20 直配电机防雷保护
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一、旋转电机防雷保护特点
旋转电机（发电机、大型电动机）的防雷保护要比 变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器， 这是由它的绝缘结构、运行条件等特殊性决定的。
1、在同一电压等级的电气设备中，以旋转 电机的冲击电气强度最低。
（1）有高速旋转的转子，只能采用固体绝缘，不 能像变压器采用固－液体组合绝缘；其绝缘水平 不可能太高； （2）制造过程中绝缘易受到损伤，绝缘内易出现 空洞或缝隙，运行过程中易发生局部放电，导致 绝缘劣化； （3）运行条件严酷，受到热、机械振动、潮气、 污秽、电气应力等因素作用，老化较快； （4）绝缘结构的电场较均匀，其冲击系数接近于1， 在雷过电压下的电气强度是最薄弱环节。
避雷器靠近变压器安装，其接地线应与变压器金 属外壳、低压侧中性点连在一起共同接地，俗ห้องสมุดไป่ตู้ “三点共同接地”。 接地线长度应尽量短，以减小其上的电压降。
优点： 作用在变压器主绝缘的电压只是避雷器的 残压，不包括接地电阻的电压降； 缺点： 避雷器动作引起地电位升高，可能危及低 压侧用户安全。
5.5 旋转电机的防雷保护
本次课程目的要求
1、掌握配电变压器的防雷保护内容；
2、掌握直配电机防雷保护的接线及各元
件的作用；
四、配电变压器的保护
1、保护配臵：
配电变压器一般采用Y-Y0接线，其保护措施是在高 压侧加装氧化锌或阀式避雷器，低压侧也装避雷器 运行经验表明，只在高压侧装避雷器，不在低压侧 装避雷器并不能完成保护任务： （1）雷击低压线或感应雷作用时，低压侧绝缘会 损坏； （2）同时通过电磁耦合，在高压侧出现与变比成 正比的过电压（正变换过电压）；高压侧绝缘裕度 小，可能造成其绝缘损坏；
（3）直击雷或感应雷作用于高压线路使避雷器动作 时，接地电阻流过很大冲击电流，产生的压降作用 在低压绕组，通过电磁耦合，按变比关系在高压侧 产生过电压（反变换过电压）。 高压出线电位受避雷器固定，此过电压将沿高压绕 组分布，在中性点达到最大值，可能击穿其附近的 绝缘，也会危及绕组的纵绝缘。
2、接线特点：
总之，旋转电机的防雷保护要求高、困难大，而且 要全面考虑绕组的主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘 的保护。
二、旋转电机防雷保护措施及接线
从防雷观点看，发电机可分为两大类： 经过变压器接到架空线的电机，简称非直配电机； 直接与架空线相连（包括经过电缆段、电抗器等元 件与架空线相连）的电机，简称直配电机。
1、非直配电机的防雷保护：
如果再在发电机母线上装设电容C以及加装中性点 避雷器，就可以认为保护足够可靠了。
2、直配电机的防雷保护：
直配电机的防雷保护是电力系统防雷的一大难题， 因为过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度大。
在电机保护专用FCD避雷器问世前，普通阀式避雷 器和其它防雷措施都不能满足其保护要求，因而规 定：15MVA以上电机不得与架空线相连。 FCD特别是ZnO避雷器的问世为电机防雷保护提供 了新的可能性，但仍需要完善的防雷接线与之配合 下图为国标推荐的25~60MW直配电机防雷保护接线
1 1 1
等值电路
总之，只要FE2动作，流过芯线的电流就只是雷电 流的极小部分，即使F2动作，电流也远小于3kA， 残压不会太高。 （5）排气式避雷器FE2和FE1的作用： 由上述分析知， 电缆段发挥限流 作用的前提是 FE2发生动作。 但因其波阻抗远小于架空线，过电压波到达A点会 发生异号反射波，使A点电位下降，FE2很难动作。
1 1
A
但它的主要作用不在此， 而是在于电缆外皮的分 流作用。
L3
R2
R1
等值电路
当入侵的过电压波到达A点后，若幅值过大，排气 式避雷器FE2动作，电缆芯线与外皮短接，大部分 雷电流从R1入地，压降i R1同时加在缆芯和缆皮上
