第九章_电力系统内部过电压30
电力系统内部和外部过电压
电力系统内部和外部过电压电力系统由于外部（如雷电放电）和内部（如故障跳闸或正常操作）的原因，会出现对绝缘有危害的持续时间较短的电压升高，这种电压升高（或电位差升高）称为过电压。
由雷电活动引起的过电压称为外部过电压（简称外过电压），包括直击雷过电压和感应雷过电压；而由电力系统内部操作和故障引起的过电压称为内部过电压（简称内过电压），包括操作过电压和暂时过电压，其中暂时过电压又分为工频过电压和谐振过电压。
过电压不仅对电力系统的正常运行造成威胁，而且对带电作业的安全也很重要。
因此，在设备绝缘配合、带电作业安全距离选择、绝缘工具最短有效长度以及绝缘工具电气试验标准中都必须考虑这一重要因素。
在带电作业过程中，作业人员除了受到正常工作电压的作用外，还可能遇到内部过电压和雷电过电压。
在《国家电网公司电力安全工作规程（线路部分)》规定：“……如遇雷电（听见雷声、看见闪电)、雪、雹、雨、雾等，不准进行带电作业……”。
因此，带电作业中一般只考虑工作电压和内部过电压的作用，即正常运行时的工频电压、工频过电压和谐振过电压以及操作过电压。
外部过电压外部过电压又称大气过电压，通常是指大气中的雷电活动引起的异常电压。
其中，因直击雷而产生的过电压的幅值与雷电流的幅值、陡度和被击杆塔的波阻抗有关；因感应雷出现的过电压幅值则取决于雷云放电电流值、感应雷电压线路的对地高度和它距落雷点的距离。
雷电行波的陡度很高，在导线上传播时会有明显的衰减，因而沿线各点的过电压幅值是有差异的。
一般来说，落雷点附近的起始雷电压很高。
内部过电压当电力系统内进行开关操作或者发生事故使系统内部参数发生变化时，电力系统将由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态，在这个过程中，系统由于内部参数变化而引发电磁能量的振荡、传递和积累，并导致在某些设备上或系统中出现很高的过电压，称为内部过电压。
内部过电压的大小与电网结构、系统容量及参数、中性点接地方式、故障性质、断路器性能、母线出线回路数以及操作方式等因素有关。
第九章 过电压及其防护措施自学指导书
第九章过电压及其防护措施一、本章学习方法指导通过本章学习，应了解电力系统过电压的基本概念和发电厂变电所典型防雷方案的配置，熟悉大气过电压种类和形成过程，掌握过电压防护器具的工作原理和避雷针保护范围的计算方法。
二、过电压的基本知识电力系统过电压的分类电力系统过电压可分大气过电压和内过电压两类。
大气过电压是由大气中雷云引起的过电压，有直接雷击过电压、感应雷击过电压和反击雷雷击过电压。
内过电压是电力系统内部能量的传递或转化而引起的过电压，过电压幅值与电网额定电压有直接关系。
常见的内过电压有操作过电压、谐振过电压和谐振过电压。
2.雷击的危害(1)雷击时产生很高电的电压，危害电气设备和电力系统安全；(2)雷击时产生很高大的雷电流，在放电通道上产生弧光与高温，损坏设备或造成火灾；(3)雷击时造成人员或牲畜伤亡。
3.电力系统过电压的基本概念(1)行波。
沿导线传播的电压波、电流波统称为行波，其实质是电磁能量沿导线传播。
(2)波速。
行波在架空线路与电缆线路中的传播速度不同。
架空线路的波速υ=3⨯108 m/s，即行波在架空线路中以光速传播。
(3)波阻抗。
在波动过程中，把单方向的电压波与电流波之比定义为波阻抗Z。
/ L0Z= / ──√C0波阻抗与线路长度无关，只与线路的特性有关。
对架空线路而言，220kV及其以下线路的波阻抗为400Ω;330kV线路的波阻抗为310Ω;500kV线路的波阻抗为280Ω。
(4)行波的折射与反射。
行波在波阻抗不同的线路的传播速度不同，在分析过电压时遇到波阻抗不同的元件连接，例如架空线路与电缆线路的连接、母线与变压器连接等情况。
将不同波阻抗元件的连接点称为结点。
两个不同波阻抗的线路连接点为结点。
线路1、2的波阻抗分别为Z1、Z2。
当行波沿线路波阻抗为Z1向线路波阻抗为Z2传播时，结点前后都必须保持单位长度导线的电场能量与磁场能量总合相等；由于Z1≠Z2，故行波到达A点时必然要发生电压、电流的变化，即结点A 处要发生行波的折射与反射。
《内部过电压概论》课件
