現(xiàn)代供電技術(shù)第九章清華大學(xué)版配套

現(xiàn)代供電技術(shù)第九章清華大學(xué)版配套第一頁(yè)，共73頁(yè)。第9章 過(guò)電壓及其保護(hù)現(xiàn)代供電技術(shù)高等院校電氣工程系列教材配套PPT第二頁(yè)，共73頁(yè)。第9章 過(guò)電壓及其保護(hù)9.1大氣過(guò)電壓及其對(duì)供電系統(tǒng)的影響9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)9.3變電站的保護(hù)接地第三頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響

9.1.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的侵襲與防雷保護(hù)大氣過(guò)電壓又稱(chēng)雷電過(guò)電壓，是由于電力系統(tǒng)的設(shè)備或建(構(gòu))筑物遭受來(lái)自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓，因其能量來(lái)自系統(tǒng)外部，故又稱(chēng)為外部過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓有兩種基本形式：直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓。第四頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響1．直擊雷過(guò)電壓雷云——雷電先導(dǎo)——迎雷先導(dǎo)——主放電階段——余輝放電主放電電流很大，高達(dá)幾百千安，但持續(xù)時(shí)間極短，一般只有50～100μs。余輝放電階段電流較小，約幾百安，持續(xù)時(shí)間約為0.03～0.15s。第五頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響雷電流波形

雷電流由零增大到幅值的這段時(shí)間的波形稱(chēng)為波頭τwh(wavehead)。雷電流從幅值衰減到幅值的一半的一段波形稱(chēng)為波尾τwt(wavetail)。雷電波的陡度α用雷電流波頭部分的增長(zhǎng)速度來(lái)表示，即。第六頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2．感應(yīng)雷過(guò)電壓所謂感應(yīng)雷過(guò)電壓，是指當(dāng)架空線(xiàn)附近出現(xiàn)對(duì)地雷擊時(shí)，在輸電線(xiàn)路上感應(yīng)的雷電過(guò)電壓。

第七頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響3．雷電沖擊波的基本特性●雷電流是一種沖擊波,其大小由雷電流的幅值和波頭的陡度來(lái)確定.一般幅值和最大陡度都出現(xiàn)在波頭部分,故防雷設(shè)計(jì)只考慮波頭部分;●波頭:雷電流由零增長(zhǎng)至最大幅值的這一部分.通常只有1~4μs;波尾:電流幅值下降的部分,長(zhǎng)達(dá)數(shù)十微秒,這種波的形狀稱(chēng)為半余波第八頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響3．雷電沖擊波的基本特性圖9.3雷電沖擊波(a)雷電流波形;(b)電流幅值與雷電流陡度關(guān)系第九頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響3．雷電沖擊波的基本特性雷電流數(shù)學(xué)表達(dá)式:(9.1)雷電流陡度:在波頭部分,電流對(duì)時(shí)間的變化率,且(9.2)陡度的數(shù)值,開(kāi)始時(shí)很快增加,最大值對(duì)半余波來(lái)說(shuō)在1/2處,以后逐漸減小。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,在工程設(shè)計(jì)中也可取用斜角波頭(虛線(xiàn)部分)計(jì)算;第十頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響4.雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播(1)行波的概念●雷電行波:當(dāng)輸電線(xiàn)路受到雷擊時(shí),輸電線(xiàn)上有雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)兩側(cè)流動(dòng),稱(chēng)為行波;●無(wú)損線(xiàn)路:雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播時(shí),其傳播速度受線(xiàn)路參數(shù)的影響,起主要作用的是線(xiàn)路電感和對(duì)地電容,而線(xiàn)路電阻和對(duì)地電導(dǎo)很小,忽略不計(jì).稱(chēng)為無(wú)損線(xiàn)路;●均勻無(wú)損線(xiàn)路:當(dāng)輸電線(xiàn)路單位長(zhǎng)度上電感L0,C0電容都相等時(shí),稱(chēng)為均勻無(wú)損線(xiàn)路.第十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響4.雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播

圖9.4均勻無(wú)損線(xiàn)路分布參數(shù)示意圖第十二頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響4.雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播,可按下式計(jì)算:

(9.3)