由于雷电缆等值频率很高，缆皮和缆芯为同轴圆柱 体，其间的互感M就等于 L i 外皮的自感L2，当外皮流 i2 A M 过电流i2时，芯线会产生 L2 i 反电动势阻碍流向电机的 L4 L3 R 电流i1，迫使电流从外皮 流过。与工频电流的集肤 R2 效应相似。
2、绝缘的冲击耐压水平与保护它的磁吹式避 雷器的保护水平相差不多、配合裕度小。 3、绕组匝间电容很小和不连续，迫使过电压 波进入绕组后只能沿着绕组导体传播，而它 每匝绕组长度远较变压器为大。作用在相邻 两匝间过电压与进波的陡度a成正比，为了保 护匝间绝缘，必须严格限制进波陡度。 4、电机绕组中性点一般不接地，三相进波时 在直角波头情况下，中性点电压可达进波电 压的两倍，因此必须对中性点采取保护措施。
理论分析和运行经验表明：非直配电机所受到的过 电压须经过变压器绕组间的静电传递和电磁传递。
前已说明：变压器低压绕组不空载时传递的过电压 不会太大，只要绝缘正常，一般不构成威胁。只要 把变压器保护好，发电机不必再采取专门保护措施 但处于多雷区经升压变压器送电的大型发电机，仍 宜装设一组ZnO或磁吹避雷器加以保护。
为此，在离A点70m左右前方安装一组排气式避雷 器FE1，利用架空线的电感作用使雷电波发生正反 射，使FE1易动作。 特别注意它不能就地接地，必须用一段专门的耦合 地线连接到A点接地装臵R1上，R1阻值不大于5Ω。 这样FE1的动作才能 代替FE2的动作，让 电缆段发挥限流作用
3、直配电机防雷保护各元件的作用：
（1）F2：保护旋转电机专用的ZnO或FCD避雷器， 限制进入发电机绕组的过电压波幅值。
（2）母线并联电容器C：限制进波陡度和降低感应 过电压；为了保护匝间绝缘，必须将进波陡度限制 到2kV/μs以下，C的值在0.25～0.5μF范围内。
（3）L：限制工频短路 电流的电抗器，也能发 挥降低进波陡度和减小 流过F2冲击电流的作用
B A
F1为阀式避雷器，保护电抗器L和B处电缆头的绝缘
（4）电缆段保护（进线段保护）： 插接150m以上长的电缆段是为了限制流入F2的冲 击电流不超过3kA。
从分布参数角度看，电缆是波阻抗较小的线路； 从集中参数角度看，它相当 L i 于一只大电容。插入电缆对 i2 M 于削弱入侵波过电压显然是 L4 L2 i 有利的。
旋转电机（发电机、大型电动机）的防雷保护要比 变压器困难得多，其雷害事故也往往大于变压器， 这是由它的绝缘结构、运行条件等特殊性决定的。
1、在同一电压等级的电气设备中，以旋转 电机的冲击电气强度最低。
（1）有高速旋转的转子，只能采用固体绝缘，不 能像变压器采用固－液体组合绝缘；其绝缘水平 不可能太高； （2）制造过程中绝缘易受到损伤，绝缘内易出现 空洞或缝隙，运行过程中易发生局部放电，导致 绝缘劣化； （3）运行条件严酷，受到热、机械振动、潮气、 污秽、电气应力等因素作用，老化较快； （4）绝缘结构的电场较均匀，其冲击系数接近于1， 在雷过电压下的电气强度是最薄弱环节。
避雷器靠近变压器安装，其接地线应与变压器金 属外壳、低压侧中性点连在一起共同接地，俗ห้องสมุดไป่ตู้ “三点共同接地”。 接地线长度应尽量短，以减小其上的电压降。
优点： 作用在变压器主绝缘的电压只是避雷器的 残压，不包括接地电阻的电压降； 缺点： 避雷器动作引起地电位升高，可能危及低 压侧用户安全。
5.5 旋转电机的防雷保护
本次课程目的要求
1、掌握配电变压器的防雷保护内容；
2、掌握直配电机防雷保护的接线及各元
件的作用；
四、配电变压器的保护
1、保护配臵：
配电变压器一般采用Y-Y0接线，其保护措施是在高 压侧加装氧化锌或阀式避雷器，低压侧也装避雷器 运行经验表明，只在高压侧装避雷器，不在低压侧 装避雷器并不能完成保护任务： （1）雷击低压线或感应雷作用时，低压侧绝缘会 损坏； （2）同时通过电磁耦合，在高压侧出现与变比成 正比的过电压（正变换过电压）；高压侧绝缘裕度 小，可能造成其绝缘损坏；
（3）直击雷或感应雷作用于高压线路使避雷器动作 时，接地电阻流过很大冲击电流，产生的压降作用 在低压绕组，通过电磁耦合，按变比关系在高压侧 产生过电压（反变换过电压）。 高压出线电位受避雷器固定，此过电压将沿高压绕 组分布，在中性点达到最大值，可能击穿其附近的 绝缘，也会危及绕组的纵绝缘。
