轉(zhuǎn)電弧類改造：環(huán)狀間隙電極，線圈或磁鐵磁吹使電弧在環(huán)內(nèi)旋轉(zhuǎn)而被冷卻滅弧，可切斷300A續(xù)流。在大氣過電壓和內(nèi)部過電壓情況下，保護(hù)絕緣裕度最小的電機(jī)類設(shè)備。n缺點(diǎn)：體積很大。造價很高。n氧化鋅避雷器，全部由非線性電阻構(gòu)成。具有殘壓更低，在正常工頻電壓作用下對地泄放電流不超過1毫安，無需串聯(lián)間隙。非線性度a為0.015-0.05，比普通FZ型避雷器的0.2-

15、1.0更小。n放電動作快、流量大、殘壓低、沒有續(xù)流、沒有滅弧過程（相當(dāng)于晶閘管），在大氣過電壓和內(nèi)部過電壓、尤其是操作過電壓情況下，可保護(hù)電站所有電氣設(shè)備。第五節(jié) 電力線路與變電所的防雷保護(hù)二、變電所的母線防雷保護(hù)n3-10Kv變電所應(yīng)在每組母線和架空線上都裝設(shè)閥型避雷器。35Kv以上變電所具有架空進(jìn)線的每組母線上都必須裝設(shè)避雷器。雷電入侵波的過電壓保護(hù)主要措施有n變電所進(jìn)線段保護(hù)n變電所母線裝設(shè)閥型避雷器n主變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)閥型避雷器n與架空線直接連接的電力電纜終端處裝設(shè)閥型避雷器（一）變電站進(jìn)線段的保護(hù) 進(jìn)線段保護(hù)：防止進(jìn)入變電站的架空線路在近區(qū)遭受直擊雷，并對遠(yuǎn)方輸入的雷電入侵波通過避雷

16、器、電纜線路、串聯(lián)電抗器等將其過電壓數(shù)值限制到一個對電氣設(shè)備沒有危險(xiǎn)的較小數(shù)值 （1)、310Kv配電裝置 母線上裝設(shè)閥型避雷器FZ一組，架空進(jìn)線上裝設(shè)線路用避雷器FS一組，有電纜段的架空線路，避雷器應(yīng)裝設(shè)在電纜頭附近，其接地段應(yīng)和電纜金屬外皮相連。如果進(jìn)線電纜與母線相連時串接有電抗器，則電抗器與電纜間增加一組避雷器。 （2）35-110Kv架空線路，如果未沿全線路架設(shè)避雷線，則應(yīng)在變電所1-2Km的進(jìn)線段架設(shè)避雷線，其保護(hù)角不宜超過20度，最大不應(yīng)超過30度。（3） 35-110Kv線路如果有電纜進(jìn)線段 在電纜與架空線連接的戶外電纜頭處應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器，其接地段應(yīng)與電纜金屬外皮連接；該電纜的

17、戶內(nèi)電纜頭的外皮直接接地（三相電纜）。對單芯電纜，其末端金屬外皮應(yīng)經(jīng)保護(hù)間隙接地。 如果進(jìn)線電纜不超過50米，末端可以不裝避雷器；超過50米，且與該進(jìn)線電纜連接的斷路器在雷雨季節(jié)經(jīng)常是開斷狀態(tài)，則電纜靠近母線側(cè)的末端，必須裝設(shè)避雷器保護(hù)。連接進(jìn)線電纜段的1Km架空線，應(yīng)裝設(shè)避雷線。三、變壓器中性點(diǎn)防雷保護(hù)（1） 中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，中性點(diǎn)不接地的變壓器，其中性點(diǎn)的絕緣按線電壓設(shè)計(jì)（3倍相電壓）。 如果變壓器中性點(diǎn)絕緣沒有按線電壓設(shè)計(jì)則無論進(jìn)線多少，均應(yīng)裝設(shè)防雷保護(hù)裝置。 即使中性點(diǎn)的絕緣按線電壓設(shè)計(jì)，變電所是屬于單主變或單線路的變電所，則中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)防雷保護(hù)裝置。 （2） 中性點(diǎn)小接地電流系

18、統(tǒng)中的變壓器，一般不裝設(shè)中性點(diǎn)防雷保護(hù)；但多雷區(qū)單進(jìn)線變電所宜裝設(shè)保護(hù)裝置。中性點(diǎn)裝設(shè)有消弧線圈的變壓器，如果是單進(jìn)線運(yùn)行的，也應(yīng)裝設(shè)中性點(diǎn)保護(hù)裝置。n（3）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，如變壓器所有單進(jìn)線運(yùn)行可能，則中性點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)防雷保護(hù) 變電所內(nèi)的所有閥型避雷器應(yīng)以最短的接地線與主接地網(wǎng)連接，同時應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。（4）配電變壓器防雷保護(hù) 1）3-10千伏配電變壓器應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器保護(hù)。避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，接地線與變壓器中性點(diǎn)、金屬外殼連在一起。 2）35/0.4千伏配電變壓器其高低壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器保護(hù)，3-10千伏配電變壓器，如果為Y/Yn接線，宜在低電壓側(cè)裝設(shè)一組閥型避雷器保護(hù)。三、引下線u 引下線宜采用圓鋼或扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于 8mm。扁鋼截面不應(yīng)小于48mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。 n用鋼絞線不小于25mm2.銅導(dǎo)線截面不小于16mm2u 引下線應(yīng)沿建筑物外墻明敷，并經(jīng)