(9.4)μ0---真空的磁導(dǎo)率,;ε0---真空的介質(zhì)系數(shù)度,;μr---介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率,對(duì)空氣和電纜;εr---介質(zhì)的相對(duì)介質(zhì)系數(shù),對(duì)空氣,對(duì)電纜;hav---為導(dǎo)線(xiàn)的平均高度,m;D---為導(dǎo)線(xiàn)的直徑,m.第十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響4.雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播(2)波的折射與反射●行波在行進(jìn)過(guò)程中,遇到線(xiàn)路波阻抗改變,如由架空線(xiàn)進(jìn)入電纜、電抗器、變壓器、線(xiàn)路開(kāi)關(guān)、短路、經(jīng)接地裝置入地等情況,地結(jié)點(diǎn)處都會(huì)使行波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)能量重新分配,其中沿線(xiàn)路繼續(xù)前進(jìn)的一部分稱(chēng)為入射波,向波源方向返回的部分,稱(chēng)為反射波.第十四頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響5.輸電線(xiàn)的防雷措施(1)架設(shè)避雷線(xiàn)●架設(shè)避雷線(xiàn),是110kV及以上電壓等級(jí)線(xiàn)路的基本防雷措施;主要作用是減少雷直擊導(dǎo)線(xiàn);●架設(shè)避雷線(xiàn),當(dāng)雷擊塔頂時(shí),避雷線(xiàn)上的分流降低了塔頂電位,通過(guò)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的耦合作用,進(jìn)一步降低了絕緣子串上承受的電壓;第十五頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響5.輸電線(xiàn)的防雷措施(1)架設(shè)避雷線(xiàn)●避雷線(xiàn)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽效應(yīng)降低了導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)過(guò)電壓;●為了降低正常運(yùn)行時(shí)避雷線(xiàn)中感應(yīng)電流的功率損耗和利用避雷線(xiàn)兼作高頻通道,常將避雷線(xiàn)通過(guò)一小間隙接地,這樣,只有在雷擊過(guò)電壓使間隙絕緣擊穿時(shí)才使避雷線(xiàn)接地;第十六頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響5.輸電線(xiàn)的防雷措施(2)降低桿塔接地電阻●通常是提高桿塔耐雷水平;●在電阻率的土壤中,桿塔接地電阻容易降低,投資不多;●要高土壤電阻率的地區(qū),采用多根放射形或連續(xù)伸長(zhǎng)接地體和采用有效的降阻劑等措施來(lái)降低接地電阻.●線(xiàn)路桿塔的工頻接地電阻,見(jiàn)表9.1第十七頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響5.輸電線(xiàn)的防雷措施(3)增設(shè)耦合接地●高阻地區(qū)在降低接地電阻有困難的線(xiàn)段,可以在導(dǎo)線(xiàn)之下再增設(shè)一條耦合地線(xiàn)(它具有分流、對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的耦合、降低導(dǎo)線(xiàn)上的感應(yīng)過(guò)電壓作用);(4)采用消弧線(xiàn)圈接地方式●對(duì)處于雷電活動(dòng)強(qiáng)烈而接地電阻又不易降低的山區(qū)110~154kV電網(wǎng),如有可能盡量采用消弧線(xiàn)圈接地的運(yùn)行方式(這樣,可使雷擊引起的單相閃絡(luò)由于消弧線(xiàn)圈的作用而大部分被消除,可使雷擊跳閘率降低1/3);第十八頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響5.輸電線(xiàn)的防雷措施(5)提高絕緣水平●大跨越高桿塔線(xiàn)段的雷擊過(guò)電壓高于一般線(xiàn)段.為降低跳閘率,要加大跨越擋距和導(dǎo)線(xiàn)與避雷線(xiàn)的間距,增強(qiáng)絕緣子串的片數(shù);(6)裝設(shè)自動(dòng)重合閘●線(xiàn)路絕緣的自恢復(fù)性,能使它在雷擊造成線(xiàn)路跳閘后能很快自行消除故障,因此安裝自動(dòng)重合閘裝置,對(duì)迅速恢復(fù)線(xiàn)路供電有良好效果.第十九頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響9.1.2.變電站的防雷建筑物的防雷分類(lèi)（1）第一類(lèi)防雷建筑物 因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者，包括制造、使用或儲(chǔ)存炸藥、火藥、起爆藥、化工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物；具有氣體爆炸、粉塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。第二十頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響9.1.2.