2、接线特点：
总之，旋转电机的防雷保护要求高、困难大，而且 要全面考虑绕组的主绝缘、匝间绝缘和中性点绝缘 的保护。
二、旋转电机防雷保护措施及接线
从防雷观点看，发电机可分为两大类： 经过变压器接到架空线的电机，简称非直配电机； 直接与架空线相连（包括经过电缆段、电抗器等元 件与架空线相连）的电机，简称直配电机。
1、非直配电机的防雷保护：
如果再在发电机母线上装设电容C以及加装中性点 避雷器，就可以认为保护足够可靠了。
2、直配电机的防雷保护：
直配电机的防雷保护是电力系统防雷的一大难题， 因为过电压波直接从线路入侵，幅值大、陡度大。
在电机保护专用FCD避雷器问世前，普通阀式避雷 器和其它防雷措施都不能满足其保护要求，因而规 定：15MVA以上电机不得与架空线相连。 FCD特别是ZnO避雷器的问世为电机防雷保护提供 了新的可能性，但仍需要完善的防雷接线与之配合 下图为国标推荐的25~60MW直配电机防雷保护接线
1 1 1
等值电路
总之，只要FE2动作，流过芯线的电流就只是雷电 流的极小部分，即使F2动作，电流也远小于3kA， 残压不会太高。 （5）排气式避雷器FE2和FE1的作用： 由上述分析知， 电缆段发挥限流 作用的前提是 FE2发生动作。 但因其波阻抗远小于架空线，过电压波到达A点会 发生异号反射波，使A点电位下降，FE2很难动作。
1 1
A
但它的主要作用不在此， 而是在于电缆外皮的分 流作用。
L3
R2
R1
等值电路
当入侵的过电压波到达A点后，若幅值过大，排气 式避雷器FE2动作，电缆芯线与外皮短接，大部分 雷电流从R1入地，压降i R1同时加在缆芯和缆皮上
由于雷电缆等值频率很高，缆皮和缆芯为同轴圆柱 体，其间的互感M就等于 L i 外皮的自感L2，当外皮流 i2 A M 过电流i2时，芯线会产生 L2 i 反电动势阻碍流向电机的 L4 L3 R 电流i1，迫使电流从外皮 流过。与工频电流的集肤 R2 效应相似。
2、绝缘的冲击耐压水平与保护它的磁吹式避 雷器的保护水平相差不多、配合裕度小。 3、绕组匝间电容很小和不连续，迫使过电压 波进入绕组后只能沿着绕组导体传播，而它 每匝绕组长度远较变压器为大。作用在相邻 两匝间过电压与进波的陡度a成正比，为了保 护匝间绝缘，必须严格限制进波陡度。 4、电机绕组中性点一般不接地，三相进波时 在直角波头情况下，中性点电压可达进波电 压的两倍，因此必须对中性点采取保护措施。
理论分析和运行经验表明：非直配电机所受到的过 电压须经过变压器绕组间的静电传递和电磁传递。
前已说明：变压器低压绕组不空载时传递的过电压 不会太大，只要绝缘正常，一般不构成威胁。只要 把变压器保护好，发电机不必再采取专门保护措施 但处于多雷区经升压变压器送电的大型发电机，仍 宜装设一组ZnO或磁吹避雷器加以保护。
为此，在离A点70m左右前方安装一组排气式避雷 器FE1，利用架空线的电感作用使雷电波发生正反 射，使FE1易动作。 特别注意它不能就地接地，必须用一段专门的耦合 地线连接到A点接地装臵R1上，R1阻值不大于5Ω。 这样FE1的动作才能 代替FE2的动作，让 电缆段发挥限流作用
3、直配电机防雷保护各元件的作用：
（1）F2：保护旋转电机专用的ZnO或FCD避雷器， 限制进入发电机绕组的过电压波幅值。
（2）母线并联电容器C：限制进波陡度和降低感应 过电压；为了保护匝间绝缘，必须将进波陡度限制 到2kV/μs以下，C的值在0.25～0.5μF范围内。
（3）L：限制工频短路 电流的电抗器，也能发 挥降低进波陡度和减小 流过F2冲击电流的作用
B A
F1为阀式避雷器，保护电抗器L和B处电缆头的绝缘
（4）电缆段保护（进线段保护）： 插接150m以上长的电缆段是为了限制流入F2的冲 击电流不超过3kA。
从分布参数角度看，电缆是波阻抗较小的线路； 从集中参数角度看，它相当 L i 于一只大电容。插入电缆对 i2 M 于削弱入侵波过电压显然是 L4 L2 i 有利的。