第六章++電力系統(tǒng)過電壓

1、1第六章 過電壓保護2主要內(nèi)容主要內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 過電壓概述過電壓概述n第二節(jié)第二節(jié) 直接雷擊過電壓保護直接雷擊過電壓保護n第三節(jié)第三節(jié) 雷電侵入波保護雷電侵入波保護n第四節(jié)第四節(jié) 過電壓保護設(shè)備過電壓保護設(shè)備3 第一節(jié)第一節(jié) 過電壓概述過電壓概述 電力系統(tǒng)運行中，出現(xiàn)危及電氣設(shè)備電力系統(tǒng)運行中，出現(xiàn)危及電氣設(shè)備絕緣的電壓稱為過電壓，即在電氣線路絕緣的電壓稱為過電壓，即在電氣線路或電氣設(shè)備上出現(xiàn)的超過正常工作要求或電氣設(shè)備上出現(xiàn)的超過正常工作要求的電壓。的電壓。 過電壓對電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)安全過電壓對電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)安全運行很危險，必須采取相應的保護措施。運行很危險，必須采取相應的保護措

2、施。4 一、過電壓及其危害一、過電壓及其危害 為了考核電氣設(shè)備的絕緣水平，規(guī)定了與電力為了考核電氣設(shè)備的絕緣水平，規(guī)定了與電力系統(tǒng)額定電壓對應的允許最高工作電壓，一般地，系統(tǒng)額定電壓對應的允許最高工作電壓，一般地，電力系統(tǒng)的運行電壓在正常情況下不會超過最高工電力系統(tǒng)的運行電壓在正常情況下不會超過最高工作電壓。作電壓。 由于雷擊或電力系統(tǒng)中的操作、事故等原因，由于雷擊或電力系統(tǒng)中的操作、事故等原因，使某些電氣設(shè)備和線路上承受的電壓大大超過正常使某些電氣設(shè)備和線路上承受的電壓大大超過正常運行電壓，危及設(shè)備和線路的絕緣。運行電壓，危及設(shè)備和線路的絕緣。 過電壓對電力系統(tǒng)的安全運行有極大危害，雷過電壓

3、對電力系統(tǒng)的安全運行有極大危害，雷擊會造成人員傷亡，也會造成電力線路或設(shè)備絕緣擊會造成人員傷亡，也會造成電力線路或設(shè)備絕緣擊穿損壞，不僅中斷供電，甚至引起火災。由于電擊穿損壞，不僅中斷供電，甚至引起火災。由于電氣設(shè)備運行操作不當引起的內(nèi)部過電壓，也會引起氣設(shè)備運行操作不當引起的內(nèi)部過電壓，也會引起設(shè)備絕緣擊穿損壞，造成電力系統(tǒng)的極大破壞。設(shè)備絕緣擊穿損壞，造成電力系統(tǒng)的極大破壞。5 雷電的危害雷電的危害 1、雷電的熱效應和機械效應 遭受直接雷擊的樹木、電桿、房屋等，因通過強大的雷電流會產(chǎn)生很大的熱量，但在極短的時間內(nèi)又不易散發(fā)出來，所以會使金屬熔化，使樹木燒焦。同時由于物體的水分受高熱而汽化膨

4、脹，將產(chǎn)生強大的機械力而爆炸，使建筑物等遭受嚴重的破壞。 2、雷電的磁效應 在雷電流通過的周圍，將有強大的電磁場產(chǎn)生，使附近的導體或金屬結(jié)構(gòu)以及電力裝置中產(chǎn)生很高的感應電壓，可達幾十萬伏，足以破壞一般電氣設(shè)備的絕緣；在金屬結(jié)構(gòu)回路中，接觸不良或有空隙的地方，將產(chǎn)生火花放電，引起爆炸或火災。6 二、過電壓分類二、過電壓分類 1 1、雷電過電壓、雷電過電壓 雷電過電壓又稱雷電過電壓又稱大氣過電壓大氣過電壓或或外部過電壓外部過電壓，它是由于，它是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電過電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其感

5、應而引起的過電壓。雷電過電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達電壓幅值可高達1 1億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，對供億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，對供電系統(tǒng)的危害極大。電系統(tǒng)的危害極大。 2 2、內(nèi)部過電壓、內(nèi)部過電壓 內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)操作、發(fā)生故障內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)操作、發(fā)生故障或其他原因，使系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在系統(tǒng)內(nèi)或其他原因，使系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)電磁振蕩而引起的過電壓。部出現(xiàn)電磁振蕩而引起的過電壓。 內(nèi)部過電壓又分內(nèi)部過電壓又分操作過電壓、諧振過電壓操作過電壓、諧振過電壓和和工頻過電工頻過電壓壓等形式。其中工頻過電壓和諧

