過(guò)電壓及其絕緣配合資料教材講義

過(guò)電壓及其絕緣配合資料PAGEPAGE26過(guò)電壓及其絕緣配合電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備在運(yùn)行中除了要承受正常的系統(tǒng)電壓外，還會(huì)受到各種過(guò)電壓的作用。因而，了解各種過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理及其對(duì)電氣設(shè)備的危害，研究防止產(chǎn)生或限制幅值的措施，對(duì)系統(tǒng)及電氣設(shè)備絕緣水平的選定有決定性的意義。本章就各種過(guò)電壓的發(fā)生機(jī)理作初步介紹。第一節(jié)理論基礎(chǔ)一、直流電源作用在LC串聯(lián)回路的過(guò)渡過(guò)程從電路的觀點(diǎn)看，電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備都可以用R、L、C三個(gè)典型元件的不同組合來(lái)表示。其中L、C為儲(chǔ)能元件，是過(guò)電壓形成的內(nèi)因，是作為分析復(fù)雜電路過(guò)渡過(guò)程的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，我們來(lái)研究直流電源作用于L串聯(lián)電路上的過(guò)渡過(guò)程及由之產(chǎn)生的過(guò)電壓。如圖1-1所示，根據(jù)電路第二定理可寫(xiě)出E＝L+∫idt(1-1)在未合閘時(shí)，i＝0，uc＝0，變換一下形式，式(1-1)可寫(xiě)為L(zhǎng)C+uc=E(1-2)當(dāng)滿足t＝0時(shí)，i＝0，uc＝0，式(1-2)的解為uc=E(1-cosω0t)式中，ω0＝，而電路的電則為i=C=sinω0t(1-3)若uc(0)≠0，那么uc的解為uc=E-[E-uc(0)]cosω0t(1-4)由上式可知，uc可以看作是由兩部分疊加而成：第一部分為穩(wěn)態(tài)值E，第二部分為振蕩部分，后者是由于起始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)有差別而引起的，其幅值為(穩(wěn)定值一起始值)，見(jiàn)圖1-2。因此，由于振蕩而產(chǎn)生的過(guò)電壓可以用下列更普遍的式子求出過(guò)電壓＝穩(wěn)態(tài)值+振蕩幅值＝2×穩(wěn)態(tài)值-起始值(1-5)利用上式，可以很方便地估算出由振蕩而產(chǎn)生的過(guò)電壓值。當(dāng)然，實(shí)際的振蕩回路中，電阻總是存在的，電阻的存在會(huì)使振蕩波形最終衰減到穩(wěn)態(tài)或甚至根本就振蕩不起來(lái)，因此實(shí)際的過(guò)電壓值總是小于該式的估算值。二、交流電源作用于LC振蕩回路當(dāng)e(t)＝Emsin(ωt+sin(ωt+φ)的交流電壓作用于LC振蕩回路時(shí)，可求得電容C上的電壓為uc=Em··sin(ωt+φ)=Em··[]·sin(ω0t+φ)(1-6)其中前一項(xiàng)為強(qiáng)迫分量，后一項(xiàng)為自由振蕩分量，并且有ω0=；φ=tg-1實(shí)際上，強(qiáng)迫分量對(duì)應(yīng)于穩(wěn)態(tài)分量，把它改寫(xiě)一下便可得Em··sin(ωt+φ)=Em··sin(ωt+φ)=Em··sin(ωt+φ)=-·sin(ωt+φ)(1-7)這完全和穩(wěn)態(tài)分量一樣，畫(huà)出uc的波形(見(jiàn)圖l-3)，實(shí)際上就是在穩(wěn)態(tài)電壓上疊加一自由振蕩分量，若實(shí)際的電路中有電阻存在，自由振蕩分量最終衰減到零。從式(1-6)及圖1-3可以看出，電源合閘瞬間uc上對(duì)應(yīng)的電壓為最大值時(shí)，由于振蕩而引起的過(guò)電壓為ucm=2Em||=2Em||一般ω0>>ω，uCm＝2Em，與直流電源合閘于LC電路相類似，當(dāng)電容C上有初始電壓時(shí)，并且其方向與合閘初瞬所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值相反時(shí)，振蕩分量的振幅就會(huì)大于Em，從而使過(guò)電壓的幅值大于2Em。三、均勻無(wú)損線的波過(guò)程與波的折反射典型的分布參數(shù)回路是各種傳輸線，沿線路長(zhǎng)度有分布的電阻及電感，在導(dǎo)線和地之間還有均勻分布的電容。對(duì)于雷電沖擊波，由于等值頻率很高，因此在研究雷電沖擊波對(duì)導(dǎo)線的作用時(shí)，導(dǎo)線一般應(yīng)按分布參數(shù)考慮。而對(duì)工頻或操作波過(guò)電壓，只有當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)才把它們看作傳輸線。不考慮損耗時(shí)，無(wú)損線的方程為(1-8)(1-9)該方程的解為u=u1(x-vt)+u2(x+vt)(1-10)i=i1(x-vt)+i2(x+vt)(1-11)其中光速這兩個(gè)解表示：電壓和電流的解都包括兩個(gè)部分：一部分是(x-vt)的函數(shù)；另一部分是(x+vt)的函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)有一些什么性質(zhì)呢?我們先來(lái)研究函數(shù)u1(x-vt)，該函數(shù)表明，架空線上某電壓值出現(xiàn)的位置是隨時(shí)間而變的。參見(jiàn)圖1-4，設(shè)某x1tl時(shí)，x1點(diǎn)的電壓為Ua，則t2時(shí)刻，電壓為認(rèn)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于x2并應(yīng)滿足關(guān)系式x1-vt1=x2-vt2任意時(shí)刻t時(shí)，電壓為Ua的位置便可由下式求得u1(x-vt)=Ua即x-vt＝常數(shù)對(duì)上式兩邊求導(dǎo)得到。這就意味著，對(duì)固定的Ua來(lái)說(shuō)，它在空間的坐標(biāo)x將以速度v向x軸的正方向移動(dòng)。我們把u1(x-vt)稱為前行電壓波。同樣，可以證明u2(x+vt)代表以速率v向x軸的負(fù)方向進(jìn)行的波，顯然傳輸線上的電流也是一個(gè)正向行波和反向行波的和，而且可表示為(1-12)(1-13)以上分析告訴我們，分布參數(shù)電路的過(guò)渡過(guò)程可以用流動(dòng)波的圖案來(lái)描述，導(dǎo)線上的電壓分解成前行的電壓波和反行的電壓波；而流過(guò)導(dǎo)線的電流也分解成前行的電流波及反行的電流波，前行波和反行波在均勻無(wú)損的導(dǎo)線上無(wú)畸變地以波速v＝＝光速按各自的方向傳播，兩者互相獨(dú)立，互不干擾。當(dāng)兩個(gè)波在導(dǎo)線上相遇時(shí)，可以把它們算術(shù)地相加起來(lái)。電壓行波與電流行波的關(guān)系由波阻抗Z決定，這些關(guān)系可綜合成下述四個(gè)基本方程u=uq+uf(1-14)i=iq+if(1-15)uq=Z·iq(1-16)ut=-Z·if(1-17)從這四個(gè)基本方程出發(fā)，加上邊界條件和起始條件，求得相應(yīng)導(dǎo)線上的前行波和反行波后，就可以算出該導(dǎo)線上任一點(diǎn)的電壓和電流了。四、波的折反射及等值集中參數(shù)定理上述我們已經(jīng)過(guò)論了傳輸線上以光速向遠(yuǎn)處傳播的電壓波和電流波以及它們之間的關(guān)系，如果傳輸線是由兩段波阻不同的導(dǎo)線組成時(shí)，導(dǎo)線1中電壓波與電流波的比值，與導(dǎo)線2中電壓波與電流波的比值不同，也就是說(shuō)前行的電壓波和電流波在兩導(dǎo)線的連接點(diǎn)處將發(fā)生變化，從而造成了波的折射和反射。以圖1-5為例，設(shè)有一幅值為U0的電壓波沿導(dǎo)線l1入射，在其未到達(dá)連接點(diǎn)A時(shí)，導(dǎo)線l1上將只有前行電壓波uq1=U0以及相應(yīng)的前行電流波iql，這些前行波到達(dá)A點(diǎn)后將折射為沿導(dǎo)線l2前行的電壓波uq2和電流波iq2，同時(shí)還出現(xiàn)沿導(dǎo)線l1反行的電壓波uf1和電流波if1，由A點(diǎn)電壓和電流的連續(xù)性可得uq1+uf1=uq2(1-18)iq1+if1=iq2(1-19)考慮到。上兩式可化成（1-20）（1-21）求解方程式(1-20)及式(1-21)即可求得波在導(dǎo)線連接點(diǎn)A處的折反射電壓和入射電壓的關(guān)系式為（1-22）（1-23）式中：為折射系數(shù)；為反射系數(shù)。它們表示式分別為(1-24)(1-25)應(yīng)該指出，雖然折反射系數(shù)是根據(jù)兩段波阻不同的導(dǎo)線相連接推導(dǎo)出來(lái)的，但它也可以適用于導(dǎo)線末端接有不同負(fù)荷電阻的情況，因?yàn)椴ㄗ铻閆的無(wú)窮長(zhǎng)導(dǎo)線在等值電路中相當(dāng)于R＝Z的電阻。下面我們對(duì)幾種特殊情況討論一下波的折反射問(wèn)題。1．線路末端開(kāi)路線路末端開(kāi)路相當(dāng)于的情況。此時(shí)根據(jù)式(1-24)及式(1-25)可算出，這一結(jié)果說(shuō)明入射波U0到達(dá)開(kāi)路的末端后將發(fā)生全反射，全反射的結(jié)果是使線路末端的電壓上升到入射波電壓的兩倍。由反射波電壓及電流的關(guān)系可以看到，在電壓全反射的同時(shí)，電流發(fā)生了負(fù)的全反射，從而使線路末端的電流為零，如圖1-6所示。2．線路末端接有電阻R＝Z1這種情況下，由式(1-24)和式(1-25)可求得。也就是說(shuō)，波到線路末端A點(diǎn)時(shí)不發(fā)生反射，和均勻?qū)Ь€的情況完全相同。