第五章：过电压保护

3.1变电站进线段的保护 进线段保护：防止进入变电站的架 空线路在近区遭受直击雷，并对远方输 入的雷电入侵波通过避雷器、电缆线路、 串联电抗器等将其过电压数值限制到一 个对电气设备没有危险的较小数值
3.1.1 3－10Kv配电装置 母线上装设阀型避雷器FZ一组，架空进线 上装设线路用避雷器FS一组，有电缆段的架空 线路，避雷器应装设在电缆头附近，其接地段 应和电缆金属外皮相连。如果进线电缆与母线 相连时串接有电抗器，则电抗器与电缆间增加 一组避雷器。
4.1保护间隙 结构 ，在3-10Kv电压，保护主间隙是 15-25毫米，辅助间隙都是10毫米
谐振过电压的特点
• 特点：过电压持续时间长。频率低，导致 铁心饱和。 • 后果是：烧毁互感器、避雷器爆炸 • 防止措施：用户变电所中的互感器采用V/V 接线，抽取的是线电压，而非相电压。
1.4.3操作过电压
操作过电压是指电力系统由于操作、 事故，使设备运行状态发生改变（停送电、 分合闸）而引起相关电容、电感上的电场、 磁场能量相互转换，并可能引起振荡，从 而产生过电压。
雷电放电的通道击穿过程
（云对地放电为例）
1、云层中富含电荷，但电荷传导困难，云内 气流运动可以裹携电荷位移。 2、对地面高凸物有感应效益使云内电荷在最 接近处形成高电荷密度区。该区域首先电离呈 为通道头部。后继电荷不能即时补充，第一次 先导放电结束
电荷扩散使头部得到电荷补充， 通道继续发展。 同时，地面高出 物的尖端也有正的强电场上迎。
1.4内部过电压
1.4.1工频过电压 电力系统中非正常运行如线路空载、单 相接地（在中性点不接地系统中，可以使健 全相对地相电压升高1.732倍）、不对称故 障引起的电压升高。 工频过电压具有时间长、过电压倍数不 高、对绝缘危险不大的特点。但它可能诱发 其它事故，形成新的过电压并与之共同作用 就形成为害。
2.5两根避雷线保护范围 （广泛使用于架空线路）
• 1）两根避雷线外侧的保护范围计算方法按 单避雷线方法计算。 • 2）两避雷线间（内侧）的计算方法同“两 支等高避雷针”计算公式近似，差别在分 母由7改为4。
第三节雷电入侵波防护
雷电入侵波的过电压保 护主要措施有
• • • • 变电所进线段保护 变电所母线装设阀型避雷器 主变压器中性点装设阀型避雷器 与架空线直接连接的电力电缆终端处装设 阀型避雷器
1.2 过电压分类
直击雷过电压 雷过电压 感应雷过电压 （大气、外部）雷电入侵波过电压
工频过电压 过电压 线性谐振过电压 谐振过电压 非线性谐振过电压 参数谐振过电压
内部过电压
切、合空载长线路过电压 操作过电压 切、合空载变压器过电压 开断感应电动机过电 开并联电容器过电压 弧光接地过电压
1.3雷电过电压
1.4.2谐振过电压
1、串联谐振过电压：如果串联电路中包括有电感、 电容，在交流电压作用下，电感上的电压与电容电 压反向，谐振时两者合起来对外就几乎没有电压降。 电路阻抗最小，电流极大。但无论是电感或电容本 身上的电压都极高，形成了破坏能力。 2、铁谐振过电压：发生在铁磁电感和电容器组成 的电路中时，称为铁谐振过电压。犹如我们玩的翘 翘板，一段坐人需要很大的力气台高，两端坐等重 量的人，给一点点力量，跷跷板可以让两人分别升 高。
如果进线电缆不超过50米，末端可以不 装避雷器；超过50米，且与该进线电缆连接 的断路器在雷雨季节经常是开断状态，则电 缆靠近母线侧的末端，必须装设避雷器保护。 连接进线电缆段的1Km架空线，应装设避雷 线。