6、振過電壓又稱為暫時過電等形式。其中工頻過電壓和諧振過電壓又稱為暫時過電壓。內(nèi)部過電壓一般不會超過系統(tǒng)正常運行時相電壓的壓。內(nèi)部過電壓一般不會超過系統(tǒng)正常運行時相電壓的3 34 4倍，因此對電力線路和電氣設(shè)備絕緣的威脅不是很大。倍，因此對電力線路和電氣設(shè)備絕緣的威脅不是很大。 三、雷電過電壓三、雷電過電壓 1 1、雷云形成、雷云形成 雷電是一種可怖而又壯觀的自然現(xiàn)象，雷電放電雷電是一種可怖而又壯觀的自然現(xiàn)象，雷電放電是由帶電荷的是由帶電荷的“雷云雷云”引起的。引起的。 雷云帶電原因的解釋很多，一般認為，雷云是在雷云帶電原因的解釋很多，一般認為，雷云是在有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流

7、不有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。強烈的上升氣斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。強烈的上升氣流穿過云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，流穿過云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，被風吹得較高，形成大塊的帶負電的雷云；大滴水珠被風吹得較高，形成大塊的帶負電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些局帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些局部帶正電的區(qū)域。部帶正電的區(qū)域。 據(jù)觀測，在地面上產(chǎn)生雷擊的雷云多為負雷云。據(jù)觀測，在地面上產(chǎn)生雷擊的雷云多為負雷云。8 2 2、雷電放電、雷電放電 雷云的底部大多數(shù)是帶負電，它在

8、地面上會感應雷云的底部大多數(shù)是帶負電，它在地面上會感應出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強數(shù)量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強大的電場，其電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。隨著大的電場，其電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度放電的臨界電場強度( (大氣中約大氣中約3030kV/cmkV/cm，有水滴存在，有水滴存在時約時約10kV/cm)10kV/cm)時，就會發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕?/p>

9、花放電；時，就會發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹?；放出幾十乃至幾百千安的電流；產(chǎn)生強烈的光和熱放出幾十乃至幾百千安的電流；產(chǎn)生強烈的光和熱( (放放電通道溫度高達電通道溫度高達1500015000至至2000020000) )，使空氣急劇膨脹，使空氣急劇膨脹震動，發(fā)生霹靂轟鳴，這就是閃電伴隨雷鳴，稱為雷震動，發(fā)生霹靂轟鳴，這就是閃電伴隨雷鳴，稱為雷電之故。電之故。 大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，如果雷云較低，大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，如果雷云較低，其附近又沒有帶異號電荷的其它雷云，這時，雷云就其附近又沒有帶異號電荷的其它雷云，這時，雷云就會對地放電，特別是對地面上的高大樹木或高大建筑會對地放電，

10、特別是對地面上的高大樹木或高大建筑放電。放電。 據(jù)觀測，雷云對地放電大多數(shù)要重復據(jù)觀測，雷云對地放電大多數(shù)要重復2 23 3次。其次。其中第一次放電過程是分級發(fā)展的中第一次放電過程是分級發(fā)展的( (稱為先導稱為先導) )，如圖，如圖5-5-2 2所示。所示。 先導放電：先導放電：雷云中的負電荷逐漸積聚，同時在附雷云中的負電荷逐漸積聚，同時在附近地面上感應出正電荷，當雷云與大地之間局部電場近地面上感應出正電荷，當雷云與大地之間局部電場強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。這一放電階段稱為道自雷云邊緣向大地發(fā)展。這一放電

11、階段稱為先導放先導放電電。先導通道逐步發(fā)展當臨近地面時，由于局部空間。先導通道逐步發(fā)展當臨近地面時，由于局部空間電場強度的增加，常在地面突起處出現(xiàn)正電荷的先導電場強度的增加，常在地面突起處出現(xiàn)正電荷的先導放電向天空發(fā)展，稱為放電向天空發(fā)展，稱為迎面先導迎面先導。當先導通道到達地。當先導通道到達地面或與迎面先導相遇以后，形成一個高導電率的等離面或與迎面先導相遇以后，形成一個高導電率的等離子體通道，使先導通道中的正、負電荷強烈吸引中和，子體通道，使先導通道中的正、負電荷強烈吸引中和，這就是主放電階段。這就是主放電階段。 第一次主放電電流最大，能達幾十、上百千安，第一次主放電電流最大，能達幾十、上百

12、千安，主放電時間很短，只有主放電時間很短，只有5050100100ss。第一次主放電結(jié)。第一次主放電結(jié)束后，經(jīng)過束后，經(jīng)過0.030.030.05s0.05s間隔時間后，沿第一次放電間隔時間后，沿第一次放電通路出現(xiàn)第二次放電。第二次放電不再分級進行而是通路出現(xiàn)第二次放電。第二次放電不再分級進行而是連續(xù)發(fā)展出現(xiàn)主放電。連續(xù)發(fā)展出現(xiàn)主放電。10 3 3、直接雷擊過電壓、直接雷擊過電壓 雷云對大地的放電雖然只占少數(shù)，但是一雷云對大地的放電雖然只占少數(shù)，但是一旦發(fā)生就有可綸帶來嚴重的危險。旦發(fā)生就有可綸帶來嚴重的危險。 雷云直接對電器設(shè)備或電力線路放電，雷雷云直接對電器設(shè)備或電力線路放電，雷電流流過這