因此在高壓測(cè)量中，人們常在電纜末端接以和電纜波阻相等的電阻來(lái)消除波在末端折反射所引起的測(cè)量誤差。3．線路末端接任意阻抗(等值集中參數(shù)定理)當(dāng)線路末端接有任意阻抗Z(見(jiàn)圖1-7)時(shí)，應(yīng)滿足條件uq2+iq2·Z(1-26)電壓波到達(dá)末端時(shí)，還應(yīng)有下列關(guān)系uq1+uf1=uq2(1-27)iq1+if1=iq2(1-28)式(1-28)乘以Z1并與式(1-27)兩邊相加，利用關(guān)系式uql＝iql·Zl，uf1＝-if1·Z1，便可得2uq1=uq2+iq2Z1=iq2（Z1+Z）（1-29）或（1-30）公式(1-29)的等值電路圖如圖1-8所示，這就是所謂的等值集中參數(shù)定理：在有波流動(dòng)時(shí)，可以用集中參數(shù)的等值電路來(lái)計(jì)算接點(diǎn)的電壓和電流。此時(shí)等值電路中的電源電動(dòng)勢(shì)應(yīng)取為來(lái)波電壓的兩倍，等值電路的內(nèi)阻應(yīng)取為來(lái)波所流過(guò)的通道的波阻。而式(1-30)則可把來(lái)波改成電流源以適應(yīng)來(lái)波為電流源的情況(如雷電流)。應(yīng)當(dāng)注意的是，應(yīng)用等值集中參數(shù)定理時(shí)，只能考慮行波的一次折反射，當(dāng)計(jì)算的接點(diǎn)處有多次折反射時(shí)，則應(yīng)分別計(jì)算。應(yīng)用等值集中參數(shù)定理還可計(jì)算傳輸線中接有集中參數(shù)的儲(chǔ)能元件時(shí)的過(guò)渡過(guò)程及波的折反射。如圖1-9所示，傳輸線中串有電感或并有電容，此時(shí)應(yīng)用等值集中參數(shù)定理的等值圖如圖1-10所示，由這些等值電路可以求得傳輸線Z2上的電壓分別為（1-31）式中：為折射系數(shù)，其值等于；TL為時(shí)間常數(shù)，其值等于。（1-32）式中：a為折射系數(shù)；TC為時(shí)間常數(shù)，其值等于。它們相應(yīng)的折反射波如圖1-11所示。很顯然，傳輸線中串有電感時(shí)，當(dāng)電壓波作用到電感時(shí)的瞬間，電感不允許電流發(fā)生突變，電感像開(kāi)路一樣將電壓波完全反射回去，因此折射的電壓為零。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)電流從零逐漸增大，反射波電壓逐漸減小，折射波電壓逐漸升高。因此，傳輸線中間串有電感可以使來(lái)波的波頭陡度降低。當(dāng)線路并有電容并且來(lái)波到達(dá)電容時(shí)，電容上的電壓不能發(fā)生突變，此時(shí)電容就像短路一樣，從而使得u2為零。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，電容上的電壓逐漸升高，u2也逐漸升高。由此可見(jiàn)，傳輸線中并有集中電容時(shí)也會(huì)使來(lái)波的波頭陡度減緩。五、波的多次折反射與網(wǎng)格法在許多實(shí)際情況中，波在傳輸線的兩端發(fā)生反射時(shí)，而且在一個(gè)接點(diǎn)的折(反)射波會(huì)在另一接點(diǎn)發(fā)生折(反)射，所以在某一接點(diǎn)的電壓應(yīng)是所有在該接點(diǎn)的折反射波的合成，通常用網(wǎng)格法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。下面我們以計(jì)算波阻各不相同的3種導(dǎo)線互相串聯(lián)時(shí)接點(diǎn)上的電壓為例，來(lái)介紹網(wǎng)格法的具體應(yīng)用。為敘述方便起見(jiàn)，我們先寫(xiě)出波由線路1向中間線路傳播時(shí)的折射系數(shù)波由中間線路向線路1傳播時(shí)的反射系數(shù)以及波由中間線路向線路2傳播時(shí)的折反射系數(shù)、，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)設(shè)線路1及2的另一端均為無(wú)限長(zhǎng)，則有下列關(guān)系入射波為無(wú)窮長(zhǎng)直角波，n次折反射后，B點(diǎn)的電壓是n個(gè)折反射波之和，即當(dāng)即時(shí)，接點(diǎn)B上的電壓將為六、變壓器繞組的波過(guò)程當(dāng)沖擊波侵入繞組時(shí)，變壓器中會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的電磁波過(guò)程，這將在主、縱絕緣的元件上引起快速變化的過(guò)電壓，由于繞組分布的縱向電容和橫向電容、線匝和繞組的自電感和互電感的相互影響，準(zhǔn)確地計(jì)算這些過(guò)程實(shí)際上是不可能的。因此下面我們采用一種能說(shuō)明基本規(guī)律，并能對(duì)繞組和絕緣的合理設(shè)計(jì)指出方向的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。單相變壓器繞組等值電路如圖1-13所示，繞組長(zhǎng)度方向上元件縱向電容的電荷為(1-33)這個(gè)電荷的變化為dq=uCodx對(duì)式(1-33)求導(dǎo)并作簡(jiǎn)單的變換后可得到微分方程該方程(1-34)該方程的解為（1-35）其中，積分常數(shù)取決于邊界條件。當(dāng)變壓器中性點(diǎn)接地即x=l處u=0時(shí)，可得到（1-36）當(dāng)中性點(diǎn)絕緣即x=l處時(shí)，可得到（1-37）對(duì)于當(dāng)今的變壓器，，所以eal>>e-al，對(duì)于大部分繞組ea(l-x)>>e-a(l-x)。在這種條件下，中性點(diǎn)絕緣或接地時(shí)，繞組在起始時(shí)刻的電壓分布實(shí)際上是一樣的u(x)=U0e-ax(1-38)圖1-14為電壓在變壓器繞組上的分布曲線，其中最上面的曲線為最大電位包線，即繞組每一點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大電位。由圖1-14可見(jiàn)，中性點(diǎn)絕緣時(shí)的最大電壓出現(xiàn)在繞組末端，所以不接地的半絕緣變壓器中性點(diǎn)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。從圖1-14還可以看出，波入侵后的初始時(shí)刻，縱絕緣上的最大電壓出現(xiàn)在繞組首端的線匝上，理論上最大梯度是繞組電壓均勻分布時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)的al倍，因此必須采取措施使之接近繞組的起始電位分布。通常采用的措施有電容環(huán)、靜電線匝及改變繞組的繞法。七、鐵磁諧振的基本原理和線性諧振不同，非線性諧振是由于鐵芯飽和，電感減小使回路性質(zhì)發(fā)生變化而引起的，鐵磁諧振時(shí)串聯(lián)支路中的電容不像線性諧振那樣要有嚴(yán)格的C值，變化范圍很大。發(fā)生諧振后，電路從感性變成了容性，因此電流的相位將有180。的轉(zhuǎn)變，由此引起電感及電容上的電壓反相(即所謂電壓反傾)。下面我們對(duì)圖l-15(a)所示的電路作一初步的分析。圖1-15(b)中曲線1為電容的伏安特性；曲線2為非線性電感的伏安特性?？紤]到電容和電感上電壓的相位關(guān)系可得曲線1和曲線2的和(即曲線3)，在曲線3上，0ad段對(duì)應(yīng)的是感性部分，dh對(duì)應(yīng)的是容性部分。當(dāng)電源電壓大于Ua時(shí)，那么串聯(lián)回路始終工作于諧振狀態(tài)；當(dāng)電源電壓小于Ua時(shí)，則正常情況下回路應(yīng)工作在f點(diǎn)，整個(gè)回路呈感性。這時(shí)若由于某種擾動(dòng)，將使工作點(diǎn)越過(guò)a點(diǎn)并趨向于g點(diǎn)，但由于g點(diǎn)是不穩(wěn)定的工作點(diǎn)，任何擾動(dòng)又將使工作點(diǎn)偏向g-d段，出現(xiàn)電流增加，從而工作點(diǎn)迅速地又從g點(diǎn)轉(zhuǎn)移到h點(diǎn)，并穩(wěn)定于該點(diǎn)。此時(shí)電容C上的電壓高于電感L上的電壓，電路又呈現(xiàn)容性。從圖1-15中可以得到鐵磁諧振的幾個(gè)性質(zhì)如下。(1)產(chǎn)生鐵磁諧振的條件是＞（或C＞）。若不滿足此條件，電容C的伏安特性與電感的伏安特性無(wú)交點(diǎn)，電路始終呈容性，也就不可能產(chǎn)生諧振。(2)當(dāng)電源電壓大于或等于Ua時(shí)，諧振總是發(fā)生。當(dāng)電源電壓小于Ua時(shí)，必須要有某種“激發(fā)”因素使得工作點(diǎn)越過(guò)a點(diǎn)后，才有可能產(chǎn)生諧振。(3)當(dāng)時(shí)，曲線1變得平坦了，Ua也就增大了，所需的激發(fā)因素也就越強(qiáng)了。當(dāng)C值太大時(shí)，將使出現(xiàn)鐵磁諧振的可能性減小。(4)當(dāng)鐵磁諧振時(shí)，L和C上的電壓都不會(huì)像線性諧振時(shí)那樣趨于無(wú)限大，UL的大小顯然由曲線的飽和程度決定。而Uc則等于UL與電源電壓之和，因此鐵磁諧振過(guò)電壓幅值一般不會(huì)很高。(5)鐵磁諧振產(chǎn)生后，工作點(diǎn)是一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)，因此諧振狀態(tài)可能自保持。(6)由于非線性電感L的存在，鐵磁諧振的電流波形中除了工頻分量外，還會(huì)有高次諧波分量，有時(shí)甚至有分次諧波分量，到底出現(xiàn)哪種諧振和電路的固有頻率有關(guān)。