第10章 系统过电压及保护
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各种形式的保护间隙产品
图8-12 保护间隙 a) 双支持绝缘子单间隙 b) 单支持绝缘子单间隙 c) 双支持绝缘子双间隙
s –保护间隙 s1 –主间隙 s2 –辅助间隙
2）排气管式避雷器。灭弧能力提高，其他 改进不大。
工频续流、短路电流校合及截波问题。
4 S2
1
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S1 2
• 工频续流 过电压过去后，避雷器仍处于导通状态，
雷电冲击耐受电 压/(1.2/50μ s峰
值)/kV
JDZ-3
3.5
23
40
JDZ-6
6.9
32
60
JDZ-10
11.5
42
75
JDZ-35
40.5
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200
• 气体绝缘冲击耐 压的伏秒特性：
表明击穿时间 与电压量值的关 系。
注意波前击穿 与波尾击穿电压 取值不同。
第2节 避雷器
• 过电压与设备耐压是一对矛盾。 • 设备耐压强于过电压，无击穿危险。 • 设备耐压不及过电压，会被击穿。
过电压过去后，阀片电阻随电流减小而 增大，以正反馈方式快速切断工频续流。
3）主要优缺点。 优点：工频续流不超过半个周期，无截波。
缺点：间隙响应时间长，阀片通流容量小， 不能用于内部过电压防护。
4）常用类别。
5）主要电气参数 （1）额定电压。为保证工频续流电弧在第 一次过零时熄灭，所允许加在避雷器上的 最高工频电压。又称灭弧电压。
在系统正常工作电压作用下，会产生对地 工频电流。
三相避雷器同时对地导通，相当于三相 短路。因此，工频续流相当于三相短路电 流。
避雷器应该快速熄灭工频续流。否则， 系统继电保护会动作跳闸，从而造成停电 事故。
• 排气管式避雷器短路电流校合 工频续流即避雷器安装处短路电流。
该电流过小，电弧强度不够，排气管产 气量不足以吹灭电弧，使工频续流持续存 在。
作用于其上的电压——作用电压。
考虑哪些形出一些典 型的作用电压形式，并以工程标准的形式 发布推行。
重要概念2：与标准作用电压相对应， 规定了一系列标准耐受试验，通过这些试 验，可得出设备绝缘在不同情况下的耐受 电压能力，如：
最高工作电压：能长期承受的工频电压 上限值，由持续工频耐压试验确定。
怎么办？ 保护呀——降低过电压，找替死鬼。 避雷器：替而不死的替死鬼。 原理：先于被保护设备被击穿，释放过 电压能量。
• 10.2.1 类别与工作原理
1、理想避雷器工作原理 压控非线性电阻，阻抗无穷大或零。
L1 U
N
L2
L3 U VW
I
2、保护间隙与管式避雷器 1）保护间隙。特性陡峭、灭弧能力不强、 动作后有截波现象，安装在室外，以泄放 能量为主要任务
2）过电压程度的表述。 （1）大气过电压：直接用电压值表述。 （2）相对地工频过电压：用标幺值表 述，基值为有效值，记为p.u.：
（3）相对地操作与谐振过电压：同样 用标幺值表述，基值为幅值：
• 10.1.3 电气设备耐压
重要概念1：电气设备耐压与作用于其 上的电压形式和作用时间、作用次数等密 切相关。
第10章 系统过电压及电涌保护
• 过电压指系统出现了超过正常电压范围的 高电压值。过电压主要对线路、配电设备 和变压器危害大，低压系统中特定类型过 电压对用电设备和环境也有危害。
• 电涌是一种能量脉冲，以过电压或过电流 形式表现。电涌主要对低压系统和用电设 备危害大。
学习本章的基本思路：
（1）一对矛盾——过电压与设备耐压。 过电压：加害者及加害强度；
横绝缘：相与相间、相与地间的绝缘。
管式避雷器导通后，导通阻抗很小，相 当于对地短路，使电压急剧下降，产生截 波。
3、SiC阀式避雷器 阀——可开、可关。 开：通流能力。
关：封闭能力。
1）结构：由阀片和间隙串联组合而成。 阀片：SiC材料，为非线性电阻，起开、 关电路的作用。
SiC阀片缺陷：关不严。在正常工作电 压作用下，会产生较大泄漏电流。
• 按过电压的持续性，过电压还可作如下分类。
• 10.1.2 过电压量值的一些工程表示方法
1）系统最高电压Um。在正常运行条件下，
系统可能出现的最大电压值，但不包括瞬 变电压。
对中压系统，Um一般为系统标称电压 UN的1.2倍。