13、些設(shè)備時，在雷電流流通路徑上的電流流過這些設(shè)備時，在雷電流流通路徑上的阻抗阻抗( (包括接地電阻包括接地電阻) )上產(chǎn)生沖擊電壓，引起過上產(chǎn)生沖擊電壓，引起過電壓。這種過電壓稱為直接雷擊過電壓。電壓。這種過電壓稱為直接雷擊過電壓。2000EERI11 4、雷電反擊過電壓、雷電反擊過電壓 雷云對電力架空線路的桿塔頂部放電，或者雷云對雷云對電力架空線路的桿塔頂部放電，或者雷云對電力架空線路桿塔頂部的避雷線放電電力架空線路桿塔頂部的避雷線放電。這時，雷電流經(jīng)。這時，雷電流經(jīng)桿塔入地時，在桿塔頂部和接地裝置阻抗上存在電壓降。桿塔入地時，在桿塔頂部和接地裝置阻抗上存在電壓降。因此，桿塔頂部出現(xiàn)高電位，這

14、個高電位作用于線路的因此，桿塔頂部出現(xiàn)高電位，這個高電位作用于線路的導線絕緣子上，如果電壓足夠高，有可能產(chǎn)生擊穿，對導線絕緣子上，如果電壓足夠高，有可能產(chǎn)生擊穿，對導線放電，這種情況稱為雷電反擊過電壓。導線放電，這種情況稱為雷電反擊過電壓。 5、雷電侵入波、雷電侵入波 因直接雷擊或感應雷擊在輸電線路導線中形成迅速因直接雷擊或感應雷擊在輸電線路導線中形成迅速流動的電荷稱為雷電進行波，雷電進行波對前進道路上流動的電荷稱為雷電進行波，雷電進行波對前進道路上的電氣設(shè)備構(gòu)成威脅，因此又稱為雷電侵入波。最大的的電氣設(shè)備構(gòu)成威脅，因此又稱為雷電侵入波。最大的威脅是：當雷電侵入波前行時，如遇到處于分閘狀態(tài)的威

15、脅是：當雷電侵入波前行時，如遇到處于分閘狀態(tài)的線路開關(guān)，或者來到變壓器線圈尾端中性點處，則會產(chǎn)線路開關(guān)，或者來到變壓器線圈尾端中性點處，則會產(chǎn)生進行波的全反射。這個反射與侵入波迭加，過電壓增生進行波的全反射。這個反射與侵入波迭加，過電壓增高一倍，極容易造成擊穿事故。高一倍，極容易造成擊穿事故。12 6 6、感應雷擊過電壓、感應雷擊過電壓 架空線路在附近出現(xiàn)對地雷擊時極易產(chǎn)生感應過電架空線路在附近出現(xiàn)對地雷擊時極易產(chǎn)生感應過電壓。當雷云出現(xiàn)在架空線路上方時，線路上由于靜電感壓。當雷云出現(xiàn)在架空線路上方時，線路上由于靜電感應而積聚大量異性的束縛電荷，當雷云對地或其他雷云應而積聚大量異性的束縛電荷，

16、當雷云對地或其他雷云放電后，線路上的束縛電荷被釋放而形成自由電荷，向放電后，線路上的束縛電荷被釋放而形成自由電荷，向線路兩端泄放，形成電位很高的過電壓波，對供電系統(tǒng)線路兩端泄放，形成電位很高的過電壓波，對供電系統(tǒng)危害也很大。如下圖所示。危害也很大。如下圖所示。13雷電的有關(guān)名詞概念雷電的有關(guān)名詞概念 (1) (1)雷電流的幅值和陡度雷電流的幅值和陡度 雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流，它的流，它的幅值幅值是指流入雷擊點的電流達到的最高值，是指流入雷擊點的電流達到的最高值，陡度陡度是指雷電流隨時間上升的變化率，雷電流的陡是指雷電流隨時間上升的變化

17、率，雷電流的陡度越大，產(chǎn)生的過電壓越高。度越大，產(chǎn)生的過電壓越高。 (2) (2)年平均雷暴日數(shù)年平均雷暴日數(shù) 凡有雷電活動的日子，包括看到雷閃和聽到雷凡有雷電活動的日子，包括看到雷閃和聽到雷聲，都稱為雷暴日。年平均雷暴日數(shù)不超過聲，都稱為雷暴日。年平均雷暴日數(shù)不超過1515天的天的地區(qū)，稱為少雷區(qū)；超過地區(qū)，稱為少雷區(qū)；超過4040天的地區(qū)，稱為多雷區(qū)。天的地區(qū)，稱為多雷區(qū)。 四、內(nèi)部過電壓四、內(nèi)部過電壓 1 1、工頻過電壓、工頻過電壓 一般由線路空載、單相接地或三相系統(tǒng)中發(fā)生不對稱一般由線路空載、單相接地或三相系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障時引起。故障時引起。 特點：持續(xù)時間可能較長，數(shù)值不很大，危