(7)產(chǎn)生鐵磁諧振后，容抗已大于感抗，回路從感性變成容性，基波電流反相，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在三相電路中可能使工頻三相的相序改變。雷電過(guò)電壓一、雷電的電氣參數(shù)和雷電活動(dòng)強(qiáng)度雷電是發(fā)生在空氣間隙中的一種火花放電，其電壓可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)伏，其電流可高達(dá)數(shù)千萬(wàn)安，被雷擊中后，人畜死傷，建筑物炸毀或燃燒，線路停電以及電氣設(shè)備損壞，都是常有的雷害事故。在計(jì)算電氣設(shè)備的防雷性能時(shí)，主要的原始數(shù)據(jù)通常不是電壓而是電流。因?yàn)橹挥欣纂娏鞑拍苤苯訙y(cè)量。雷電流的幅值與雷云中電荷多少有關(guān)，顯然是個(gè)隨機(jī)變量。它又與雷電活動(dòng)的頻繁程度有關(guān)。我們采用雷日為單位，在一天內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算一個(gè)雷日。我國(guó)在年平均雷日大于20日的地區(qū)測(cè)過(guò)1205個(gè)雷電流，其幅值概率曲線如圖l-16所示。該曲線也可以用下式表示式中：p戶為雷電流超過(guò)I(單位為kA)的概率，例如當(dāng)I＝100kA時(shí)，可求得p＝11.9％，即每100次雷電流大約平均有12次雷電流幅值超過(guò)100kA。對(duì)于年平均雷日在20及以下的地區(qū)，即除陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)，雷電流的概率可按圖1-16曲線給定的戶值查出I后，將I減半求得；也可用下式表示(1-39)對(duì)于雷電流的波形，各國(guó)的測(cè)量波形是基本一致的，波長(zhǎng)大致在40s左右，波頭t大致在1～4s，平均在2.6s左右。我國(guó)在防雷設(shè)計(jì)中采用2.6/40s的波形，電氣設(shè)備沖擊電壓試驗(yàn)的波形則取1.2/50s。二、直擊雷過(guò)電壓及其防護(hù)落雷時(shí)，在波直接擊中的導(dǎo)線上會(huì)有過(guò)電壓形成。本條款中我們將討論雷擊無(wú)窮長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)的直擊雷過(guò)電壓及雷擊于另一端接地的有限長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)的直擊雷過(guò)電壓。當(dāng)雷擊于無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線的A點(diǎn)時(shí)，等于沿主放電通道(其波阻Z0＝300～500)襲來(lái)一個(gè)的電流波。此時(shí)雷電流波碰到的是兩側(cè)導(dǎo)線的波阻相并聯(lián)，由于，所以可近似認(rèn)為此時(shí)在A點(diǎn)沒(méi)有折反射發(fā)生，于是A點(diǎn)直擊雷過(guò)電壓為式中Z——導(dǎo)線波阻抗，典型值為500。當(dāng)雷擊于另一端接地的有限長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，為計(jì)算A點(diǎn)電位，可用流動(dòng)波的多次反射法進(jìn)行計(jì)算，但分析表明，當(dāng)接地導(dǎo)線長(zhǎng)度小于260m時(shí)，該段導(dǎo)線可以用等值電感來(lái)代替。若取入射波為斜角波，。其中，為陡度，單位為A／s。便可求得式中：v為光速等于300m/s；l為導(dǎo)線長(zhǎng)度(m)；L為被擊導(dǎo)線的總電感。取雷電流幅值為100kA，波頭時(shí)間為2.6s，那么可算得雷擊于無(wú)窮長(zhǎng)導(dǎo)線上的雷電過(guò)電壓為這一過(guò)電壓相當(dāng)高。雷擊于另一端接地的10m導(dǎo)線，考慮接地電阻為10，則雷擊點(diǎn)的最大電壓為這樣高的電壓也足以對(duì)處于“零”電位導(dǎo)線產(chǎn)生反擊。防直擊雷最常用的措施是裝設(shè)避雷針(線)。它是由金屬制成，比被保護(hù)設(shè)備高，具有良好的接地裝置。其作用是將雷吸引到自己身上并安全地導(dǎo)入地中，從而保護(hù)了附近比它矮的設(shè)備和建筑免受雷擊。單支避雷針的保護(hù)范圍見(jiàn)圖1-17，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓錐體。如用公式表示它的保護(hù)范圍，則在被保護(hù)物高度hx的水平面上，其保護(hù)半徑rx為考慮hX≥(1-40)hX＜(1-41)式中：h為針的高度，當(dāng)h≥30m時(shí)，p=1；當(dāng)30m＜h≤120m時(shí)，p=。其中p的取值已考慮了針太高而保護(hù)半徑不與針高成正比增大的系數(shù)。用避雷線保護(hù)發(fā)變電所時(shí)單根避雷線的保護(hù)范圍見(jiàn)圖1-18，用公式表達(dá)為hX≥(1-42)hX＜(1-43)式中：p的取值同單根避雷針。若用避雷線保護(hù)輸電線路，其保護(hù)作用則是用避雷線后能引起線路絕緣閃絡(luò)的雷電流(耐雷水平)值來(lái)衡量。其計(jì)算方法與雷擊于另一端接地的短線路時(shí)計(jì)算方法基本相同，這里就不再贅述了。三、變電所進(jìn)入波的防護(hù)因?yàn)槔讚艟€路的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比雷擊發(fā)電廠、變電所為多，所以沿線路侵入發(fā)電廠、變電所的雷電過(guò)電壓行波是常見(jiàn)的。又因?yàn)榫€路絕緣水平要比變壓器(或其他設(shè)備)的沖擊試驗(yàn)電壓高得多，所以發(fā)電廠、變電所對(duì)行波的保護(hù)十分重要。發(fā)電廠、變電所中限制侵入雷電波的主要設(shè)備是避雷器，由于要保護(hù)發(fā)電廠、變電所中的各種電氣設(shè)備，避雷器到被保護(hù)設(shè)備(如變壓器)總會(huì)有一段距離。因此，在雷電波的作用下，由于避雷器至被保護(hù)設(shè)備的連線間的波過(guò)程，作用在被保護(hù)設(shè)備上的過(guò)電壓會(huì)超過(guò)避雷器的放電電壓和殘壓，連線越長(zhǎng)，則超過(guò)的電壓也越高。因此避雷器有一定的保護(hù)距離，被保護(hù)設(shè)備在這個(gè)距離之外，就不能受到有效的保護(hù)。下面我們對(duì)圖1-19的典型接線就上述情況作一初步的分析。假設(shè)避雷器離變壓器的電氣距離為l，有陡度為此αkV/μs的行波向避雷器襲來(lái)。并設(shè)t＝o時(shí)侵入波到達(dá)避雷器，該處的電壓UA將按圖1-19中曲線1上升，經(jīng)過(guò)時(shí)間τ＝(v為雷電波的傳播速度)侵入波到達(dá)變壓器，從最嚴(yán)格的條件出發(fā)，可假設(shè)變壓器的入口電容極小(開(kāi)路)，所以侵入波在變壓器處發(fā)生了正全反射。圖1-19中虛線2為B處的入射波，虛線3則為變壓器上的電壓(虛線2的兩倍)，陡度為2a，又經(jīng)過(guò)時(shí)間τ，反射波到達(dá)避雷器(圖中虛線4)，此時(shí)避雷器上的電壓為入射電壓和反射波電壓的疊加(即圖1-19中的mn段)，所以這段uA曲線與虛線重合。假定uA曲線在t0時(shí)上升到避雷器的放電電壓，此時(shí)避雷器放電，從而限制了A點(diǎn)電壓的繼續(xù)上升。此時(shí)uA的曲線基本上為平直線，但避雷器放電的效果要經(jīng)過(guò)時(shí)間τ才能到變壓器，在這段時(shí)間內(nèi)變壓器上的電壓仍以原陡度繼續(xù)上升，因此，變壓器上的最大電壓將比避雷器的放電電壓高一個(gè)ΔU，由圖1-19可見(jiàn)由此可見(jiàn)，為了保證變壓器上的電壓不超過(guò)一定的允許水平，變壓器與避雷器之間的距離不能太遠(yuǎn)，變壓器上的最大電壓為(1-44)式中：U5kA為避雷器的5kA殘壓；為以kV/m為單位的陡度。實(shí)際情況下，變壓器有一定的入口電容，而入射波可簡(jiǎn)化為具有一定陡度的斜角平頂波。進(jìn)一步的分析計(jì)算可求得(1-45)其中式中：Cr為變壓器入口電容；C’為避雷器與變壓器之間的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度對(duì)地電容。通常取變壓器的多次截波耐壓值(有工頻激勵(lì)時(shí))大于UT即可，考慮到多次截波耐壓值約為三次截波耐壓值的87％左右，而變壓器及其他設(shè)備上所受沖擊電壓的波形是衰減振蕩的，其最大值約為式(1-45)求得值的87％左右。因此，知道了變壓器的三次截波耐壓值Uj3，便可求得避雷器到變壓器的最大距離應(yīng)滿足的條件是l≤(1-46)實(shí)用中可以根據(jù)部頒DL/T620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》所規(guī)定的參數(shù)表確定避雷器到變壓器的最大允許電氣距離。理論分析與實(shí)際測(cè)量表明，避雷器動(dòng)作后變壓器上所受到的電壓波形如圖l-20所示，這也證明了用變壓器多次截波耐壓值作為計(jì)算依據(jù)是合理的。四、變壓器中性點(diǎn)保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣與系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。對(duì)于35kV及以下的電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是不接地或經(jīng)消弧線圈接地，中性點(diǎn)絕緣水平是與相線端的絕緣水平相同的。