2）系统最高电压范围。 范围I：3.6kV≤Um≤252kV； 范围Ⅱ，Um ≥ 252kV。
• 工频过电压能量直接来自于系统电源
• 外部过电压能量来自于雷电，过电压大小 与系统标称电压无关，因此对中、低压系 统危害特别大。
• 内部过电压能量来自于系统本身，过电压 程度与系统标称电压密切相关，因此对超 高压和特高压系统危害特别大。
• 电压是电场能量在电路中的表征参量，以上分类 是根据能量的来源进行的。
设备耐压：受害者的承受能力。
第三方——保护器件，主要为避雷器。 调和以上矛盾。
（2）电压是电场能量在电路中的表征参量， 注意从能量转换与传递的角度理解过电压 过电压。
第1节 过电压与设备耐压
• 10.1.1 过电压类型
操作过电压能量来自于操作过程中能量的 转换和重新分配
• 谐振过电压能量来自于系统不同部分之间 电、磁能量的来回转换。
1min短时工频耐压：由短时工频耐压试 验确定，考察对暂时过电压承受能力。
雷电冲击耐压：由1.25μs/50μs冲击耐 压试验确定，考察对雷电过电压的耐受能 力。
作用电压及耐受试验（1）
作用电压及耐受试验（2）
设备耐压参数示例（电压互感器）
型号
最高工作电压 (有效值)/kV
短时工频耐受电压/ (有效值1min)/kV
该电流过大，产气过多，会使排气管爆 炸。
对给定的管式避雷器，会给出一个允许 的短路电流范围。若安装处实际短路电流 在该范围内，即为合格。确认是否合格的 过程，称为管式避雷器短路电流的校合。
• 截波的危害 电压从一个较大值急剧下降，称为电压
截波。电压截波对设备的纵绝缘威胁较大。
纵绝缘：同一相间的绝缘，如匝间绝缘。
解决办法：串联间隙。
各种阀 片与线性电 阻的伏安特 性。
注意 SiC阀片在正 常工作电压 作用下泄露 电流达到 100A。
2）工作原理。 正常时，由间隙隔断泄露电流，保证阀
片不损坏。
过电压到来时，间隙放电击穿，通过阀 片电阻泄放过电压能量。电流大，电阻小。 由于阀片电阻的存在，电压下降陡度变缓， 不会出现截波。
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各种形式的保护间隙产品
图8-12 保护间隙 a) 双支持绝缘子单间隙 b) 单支持绝缘子单间隙 c) 双支持绝缘子双间隙
s –保护间隙 s1 –主间隙 s2 –辅助间隙
2）排气管式避雷器。灭弧能力提高，其他 改进不大。
工频续流、短路电流校合及截波问题。
4 S2
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S1 2
• 工频续流 过电压过去后，避雷器仍处于导通状态，
雷电冲击耐受电 压/(1.2/50μ s峰
值)/kV
JDZ-3
3.5
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JDZ-6
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JDZ-10
11.5
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JDZ-35
40.5
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• 气体绝缘冲击耐 压的伏秒特性：
表明击穿时间 与电压量值的关 系。
注意波前击穿 与波尾击穿电压 取值不同。
第2节 避雷器
• 过电压与设备耐压是一对矛盾。 • 设备耐压强于过电压，无击穿危险。 • 设备耐压不及过电压，会被击穿。
过电压过去后，阀片电阻随电流减小而 增大，以正反馈方式快速切断工频续流。
3）主要优缺点。 优点：工频续流不超过半个周期，无截波。
缺点：间隙响应时间长，阀片通流容量小， 不能用于内部过电压防护。
4）常用类别。
5）主要电气参数 （1）额定电压。为保证工频续流电弧在第 一次过零时熄灭，所允许加在避雷器上的 最高工频电压。又称灭弧电压。
在系统正常工作电压作用下，会产生对地 工频电流。
三相避雷器同时对地导通，相当于三相 短路。因此，工频续流相当于三相短路电 流。
避雷器应该快速熄灭工频续流。否则， 系统继电保护会动作跳闸，从而造成停电 事故。
• 排气管式避雷器短路电流校合 工频续流即避雷器安装处短路电流。