探索过电压与电力系统参数之间的关 系，如电压等级、设备类型、电网结 构等，以更好地理解过电压的传播和 影响。
探索新型的过电压保护装置
针对现有过电压保护装置的不足 和局限，研究新型的过电压保护
装置，提高其性能和适应性。
结合新材料、新工艺、新技术等 手段，开发具有更高耐压、更快 速响应、更可靠稳定的过电压保
参数设置
根据系统运行参数和设备参数，设置仿真模型的 参数，如电压等级、线路阻抗、变压器参数等。
模型验证
通过对比实际数据和仿真结果，验证仿真模型的 准确性和可靠性。
仿真结果的分析
波形分析
对仿真得到的电压、电流波形进行分析，了解内部过电压的幅值、 持续时间等特性。
参数分析
分析仿真结果中各参数的变化情况，如线路长度、变压器容量等对 内部过电压的影响。
护装置。
探索过电压保护装置与电力系统 的集成和优化，以提高整个系统
的过电压防护能力和稳定性。
提高电力系统的稳定性和可靠性
通过研究和优化电力系统的设计 和运行方式，降低内部过电压的
发生概率和影响程度。
强化电力系统的监测和预警机制 ，及时发现和应对过电压事件， 保障电力系统的安全稳定运行。
结合大数据、人工智能等技术手 段，实现对电力系统的实时监测 和智能控制，提高电力系统的稳
安装过电压吸收装置
采用过电压吸收装置，如阻容吸收器、压敏电阻等，以吸收系统 中的过电压能量，降低其对设备的影响。
配置继电保护装置
通过配置继电保护装置，实现对过电压的有效监测和快速切除， 防止过电压对设备造成损害。
PART 05
内部过电压的仿真研究
REPORTING
仿真模型的建立
模型选择
根据实际电力系统特性，选择合适的仿真模型， 如电磁暂态仿真模型、元件模型等。
电力系统内部过电压
电力系统内部过电压
内部过电压的能量来自电网本身，它的幅值大小与 电网的工作电压有一定的比例关系，用工作电压的 倍数（过电压倍数）来表示。其基准值通常取电网 的最大工作相电压幅值UΦ 。（雷电过电压用幅值绝 对值来表示）。
6～10kV，35～60kV：电弧接地过电压 110～220kV：切空载变压器，切除空载线路过电压 330～500kV：合空载线路过电压
9.1 切除空载线路过电压
切除空载线路是电力系统中常见的操作之一。产生 过电压的原因是断路器分闸过程中的重燃现象。 切除空载线路时引起的操作过电压幅值大、持续时 间长。
可采用限压保护装置和其他技术措施来加以 限制。
电力系统常见操作过电压种类
一、切除空载线路过电压（中性点直接接地系统） 二、合空载线路过电压（中性点直接接地系统） 三、切除空载变压器过电压（中性点直接接地系统） 四、电弧接地过电压（中性点不直接接地系统）
在不同电压等级中起主导作用的操作过电压类型：
• • 利用避雷器来保护 • ZnO或磁吹避雷器安装在线路首端和末端，能有效地限
第九章 内部过电压
内部过电压
在电力系统中，由于断路器操作、故障或 其他原因，使系统参数发生变化，引起系统 内部电磁能量的振荡转化或传递从而造成的 电压升高，称为电力系统的内部过电压。
内部过电压的产生根源在电力系统内部， 其大小由系统参数决定。
系统参数的变化原因是多种多样的，因 此内部过电压的幅值、振荡频率以及持 续时间不尽相同，通常按产生原因的不 同可分为：
发展过程 影响因素和限制过电压大小的措施
切除空载线路等值电路
内部过电压原因
内部过电压原因内部过电压是指电力系统中某一部分或某一设备内部电压超过了正常工作范围的现象。
内部过电压可能会对设备的正常运行造成影响，甚至导致设备的损坏。
本文将从内部过电压的原因进行探讨，并提出相应的解决方法。
一、内部过电压的原因1. 突发事件：如雷击、电线短路等突发事件会引起系统内部电压的瞬时升高。
这种突发事件可能会导致电力系统设备的损坏，甚至引发火灾等严重事故。
2. 电力负载变化：当电力负载突然增加或减少时，电力系统内部的电压也会相应发生变化。
特别是在负载突然减少时，电压可能会出现瞬间升高的情况。
3. 电力系统故障：电力系统中的故障，如线路短路、设备故障等，可能会导致内部电压的异常升高。
这些故障可能会对电力系统的正常运行造成严重影响。
4. 功率因数失衡：功率因数失衡是指电力系统中正负序电流不平衡的现象。
当电力系统中存在功率因数失衡时，会引起电压的波动，从而导致内部电压的升高。