而一般110～330kV電力系統(tǒng)，出于繼電保護(hù)的要求，其中一部分變壓器中性點(diǎn)是不接地的，而這些變壓器的中性點(diǎn)絕緣水平比相線端低得多(我國(guó)110kV變壓器中性點(diǎn)用35kV級(jí)絕緣；220kV變壓器中性點(diǎn)用110kV級(jí)絕緣；330kV變壓器用154kV級(jí)絕緣)。下面分別就這兩類變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行討論。對(duì)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)大電感接地的35kV以下電力系統(tǒng)，沿線路三相同時(shí)來(lái)波約占來(lái)波總數(shù)的10％，由本章第一節(jié)六條中可知，變壓器中性點(diǎn)的電位，在理論上會(huì)超過(guò)首端電位的2倍，實(shí)測(cè)值為1．5～1．8倍。這會(huì)對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣造成威脅。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在785個(gè)臺(tái)·年的20～60kV中性點(diǎn)無(wú)保護(hù)的變壓器中，只有3次中性點(diǎn)雷害事故，即每百臺(tái)·年只有0．38次故障，這是可以接受的，因此部頒DL/T620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定35～60kV變壓器中性點(diǎn)一般不需保護(hù)。對(duì)中性點(diǎn)不全部接地的110～330kV電力系統(tǒng)，由于中性點(diǎn)絕緣水平比相線端低，所以需在中性點(diǎn)加裝保護(hù)。這些保護(hù)應(yīng)滿足以下條件。1)沖放電壓應(yīng)低于中性點(diǎn)沖擊耐壓。2)避雷器的滅弧電壓應(yīng)大于因電力系統(tǒng)一相接地而引起的中性點(diǎn)電壓升高的穩(wěn)態(tài)值U0，以免避雷器爆炸。3)保護(hù)間隙的放電電壓應(yīng)大于因電力系統(tǒng)一相接地而引起的中性點(diǎn)電位升高的暫態(tài)電壓最大值，以免繼電保護(hù)不能正確動(dòng)作。電力系統(tǒng)一相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓的穩(wěn)態(tài)值為而暫態(tài)值則為實(shí)際測(cè)量表明，當(dāng)l.5/40μs的波作用在變壓器首端時(shí)，由于變壓器繞組電感、電容以及鐵芯損耗的作用，傳到中性點(diǎn)的沖擊波波頭τt已大于45μs。若選間隙作為保護(hù)設(shè)備，棒間隙沖擊放電電壓的要求應(yīng)當(dāng)以波頭τt=45μs為依據(jù)。實(shí)際捧間隙的放電電壓是根據(jù)1.5／40μs的沖擊波試驗(yàn)而得到的，顯然波頭τt=45μs時(shí)的放電分散性要大得多，通?？捎孟率竭x取棒間隙的放電電壓值式中：Ub為變壓器的沖擊耐受電壓；Kl為中性點(diǎn)破壞累積系數(shù)，取1.15；K2為棒間隙在τt=45μs時(shí)的放電分散系數(shù)，取1.135；K3為氣象系數(shù)，取1.05;K4為τt=45μs時(shí)的距離系數(shù)，可取l.0。當(dāng)選用避雷器保護(hù)變壓器中性點(diǎn)時(shí)，曾發(fā)生因斷路器非全相合閘引起避雷器爆炸的事故，為了避免上述現(xiàn)象，可采用間隙與避雷器聯(lián)合保護(hù)的方式。它們之間的放電電壓的配合，應(yīng)使沖擊過(guò)電壓作用時(shí)避雷器動(dòng)作，而非全相運(yùn)行時(shí)則間隙動(dòng)作。五、電纜護(hù)層保護(hù)從安全出發(fā)，高壓?jiǎn)涡倦娎|的鉛包護(hù)層必須接地，但它只能一端接地，如將它的兩端都接地則單芯電纜芯線所產(chǎn)生的磁力線將在鉛皮中感應(yīng)出很大的電流，這種作用幾乎和1∶1的電流互感器差不多，所以感應(yīng)電流值可達(dá)50％～95％。這一電流不僅在鉛包中形成熱能損耗加速電纜絕緣的老化過(guò)程，而且將使電纜芯線的載流量降低40％左右。但是將鉛包一端接地后，在雷電波或內(nèi)過(guò)電壓波沿芯線流動(dòng)時(shí)，電纜鉛包的不接地端會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊過(guò)電壓。當(dāng)電纜鉛包外絕緣護(hù)層不能承受這些過(guò)電壓時(shí)，便會(huì)造成鉛包多點(diǎn)接地，這樣會(huì)出現(xiàn)鉛包環(huán)流問(wèn)題。1．沖擊電壓的產(chǎn)生及保護(hù)設(shè)沿芯線及鉛包之間有一幅值為e的過(guò)電壓進(jìn)行波在流動(dòng)，則鉛包與芯線之間將伴隨著。流過(guò)電流i＝e/Z。當(dāng)電纜末端接地時(shí)，如圖1-2l(a)所示，過(guò)電壓波到達(dá)電纜末端后流經(jīng)芯線的沖擊電流將從末端經(jīng)過(guò)大地作為回路，因此鉛包外面就出現(xiàn)了磁力線，從而使鉛包的開(kāi)路端感應(yīng)出過(guò)電壓。理論上該電壓可達(dá)2e，肯定會(huì)使外護(hù)層絕緣擊穿。電纜末端芯線開(kāi)路時(shí)，如圖1-21(b)所示，流經(jīng)芯線的雷電波到達(dá)開(kāi)路的末端后發(fā)生反射，結(jié)果使芯線和鉛包的電流均為零，因此在鉛包上不會(huì)產(chǎn)生電壓升高。為了限制這一過(guò)電壓，顯然只要讓電纜鉛包末端在沖擊下接地，使沖擊電流能以鉛包為回路，則電纜鉛包末端就不會(huì)有過(guò)電壓了。為此，可在電纜鉛包末端和大地間接一過(guò)電壓保護(hù)器。在沖擊電壓的作用下，部分電流將經(jīng)過(guò)電壓保護(hù)器回到鉛包，而作用在電纜末端護(hù)層上的電壓將等于過(guò)電壓保護(hù)器的殘壓。2．工頻感應(yīng)過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)電壓保護(hù)器的采用解決了外護(hù)層絕緣的沖擊過(guò)電壓的問(wèn)題。但是必須注意，接有過(guò)電壓保護(hù)器后，在正常工作及工頻短路故障時(shí)都會(huì)有工頻電壓作用在過(guò)電壓保護(hù)器上。過(guò)電壓保護(hù)器必須能承受這一工頻電壓。下面對(duì)3種短路故障條件下的工頻過(guò)電壓作一初步的分析。(1)單相接地短路。當(dāng)發(fā)生單相接地短路時(shí)，故障相鉛包所交鏈的磁力線最多，感應(yīng)電壓最高。設(shè)故障相為U相，則(1-47)其中式中Xs——電纜鉛包的自感阻抗或芯線對(duì)鉛包的互感阻抗，；D——地中等值集中電流的深度，D＝95，如果不能確知土壤電阻率時(shí)，一般可取D值為1000m；rs——電纜鉛包的平均半徑，m；i——單相短路電流，A；l——電纜的長(zhǎng)度，m。由于短路電流以大地為回路，D值很大，鉛包兩端的感應(yīng)電壓是很高的，再加上短路電流i流徑地網(wǎng)R時(shí)所形成的壓降，所以鉛包不接地端U相的對(duì)地電壓Uu將達(dá)很高的數(shù)值(1-48)(2)兩相不接地短路。如圖1-22所示，兩相不接地短路時(shí)，U相不接地端對(duì)地電壓UUE就是電纜鉛包兩端感應(yīng)電壓，應(yīng)為(1-49)顯然兩相短路時(shí)，短路電流在鉛包上的感應(yīng)電壓較低。同理，三相短路時(shí)，短路電流也不以大地為回路，短路電流在鉛包上的感應(yīng)電壓也比較小，而且不接地端鉛包的對(duì)地電壓也不受地網(wǎng)接地電阻影響。因此，護(hù)層和保護(hù)器所受最高電壓一般在電網(wǎng)單相對(duì)地短路故障時(shí)，特別當(dāng)短路電流大、電纜線路長(zhǎng)或接地電阻大時(shí)，此值可達(dá)極高的數(shù)值。為了降低這一工頻過(guò)電壓，可采用電纜鉛包交叉互聯(lián)或加均壓線等方法。所謂交叉互聯(lián)是指電纜鉛包全長(zhǎng)分成三等分的倍數(shù)并把相鄰兩端的鉛皮進(jìn)行交叉互聯(lián)，首端與末端鉛包互連接地。這樣連接后，三段彼此連接的鉛皮上的感應(yīng)電壓大小相等而相位互差120度，因此三段相連的鉛包兩端的感應(yīng)電壓等于零，正常運(yùn)行時(shí)也就不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。發(fā)生短路故障時(shí)，由于長(zhǎng)度相對(duì)減小，鉛包感應(yīng)電壓也降低了。采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器接線方式可大大降低單相接地時(shí)保護(hù)器所受的工頻電壓。六、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的防雷保護(hù)新電機(jī)主絕緣的沖擊耐壓約為同電壓等級(jí)變壓器的1／3左右，比一般所用的FCD型避雷．器殘壓U3只稍高一點(diǎn)。運(yùn)行中的舊電機(jī)的沖擊耐壓更低，必須采用多種手段進(jìn)行綜合保護(hù)才能保證發(fā)電機(jī)的安全。下面我們就直配發(fā)電機(jī)防雷保護(hù)的典型接線作一些初步的討論。圖l—23中電容的主要作用是減緩來(lái)波的陡度以降低發(fā)電機(jī)上過(guò)電壓與磁吹避雷器上殘壓的差值。同時(shí)，由于來(lái)波陡度降低后，發(fā)電機(jī)繞組匝間絕緣所受的沖擊電壓也降低了。