變電站的防雷建筑物的防雷分類(lèi)（2）第二類(lèi)防雷建筑物 包括：①?lài)?guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物；②具有特別重要用途的建筑物，如國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、大型火車(chē)站等；③對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物，如國(guó)家級(jí)計(jì)算中心、國(guó)際通信樞紐等；④具有氣體爆炸危險(xiǎn)的可能，且電火花不易引起爆炸的建筑物；⑤工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)的露天鋼質(zhì)封閉氣罐；⑥年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06次的辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物；⑦年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.3次的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。第二十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響9.1.2.變電站的防雷建筑物的防雷分類(lèi)（3）第三類(lèi)防雷建筑物 包括：①省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物及省級(jí)檔案館；②年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)在0.012～0.06之間的辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物；③年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)在0.06～0.3之間的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物；④年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于等于0.06的一般性工業(yè)建筑物；⑤根據(jù)雷擊后果及具體情況，確定需要防雷的火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境；⑥在平均雷暴日大于15天/年的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在平均雷暴日小于或等于15天/年的地區(qū)，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑。第二十二頁(yè)，共73頁(yè)。續(xù)上頁(yè)第二十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響1直擊雷的防護(hù)裝置1．避雷針及其保護(hù)范圍避雷針由承受雷擊的接閃器、支持構(gòu)架、接地引下線(xiàn)和接地體四部分構(gòu)成。第二十四頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響1．避雷針及其保護(hù)范圍所謂“滾球法”，就是選擇一個(gè)半徑為hr(滾球半徑見(jiàn)表1)的球體，沿需要防護(hù)直擊雷的部位滾動(dòng)。如果球體只接觸到避雷針(線(xiàn))與地面，而不觸及需要保護(hù)的部位，則該部位就在避雷針(線(xiàn))的保護(hù)范圍之內(nèi)。表1按建筑物防雷類(lèi)別確定滾球半徑和避雷網(wǎng)格尺寸建筑物防雷類(lèi)別第一類(lèi)第二類(lèi)第三類(lèi)滾球半徑hr/m304560避雷網(wǎng)格尺寸（不大于）/m5×5或6×410×10或12×820×20或24×16第二十五頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響單支避雷針的保護(hù)范圍，按下列方法確定（1）當(dāng)避雷針高度h≤hr時(shí)距地面hr處作一與地面平行的平行線(xiàn)。以避雷針的針尖為圓心，hr為半徑作弧線(xiàn)，交上述平行線(xiàn)于A、B兩點(diǎn)。分別以A、B為圓心，hr為半徑作弧線(xiàn)，該弧線(xiàn)均與針尖相交并與地面相切。由此弧線(xiàn)起到地面上的整個(gè)錐形空間，就是避雷針的保護(hù)范圍。避雷針在被保護(hù)物高度hx水平面上的保護(hù)半徑，按下式計(jì)算：第二十六頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響（2）當(dāng)避雷針高度h＞hr時(shí)在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)代替單支避雷針的針尖作圓心，其余保護(hù)范圍的求法同h≤hr時(shí)。第二十七頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2．避雷線(xiàn)及其保護(hù)范圍對(duì)于單根避雷線(xiàn)的保護(hù)范圍，當(dāng)避雷線(xiàn)的高度h≥2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍；當(dāng)避雷線(xiàn)的高度h<2hr時(shí)，應(yīng)按下列方法確定，參見(jiàn)圖。1）距地面hr處畫(huà)一與地面平行的平行線(xiàn)。2）以避雷線(xiàn)為圓心，hr為半徑作弧線(xiàn)，交平行線(xiàn)于A、B兩點(diǎn)。第二十八頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2．避雷線(xiàn)及其保護(hù)范圍3）以A、B為圓心，hr為半徑作弧線(xiàn)，該兩弧線(xiàn)相交或相切，并與地面相切。從該弧線(xiàn)起到地面上的空間就是其保護(hù)范圍。4）當(dāng)2hr＞h＞hr時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算：h0＝2hr－h(huán)