3.2变电所的母线防雷保护
• 3-10Kv变电所应在每组母线和架空线上都装 设阀型避雷器。35Kv以上变电所具有架空进 线的每组母线上都必须装设避雷器。
1.3.3直击雷过电压
雷云直接对电气设备或线路放电，在 雷电流入地路径阻抗上、包括接地电阻上 产生了过电压。遭受了直击雷的电气设备 或线路，一般是会引起绝缘击穿闪络而导 致系统接地故障。
1.3.4雷电反击过电压
• 落雷点电位由原来的地（低）电位升高为 高电位，击穿设备或导线绝缘放电。雷电 反击过电压
第五章：过电压保护
主讲：张胜宏
“过电压”的定义：电力系统运行 中，出现危及电气设备绝缘的电 压称为过电压。
第一节 过电压概述
过电压的产生
• 雷击 • 电力系统中的操作 • 电力系统故障
过电压对电力系统的安 全运行危害
• 雷击：造成人员伤害 电力线路或电气设 备绝缘损坏 中断供电 引起火灾 • 内部过电压：电气设备绝缘击穿损坏
操作过电压实例三
合空载长线时的过电压
• 这是由于空载长线合闸时，线路电容和电 感在合闸时过渡过程中有高频震荡与稳态 的叠加所致。 • 防止措施：希望选择在最小振荡时刻合闸。
操作过电压实例四
中性点不接地系统中的单相不 稳定电弧接地
• 只发生在中性点不接地、小接地系统。当其中一 相发生非金属性不稳定接地时，由于电弧的熄灭 重燃，在故障相和健全相都可能产生过电压。其 物理过程与切除空载线路过电压的发生、发展极 为相似。 • 产生弧光接地过电压的原因是线路的对地电容、 电感在故障中发生对地电压变化，引起电场能、 磁场能的相互转换，振荡。 • 防止措施：电源变压器的中性点经过消弧线圈接 地。
雷云的形成：干燥天气中的运动小车可能发 产生静。太阳使地面热空气和水蒸汽上升，在高 空变冷使水蒸汽结团下降，又被热的上升空气分 裂、摩擦而带电。强对流天气是形成雷电活动的 前提条件。空气中的水气团在上升、下降运动中 的电荷分布不均的水气团分裂造成了云的带电。 云层多带负电荷 。 雷电放电：云、云间的放电和云地间的放电。
2.2两支等高避雷针保护范围
1）两针外则的保护范围应该按单针的保 护范围计算方法确定。 2）两针间的保护范围应该按通过两针顶 点及保护范围上部边缘的最低点0的圆弧 确定，圆弧的半径为R0，0点离地高度为 h0 3）两针间距离D与高度h的比值D/h<5
2.3三、四支避雷针的保护范围
• 由3、4避雷针构成的三角形外侧的保护范 围，可按两支等高避雷针的计算方法确定。 在三避雷针内侧，如果被保护物最大高度 hx 水平面上，相邻避雷针保护范围的一侧 最小高度hx>0时，则全部面积即受保护 • 一个要求是，任两针间的距离D与针高h之 比D/h不宜大于5。
1.3.5感应雷过电压
• 附近雷云放电前在设备上感应了大量的异 极性电荷，放电后，这些感应电荷失去了 带电雷云束缚引力就立即转为了自由电荷 并向线路两侧流动形成冲击波。 • 犹如提水绳断了，水桶砸落下去一般。一 桶击起千层浪
1.3.6雷电入侵波
• 直击雷、感应雷击后，在输电线路中形成迅速流 动的电荷冲击波，称为雷电进行波。雷电进行波 对其前进道路上电气设备绝缘构成威胁，即是雷 电入侵波。 • 入侵波可以因为线路结构差异或设备的运行状态 不同产生加倍的破坏力。比如延电缆、双分裂到 单架空线前行，线路波阻抗由小变大，入侵波幅 值就可以升高。到达线路开路处就发生入侵电压 波全反射，使幅值×2，
2.4单根避雷线的保护范围 （广泛使用于架空线路）