该电流过小，电弧强度不够，排气管产 气量不足以吹灭电弧，使工频续流持续存 在。
作用于其上的电压——作用电压。
考虑哪些形出一些典 型的作用电压形式，并以工程标准的形式 发布推行。
重要概念2：与标准作用电压相对应， 规定了一系列标准耐受试验，通过这些试 验，可得出设备绝缘在不同情况下的耐受 电压能力，如：
最高工作电压：能长期承受的工频电压 上限值，由持续工频耐压试验确定。
怎么办？ 保护呀——降低过电压，找替死鬼。 避雷器：替而不死的替死鬼。 原理：先于被保护设备被击穿，释放过 电压能量。
• 10.2.1 类别与工作原理
1、理想避雷器工作原理 压控非线性电阻，阻抗无穷大或零。
L1 U
N
L2
L3 U VW
I
2、保护间隙与管式避雷器 1）保护间隙。特性陡峭、灭弧能力不强、 动作后有截波现象，安装在室外，以泄放 能量为主要任务
2）过电压程度的表述。 （1）大气过电压：直接用电压值表述。 （2）相对地工频过电压：用标幺值表 述，基值为有效值，记为p.u.：
（3）相对地操作与谐振过电压：同样 用标幺值表述，基值为幅值：
• 10.1.3 电气设备耐压
重要概念1：电气设备耐压与作用于其 上的电压形式和作用时间、作用次数等密 切相关。
第10章 系统过电压及电涌保护
• 过电压指系统出现了超过正常电压范围的 高电压值。过电压主要对线路、配电设备 和变压器危害大，低压系统中特定类型过 电压对用电设备和环境也有危害。
• 电涌是一种能量脉冲，以过电压或过电流 形式表现。电涌主要对低压系统和用电设 备危害大。
学习本章的基本思路：
（1）一对矛盾——过电压与设备耐压。 过电压：加害者及加害强度；
横绝缘：相与相间、相与地间的绝缘。
管式避雷器导通后，导通阻抗很小，相 当于对地短路，使电压急剧下降，产生截 波。
3、SiC阀式避雷器 阀——可开、可关。 开：通流能力。
关：封闭能力。
1）结构：由阀片和间隙串联组合而成。 阀片：SiC材料，为非线性电阻，起开、 关电路的作用。
SiC阀片缺陷：关不严。在正常工作电 压作用下，会产生较大泄漏电流。
• 按过电压的持续性，过电压还可作如下分类。
• 10.1.2 过电压量值的一些工程表示方法
1）系统最高电压Um。在正常运行条件下，
系统可能出现的最大电压值，但不包括瞬 变电压。
对中压系统，Um一般为系统标称电压 UN的1.2倍。
2）系统最高电压范围。 范围I：3.6kV≤Um≤252kV； 范围Ⅱ，Um ≥ 252kV。
• 工频过电压能量直接来自于系统电源
• 外部过电压能量来自于雷电，过电压大小 与系统标称电压无关，因此对中、低压系 统危害特别大。
• 内部过电压能量来自于系统本身，过电压 程度与系统标称电压密切相关，因此对超 高压和特高压系统危害特别大。
• 电压是电场能量在电路中的表征参量，以上分类 是根据能量的来源进行的。
设备耐压：受害者的承受能力。
第三方——保护器件，主要为避雷器。 调和以上矛盾。
（2）电压是电场能量在电路中的表征参量， 注意从能量转换与传递的角度理解过电压 过电压。
第1节 过电压与设备耐压
• 10.1.1 过电压类型
操作过电压能量来自于操作过程中能量的 转换和重新分配
• 谐振过电压能量来自于系统不同部分之间 电、磁能量的来回转换。
1min短时工频耐压：由短时工频耐压试 验确定，考察对暂时过电压承受能力。
雷电冲击耐压：由1.25μs/50μs冲击耐 压试验确定，考察对雷电过电压的耐受能 力。
作用电压及耐受试验（1）
作用电压及耐受试验（2）
设备耐压参数示例（电压互感器）
型号
最高工作电压 (有效值)/kV
短时工频耐受电压/ (有效值1min)/kV
该电流过大，产气过多，会使排气管爆 炸。
对给定的管式避雷器，会给出一个允许 的短路电流范围。若安装处实际短路电流 在该范围内，即为合格。确认是否合格的 过程，称为管式避雷器短路电流的校合。
• 截波的危害 电压从一个较大值急剧下降，称为电压
截波。电压截波对设备的纵绝缘威胁较大。
纵绝缘：同一相间的绝缘，如匝间绝缘。
解决办法：串联间隙。
各种阀 片与线性电 阻的伏安特 性。
注意 SiC阀片在正 常工作电压 作用下泄露 电流达到 100A。
2）工作原理。 正常时，由间隙隔断泄露电流，保证阀
片不损坏。
过电压到来时，间隙放电击穿，通过阀 片电阻泄放过电压能量。电流大，电阻小。 由于阀片电阻的存在，电压下降陡度变缓， 不会出现截波。