5）避雷線(xiàn)在被保護(hù)物高度hx的水平面上的保護(hù)寬度，按下式計(jì)算：第二十九頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響3．避雷帶和避雷網(wǎng)避雷帶和避雷網(wǎng)主要用來(lái)保護(hù)其所處的整幢高層建筑物免遭雷擊。4．消雷器(圖右)及其保護(hù)范圍（1）抑制和消除上行雷（2）中和雷云電荷（3）抑制下行雷主放電電流第三十頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響

防護(hù)雷電流反擊的措施如圖所示，當(dāng)雷擊避雷針以后，雷電流沿接地引下線(xiàn)入地，在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生高電位。若避雷針與被保護(hù)物之間的空中距離Sa或它們的接地體在土壤中的距離Se不能承受A、B兩點(diǎn)的高電位，就會(huì)造成Sa或Se間隙擊穿或閃絡(luò)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反擊。為了防止反擊的發(fā)生，避雷針必須與被保護(hù)物之間保持一定的安全距離。第三十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響

防護(hù)雷電流反擊的措施式中h——被保護(hù)物的高度，m；

L0——避雷針上單位長(zhǎng)度的電感，常取1.3μH/m；

Rsh——避雷針的沖擊接地電阻，Ω；

i——雷電流，kA，從安全考慮常取幅值為150kA；

——雷電流陡度，kA/μs，若為斜角波頭，且波頭長(zhǎng)為2.6μs，則最大陡度。上式可簡(jiǎn)化為：

若取雷電壓的電阻分量對(duì)空氣間隙的擊穿強(qiáng)度為500kV/m，雷電壓的電感分量對(duì)空氣間隙的擊穿強(qiáng)度為700kV/m，則避雷針對(duì)被保護(hù)物不發(fā)生反擊的最小安全距離工程上常?。?/p>

獨(dú)立避雷針的接地體與被保護(hù)物的接地體在地中也應(yīng)保持一定的安全距離。一般情況下，Sa不允許小于5m，Se不應(yīng)小于3m。第三十二頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2.雷電沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)的傳播1．沖擊波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播的基本規(guī)律雷電沖擊波行進(jìn)的速度只與線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)的分布電感和導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地的分布電容有關(guān)，電壓波和電流波幅值之比的關(guān)系為：式中：L0——導(dǎo)線(xiàn)的分布電感，H/m；

C0——導(dǎo)線(xiàn)的對(duì)地分布電容，F(xiàn)/m。Z稱(chēng)為波阻抗第三十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響波阻抗與歐姆定律的區(qū)別兩者雖然形式上一樣，但物理意義不同。歐姆定律反映的是直流穩(wěn)態(tài)下電壓和電流的關(guān)系，而波阻抗反映的是沿導(dǎo)線(xiàn)傳播的沖擊波電壓和沖擊波電流之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。它只決定于線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)本身的分布參數(shù)L0、C0，而與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度和線(xiàn)路終端負(fù)載的性質(zhì)無(wú)關(guān)。架空線(xiàn)路波阻抗約為400～500Ω，電纜線(xiàn)路波阻抗約為10～50Ω。

第三十四頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2．波的折射與反射如圖所示，對(duì)結(jié)點(diǎn)A而言，根據(jù)邊界能量守恒原則，任何瞬間在結(jié)點(diǎn)上只能呈現(xiàn)一個(gè)電壓值和電流值，則邊界方程為：

第三十五頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響聯(lián)立方程求解，也可以用如圖所示的一個(gè)集中參數(shù)等效電路表示（稱(chēng)之為等效集中參數(shù)定理或彼得遜規(guī)則）書(shū)上

P228/（9-17）書(shū)上P228/(9-18)第三十六頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響下面討論幾種特殊情況：線(xiàn)路末端開(kāi)路時(shí) 線(xiàn)路末端斷開(kāi)處可視為結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)后面的波阻抗Z2=∞。則α＝2，β＝1，即Urw＝2Uin，Uew＝Uin，此時(shí)線(xiàn)路開(kāi)路末端會(huì)呈現(xiàn)出2Uin的電壓，嚴(yán)重威脅絕緣安全，必須設(shè)置防雷保護(hù)。線(xiàn)路末端短接時(shí) 線(xiàn)路末端短接處可視為結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)后面的波阻抗Z2=0，則α＝0，β＝－1，即Urw＝0，Uew＝－Uin。此時(shí)在進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)路上的合成波電壓為零，這說(shuō)明只要有良好的接地，則侵入線(xiàn)路的沖擊波電壓能迅速消失，不致造成危害。第三十七頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響避雷器