二、内部过电压的危害1. 设备损坏：内部过电压可能会造成电力系统中的设备损坏，如变压器烧毁、断路器跳闸等。
这不仅会给维修工作带来不便，还会增加设备更换的成本。
2. 运行不稳定：内部过电压会导致电力系统的运行不稳定，造成电压波动、电流不平衡等问题。
这可能会影响到用户的正常用电，给生产和生活带来困扰。
3. 安全隐患：内部过电压可能引发火灾等安全事故。
电力系统中设备的损坏和短路可能导致火花飞溅，引燃周围可燃物，给人员和财产带来威胁。
三、内部过电压的解决方法1. 安装过电压保护装置：在电力系统中安装过电压保护装置是防止内部过电压的有效措施。
过电压保护装置能够及时检测到电压异常，并采取相应的措施，保护设备的正常运行。
2. 增加电力系统的稳定性：提高电力系统的稳定性是减少内部过电压的关键。
可以通过增加电容器、稳压器等设备来提高系统的稳定性，减少电压波动的可能性。
3. 维护设备的正常运行：定期检查和维护电力系统中的设备，及时排除潜在故障，可以有效地减少内部过电压的发生。
国家电网 第九章 电力系统工频过电压
• 讨论工频过电压的意义
决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据
3、6、l0kV系统 工频电压升高可达系统最 高运行线电压的1.1倍，避雷器额定电压规 定为系统最高运行线电压的1.1倍，称为 110％避雷器 例如10kV系统的最高运行线电压按1.15Ue 考虑，避雷器额定电压为12.7kV
决定避雷器额定电压（灭弧电压）的重要依据
从相量图看出： 由于空载线路的电容效应，空载线路 末端电压较线路首端电压有较大的升高
（3）线路末端电压最高
E cos U2 cos( l )
.
.
.
线路长度L越长，末端电压升得越高。但由 于受线路电阻和电晕损耗的限制，一般不会 超过2.9倍
（4）沿线电压分布
U x cosl cosx
笫九章
电力系统的工频过电压
一.过电压的分类
过 电 压
大气过电压 内部过电压
• 内部过电压的特点
过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统
标称电压成正比，用Kn表征过电压的高低
内过电压幅值 Kn 系统最高运行相电压幅值
影响因数有系统结构、中性点运行方式、元件的
性能参数、故障性质及操作过程等
全运行（油纸绝缘局放、绝缘子污闪、电晕等）
在超高压系统中，为降低电气设备绝缘水平，不
但要对工频电压升高的数值予以限制，对持续时 间也给予规定 500kV 空载变压器 1.3p.u. 允 许持续1min 母线侧 1.3p.u. 500kV 并联电抗器 1.4p.u. 允 线路侧 1.4p.u. 许持续1min
内 部 过 电 压
线性谐振 谐振过电压 铁磁 参数 暂时过电压 空载长线路的电容效应 工频电压升高 不对称的接地故障 甩负荷 合空线 切空线 操作过电压（ 0 . 1 s 以内） 切空变 解列 弧光接地
第9章 电力系统内部过电压
高电压技术
实际上，回路存在电阻与能量损耗，振荡将 是衰减的，通常以衰减系数 来表示。当为工频 交流电源时，有：
uc Em (cos t e cos 0t )
其波形见图9-5（b）
t
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有
第九章 电力系统内部过电压
Байду номын сангаас 高电压技术
目前限制切空载变压器过电压的主要措施
是采用避雷器。切空载变压器过电压幅值虽较 高，但持续时间短，能量不大，用于限制雷电 过电压的避雷器，其通流容量完全能满足限制 切空载变压器过电压的要求。避雷器应接在断 路器的变压器侧，保证断路器开断后，避雷器 仍留在变压器连线上。此避雷器在非雷雨季节
设定断路器开断过程中的重燃和熄弧时刻，
以导致形成最大过电压为条件进行分析。
图9-2
切除空载线路过电压的形成过程
第九章 电力系统内部过电压
高电压技术
二、影响因素和限制措施 首先，断路器触头重燃及电弧熄灭有明显 随机性。 其次，电力系统中性点接地方式对切空载
线路过电压也有较大影响 。
另外，当母线上有其他出线时，相当于加