18、害較小。特點：持續(xù)時間可能較長，數(shù)值不很大，危害較小。 2 2、諧振過電壓、諧振過電壓 電路中當容性電抗和感性電抗大小接近相等時，將產(chǎn)電路中當容性電抗和感性電抗大小接近相等時，將產(chǎn)生諧振過電壓。為了防止發(fā)生諧振過電壓事故，對生諧振過電壓。為了防止發(fā)生諧振過電壓事故，對10kV10kV供供電的用戶變電所要求電壓互感器組采用電的用戶變電所要求電壓互感器組采用VVVV接線。接線。 3 3、操作過電壓、操作過電壓 由于操作或事故，使設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)生改變，而引起由于操作或事故，使設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)生改變，而引起相關(guān)設(shè)備的電場能量和磁場能量相互轉(zhuǎn)換，可能引起振蕩，相關(guān)設(shè)備的電場能量和磁場能量相互轉(zhuǎn)換，可能引起

19、振蕩，從而產(chǎn)生過電壓。從而產(chǎn)生過電壓。 如果電路中電阻較大，能起較好的阻尼作用，則揚蕩如果電路中電阻較大，能起較好的阻尼作用，則揚蕩時能量消耗快，電流電壓迅速衰減進入穩(wěn)態(tài)，過電壓會較時能量消耗快，電流電壓迅速衰減進入穩(wěn)態(tài)，過電壓會較快消失。快消失。15 容易發(fā)生操作過電壓的常見操作容易發(fā)生操作過電壓的常見操作有：切、合高電有：切、合高電壓空載長線路；切、合空載變壓器；切、合電容器；壓空載長線路；切、合空載變壓器；切、合電容器；開斷高壓電動機等。開斷高壓電動機等。 斷路器滅弧能力不夠強，在開斷時觸頭間發(fā)生電斷路器滅弧能力不夠強，在開斷時觸頭間發(fā)生電弧重燃容易引起弧重燃容易引起操作過電壓操作過電壓

20、。 對于感性負載設(shè)備來說，如果開關(guān)設(shè)備的滅弧能對于感性負載設(shè)備來說，如果開關(guān)設(shè)備的滅弧能力特別強，則可能引起力特別強，則可能引起截流過電壓截流過電壓。開斷空載變壓器。開斷空載變壓器和開斷高壓電動機都有可能出現(xiàn)截流過電壓。和開斷高壓電動機都有可能出現(xiàn)截流過電壓。 空載長線路在合閘時，線路的電感、電容要經(jīng)歷空載長線路在合閘時，線路的電感、電容要經(jīng)歷一個高頻振蕩過程，也可能引起過電壓。一個高頻振蕩過程，也可能引起過電壓。 在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相不穩(wěn)定電弧接地在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相不穩(wěn)定電弧接地時，接地點的電弧間隙性的熄滅和重燃，則在電網(wǎng)健時，接地點的電弧間隙性的熄滅和重燃，則在電網(wǎng)健全相

21、和故障相都可能產(chǎn)生過電壓。通常，稱為全相和故障相都可能產(chǎn)生過電壓。通常，稱為電弧接電弧接地過電壓。地過電壓。16第二節(jié)第二節(jié) 直接雷擊過電壓保護直接雷擊過電壓保護 為了防止設(shè)備免受直接雷擊，通常采為了防止設(shè)備免受直接雷擊，通常采用裝設(shè)避雷針或避雷線的措施，避雷針、用裝設(shè)避雷針或避雷線的措施，避雷針、避雷線高于被保護物，其作用是將雷電吸避雷線高于被保護物，其作用是將雷電吸引到避雷針、避雷線本身上來，并安全地引到避雷針、避雷線本身上來，并安全地將雷電流引入大地，從而保護了設(shè)備。將雷電流引入大地，從而保護了設(shè)備。17一、單支避雷針的保護范圍一、單支避雷針的保護范圍18 按下式計算按下式計算 ：()2

22、(1.52)2xxxxxxhhrhhphhrhhp當時，當時，式中，式中，p 的的計算如下：計算如下：3015.530120hmphmph時，時，例例：某廠鍋爐房煙囪高某廠鍋爐房煙囪高40m，煙囪上安裝一支高，煙囪上安裝一支高2m的避雷針，鍋爐房（屬的避雷針，鍋爐房（屬第三類防雷建筑物）尺寸第三類防雷建筑物）尺寸如圖，試問此避雷針能否如圖，試問此避雷針能否保護鍋爐房。保護鍋爐房。 解：解：由題，避雷針頂端高由題，避雷針頂端高度度h=40+2=42m，hx=8m，根據(jù)公式得避雷針保護半根據(jù)公式得避雷針保護半徑為：徑為： 19mhhhphhrxxx85.39425 .5)82425 .1 (5 .