1．保護(hù)間隙保護(hù)間隙又稱(chēng)放電間隙，是最簡(jiǎn)單的防雷保護(hù)裝置，它由主間隙S1、輔助間隙S2和支持瓷瓶組成。主間隙按結(jié)構(gòu)型式不同，分為棒型、環(huán)型和角型。當(dāng)供電系統(tǒng)遭到大氣過(guò)電壓時(shí)，保護(hù)間隙S1作為一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)首先擊穿，并將雷電流釋放到地中.輔助間隙S2的作用是為了防止主間隙被異物短路引起誤動(dòng)作。保護(hù)間隙構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉，維護(hù)方便，但由于無(wú)專(zhuān)門(mén)滅孤裝置，滅弧能力很差。規(guī)程規(guī)定，在具有自動(dòng)重合閘的線(xiàn)路中和管型避雷器或閥型避雷器的參數(shù)不能滿(mǎn)足安裝地點(diǎn)的要求時(shí)，可以采用保護(hù)間隙。第三十八頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響2．管型避雷器管型避雷器由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙三部分組成。產(chǎn)氣管由纖維、有機(jī)玻璃或塑料制成。內(nèi)部間隙裝在產(chǎn)氣管內(nèi)部，一個(gè)電極為棒形，另一個(gè)電極為環(huán)形。外部間隙設(shè)在避雷器和帶電的導(dǎo)體之間，其作用是保證正常時(shí)避雷器與電網(wǎng)的隔離，避免纖維管受潮漏電。由于管型避雷器伏秒特性較陡，不易與變壓器的伏秒特性相配合，且在動(dòng)作時(shí)有氣體噴出，因此，管型避雷器主要用于室外線(xiàn)路上。第三十九頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響3．閥型避雷器

閥型避雷器由裝在密封磁套管中的火花間隙組和具有非線(xiàn)性電阻特性的閥片串聯(lián)組成。第四十頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響火花間隙組是根據(jù)額定電壓的不同采用若干個(gè)單間隙疊合而成。每個(gè)間隙由兩個(gè)黃銅電極和一個(gè)云母墊圈組成。由于兩黃銅電極間間距小，面積較大，因而電場(chǎng)較均勻，可得到較平緩的放電伏秒特性。

單個(gè)平板型火花間隙1－黃銅電極；2－云母片第四十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響閥片是由金剛砂（SiC）和結(jié)合劑在一定的高溫下燒結(jié)而成，具有良好的非線(xiàn)性特性和較高的通流能力。閥片的電阻值隨著所加電壓變化而變化，當(dāng)閥片上所加電壓增大時(shí)，電阻值減??；當(dāng)閥片上電壓減小時(shí)，電阻值增大。這樣，在通過(guò)較大雷電流時(shí)，使避雷器上出現(xiàn)的殘壓不會(huì)過(guò)高，對(duì)較小的工頻續(xù)流又能加以限制，為火花間隙的切斷續(xù)流創(chuàng)造了良好的條件。由于閥型避雷器具有伏秒特性比較平緩，殘壓較低的特點(diǎn)，因此，常用來(lái)保護(hù)變電所中的電氣設(shè)備。第四十二頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響4．金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器又稱(chēng)壓敏避雷器。它在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有火花間隙，由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的壓敏電阻片（閥片）組成。這種避雷器的閥片具有優(yōu)異的非線(xiàn)性伏安特性，在工頻電壓下，閥片具有極大的電阻，呈絕緣狀態(tài)，能迅速有效的阻斷工頻續(xù)流，因此無(wú)需火花間隙來(lái)熄滅工頻電壓引起的電??；當(dāng)電壓超過(guò)一定值（稱(chēng)為起動(dòng)電壓）時(shí)，閥片“導(dǎo)通”，呈低阻狀態(tài)，將大電流泄入地中；當(dāng)危險(xiǎn)過(guò)電壓消失以后，閥片迅速恢復(fù)高阻絕緣狀態(tài)。金屬氧化物避雷器具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流、通流量大、殘壓低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此很有發(fā)展前途，世界上許多國(guó)家都已用它取代了碳化硅閥式避雷器。

第四十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.1大氣過(guò)電壓對(duì)供電系統(tǒng)的影響避雷器與被保護(hù)物絕緣的伏秒特性配合電氣設(shè)備的沖擊絕緣強(qiáng)度是用伏秒特性表示。所謂伏秒特性，即絕緣材料在不同幅值的沖擊電壓作用下，其沖擊放電電壓與對(duì)應(yīng)的起始放電時(shí)間的關(guān)系。避雷器要能可靠的保護(hù)該設(shè)備，其伏秒特性必須低于被保護(hù)物的伏秒特性，并且要留有一定的間距，這樣才能保證在同一沖擊電壓作用下，避雷器總是首先擊穿對(duì)地放電。