1、当hx>h/2高度时，避雷线外单侧保护宽度是 该高度以上避雷线净高×tg25°＝0.47（h-hx）p 2、保护输电线路用时，基本处在半高度以上。 当hx<h/2高度时，避雷线外单侧保护宽度是＝（h1.53hx）p 区域性地面及其附着物保护一般在半高度下。比 如，水电厂保护。
3.1.2进线段保护
• 35-110Kv架空线路，如果未沿全线路架设 避雷线，则应在变电所1-2Km的进线段架设 避雷线，其保护角不宜超过20度，最大不 应超过30度。(我的一次外出活动体会)
3.1.3 35-110Kv线路如果有电缆进线段 在电缆与架空线连接的户外电缆头处应 装设阀型避雷器，其接地段应与电缆金属外皮 连接；该电缆的户内电缆头的外皮直接接地 （三相电缆）。对单芯电缆，其末端金属外皮 应经保护间隙接地。
操作过电压实例一
切除高压空载长线过电压
• 空载长线有分布电感和对地电容，以电容 为主。在电流过零时，电弧熄灭，断口间 电压为1.414U=Um，再经过半周期，线路 电压不变，电源侧为负Um，断口间电压为 2Um。发生瞬时击穿。……….它所为害的 是线路被切除侧的绝缘安全。 • 防止措施：采用灭弧能力很强的断路器 （真空断路器、SF6等），以防止电弧重燃。
保护范围计算实例
避雷针保护范围的计算 1）依据针高是否大于 30 米，判断是否需要使用高度系数。 P——高度影响系数 h<30m 时，P＝1，30m<h<120m 时，P=5.5/ √h 2）依据给定的被保护物高度，判断是半高度以上？半高度以下？ 3）半高度以上的保护距离=针高减被保护物高度。 4）半高度以下的保护距离＝针高*1.5-被保护物高度*2
第二节 直击雷过电压保护
2.1单枝避雷针的保护范围
• 避雷针实际上是引导雷云按人们的意图避 开电气设备放电的保护装置。
几个重要数据
设针高为h 地面保护范围1.5h p （h<30m时 p=1） 在1/2 高度以上时 hx上保护范围 rx= （h-hx）p=haP 在1/2 高度以下时 hx上保护范围 rx= （1.5h-2hx）P 式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护范围 hx——被保护物的高度 ha——避雷针的有效高度 P——高度影响系数 h<30m时，P＝1， 30m<h<120m时，P=5.5/
3.4配电变压器防雷保护
1）3-10千伏配电变压器应装设阀型避雷器保 护。避雷器应尽量靠近变压器，接地线与变压器 中性点、金属外壳连在一起。 2）35/0.4千伏配电变压器其高低压侧均应装 设阀型避雷器保护，3-10千伏配电变压器，如果 为Y/Yn接线，宜在低电压侧装设一组阀型避雷器 保护。
弟四节 过电压保护设备
经过几次通道发展后，击穿 云地间隙。第一次主放电形成。 放电时间为50－100微第一次主放电后，经过0.03－0.05秒间隔时间后， 云层纵深区域电荷向第一次主放电形成的电荷空白区 域移动，借助通道再放电，形成第二次放电。此后的 放电不再分级，而连续进行。 云层边缘区域零星电荷向电荷空白区域移动，在 放电末期形成余辉放电。 一次主放电的电荷量其实是不太大的。如；放电 时间为50－100微秒、放电幅值为一百千安时，则电 荷量为10库伦，相当于10A电流维持1秒钟 。 但雷击放电的高电压、电流幅值所携带的瞬时能 量是巨大的。设雷击幅值电流100KA,通道和接地阻抗 2欧姆，则幅值电压为200Kv、其放电幅值电功率为 2000万KW。“击”无愧也。