23、5)25 .1 ()25 .1 ( 解法二：解法二： 查表查表9-2得滾球半徑得滾球半徑hr=60m，而避，而避雷針頂端高度雷針頂端高度h=40+2=42m，hx=8m，根據(jù)公式得避雷針保護半徑為：根據(jù)公式得避雷針保護半徑為： 現(xiàn)鍋爐房在現(xiàn)鍋爐房在hx=8m 高度上最遠屋角距離避高度上最遠屋角距離避雷針的水平距離為雷針的水平距離為 ：21由此可見，煙囪上的避雷針能保護鍋爐房。由此可見，煙囪上的避雷針能保護鍋爐房。 22二、雙支等高避雷針保護范圍二、雙支等高避雷針保護范圍23 兩針外側(cè)的保護范圍可按單針計算方法確兩針外側(cè)的保護范圍可按單針計算方法確定，兩針間的保護范圍應按通過兩針頂點及保定，兩針

24、間的保護范圍應按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點護范圍上部邊緣最低點O O的圓弧來確定，的圓弧來確定，O O點的點的高度按下式計算：高度按下式計算： 截面中高度為截面中高度為h hx x的水平面上保護范圍的一的水平面上保護范圍的一側(cè)寬度可按下式計算側(cè)寬度可按下式計算 ：07Dhhp01.5()xxbhh24 三、兩支不等高避雷針三、兩支不等高避雷針 其保護范圍按下法確定，兩針內(nèi)側(cè)的保其保護范圍按下法確定，兩針內(nèi)側(cè)的保護范圍先按單針作出高針護范圍先按單針作出高針1 1的保護范圍，然后的保護范圍，然后經(jīng)過較低針經(jīng)過較低針2 2的頂點作水平線與之交于點的頂點作水平線與之交于點3 3，再設(shè)點再設(shè)點

25、3 3為一假想針的頂點，作出兩等高針為一假想針的頂點，作出兩等高針2 2和和3 3的保護范圍。兩針外側(cè)的保護范圍仍按單的保護范圍。兩針外側(cè)的保護范圍仍按單針計算。針計算。25五、單根避雷線的保護范圍五、單根避雷線的保護范圍0.47()22xxxxxxhhrhhphhrhp當時，當時， （h-1.53 ）26六、雙根避雷線保護范圍六、雙根避雷線保護范圍27 兩不等高避雷線的保護范圍可按兩不等兩不等高避雷線的保護范圍可按兩不等高避雷針的保護范圍的確定原則求得。高避雷針的保護范圍的確定原則求得。 外側(cè)的保護范圍應按單線計算，兩線橫外側(cè)的保護范圍應按單線計算，兩線橫截面的保護范圍可以通過兩線截面的保護

26、范圍可以通過兩線1、2點及保護點及保護范圍上部邊緣最低點范圍上部邊緣最低點O的圓弧所確定，的圓弧所確定，O點點的高應按下式計算。的高應按下式計算。04Dhhp28 第三節(jié)第三節(jié) 雷電侵入波防護雷電侵入波防護 對雷電侵入波的過電壓保護主要對雷電侵入波的過電壓保護主要措施有：措施有： 變電所進線段保護、變電所母變電所進線段保護、變電所母線裝設(shè)閥型避雷器、主變壓器中性線裝設(shè)閥型避雷器、主變壓器中性點裝設(shè)閥型避雷器、與架空線路直點裝設(shè)閥型避雷器、與架空線路直接連接的電力電纜終端處裝設(shè)閥型接連接的電力電纜終端處裝設(shè)閥型避雷器等。避雷器等。一、一、輸電線路的防雷輸電線路的防雷 雷擊暴露在空氣中的架空輸電線

27、路有四種雷擊暴露在空氣中的架空輸電線路有四種可能：雷擊線路附近地面；雷擊塔頂及塔頂附可能：雷擊線路附近地面；雷擊塔頂及塔頂附近避雷線；雷擊檔距中央的避雷線；雷擊導線。近避雷線；雷擊檔距中央的避雷線；雷擊導線。 輸電線路防雷的任務是：采用技術(shù)上與經(jīng)輸電線路防雷的任務是：采用技術(shù)上與經(jīng)濟上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運行部門濟上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運行部門能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運行。一能夠接受的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運行。一般采用下列措施，也稱為輸電線路防雷的般采用下列措施，也稱為輸電線路防雷的“四四道防線道防線” 1 1、防止雷直擊導線、防止雷直擊導線 沿線架設(shè)避雷線，有時也裝

28、避雷針與其配沿線架設(shè)避雷線，有時也裝避雷針與其配合，有時也可改用電纜線路。合，有時也可改用電纜線路。29 2 2、防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡、防止雷擊塔頂或避雷線后引起絕緣閃絡 輸電線路的閃絡指雷擊塔頂或避雷線時，輸電線路的閃絡指雷擊塔頂或避雷線時，使塔頂電位升高，這樣原來認為接地的桿塔卻使塔頂電位升高，這樣原來認為接地的桿塔卻具有高電位，有可能對導線放電，使過電壓加具有高電位，有可能對導線放電，使過電壓加到導線上。到導線上。 3 3、防止雷擊閃絡后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧、防止雷擊閃絡后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧 當絕緣子串發(fā)生閃絡后，應盡量使它不轉(zhuǎn)當絕緣子串發(fā)生閃絡后，應盡量使它不轉(zhuǎn)化為工頻