第四十四頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)9.2.1.內(nèi)部過(guò)電壓操作過(guò)電壓諧振過(guò)電壓●操作:斷路器的正常合閘/分閘,事故時(shí)斷路器跳閘;操作的結(jié)果是,該處的阻抗參數(shù)在某時(shí)刻發(fā)生突變;●電力系統(tǒng)中的操作過(guò)程中,使電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)突然變化,導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電感和電容之間的電磁能量相互轉(zhuǎn)換,造成振蕩,因而在某些設(shè)備或局部電網(wǎng)上出現(xiàn)過(guò)電壓;●常見(jiàn)的操作過(guò)電壓:切斷小電感電流負(fù)載,開(kāi)斷電容性負(fù)載,接通空載長(zhǎng)線(xiàn)路;第四十五頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)9.2.2限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施（1）采用滅弧能力強(qiáng)的快速高壓斷路器，在斷路器主觸頭上并聯(lián)電阻(約3000Ω)，在并聯(lián)電阻上串聯(lián)一個(gè)輔助觸頭，以減少電弧重燃的次數(shù)，控制操作過(guò)電壓的倍數(shù)。（2）裝設(shè)磁吹避雷器或氧化鋅避雷器。（3）對(duì)于對(duì)地電容電流大的網(wǎng)絡(luò)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地，限制電弧接地過(guò)電壓。（4）增加對(duì)地電容或減少系統(tǒng)中電壓互感器中性點(diǎn)接地的臺(tái)數(shù)，即增加母線(xiàn)對(duì)地的感抗，從而減小固有自振頻率，避免因系統(tǒng)擾動(dòng)而發(fā)生母線(xiàn)鐵磁諧振過(guò)電壓。第四十六頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)1.切斷小電感性負(fù)載產(chǎn)生的過(guò)電壓●切斷小電感性負(fù)載:如切除空載變壓器、電動(dòng)機(jī)等;●斷路器滅弧能力一般是按照切斷大電流設(shè)計(jì)的,其滅弧能力強(qiáng);在切斷小電感性負(fù)載時(shí),使電流在未過(guò)零前強(qiáng)制熄弧而造成截流,設(shè)備的電感和電容中儲(chǔ)存的能量相互轉(zhuǎn)換而形成電磁振蕩.由于對(duì)地雜散電容較小,當(dāng)全部能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能時(shí),就會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓;第四十七頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)2.斷開(kāi)電容性負(fù)載產(chǎn)生的過(guò)電壓●電容性負(fù)載:電容器、電纜、空載長(zhǎng)線(xiàn)路等;●斷路器斷開(kāi)電容性設(shè)備的過(guò)程中,若斷口上的恢復(fù)電壓上升速度超過(guò)其介質(zhì)強(qiáng)度上升速度,即會(huì)造成斷路器開(kāi)斷時(shí)電弧重燃.此時(shí),若斷口兩端電壓極性相反,加之電源繼續(xù)供給能量,則會(huì)使振蕩充分發(fā)展,產(chǎn)生過(guò)電壓;第四十八頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)2.斷開(kāi)電容性負(fù)載產(chǎn)生的過(guò)電壓●合閘空載長(zhǎng)線(xiàn)路時(shí),由于線(xiàn)路的殘余電壓與電源電壓極性相反,會(huì)導(dǎo)致振蕩過(guò)程的加劇.同時(shí),空載長(zhǎng)線(xiàn)路的電容效應(yīng)使合閘空載長(zhǎng)線(xiàn)路時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓可能達(dá)到額定電壓的3倍.●由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同,其操作過(guò)電壓的幅值也不盡相同.●在中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中,隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的升高,合閘空載長(zhǎng)線(xiàn)路產(chǎn)生的過(guò)電壓更加突出;第四十九頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)3.電弧接地過(guò)電壓●電弧接地產(chǎn)生過(guò)電壓,出現(xiàn)在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng);●在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(小電流接地系統(tǒng))中,當(dāng)發(fā)生單相接地故障,接地電流大于10A時(shí),電弧難以自行熄滅.而這種接地電容電流又不足以形成穩(wěn)定的電弧,出現(xiàn)電弧時(shí)燃時(shí)滅(間歇性)電弧,使電網(wǎng)中的電感、電容回路產(chǎn)生電磁振蕩,產(chǎn)生遍及全電網(wǎng)的電弧接地過(guò)電壓;第五十頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)3.電弧接地過(guò)電壓●小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí),可允許帶故障運(yùn)行不超2h.此段時(shí)間內(nèi),電弧可能多次重燃、熄滅,使線(xiàn)路對(duì)地電容上的電荷多次重新分配,并與電感形成振蕩,形成過(guò)電壓.●電弧接地產(chǎn)生過(guò)電壓,幅值一般為額定電壓的3.5倍→可能發(fā)展成為相間短路;第五十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.2內(nèi)部過(guò)電壓及其保護(hù)4.諧振過(guò)電壓●電力系統(tǒng)中的電感和電容等儲(chǔ)能元件,可能形成多種不同的諧振回路,并在一定條件下產(chǎn)生不同類(lèi)型的諧振,出現(xiàn)諧振過(guò)電壓;●諧振常屬于穩(wěn)態(tài)性質(zhì),持續(xù)時(shí)間比操作過(guò)電壓長(zhǎng),可以穩(wěn)定的存在,直到進(jìn)行新的操作破壞了原回路的諧振條件為止.這種過(guò)電壓的嚴(yán)重性在于其幅值的大小和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短,它不僅危害設(shè)備的絕緣,而且產(chǎn)生大的零序電壓分量,出現(xiàn)虛假接地現(xiàn)象和不正確的接地指示,在電壓互感器產(chǎn)生持續(xù)的過(guò)電流,引起熔斷器燒壞或互感器燒壞,并能使小的異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn).第五十二頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)9.3.1配電變壓器的防雷保護(hù)