電抗器的主要作用在于抬高它前面的沖擊電壓，使A點(diǎn)處的避雷器更容易放電從而限制了進(jìn)波的幅值。電容器延緩來(lái)波陡度及電抗器抬高它前面所受的電壓的基本原理見(jiàn)有關(guān)基礎(chǔ)理論的分析計(jì)算。電纜段的作用稍微復(fù)雜一些，現(xiàn)敘述如下：當(dāng)電纜前的GB型避雷器動(dòng)作時(shí)，電纜外皮與芯線經(jīng)GB型避雷器短接在一起。由于趨膚效應(yīng)雷電流主要經(jīng)過(guò)電纜外皮及大地流走，流過(guò)芯線的雷電流就被大大削弱。分析表明，電纜段長(zhǎng)度為100m，末端外皮接地引下線到地網(wǎng)距離為12m，R1＝5時(shí)，即使在電纜首端發(fā)生直擊雷而且雷電流為50kA，則流過(guò)FCD型母線避雷器的電流也不會(huì)超過(guò)，3kA，即有l(wèi)00m電纜段的發(fā)電機(jī)耐雷水平大約為50kA。內(nèi)部過(guò)電壓一、內(nèi)部過(guò)電壓的主要形式及一般特性由于電力系統(tǒng)中能量的轉(zhuǎn)化或傳遞所產(chǎn)生的電力系統(tǒng)電壓的升高叫做電力系統(tǒng)的內(nèi)過(guò)電壓。這里所說(shuō)的能量轉(zhuǎn)化是指磁能轉(zhuǎn)化為電能；所說(shuō)的能量傳遞則主要是通過(guò)各部分相互之間的電容，電力系統(tǒng)內(nèi)的操作和故障都是激發(fā)能量轉(zhuǎn)化的原因。常見(jiàn)的電力系統(tǒng)內(nèi)過(guò)電壓有以下幾種。1)切空載變壓器的過(guò)電壓。2)切合空載長(zhǎng)線路的過(guò)電壓。3)電弧接地過(guò)電壓。4)諧振過(guò)電壓。內(nèi)過(guò)電壓的能量來(lái)自電力系統(tǒng)本身，所以它的幅值是和電力系統(tǒng)工頻電壓基本上成正比的。這一比值叫內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)K。內(nèi)過(guò)電壓的作用時(shí)間與過(guò)電壓的類型有關(guān)，通常具有衰減振蕩沖擊波的性質(zhì)，其振蕩頻率比工頻高。這些過(guò)電壓最后以穩(wěn)態(tài)(穩(wěn)態(tài)電壓可能高于工作電壓)結(jié)束。操作過(guò)電壓的持續(xù)作用時(shí)間一般不大于幾分之一秒。鐵磁諧振是由于變壓器電抗器等設(shè)備鐵芯的非線性引起的；線性諧振則是由于電力系統(tǒng)參數(shù)的某種組合使之滿足了線性諧振條件而引起的。這兩種諧振過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，屬于穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓。長(zhǎng)線路電容效應(yīng)引起的過(guò)電壓屬于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，一般出現(xiàn)在330kV及以上電壓的空載長(zhǎng)線上。這種過(guò)電壓表現(xiàn)為工頻電壓升高，其作用時(shí)間決定于狀態(tài)的性質(zhì)。中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)中的電弧接地過(guò)電壓也是衰減的振蕩波，當(dāng)故障沒(méi)有消失而且線路沒(méi)有切除時(shí)，這一過(guò)電壓可能多次出現(xiàn)。按照持續(xù)時(shí)間，內(nèi)部過(guò)電壓可以分成兩組：長(zhǎng)時(shí)間的或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的操作過(guò)電壓及短時(shí)間的操作過(guò)電壓。過(guò)電壓對(duì)絕緣作用的危險(xiǎn)性不僅與其大小有關(guān)，還與波形、持續(xù)時(shí)間以及重復(fù)次數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)中所出現(xiàn)的內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)不應(yīng)超過(guò)一定數(shù)值。過(guò)電壓作用時(shí)間越長(zhǎng)，允許的倍數(shù)越低。我國(guó)各類電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)允許過(guò)電壓倍數(shù)見(jiàn)表1-1，對(duì)220kV及以下的電力系統(tǒng)一般不需要專門(mén)的限制操作過(guò)電壓設(shè)備，對(duì)330kV以上的電力系統(tǒng)就必須用專門(mén)的避雷器等設(shè)備將操作過(guò)電壓倍數(shù)限制到表1-1中所列的數(shù)字以內(nèi)。表1-1電力系統(tǒng)各電壓等級(jí)的內(nèi)過(guò)電壓允許倍數(shù)電力系統(tǒng)額定電壓(kV)3566110110220330500中性點(diǎn)接地方式非直接接地非直接接地直接接地非直接接地直接接地直接接地直接接地內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)K14.04.03.03.53.02.2*2.0**330、500kV的內(nèi)過(guò)電壓倍數(shù)為參考值。二、工頻電壓升高如圖l—24所示，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷，空載長(zhǎng)線的電感電容效應(yīng)和電力系統(tǒng)單相接地是使工頻電壓升高的主要原因。電力系統(tǒng)工頻電壓的升高會(huì)影響到各種內(nèi)過(guò)電壓的數(shù)值，也會(huì)影響到避雷器額定電壓(滅弧電壓)的選擇，從而也影響到避雷器的保護(hù)水平。對(duì)于110～220kV線路，Xc>>Xd’+XL，其中XC為線路容抗，XL為線路電抗，Xd’為發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗，電壓升高不超過(guò)10％～15％。對(duì)超高壓線路，線路較長(zhǎng)并且XL較低，從而使Ed’比UN高出10％～15％，而Ul比Ed’又高出10％～15％。突然甩負(fù)荷以后電壓升高的另一個(gè)因素是突然甩負(fù)荷后原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器和制動(dòng)設(shè)備的惰性不能立即起作用，引起發(fā)電機(jī)超速。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，但勵(lì)磁沒(méi)有改變，感應(yīng)電勢(shì)的數(shù)值與頻率都增加了。上述兩種因素綜合在一起所造成的工頻電壓升高可達(dá)1.2～1.4倍，持續(xù)時(shí)間受電壓調(diào)整器的限制約幾秒鐘之久。由線路本身的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高可按下述方程求得(1-50)一般＝0.06，當(dāng)線路長(zhǎng)度為400km時(shí)，=1.095；當(dāng)線路長(zhǎng)度為300km時(shí),=1.050。由此可見(jiàn)，只有當(dāng)線路超過(guò)300km時(shí)，才考慮到線路電容效應(yīng)的影響。另一種工頻電壓升高是由電力系統(tǒng)單相接地引起的。對(duì)于中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，健全相電壓會(huì)上升到線電壓，即相電壓的倍；對(duì)于中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，健全相的電壓升高比較復(fù)雜，可用對(duì)稱分量法進(jìn)行分析得（1-51）式中Uu——U相故障前的對(duì)地電壓；——接地系數(shù)，其值為（1-52）越大，則健全相電壓的升高就越高。當(dāng)時(shí)，，相當(dāng)于電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地的情況。三、開(kāi)斷電感性負(fù)荷時(shí)的過(guò)電壓在電力系統(tǒng)中常有開(kāi)斷電感性負(fù)荷的操作，例如切除空載變壓器、電抗器及電動(dòng)機(jī)等，在這些操作過(guò)程中可能出現(xiàn)幅值較高的過(guò)電壓。1．開(kāi)斷空載變壓器過(guò)電壓圖1—25中畫(huà)出了開(kāi)斷空載變壓器等值電路圖。在開(kāi)斷空載變壓器操作之前，回路受工頻電壓作用，流過(guò)C的電流遠(yuǎn)小于流過(guò)L中的電流，所以可忽略C的存在。流過(guò)斷路器的電流就是電感電流I，這電流通常為變壓器額定電流的0.5％～4％。斷路器在切斷這類小電流時(shí)會(huì)在電流到達(dá)零點(diǎn)之前發(fā)生強(qiáng)制熄滅(即所謂截流)。設(shè)截?cái)嚯娏鳛镮0，此時(shí)變壓器中磁場(chǎng)能量及等值電容中的電場(chǎng)能量為。當(dāng)磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能量時(shí)，電容C上的電壓就是最大過(guò)電壓，因此根據(jù)，可求得（1-53）式中：Em為電源電壓幅值；Im為感性電流幅值；為電流截?cái)嗨查g與過(guò)零點(diǎn)之間的相位差?？紤]到，設(shè)回路自振頻率，以及高頻振蕩時(shí)只有部分磁場(chǎng)能量可以轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量，所以過(guò)電壓倍數(shù)K為一般大型變壓器約為0.3～0.45。