29、電弧，因為如果工頻電弧建立不了，化為工頻電弧，因為如果工頻電弧建立不了，線路則不會跳閘。降低建弧率的措施有：適當線路則不會跳閘。降低建弧率的措施有：適當增加絕緣子片數(shù)，減少絕緣子串上工頻電場強增加絕緣子片數(shù)，減少絕緣子串上工頻電場強度，電網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧相勸接地方式，度，電網(wǎng)中采用不接地或經(jīng)消弧相勸接地方式，防止建立穩(wěn)定的工頻電弧。防止建立穩(wěn)定的工頻電弧。30 4 4、防止線路中斷供電、防止線路中斷供電 可采用自動重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電可采用自動重合閘，或雙回路、環(huán)網(wǎng)供電等措施，即使線路跳閘，也能不中斷供電。等措施，即使線路跳閘，也能不中斷供電。 架空線路的防雷措施有架空線路的防雷措

30、施有：31 架設(shè)避雷線。這是線路防雷的最有效措施，但成架設(shè)避雷線。這是線路防雷的最有效措施，但成本很高，只有本很高，只有66kV及以上線路才沿全線裝設(shè)。及以上線路才沿全線裝設(shè)。 提高線路本身的絕緣水平。提高線路本身的絕緣水平。 利用三角形排列的頂線兼做防雷保護線。利用三角形排列的頂線兼做防雷保護線。 加強對絕緣薄弱點的保護。加強對絕緣薄弱點的保護。 采用自動重合閘裝置。采用自動重合閘裝置。 絕緣子鐵腳接地。絕緣子鐵腳接地。二、二、變配電所的防雷保護變配電所的防雷保護 1.1. 防直擊雷防直擊雷 獨立避雷針與被保護物之獨立避雷針與被保護物之間應保持一定的空間距離間應保持一定的空間距離So，如圖如

31、圖。 獨立避雷針應裝設(shè)獨立的獨立避雷針應裝設(shè)獨立的接地裝置，其接地體與被保護接地裝置，其接地體與被保護物的接地體之間也應保持一定物的接地體之間也應保持一定的地中距離的地中距離SE，如圖，如圖 。 獨立避雷針及其接地裝置獨立避雷針及其接地裝置不應設(shè)在人員經(jīng)常出入的地方。不應設(shè)在人員經(jīng)常出入的地方。3233 2. 進線防雷保護進線防雷保護 35kV電力線路在變電所進線電力線路在變電所進線12km段內(nèi)裝設(shè)段內(nèi)裝設(shè)避雷線防止直接雷擊。避雷線防止直接雷擊。 避雷線兩端處裝設(shè)管形避避雷線兩端處裝設(shè)管形避雷器。雷器。F1、F2管形避雷器；F3閥形管形避雷器 3 310kV10kV配電裝置（或電力變壓器）的每

32、配電裝置（或電力變壓器）的每組母線上裝設(shè)站用閥型避雷器一組；在每路架組母線上裝設(shè)站用閥型避雷器一組；在每路架空進線也裝設(shè)配電線路用閥型避雷器一組?？者M線也裝設(shè)配電線路用閥型避雷器一組。 35kV 35kV110kV110kV架空送電線路，如果未沿全架空送電線路，如果未沿全線架設(shè)避雷線，則應在變電所線架設(shè)避雷線，則應在變電所1km1km2km2km的進線的進線段架設(shè)避雷線。段架設(shè)避雷線。 35kV 35kV110kV110kV線路如果有電纜進線段，在線路如果有電纜進線段，在電纜與架空線的連接處應裝設(shè)閥型避雷器，其電纜與架空線的連接處應裝設(shè)閥型避雷器，其接地端與電纜的金屬外皮連接。接地端與電纜的金

33、屬外皮連接。 連接進線電纜段的連接進線電纜段的1km1km架空線路，應裝設(shè)架空線路，應裝設(shè)避雷線。避雷線。3435 凡正常處于分閘狀態(tài)的高壓進出線，必須凡正常處于分閘狀態(tài)的高壓進出線，必須在斷路器（或隔離開關(guān)）的斷口外側(cè)（線路端）在斷路器（或隔離開關(guān)）的斷口外側(cè)（線路端）加裝避雷器或保護間隙。對于配電線路，如果加裝避雷器或保護間隙。對于配電線路，如果線路上有正常處于分閘狀態(tài)的分段開關(guān)，則在線路上有正常處于分閘狀態(tài)的分段開關(guān)，則在開關(guān)兩側(cè)也都應裝設(shè)避雷器或保護間隙。開關(guān)兩側(cè)也都應裝設(shè)避雷器或保護間隙。 3.3.變電所母線防雷保護變電所母線防雷保護 3kV 3kV10kV10kV變電所應在每組母線

34、和架空進線變電所應在每組母線和架空進線上都裝設(shè)閥型避雷器。上都裝設(shè)閥型避雷器。 35kV 35kV及以上變電所具有架空進線的每組母及以上變電所具有架空進線的每組母線上都必須裝設(shè)避雷器。線上都必須裝設(shè)避雷器。 避雷器與主變壓器及其他被保護電氣設(shè)備避雷器與主變壓器及其他被保護電氣設(shè)備的電氣距離應不超過有關(guān)規(guī)程的要求。的電氣距離應不超過有關(guān)規(guī)程的要求。 4. 4. 變壓器中性點防雷保護變壓器中性點防雷保護 1) 1) 中性點直接接地系統(tǒng)中，中性點不接地的變中性點直接接地系統(tǒng)中，中性點不接地的變壓器，如變壓器中性點的絕緣按線電壓設(shè)計，但變電壓器，如變壓器中性點的絕緣按線電壓設(shè)計，但變電所為單進線且為單