在供配電系統(tǒng)中，常常在變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)閥型避雷器作為變壓器的防雷保護(hù)。對(duì)于Y/Yn0接線(xiàn)的變壓器，一般把外殼、中性點(diǎn)與避雷器共同接地。第五十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)9.3.2架空線(xiàn)路的防雷措施（1）架設(shè)避雷線(xiàn)（2）提高線(xiàn)路本身的絕緣水平（3）利用三角形排列的頂線(xiàn)兼作防雷保護(hù)線(xiàn) （4）加強(qiáng)絕緣弱點(diǎn)的保護(hù)（5）裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

第五十四頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)9.3.3變配電所的防雷措施

1．變配電所的直擊雷保護(hù)變電所內(nèi)如下設(shè)備和建筑物應(yīng)該有直擊雷保護(hù)裝置：（1）屋外的配電裝置（包括母線(xiàn)廊道、架空母線(xiàn)橋、軟連線(xiàn)等）；（2）遭受雷擊后可能引起火災(zāi)的建筑物，例如露天的油箱和油設(shè)備等建筑物以及易燃材料的倉(cāng)庫(kù)；（3）有爆炸危險(xiǎn)的建筑物，例如氫氣設(shè)備和乙炔發(fā)生裝置等；（4）雷擊后可能引起力學(xué)性能破壞的高大建筑物，例如煙囪、冷卻塔和變壓器修理間等。第五十五頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)2．35～110kV變電所的進(jìn)線(xiàn)保護(hù)進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的目的在于防止線(xiàn)路上落雷后雷電波侵入變電所，危害變電所的配電裝置。不采用全線(xiàn)裝設(shè)避雷線(xiàn)的線(xiàn)路，可以在進(jìn)線(xiàn)段1～2km內(nèi)架設(shè)避雷線(xiàn)，防護(hù)直接雷擊，還可以使感應(yīng)雷過(guò)電壓產(chǎn)生在1～2km以外，靠進(jìn)線(xiàn)段本身的阻抗起限流作用，降低雷電沖擊波的幅值和陡度。為了限制線(xiàn)路上遭受直擊雷產(chǎn)生的高電壓，該線(xiàn)路進(jìn)線(xiàn)段的首端，裝設(shè)一組管型避雷器F1，且其工頻接地電阻應(yīng)在10Ω以下。

在靠近隔離開(kāi)關(guān)或斷路器QF1處裝設(shè)一組管型避雷器F2，防止線(xiàn)路上的雷電波侵入到隔離開(kāi)關(guān)或斷路器開(kāi)路處由于反射而形成兩倍侵入波幅值的電壓，損壞隔離開(kāi)關(guān)或斷路器。F2的外間隙應(yīng)調(diào)整于正常運(yùn)行時(shí)不被擊穿。