均分配在三相对地电容中，形成电压的直流分量q/（3C0）=-1。 于是熄弧后，导线对地电压由各相电源电压叠加直流电压而成。 B、C相电源电压为-0.5，叠加后为-1.5，A相电源电压为1，叠加 后为零。因而，熄弧前后各相对地电压不变，不会引起过渡过程。
图9-10
单相接地电路图及相量图
第九章 电力系统内部过电压
时燃时灭时，这种间歇性电弧接地使系统工作状态时
刻在变化，导致电感电容元件之间的电磁振荡，形成
电力系统内部过电压
11.4 切除空载线路过电压
11.5 空载线路合闸过电压
11.6 切除空载变压器过电压
4
11.1 工频过电压（工频电压升高）
电力系统中在正常或故障时可能出现幅值超过最大工作相电压 、频率为工频或接近工频的电压升高，统称工频过电压。
直接影响操作过电压的幅值 决定避雷器额定电压的重要依据
持续时间长，对设备绝缘及运行性能有重大影响（绝缘内
E U U L U C
U
U C (I )
UL (I )
稳定点分析（小扰动法）
a1点：无过电压，非谐振工作状态。 a3点【谐振点】
E
0
m
a1 a2
a3
n U ( I )
P
感性电流
IP
I
容性电流
E U I a1 a1 I a1 a1 E U I a1 a1 I a1 a1
若Xs=0
XS cos l sin l Z
1.035 E
11.1.1 空载长线的电容效应
措施：补偿容性电流；
超高压系统中为限制电容效应引起的工频电压升高，广泛 采用并联电抗补偿
QL 0.6 QC
11 电力系统内部过电压
11.1 工频过电压（工频电压升高）
11.1.1 空载长线的电容效应
k —容许电压偏离系数
对220kV及以下系统： 对330~500kV系统：
k 1.15
k 1.1
电力系统内部过电压类型
在一定位置上的相对地或相 间的过电压，具有一定的振 荡频率，由于无阻尼或弱阻 尼，因此持续时间较长。
第九章_内部过电压
可用图9-10所示的简化等值电路来说明这种过电压的发 展过程。图中 i iL iC iL
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假如电流 iL 是在其自然过零时被切断的，电容 CT 和电 感 LT 上的电压正好等于电源电压u的幅值 U。iL 被切断
后的情况是电容 CT上的电荷通过电感LT 作振荡性放电， 并逐渐衰减至零（因为存在铁心损耗和电阻损耗）， 可见这样的拉闸不会引起大于 的过U电 压。
第九章 内部过电压
内部过电压的产生根源在电力系统内部，通常都 是由系统内部电磁能量的积聚和转换而引起。
分类图解如下：
操作过电压所指的操作应理解为“电网参数的突 变”，这一类过电压的幅值较大，可采用限压保 护装置和其他技术措施来加以限制。
谐振过电压的持续时间较长，而现有的限压保护装 置的通流能力和热容量都很有限，无法防护谐振过 电压。一般在选择电力系统的绝缘水平时，要求各 种绝缘均能可靠地耐受尚有可能出现的谐振过电压 的作用，而不再专门设置限压保护措施。
影响过电压的最大值的因素：
1)中性点接地方式；
中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生 位移，所以某一相的过电压可能特别高一些。一 般可估计比中性点有效接地电网中的切空线过电 压高20％左右；
2)断路器的性能； 采用灭弧性能优异的现代断路器，可以防止或减 少电弧重燃的次数，因而使这种过电压的最大值 降低。
以上是正常合闸的情况，空载线路上没有残余电荷， 初始电压uc (0) 0 。如果是自动重合闸的情况，那么 条件将更为不利，主要原因在于这时线路上有一定残 余电荷和初始电压，重合闸时振荡将更加激烈。
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如果采用的是单相自动重合闸，只切除故障相， 而健全相不与电源电压相脱离，那么当故障相重 合闸时，因该相导线上不存在残余电荷和初始电 压，就不会出现高幅值重合闸过电压。 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况最为严重， 其过电压理论幅值可达 3U 。
第九章 电力系统操作过电压
正常运行时： N 0 U A相对地短路后：
.