實(shí)際的斷路器在截流后還會(huì)出現(xiàn)重燃，磁場(chǎng)能量在多次重燃的過(guò)程中消耗掉了，使得過(guò)電壓大大降低。我國(guó)對(duì)110～220kV變壓器試驗(yàn)的結(jié)果為：中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)中過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)3倍；中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)中過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)4倍，個(gè)別的可達(dá)7．4倍，相間可達(dá)7．68倍。由于切空載變壓器過(guò)電壓的能量不大，采用一般的閥式避雷器就可以得到保護(hù)。2，開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓與切斷空載變壓器時(shí)類似，但由于電動(dòng)機(jī)的參數(shù)隨轉(zhuǎn)差率的變化而變化，所以開(kāi)斷空載電動(dòng)機(jī)與開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的過(guò)電壓值相差很大。同時(shí)開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)所使用的斷路器類型不同，那么產(chǎn)生的過(guò)電壓也不一樣，如用少油斷路器開(kāi)斷，主要是由于截流產(chǎn)生的截流過(guò)電壓；用真空斷路器開(kāi)斷，除截流過(guò)電壓外，還會(huì)產(chǎn)生三相同時(shí)開(kāi)斷和高頻重燃過(guò)電壓。開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生截流過(guò)電壓的物理過(guò)程與開(kāi)斷空載變壓器相同。由于電動(dòng)機(jī)的空載電流不大(約為25％～30％額定電流)，定子的漏感也不大，所以過(guò)電壓也就不高。在一些特殊情況下，斷路器將開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電流相當(dāng)于起動(dòng)電流(約為額定電流的5～6倍)，斷路器截流值I0就可能較大。而且對(duì)應(yīng)的漏感除了定子繞組的漏感外，還有轉(zhuǎn)子的漏感。因此，開(kāi)斷制動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能要比開(kāi)斷空載運(yùn)行電動(dòng)機(jī)時(shí)大得多，所以過(guò)電壓也較高。國(guó)內(nèi)用SNl-10型和SN2-10型少油斷路器切斷3～6kV、110～2000kW的空載電動(dòng)機(jī)時(shí)，最大截流為6A，最大過(guò)電壓倍數(shù)為2．43倍；在同樣接線條件下，開(kāi)斷起動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)的最大過(guò)電壓倍數(shù)將達(dá)4．9倍。在使用真空斷路器切斷小電流時(shí)，曾發(fā)現(xiàn)三相同時(shí)斷開(kāi)的現(xiàn)象。這是因?yàn)檫B接的三相電纜相線之間有互電容及互電感，首開(kāi)相回路中的高頻振蕩通過(guò)相間的耦合傳遞到其它兩相疊加在工頻電流上，從而使這兩相電流瞬間過(guò)零而被切斷。這對(duì)電動(dòng)機(jī)而言，第二、三相的截流值可能很大，過(guò)電壓也就很高。例如某地在做3kV、110kW電動(dòng)機(jī)開(kāi)斷試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)同時(shí)開(kāi)斷造成的過(guò)電壓倍數(shù)最高可達(dá)4．3倍，平均達(dá)2．81倍，均高于電動(dòng)機(jī)的工頻試驗(yàn)電壓。用真空斷路器切斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)時(shí)還可能產(chǎn)生高頻重燃，與切斷空載變壓器時(shí)發(fā)生重燃不同的是，它出現(xiàn)在被切斷電流很大但不發(fā)生截流時(shí)。設(shè)真空斷路器在工頻電流過(guò)零時(shí)熄弧，此時(shí)電源相電壓為最大值Em。熄弧后，被切斷電動(dòng)機(jī)側(cè)的電壓為Emcosω0t，其波形如圖l-26中曲線1所示，ω0是電動(dòng)機(jī)漏感與雜散電容C組成的振蕩回路的角頻率。相對(duì)于工頻來(lái)說(shuō)，ω0是極高的，故討論重燃過(guò)電壓時(shí)可將電源電壓維持在Em不變。真空斷路器熄弧后，觸頭間恢復(fù)強(qiáng)度的包線以2m為基線，如圖l-26中曲線4所示。熄弧瞬間t＝0，電感L中的電流iL＝0，電容C向電感工放電并開(kāi)始振蕩，觸頭間出現(xiàn)恢復(fù)電壓Uh。當(dāng)t＝t1時(shí)，iL＝ILl，Uh＝Uh1，此時(shí)恢復(fù)電壓等于恢復(fù)強(qiáng)度，發(fā)生第一次重燃，出現(xiàn)高頻振蕩。高頻振蕩的頻率決定于斷路器兩側(cè)電容及其連線電感，它比ω0要高得多。振蕩衰減的穩(wěn)態(tài)值趨于電源電壓且m，振蕩電壓第一次到達(dá)最大值Ul時(shí)，t=t’1,U1=Em+Uh1,高頻振蕩電流第一次過(guò)零，再次熄弧。在t1～t1’的極短時(shí)間內(nèi)，iL保持，IL1不變，IL1雖然數(shù)值不大，但已不是開(kāi)斷電動(dòng)機(jī)時(shí)的零值。在t1’之后電動(dòng)機(jī)側(cè)電壓變化如圖1-26中曲線2所示。在t2時(shí)再次重燃，振蕩最大電壓U2＝Em+Uh2，電感電流增大到IL2,tz’時(shí)又熄弧，類此下去振蕩過(guò)程愈來(lái)愈強(qiáng)烈，故在多次重燃后過(guò)電壓可達(dá)極高的幅值。實(shí)測(cè)的最大過(guò)電壓為5．1倍，頻率可達(dá)105～10四、切合空載線路過(guò)電壓電力系統(tǒng)中用斷路器切合空載線路是一種常見(jiàn)的常規(guī)或故障操作方式。切斷空載線路及電容器組時(shí)，由于斷路器觸頭間的重燃使線路或電容器組從電源獲得能量并積累起來(lái)，從而形成過(guò)電壓。其持續(xù)時(shí)間可達(dá)o．5個(gè)工頻周期以上。合空載線路(尤其是自動(dòng)重合閘)時(shí)，合閘瞬間線路的實(shí)際電壓與相應(yīng)的工頻穩(wěn)態(tài)電壓值之間的差異可能很大，從而由過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)電壓倍數(shù)就可能很高。1.切斷空載線路過(guò)電壓空載線路是容性負(fù)載，為了簡(jiǎn)化分析，可用一個(gè)電感L0l和一個(gè)電容C0l在切斷過(guò)程中，由于電弧的重燃和熄滅具有很大的隨機(jī)性，為從嚴(yán)考慮出發(fā)，按可能出現(xiàn)最大過(guò)電壓的前提來(lái)決定電弧的熄滅和重燃時(shí)刻。設(shè)通過(guò)斷路器QF的工頻電流過(guò)零時(shí)間t＝tl，斷路器觸頭間熄弧，于是C2上的電壓為—Em，參見(jiàn)圖1-28，若不考慮C2的泄漏，C2上的電壓保持—Em不變。熄弧時(shí)C1上的電壓雖有振蕩，但很快衰減后按電源電勢(shì)作余弦變化。經(jīng)半個(gè)工頻周期t＝t2，斷路器觸頭間恢復(fù)電壓達(dá)最大值Em-(-Em)＝2Em。假定此時(shí)觸頭間絕緣強(qiáng)度不能承受這個(gè)恢復(fù)電壓，電弧重燃，電容Cl與C2并聯(lián)，考慮到通常L1＞L2，為簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析略去L2的影響，則重燃瞬間電荷重新分配后的電壓，可近似用U10＝來(lái)計(jì)算。因C1<<C2時(shí)，U10=-Em，于是C2上的電壓要從—Em過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)電壓+Em。取振蕩系數(shù)為2，則t=t2時(shí)，重燃使C2上出現(xiàn)最大電壓U2m＝2Em-(-Em)＝3Em，重燃時(shí)流過(guò)斷路器的電流主要是高頻電流。當(dāng)高頻振蕩電壓為最大值時(shí)，t＝t3，高頻電流為零值。觸頭間再次熄弧，C2上遺留電壓為3Em，又經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周波t＝t4時(shí)，觸頭間恢復(fù)電壓為4Em，第二次重燃，U20≈3Em，振蕩過(guò)程中C2上最高電壓為U2m＝2(-Em)-3Em＝-5Em。當(dāng)t＝t5時(shí)，高頻電流過(guò)零，電弧熄火，C2上保持-5Em的電壓不斷循環(huán)，直至斷路器不再重燃為止。由此可知，切斷空載線路時(shí)，因斷路器多次重燃將會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。在110kV及220kV電力系統(tǒng)中，我國(guó)曾進(jìn)行過(guò)大量的切斷空載線路試驗(yàn)，實(shí)測(cè)的過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)3倍，最高曾達(dá)3．34倍，并符合正常狀態(tài)分布規(guī)律。使用經(jīng)過(guò)性能改進(jìn)的各種斷路器時(shí)；最大過(guò)電壓倍數(shù)一般不超過(guò)2．