35、臺變壓器運行，則中性點應裝設(shè)防所為單進線且為單臺變壓器運行，則中性點應裝設(shè)防雷保護裝置；如變壓器中性點的絕緣沒有按線電壓設(shè)雷保護裝置；如變壓器中性點的絕緣沒有按線電壓設(shè)計，則無論進線多少，均應裝設(shè)防雷保護裝置。計，則無論進線多少，均應裝設(shè)防雷保護裝置。 2) 2) 中性點小接地電流系統(tǒng)中的變壓器，一般不中性點小接地電流系統(tǒng)中的變壓器，一般不裝設(shè)中性點防雷保護裝置；但多雷區(qū)單進線變電所宜裝設(shè)中性點防雷保護裝置；但多雷區(qū)單進線變電所宜裝設(shè)防雷保護裝置；中性點接有消弧線圈的變壓器，裝設(shè)防雷保護裝置；中性點接有消弧線圈的變壓器，如有單進線運行可能，也應在中性點裝設(shè)中性點防雷如有單進線運行可能，也應在中

36、性點裝設(shè)中性點防雷保護裝置。保護裝置。 變電所內(nèi)所有閥型避雷器應以最短的接地線與主變電所內(nèi)所有閥型避雷器應以最短的接地線與主接地網(wǎng)連接，同時應在其附近裝設(shè)集中接地裝置。接地網(wǎng)連接，同時應在其附近裝設(shè)集中接地裝置。 5. 5. 配電變壓器防雷保護配電變壓器防雷保護 1) 3kV 1) 3kV10kV10kV配電變壓器應裝設(shè)閥型避配電變壓器應裝設(shè)閥型避雷器保護。避雷器盡量靠近變壓器，接地線雷器保護。避雷器盡量靠近變壓器，接地線與變壓器低壓側(cè)中性點以及金屬外殼連在一與變壓器低壓側(cè)中性點以及金屬外殼連在一起。起。 2) 35kV0.4kV 2) 35kV0.4kV配電變壓器其高低壓側(cè)配電變壓器其高低壓

37、側(cè)均應裝設(shè)閥型避雷器保護，以防止低壓側(cè)雷均應裝設(shè)閥型避雷器保護，以防止低壓側(cè)雷電侵入波擊穿高壓側(cè)絕緣。電侵入波擊穿高壓側(cè)絕緣。 3kV3kV10kV10kV配電配電變壓器，如為變壓器，如為Y Y、ynyn接線，宜在低壓側(cè)也裝接線，宜在低壓側(cè)也裝設(shè)一組閥型避雷器。設(shè)一組閥型避雷器。38T電力變壓器 F閥形避雷器 三繞組變壓器只要在任一相低壓繞組直接三繞組變壓器只要在任一相低壓繞組直接出口處對地加裝一個避雷器即可，雙繞組變壓出口處對地加裝一個避雷器即可，雙繞組變壓器，兩側(cè)都有避雷器保護。器，兩側(cè)都有避雷器保護。39 三三. 高壓電動機的防雷保護高壓電動機的防雷保護 高壓電動機對雷電侵入波的防護，高

38、壓電動機對雷電侵入波的防護，采用采用FCD型磁吹閥型避雷器或采用具有型磁吹閥型避雷器或采用具有串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器，并盡可串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器，并盡可能靠近電動機安裝。能靠近電動機安裝。 對于定子繞組中性點能引出的高壓對于定子繞組中性點能引出的高壓電動機，就在中性點裝設(shè)避雷器。電動機，就在中性點裝設(shè)避雷器。40 四四. 建筑物的防雷保護建筑物的防雷保護 （1）建筑物防雷分類及防雷要求）建筑物防雷分類及防雷要求 第一類防雷建筑第一類防雷建筑，應有防直接雷、感應雷，應有防直接雷、感應雷和雷電侵入波措施。和雷電侵入波措施。 第二類防雷建筑第二類防雷建筑，應有防直接雷和雷電侵，應有防直接雷

39、和雷電侵入波措施，有爆炸危險的也應有防感應雷措施。入波措施，有爆炸危險的也應有防感應雷措施。 第三類建筑物第三類建筑物，應有防直接雷和雷電侵入，應有防直接雷和雷電侵入波措施。波措施。 （2 2）建筑物防雷措施：）建筑物防雷措施： 防直擊雷；防直擊雷； 防感應雷；防感應雷； 防雷電防雷電侵入波侵入波 42第四節(jié)第四節(jié) 過電壓保護設(shè)備過電壓保護設(shè)備 一、接閃器一、接閃器 接閃器：專門用來接受直接雷擊的金屬接閃器：專門用來接受直接雷擊的金屬物體。有物體。有避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)。避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)。 1、避雷針、避雷針 避雷針一般采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制避雷針一般采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。它通