. . .
. .
. .
UA 0, UN UA U3 UCA , U2 UBA I2 I3 3c Uxg
0
Uxg为最高运行相电压
I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos30
流过故障点的电流为单相接地电容电流。
第九章
电力系统操作过电压
操作过电压属于内部过电压。 操作是广义的： 计划性断路器的合闸和跳闸 故障时断路器的跳闸
切：L（空变、L、电动机）
C（空线、电容器组） 解列 合：空线
35kV及以下中性点不接地系统发生单相弧光接地时，
不大的电容电流流经接地点，产生时燃时灭的电弧。 相当于开关的反复操作 弧光接地过电压
330kV系统
≯
≯
3.0
2.75
500kV系统
750kV及1000kV系统
≯
≯
2.0（或2.2）
1.6
限制操作过电压措施： 带并联电阻的断路器、MOA、高压并联电抗器
一、 切除空载线路过电压
切空线操作是常见的一种操作，如检修线路。
断路器触头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上 升速度超过了介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃， 在线路上出现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概 率越大，过电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长 （0.5－1个周期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑 过电压时，主要以切空线过电压为依据。
统计表明： 10kV线路长<1000km Ic ≯30A 单相接地电容 电流过零熄灭 不再重燃
35kV线路长<100km Ic ≯10A 若 单相接地电容电流过零熄灭但可 Ic >30A（10kV） 能重燃，不能形成稳定燃烧的电 Ic >10A（35kV） 弧，故时燃时灭犹如不断开合的 开关，会产生幅值很高的弧光接 地过电压。 故障电流有工频分量和高频分量，因此电弧熄灭可能是 工频电流过零时也可能是高频电流过零时。 工频熄弧理论 分析出的过电压水平较低
内部过电压的原因
内部过电压的原因
1. 操作不当不就容易引发内部过电压吗？就像你开车时乱踩油门和刹车，车子能不出问题嘛！比如说在电力系统中，工作人员如果对设备进行了错误的操作，这就可能导致电压瞬间升高。
2. 设备故障难道不是内部过电压的一个重要原因吗？这就好比你身体的某个器官突然不好使了一样！像变压器出现故障时，就可能引起电压异常波动。
3. 系统参数设置不合理，那肯定会导致内部过电压呀！这和你给手机设置了不合适的亮度一样，会带来不好的影响呢！比如无功补偿装置参数设置有误，就容易引发问题。
4. 负载突变是不是也会造成内部过电压呢？就像你跑步时突然急刹车，身体能不难受嘛！比如大型电机突然启动或停止。
5. 绝缘老化能不引起内部过电压吗？这就像一件穿久了的衣服会破损一样！当设备的绝缘性能下降，就容易出现这种情况。
6. 谐波的存在难道不会诱发内部过电压吗？它就像一个捣蛋鬼在捣乱！在一些非线性负载存在的情况下，谐波就可能引发电压异常。
7. 雷电冲击也会成为内部过电压的原因呀！这就像是天空给我们来了一拳！当雷电击中线路或设备附近时，就可能产生影响。
8. 系统短路故障能不带来内部过电压吗？这就好像交通堵塞会让整个道路瘫痪一样！短路瞬间会导致电压急剧变化。
9. 电容器的投切不合理不也会引发吗？这就和你不合理地开关灯一样！如果操作不当，就可能引发电压波动。
10. 接地故障难道不是内部过电压的潜在因素吗？这就好比房子的根基出了问题一样危险！一旦发生接地故障，就容易引起电压异常。
我的观点结论：内部过电压的原因多种多样，我们在实际应用中一定要重视这些因素，加强监测和维护，尽量避免内部过电压带来的危害。
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 合闸相位 若合闸不发生在电源电压接近幅值时，出现的合闸过电 压较低。
⑵ 线路损耗
主要来源：①线路及电源的电阻；②当过电压超过导线 的电晕起始电压后，导线上出现电晕损耗。
线路损耗能减弱振荡，从而降低过电压 ⑶ 线路残余电压的变化
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第一节 内部过电压的概念和分类
二．内部过电压的特点
① 过电压的能量来源于系统本身，其幅值与系统标称电压 成正比，用Kn表征过电压的高低