8倍。對(duì)于中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)，因三相斷路器動(dòng)作不同期以及熄弧時(shí)間的差異等原因，會(huì)形成瞬間不對(duì)稱電路，中性點(diǎn)有電位位移，在不利條件下會(huì)使重燃過(guò)電壓顯著增大。當(dāng)切斷電容器組時(shí)產(chǎn)生拉閘過(guò)電壓的原理與中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)切空載線路過(guò)電壓類似。2．合閘空載線路過(guò)電壓線路合閘也是電力系統(tǒng)常見(jiàn)的操作，它可以分成兩種類型，一種是線路正常有計(jì)劃的合閘操作，另一種合閘操作是運(yùn)行線路發(fā)生單相接地故障，由繼電保護(hù)系統(tǒng)控制跳閘后，經(jīng)一段時(shí)間再合閘。后一種操作時(shí)，線路在切除后非故障相上將留有殘余電壓。若線路上的泄漏很小，在一定條件下，重新合閘瞬間線路的初始電壓與穩(wěn)態(tài)電壓差別遠(yuǎn)比正常合閘時(shí)的兩者之差大。因此后一種操作的過(guò)電壓要比前一種操作的過(guò)電壓高得多。五、間歇性電弧接地過(guò)電壓?jiǎn)蜗嘟拥厥沁\(yùn)行電網(wǎng)的主要故障形式。在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，單相接地并不改變電源變壓器三相繞組電壓的對(duì)稱性，并且接地電流一般也不大，不必立即切除線路來(lái)中斷對(duì)用戶的供電。運(yùn)行人員可借接地指示裝置來(lái)發(fā)現(xiàn)故障并設(shè)法找出故障所在及時(shí)進(jìn)行處理。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明：對(duì)于lokV或35kV電力系統(tǒng)，單相接地電流分別不超過(guò)30A和loA時(shí)，由于電動(dòng)力和熱空氣的作用，接地電弧被拉長(zhǎng)，一般能夠在幾秒至幾十秒內(nèi)自行熄滅。當(dāng)電流更大時(shí)，接地電弧一般不能自熄。實(shí)驗(yàn)表明，在接地電流數(shù)安至數(shù)百安的范圍內(nèi)，都能產(chǎn)生電弧接地過(guò)電壓，實(shí)際的過(guò)電壓發(fā)展過(guò)程是極為復(fù)雜的。但通常認(rèn)為，電弧的熄滅與重燃時(shí)間是決定最大過(guò)電壓的重要因素。下面就按工頻電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅，來(lái)解釋間歇性電弧接地過(guò)電壓的發(fā)展過(guò)程。假定U相電弧接地，三相電源電壓為eu、ev、ew工頻接地電流為ijd，各相對(duì)地電壓為Uu、Uv、Uw，它們的相互關(guān)系和波形見(jiàn)圖1-29。設(shè)U相電壓在幅值(-Uxg)時(shí)對(duì)地閃絡(luò)，此時(shí)V、W相對(duì)地電容C0上的初始電壓為0．5Uxg。由于U相接地，非故障相V、W對(duì)地電壓Uv、Uw將過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)值1．5Uxg。因此，過(guò)渡過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大電壓Umax＝2×l.5Uxg-0.5Uxg＝2．5Uxg，其后則很快衰減，V、W相穩(wěn)定在線電壓運(yùn)行。接地點(diǎn)通過(guò)的工頻接地電流相位比Eu滯后90。。經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期(t1時(shí))，V、W相電壓等于-1．5Uxg，ijd通過(guò)零點(diǎn)，電弧自動(dòng)熄滅，即發(fā)生了第一次工頻熄弧。但在斷弧瞬間，V、W相電壓各為-1．5Uxg，而U相電壓為零，電網(wǎng)儲(chǔ)有電荷q＝2C0(-1．5Uxg)＝-3C0Uxg。這些電荷無(wú)處泄漏，于是將在三相對(duì)地部分電容間平均分配，形成電網(wǎng)中有直流電壓分量＝-Uxg。所以斷弧后，導(dǎo)線對(duì)地穩(wěn)態(tài)電壓由各相電源電勢(shì)和直流電壓-Uxg疊加組成。斷弧后瞬間，V、w相的電源電勢(shì)-0．5Uxg，疊加結(jié)果為-1．5Uxg；U相電源電勢(shì)為Uxg然后，U相對(duì)地電壓逐漸恢復(fù)，．再經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期(t2)時(shí)，V、W相電壓為-0．5Uxg，U相恢復(fù)電壓則高達(dá)(-2Uxg)，這時(shí)可能引起重燃，其結(jié)果使V、W相電壓從初始值(-0．5Uxg)趨于線電壓的瞬時(shí)值1．5Uxg，其過(guò)渡過(guò)程最高電壓為2×1．5Uxg-(-0．5Uxg)＝3.5Uxg。過(guò)渡過(guò)程衰減后，V、W相仍將穩(wěn)定在線電壓運(yùn)行。往后每隔半個(gè)工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，過(guò)渡過(guò)程將與上面完全重復(fù)，非故障相的最大過(guò)電壓Uvm＝Uwm＝3，5Uxg。故障相的最大過(guò)電壓Uum＝2Uxg。電力系統(tǒng)絕緣配合一、絕緣配合一般原則絕緣配合應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電壓(工作電壓和過(guò)電壓)和保護(hù)裝置的特性來(lái)確定設(shè)備的絕緣水平，此時(shí)必須全面考慮設(shè)備的造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用和事故損失三個(gè)方面，力求達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和高質(zhì)量供電的目的。對(duì)220kV及以下的電力系統(tǒng)，一般以雷電過(guò)電壓確定電力系統(tǒng)的絕緣水平，即以避雷器的殘壓為基礎(chǔ)確定電力設(shè)備的絕緣水平。由于這樣決定的絕緣水平在正常情況下能耐受操作過(guò)電壓的作用，因此220kV及以下電力系統(tǒng)一般不采用專門(mén)限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施。對(duì)330kV及以上超高壓電力系統(tǒng)，由于變電所及電力線路的絕緣占整個(gè)造價(jià)的比重較大，而且隨著運(yùn)行電壓的提高，操作過(guò)電壓幅值也隨之增大，所以在超高壓電力系統(tǒng)的絕緣配合中，操作過(guò)電壓將逐漸起主導(dǎo)作用。因此，在超高壓電力系統(tǒng)中一般都采取了專門(mén)限制內(nèi)部過(guò)電壓的措施，例如在我國(guó)是采用以帶并聯(lián)電阻的斷路器和并聯(lián)電抗器作為主要措施，同時(shí)也采用以避雷器作為后備保護(hù)。因此電力系統(tǒng)絕緣水平是以操作過(guò)電壓下避雷器的殘壓為基礎(chǔ)來(lái)決定的。在污穢地區(qū)的電力系統(tǒng)，外絕緣的強(qiáng)度受污穢影響而大大降低。污閃事故常發(fā)生在惡劣氣象條件下，因此嚴(yán)重污穢地區(qū)電力系統(tǒng)外絕緣水平應(yīng)主要由電力系統(tǒng)最大運(yùn)行電壓決定。電力系統(tǒng)絕緣配合中不考慮諧振過(guò)電壓，因此在電網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中都應(yīng)當(dāng)避開(kāi)諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。所謂電氣設(shè)備的絕緣水平是指該電氣設(shè)備能承受的試驗(yàn)電壓值?？紤]到電氣設(shè)備在運(yùn)行時(shí)要承受運(yùn)行電壓、工頻過(guò)電壓及操作過(guò)電壓，對(duì)電氣設(shè)備規(guī)定了短時(shí)工頻試驗(yàn)電壓；考慮到雷電過(guò)電壓對(duì)絕緣的作用，規(guī)定了雷電沖擊試驗(yàn)電壓。二、電力線路和變電所架空導(dǎo)線絕緣的選擇架空導(dǎo)線的絕緣包括絕緣子串和導(dǎo)線對(duì)桿塔(或架構(gòu))的空氣間隙。1.絕緣子串對(duì)于海拔1000m以下地區(qū)，線路直線桿絕緣子串中絕緣子的個(gè)數(shù)可按下式選擇n≥式中：s為選定的單位泄漏距離(爬電比距)；為每個(gè)絕緣子的泄漏距離；Um為最高工作電壓。根據(jù)污穢的種類和嚴(yán)重程度的不同，5可按表1—2選擇。表1-2單位泄漏距離s選擇表污穢等級(jí)污濕特征鹽密(mg／cm2)單位泄漏距離s(cm/kV)線路變電所220kV以下330kV以上0大氣清潔地區(qū)及離海岸鹽場(chǎng)50km以上無(wú)明顯污染地區(qū)≤0.031.391.45—Ⅰ大氣輕度污染地區(qū)，工業(yè)區(qū)和人口低密集區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)10～50km地區(qū)，在污閃季節(jié)中干燥少霧(含毛毛雨)或雨量較多時(shí)0.03～0.061.39～1.741.45～1.821．