40、常安裝在電桿成。它通常安裝在電桿( (支柱支柱) )或構(gòu)架、建筑或構(gòu)架、建筑物上，它的下端要經(jīng)引下線與接地裝置連接。物上，它的下端要經(jīng)引下線與接地裝置連接。避雷針實質(zhì)上是引雷針避雷針實質(zhì)上是引雷針，它把雷電流引入地，它把雷電流引入地下，從而保護了線路、設(shè)備及建筑物等。下，從而保護了線路、設(shè)備及建筑物等。 43 2 2、避雷線、避雷線 避雷線（又稱為架空地線）：一般避雷線（又稱為架空地線）：一般采用截面不小于采用截面不小于3535mmmm2 2的鍍鋅鋼絞線，的鍍鋅鋼絞線，架設(shè)在架空電力線路的上方，避雷線的架設(shè)在架空電力線路的上方，避雷線的功能和原理與避雷針基本相同。功能和原理與避雷針基本相同。

41、3 3、避雷帶和避雷網(wǎng)、避雷帶和避雷網(wǎng) 避雷帶和避雷網(wǎng)主要用來保護建筑避雷帶和避雷網(wǎng)主要用來保護建筑物特別是高層建筑物免遭直擊雷和感應物特別是高層建筑物免遭直擊雷和感應雷。雷。 二、避雷器二、避雷器 避雷器的作用是限制過電壓以保護電氣設(shè)避雷器的作用是限制過電壓以保護電氣設(shè)備。避雷器的類型主要有保護間隙、管型避雷備。避雷器的類型主要有保護間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器等幾種。器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器等幾種。 保護間隙和管型避雷器主要用于限制大氣保護間隙和管型避雷器主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進線段的保護。線段的保護

42、。 閥型避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護。閥型避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護。 44避雷器被保護設(shè)備接地體 1 1、保護間隙與管型避雷器、保護間隙與管型避雷器 保護間隙由兩個電極（即保護間隙由兩個電極（即主間隙主間隙和和輔助間輔助間隙隙）組成，常用的角型間隙及其與保護設(shè)備相）組成，常用的角型間隙及其與保護設(shè)備相并聯(lián)的接線如圖所示：并聯(lián)的接線如圖所示：4546 固定在絕緣子上的電極一端和帶電固定在絕緣子上的電極一端和帶電體相連，另一個電極則通過輔助間隙與體相連，另一個電極則通過輔助間隙與接地裝置相連，輔助間隙的作用，主要接地裝置相連，輔助間隙的作用，主要是防止主間隙因鳥、樹杈等造成短路時，是防止主

43、間隙因鳥、樹杈等造成短路時，不致引起線路接地。不致引起線路接地。 正常運行時，間隙對地是絕緣的，正常運行時，間隙對地是絕緣的，當架空電力線路遭受雷擊時，間隙的空當架空電力線路遭受雷擊時，間隙的空氣被擊穿，將雷電流泄入大地，使線路氣被擊穿，將雷電流泄入大地，使線路絕緣子或其他電氣設(shè)備的絕緣上不致發(fā)絕緣子或其他電氣設(shè)備的絕緣上不致發(fā)生閃絡，起到保護作用。生閃絡，起到保護作用。4748 a)a)雙支柱瓷瓶單間隙雙支柱瓷瓶單間隙 b)b)單支柱瓷瓶單間隙單支柱瓷瓶單間隙 C)C)雙支柱瓷瓶雙間隙雙支柱瓷瓶雙間隙 管型避雷器管型避雷器實質(zhì)上是一種具有較高熄實質(zhì)上是一種具有較高熄弧能力的保護間隙弧能力的保

44、護間隙 ，原理結(jié)構(gòu)見圖，原理結(jié)構(gòu)見圖 ：491 1- -產(chǎn)氣管，產(chǎn)氣管，2 2- -內(nèi)部電極，內(nèi)部電極，3 3- -外部電極，外部電極，s1-s1-內(nèi)部間隙，內(nèi)部間隙，s2-s2-外部間隙外部間隙 50 2 2閥型避雷器閥型避雷器 閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，基本閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，基本元件為間隙和非線性電阻，間隙和非線性電阻元元件為間隙和非線性電阻，間隙和非線性電阻元件（又稱閥片）相串聯(lián)。如圖所示：件（又稱閥片）相串聯(lián)。如圖所示： 閥式避雷器的組成部件及特性閥式避雷器的組成部件及特性 a)a)單元火花間隙單元火花間隙 b)b)閥片閥片 c)c)閥電阻特性曲線閥電阻特性曲線 普通閥型避雷器主要由火花間隙和金剛砂閥性電普通閥型避雷器主要由火花間隙和金剛砂閥性電阻盤（閥片）串聯(lián)組成，閥片的電阻隨電壓增加而減阻盤（閥片）串聯(lián)組成，閥片的電阻隨電壓增加而減小。小。 工作原理工作原理：正常運行時，由于火花間隙組具有足：正常運行時，由于火花間隙組具有足夠的對地絕緣強度，而不會被工頻電壓擊穿，閥片電夠的對地絕緣強度，而不會被工頻電壓擊穿，閥片電