Kn 内部过电压幅值 电网最大工作相电压幅值
② 影响因数有系统结构、中性点运行方式、元件的性能参 数、故障性质及操作过程等。 ③ 系统参数变化的原因是多种多样的，因此内部过电压的 幅值、振荡频率、持续时间不相同。
四．断续电弧接地过电压
1. 发展过程
断续电弧接地过电压产 生于中性点不接地电网 由于中性点不接地电网 中的单相接地电流(电容 电流)较大，接地点电弧 将不能自熄，而电弧以 “熄灭—重燃”的形式 存在，导致各相电压的 初始值≠稳态值，从而 产生过电压。
F
C1
C2 C3
I2 I3
分析结论： ① 两健全相的最大过电压为 3.5 U ② 故障相最大过电压为2U
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
2. 影响因素 ⑴ 中性点接地方式 中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生位移， 所以某一相的过电压可能特别高一些，约20%左右；
⑵ 断路器的性能
断路器灭弧性能越好→ 降低电弧重燃次数→降低过电压
⑶ 母线上的出线数 出线数越多→ 过电压越小 ⑷ 断路器外侧是否接有电磁式电压互感器等设备 它们的存在将使线路上的剩余电荷有了附加的泄放路径 ，因而能降低这种过电压。
2 2
LT—变压器激磁电感； CT—绕组及连接线对地电容
ZT—变压器特性阻抗； I0—iL的瞬时值
切空变或电压产生的根本原因 流过电感的电流在到达自然零 值前被断路器强行切断，从而 使储存在电感中的磁场能量转 为电场能量而导致电压的升高
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
R
a) R串入电路后，剩余电荷通过R释放，此时Q1上的恢复电 压＝UR，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧的重燃
b) R对振荡起阻尼作用，减小过电压的最大值
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
⑵ 同电位合闸 自动选择在断路器触头两端的电位极性相同时、甚至电 位也相等的瞬间完成合闸操作，以降低甚至消除合闸和 重合闸过电压。（针对“计划性合闸”） 例：当电源电压＝ U时跳闸， 即U初始＝U
第二节 操作过电压
二．空载线路合闸过电压
1. 发展过程
基本和切空线过电压产生 的原因一样，即若合闸前 后B点电势不一样，且电路 中有L，C，组成振荡回路 ，电压发生震荡，产生过 电压 合闸产生的最大过电压：
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
U最大＝U稳态＋[U稳态－U初始]＝2U稳态－ U初始
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i
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
t
u 3U
i(t )
U
U AB
t
U பைடு நூலகம்
u(t )
t1
t2
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
K
③ t＝t3（第二次熄弧）
此时电弧电流过零点， 同时线路上电压震荡达 到最大值3 U ，电弧再 次熄灭。即A，B间再次 完全断开。
UA：按电源电势变化 UB：不变（＝3U)
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第一节 内部过电压的概念和分类
空载长线的电容效应 不对称短路引起工频电压升高 甩负荷引起工频电压升高 线性谐振过电压 铁磁谐振过电压 参数谐振过电压
三．内部过电压的分类
工频电压升高 暂 时 过电压 内 部 过电压 操 作 过电压 谐振过电压
切断空载线路过电压 空载线路合闸过电压
i
电源电感
A
B
CT
空载 线路
t
u
i(t )
U
U AB
t
U
u(t )
t1
t2
i(t):工频电流 u(t):工频电压
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第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
K
② t＝t2（第一次重燃） AB间电弧重燃→AB相连 注意：此时UA≠UB，且 电路中有L，C，组成振 荡回路，电压发生震荡 振荡电压幅值＝稳态值＋[稳 态值－初始值] 此时：稳态值= U，初 始值＝－U 过电压幅值＝U＋[U－( －U)]＝3 U 电流震荡形成电弧电流