60Ⅱ大氣中等污染地區(qū)，輕鹽堿和爐煙污穢地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)3～10km地區(qū)，在污閃季節(jié)中潮濕多霧(含毛毛雨)但雨量較少時(shí)0.06～0.101.74～2.171.82～2.272.00Ⅲ大氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，重霧和重鹽堿地區(qū)，近海岸鹽場(chǎng)1～3km地區(qū)，工業(yè)與人口密度較大地區(qū)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m～1500m的較嚴(yán)重污穢地區(qū)0.10～0.252.17～2.782.27～2.912.50Ⅳ大氣特別嚴(yán)重污染地區(qū)，離海岸鹽場(chǎng)1km以內(nèi)，離化學(xué)污源和爐煙污穢300m以內(nèi)地區(qū)0.25～0.352.78～3.302.91～3.453.10注表中單位泄漏距離數(shù)值是對(duì)應(yīng)于電力系統(tǒng)最高工作電壓(即額定電壓)計(jì)算的。按最高工作電壓要求初步選定每串絕緣子個(gè)數(shù)n后，還應(yīng)根據(jù)內(nèi)部過(guò)電壓的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證在每串扣去預(yù)留的零值絕緣子后，它們?cè)诠ゎl下的濕閃電壓比內(nèi)部過(guò)電壓的計(jì)算值高l0％，即Ush＝1.lK0Uxg式中K0——過(guò)電壓倍數(shù)。2.空氣間隙在確定空氣間隙大小時(shí)，除了考慮工作電壓、大氣過(guò)電壓及內(nèi)過(guò)電壓外，還應(yīng)考慮風(fēng)吹導(dǎo)線使絕緣子串?dāng)[動(dòng)的不利因素。按工作電壓選定線路的空氣間隙Sg時(shí)，應(yīng)滿足下式要求Ug=K1Uxg式中：Ug為考慮風(fēng)偏后間隙sg在工頻電壓下的放電電壓(kV)；Kl為安全系數(shù)，對(duì)中性點(diǎn)非直接接地的電力系統(tǒng)，Kl＝2．5，對(duì)中性點(diǎn)直接接地的220kV及以下線路，K1＝1.6。(2)按過(guò)電壓也可進(jìn)行類似選擇。各種電壓等級(jí)的線路空氣間隙選擇結(jié)果應(yīng)符合表1—3要求。海拔超過(guò)l000m時(shí)，每增高100m，sg應(yīng)比表1—3中數(shù)值增大1％。因?yàn)楦吆０位蚋邨U塔而增加絕緣子個(gè)數(shù)時(shí)，sg也應(yīng)成正比增大。表1-3由各種電壓所要求的最小對(duì)地空氣間隙單位：cm系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）203566110220330500變電所雷電過(guò)電壓30406590180220320操作過(guò)電壓406590180230350工頻電壓15303060110160架空線路雷電過(guò)電壓354565100190260(230)370(330)操作過(guò)電壓12255070145195270工頻電壓51020255590130懸垂串絕緣子個(gè)數(shù)23571319(17)28(25)注1．變電所最小空氣間隙對(duì)330kV和500kV為參考值。2．絕緣子型式一般為xP型，對(duì)330kV和500kV括號(hào)內(nèi)的數(shù)為xP3型的空氣間隙。三、電氣設(shè)備的試驗(yàn)電壓電氣設(shè)備包括電機(jī)、變壓器及其它電器。其絕緣大致可分為外絕緣與內(nèi)絕緣兩種。外絕緣指暴露在空氣中的套管外部等，其耐壓值與大氣條件(如臟污、濕度、氣壓、雨水等)有很大關(guān)系。在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，內(nèi)、外絕緣應(yīng)能經(jīng)受工作電壓、大氣過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓的多次作用而不破壞，為此它們事先應(yīng)經(jīng)受一定的試驗(yàn)電壓的考驗(yàn)。試驗(yàn)電壓太高，造價(jià)就增大；試驗(yàn)電壓太低，則運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大，而且會(huì)嚴(yán)重影響供電的可靠性。絕緣試驗(yàn)電壓的規(guī)定應(yīng)力求辯證地同時(shí)滿足以下三項(xiàng)要求：1)建設(shè)費(fèi)用少；2)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用少；3)供電可靠性高。對(duì)于電機(jī)絕緣來(lái)說(shuō)，第一項(xiàng)要求應(yīng)多加考慮，允許其出廠試驗(yàn)電壓剛剛能滿足內(nèi)部過(guò)電壓和外部過(guò)電壓的要求，而在運(yùn)行中的老化問(wèn)題則靠加強(qiáng)檢修來(lái)解決。表l—4中列出了電機(jī)遇到的內(nèi)部過(guò)電壓計(jì)算值、FCD型避雷器殘壓值及發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)電壓值。對(duì)于變壓器和電器的試驗(yàn)電壓可分以下幾個(gè)方面考慮。表1—4發(fā)電機(jī)定子繞組出廠試驗(yàn)電壓額定電壓（有效值，kV）內(nèi)過(guò)電壓計(jì)算值工頻試驗(yàn)電壓FCD型避雷器殘壓值U3KA（峰值，kV）沖擊試驗(yàn)電壓（峰值，kV）3.15以下4Uxg2Un+1(＞4Uxg)——3.154Uxg2Un+1(≈4Uxg)9.510.36.34Uxg2Un+1(≈3.7Uxg)1919.22.5Un(≈4.3Uxg)1922.210.54Uxg2Un+3(≈4Uxg)313413.83.5Uxg2Un+3(≈3.8Uxg)4043.215.753.5Uxg2Un+3(≈3.7Uxg)4548.81．內(nèi)絕緣的全波試驗(yàn)電壓由于沖擊電暈的作用，遠(yuǎn)處落雷的沖擊波沿導(dǎo)線傳到變電所時(shí)，波的陡度已經(jīng)很小，此時(shí)被保護(hù)變壓器上電壓與避雷器殘壓U5之差很小，變壓器上電壓波形振蕩不明顯，它相當(dāng)于全波的作用，所以，有工頻激磁的變壓器的全波沖擊電壓可按下式?jīng)Q定(kV)式中：U5乘以1．1是考慮到避雷器與變壓器間的振蕩，同時(shí)當(dāng)來(lái)波波頭小于殘壓試驗(yàn)用的10s波頭時(shí)，U5有所升高；15是考慮接地電阻及引線壓降的影響；括號(hào)外的1．1是考慮變壓器內(nèi)絕緣在多次沖擊全波作用后的絕緣強(qiáng)度降低即累積系數(shù)。變壓器無(wú)工頻激磁時(shí)，全波沖擊試驗(yàn)電壓可按下式?jīng)Q定(kV)上式所增加項(xiàng)考慮了工頻激磁的影響。當(dāng)雷擊于近段導(dǎo)線時(shí)，侵入變電所的雷電波陡度比較大，此時(shí)電器上電壓與避雷器殘壓U5之差比較大，電器上電壓波形振蕩也很明顯，相當(dāng)于截波的作用。所以電器內(nèi)絕緣的截波沖擊試驗(yàn)電壓值可按下式?jīng)Q定(kV)式中：1．15為累積系數(shù)；1．25為考慮電器比避雷器殘壓高的系數(shù)(截波時(shí)這一差值比全波時(shí)的高)。2．外絕緣的全波試驗(yàn)電壓外絕緣的全波試驗(yàn)電壓為（kV）同理，外絕緣的截波試驗(yàn)電壓為（kV）工頻試驗(yàn)電壓按內(nèi)部過(guò)電壓水平來(lái)計(jì)算。實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)絕緣抗內(nèi)部過(guò)電壓的強(qiáng)度與抗1min工頻電壓的強(qiáng)度之比為1．3～1．35。60kV以下內(nèi)絕緣的較小可取1．3；而110kV及以上可取1．35；累積系數(shù)取1.1。所以內(nèi)絕緣的1min工頻試驗(yàn)電壓可由下式?jīng)Q定(kV，有效值)若此計(jì)算值低于沖擊試驗(yàn)電壓除以內(nèi)絕緣的沖擊系數(shù)的商，則取該比值為工頻試驗(yàn)電壓。外絕緣的工頻試驗(yàn)電壓主要考慮淋雨?duì)顟B(tài)下的值，只有對(duì)室內(nèi)電氣設(shè)備才用其干燥狀態(tài)的工頻試驗(yàn)電壓。干燥狀態(tài)下(kV，有效值)在淋雨?duì)顟B(tài)下(kV，有效值)式中：1.03為綜合考慮海拔1000m的空氣密度系數(shù)0.925，臟污系數(shù)0.95，雨量系數(shù)1.05，雨阻系數(shù)1.1后得到的系數(shù)。目錄第一章總論 11.1項(xiàng)目提要 11.2結(jié)論與建議 31.3編制依據(jù) 4第二章項(xiàng)目建設(shè)背景與必要性 52.1項(xiàng)目背景 52.2項(xiàng)目建設(shè)必要性 7第三章市場(chǎng)與需求預(yù)測(cè) 83.1優(yōu)質(zhì)糧食供求形勢(shì)分析 83.2本區(qū)域市場(chǎng)需求預(yù)測(cè) 83.3服務(wù)功能 103.4市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與對(duì)策 10第四章項(xiàng)目承擔(dān)單位情況 124.1基本情況 124.2主要業(yè)務(wù)范圍和業(yè)務(wù)能力 124.3人員構(gòu)成 124.4主要技術(shù)成果獲獎(jiǎng)情況及轉(zhuǎn)化能力 134.5現(xiàn)有基礎(chǔ)和技術(shù)條件 154.6資產(chǎn)與財(cái)務(wù)狀況 164.7項(xiàng)目技術(shù)協(xié)作單位情況 16第五章建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 175.1建設(shè)規(guī)模確定的原則和依據(jù)