閥型避雷器F3保護(hù)價(jià)值高而絕緣相對(duì)薄弱的變壓器。

第五十六頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)3．高壓電動(dòng)機(jī)的防雷保護(hù)在運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)繞組的安全沖擊耐壓值常低于磁吹閥型避雷器的殘壓，因此單靠避雷器構(gòu)成的高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)不夠完善，必須與電容器和電纜線(xiàn)段等聯(lián)合組成保護(hù)。

當(dāng)侵入波使管型避雷器F1擊穿后，電纜首端的金屬外皮和芯線(xiàn)間被電弧短路，由于雷電流頻率很高和強(qiáng)烈的趨膚效應(yīng)使雷電流沿電纜金屬外皮流動(dòng)，而流過(guò)電線(xiàn)芯線(xiàn)的雷電流很小。同時(shí)，由于電纜和架空線(xiàn)的波阻抗不同（架空線(xiàn)約400～500Ω，電纜約10～50Ω），雷電波在架空線(xiàn)與電纜的連接點(diǎn)上會(huì)發(fā)生折射與反射。雷電波侵入電纜以后，電壓波幅值已經(jīng)大大降低。

采用F2與電容器C并聯(lián)來(lái)降低母線(xiàn)上侵入波的波幅值和波陡度，保護(hù)中性點(diǎn)的絕緣。第五十七頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)9.3.4接地與接零的類(lèi)型

按接地目的和作用不同，可分為工作接地和保護(hù)接地兩大類(lèi)。電力系統(tǒng)由于運(yùn)行和安全的需要，常將發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)以及避雷器、避雷針的接地端與大地連接，稱(chēng)為工作接地。為避免觸電事故的發(fā)生，保障人身安全而將電氣設(shè)備的金屬外殼進(jìn)行接地，稱(chēng)為保護(hù)接地。這種接地方式可以起到降低觸電電壓，迅速切斷故障設(shè)備或降低電氣設(shè)備對(duì)地的絕緣水平等作用。第五十八頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)根據(jù)保護(hù)接地的實(shí)現(xiàn)方式又可以分為IT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)以及TT系統(tǒng)。1．IT系統(tǒng)在中性點(diǎn)不接地的三相三線(xiàn)制低壓系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼和構(gòu)架等）與接地體之間作很好的金屬連接，稱(chēng)為IT系統(tǒng)。

第五十九頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)如果電氣設(shè)備的外殼未接地，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生一相碰殼而使其外殼帶電時(shí)，人體觸及外殼，則電流經(jīng)人體而構(gòu)成通路，造成觸電危險(xiǎn)。

如果設(shè)備外殼接地，則由于人體電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接地電阻，即使人體觸及外殼，流經(jīng)人體的電流較小，沒(méi)有多大危險(xiǎn)。第六十頁(yè)，共73頁(yè)。9.3接地與接零2．TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)適用于中性點(diǎn)接地的三相四線(xiàn)制的低壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電氣設(shè)備的金屬外殼經(jīng)公共的保護(hù)線(xiàn)（PE線(xiàn)，protectiveearthing）或保護(hù)中性線(xiàn)（PEN線(xiàn)，又稱(chēng)零線(xiàn)）與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連接地。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生一相碰殼時(shí)，短路電流經(jīng)外殼和零線(xiàn)構(gòu)成回路，回路中相線(xiàn)、零線(xiàn)和設(shè)備外殼阻抗很小，短路電流很大，令線(xiàn)路上的熔斷器迅速熔斷，切除故障。

第六十一頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)TN系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)線(xiàn)與中線(xiàn)的組合形式分為T(mén)N－C系統(tǒng)、TN－S系統(tǒng)和TN－C－S系統(tǒng)。第六十二頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)3．TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)適用于中性點(diǎn)直接接地的三相四線(xiàn)制系統(tǒng)，電氣設(shè)備的金屬外殼均各自單獨(dú)接地，該接地點(diǎn)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)對(duì)地電壓將為110V，通過(guò)人體的電流將達(dá)0.1～0.2A，顯然不能保證人身安全。因此，TT系統(tǒng)中應(yīng)該裝設(shè)漏電保護(hù)裝置。

第六十三頁(yè)，共73頁(yè)。9.3供配電系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)9.3.5重復(fù)接地在TN系統(tǒng)中，當(dāng)PE線(xiàn)或PEN線(xiàn)斷線(xiàn)且有設(shè)備發(fā)生單相碰殼時(shí)，接在斷線(xiàn)處后面的設(shè)備外殼上出現(xiàn)接近于相電壓的對(duì)地電壓，