b) R对振荡起阻尼作用，减小过电压的最大值
12/90
高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
⑶ 利用避雷器 氧化锌避雷器作为后备保护
要求在断路器并联电阻失灵或其他意外情况出现较高幅 值的过电压时应能可靠动作，将过电压限制在允许范围 内
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高电压技术
第九章 电力系统内部过电压
电源电感
LS
A
B
CT
空载 线路
i
t
u 3U
i(t )
3U
U
U AB
t
U
u(t )
t1
t2 t3
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第九章 电力系统内部过电压
第二节 操作过电压
K
④ t＝t4（第二次重燃） 此时UAB达到最大值4 U 断路器间隙被击穿，电 弧再次重燃 同理：稳态值= －U ，初始值＝ 3U
一．工频电压升高
1. 概念 工频电压升高——在正常或故障时出现幅值超过最大工 作电压、频率为工频或接近工频的电压升高 2. 产生的原因及防护措施
⑵ 采用中性点经消弧线圈接地方式 采用中性点有效接地方式虽然能解决断续电弧问题，但 每次发生单相接地故障都会引起断路器跳闸，大大降低 了供电可靠性。当电网的电容电流达到一定数值时，可 装设消弧线圈来抵消电容电流，可避免断续电弧的出现
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第三节 暂时过电压
切断空载变压器过电压
断续电弧接地过电压
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第二节 操作过电压
K A B
CT
一．切断空载线路过电压
1. 发展过程
K打开，A，B间产生电弧 ① t＝t1（第一次熄弧） i(t)＝0→电弧熄灭。A，B间 完全断开。 UA：按电源电势变化 UB：不变（＝－U) AB间电位差称为“恢 复电压”
当电源电压＝ U时合闸，即U稳态＝U U最大= 2U稳态－ U初始= 2U－U ＝ U，无过电压
⑶ 利用避雷器来保护
在线路首、末端（线路断路器的线路侧）安装ZnO或磁 吹避雷器，限制过电压
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第二节 操作过电压
三．切除空载变压器过电压
1. 发展过程
U U
u(t )
电源电感
LS
空载 线路
i
t
u
i(t )
U AB
t
t1
i(t):工频电流 u(t):工频电压
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第二节 操作过电压
K
LS
随时间推移，当 UAB=UA－UB= U－(－U) ＝2U 若断路器K处介质绝缘 恢复，间隙不被击穿 ，则电弧不会再重燃 ，分闸过程结束，不 产生过电压 若断路器间隙被击穿 ，则电弧重燃
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第二节 操作过电压
3. 降压措施 ⑴ 采用不重燃断路器 SF6断路器
⑵ 加装并联分闸电阻 ① 分闸操作过程 先开Q1，R串入电路，经1.5～2 个周期，再打开Q2，分闸完成 ② 降压原理
Q1 Q2 Q1
R a
Q2
b
R
a) R串入电路后，剩余电荷通过R释放，此时Q1上的恢复电 压＝UR，只要R不太大，主触头间就不会发生电弧的重燃
切断100A以上的交流电流时， 开关触头间的电弧通常都是在 工频电流自然过零时熄灭的 但当切断很小的空载变压器的 激磁电流iL（约数安到数十安） 时，电弧往往提前熄灭，即电 流会在过零之前就被强行切断 （截流现象）。
电弧
i i L iC i L
iL
iC
CT
～
u
uC
LT
LT—变压器激磁电感； CT—变压器绕组及连接线对 地电容
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第二节 操作过电压
电弧
i≠0时，K 打开，强 行切弧
截流现象 LT向CT 放电
i i L iC i L
iL
iC
CT
～
LT上的磁场能 转化为电容CT 上的电能
使CT上电 压升高
u
uC
LT
变压器上出现过电压
U m ax LT CT I0 ZT I0
过电压幅值＝－U＋[－U －3U)]＝－5U 电流震荡形成电弧电流
电源电感
LS
A
B