过电压及其绝缘配合资料

过电压及其绝缘配合资料
第一章过电压及其绝缘配合
电力系统的各种电气设备在运行中除了要承受正常的系统电压外，还会受到各种过电压的作用。

因而，了解各种过电压产生的机理及其对电气设备的危害，研究防止产生或限制幅值的措施，对系统及电气设备绝缘水平的选定有决定性的意义。

本章就各种过电压的发生机理作初步介绍。

第一节理论基础
一、直流电源作用在LC串联回路的过渡过程
从电路的观点看，电力
系统中的各种电气
设备都可以用R、L、
C三个典型元件的不
同组合来表示。

其中
L、C为储能元件，是过电压形成的内因，是作为分析复杂电路过渡过程的基础。

现在，我们来研究直流电源作用于L串联电路上的过渡过程及由之产生的过电压。

如图1-1所示，根据电路第二定理可写出
E ＝L dt di +C 1
∫idt (1-1)
在未合闸时，i ＝0，uc ＝0，变换一下形式，式
(1-1)可写为
LC
2
2dt uc
d +uc=
E (1-2)
当满足t ＝0时，i ＝0，uc ＝0，式(1-2)的解为
uc=E (1-cos ω0t)
式中，ω0＝
LC
1，而电路的电则为
i=C dt
duc =C
L
E sin ω0t
(1-3)
若uc (0)≠0，那么uc 的解为
uc=E-[E-uc (0)]cos ω0t (1-4)
由上式可知，uc 可以看作
是由两部分叠加而成：第一部分为稳态值E ，第二部分为振荡部分，后者是由于起始状态和稳定状态有差别而引起的，
其幅值为(稳定值
一起始值)，见图1-2。

因此，由于振荡而产生
的过电压
可以用下列更普遍的式子求出
过电压＝稳态值+振荡幅值＝2×稳态值-起始值
(1-5)
利用上式，可以很方便地估算出由振荡而产生的过电压值。

当然，实际的振荡回路中，电阻总是存在的，电阻的存在会使振荡波形最终衰减到稳态或甚至根本就振荡不起来，因此实际的过电压值总是小于该式的估算值。

二、交流电源作用于LC 振荡回路
当e(t)＝E m sin(ωt +sin(ωt +φ)的交流电压作用于LC 振荡回路时，可求得电容C 上的电压为
uc =E m ·
2
020
2ωωω-·sin
(ωt +φ)=E m ·2
0202ωωω-
·[
20
2)cos (
sin ϕωω
ϕ+]·sin(ω0t +φ) (1-6)
其中前一项为强迫分量，后一项为自由振荡分
量，并且有
ω0=
LC
1；φ=tg
-1
ϕω
ω
ϕ
cos sin 0
实际上，强迫分量对应于稳态分量，把它改写一下便可得
E m ·20
202
ω
ωω
-·sin(ωt +φ)=E m ·2
1
1ω-LC
LC ·sin(ωt +φ)
=E m ·C
L ωω•-11
·sin(ωt +φ) =-
L C
C
E m ωωω+-•
11
·sin(ωt +φ)
(1-7)
这完全和稳态分量一样，画出uc 的波形(见图l-3)，实际上就是在稳态电压上叠加一自由振荡分量，若实际的电路中有电阻存在，自由振荡分量
最终衰减到零。

从式(1-6)及图1-3可以看出，电源合闸瞬
间
uc 上对应的电压为最大值时，由于振荡而引起
的过电压为
u c m =2Em|
2
0202ωωω-|=2E m |
2
)(11
ωω-|
一般ω0>>ω，u Cm ＝2E m ，与直流电源合闸于
LC 电路相类似，当电容C 上有初始电压时，并且其方向与合闸初瞬所对应的稳态值相反时，振荡分量的振幅就会大于E m ，从而使过电压的幅值大于2E m 。

三、均匀无损线的波过程与波的折反射
典型的分布参数回路是各种传输线，沿线路
长度有分布的电阻及电感，在导线和地之间
还有均匀分布的电容。

对于雷电冲击波，由于等
值频率很高，因此在研究雷电冲击波对导线的作用时，导线一般应按分布参数考虑。

而对工频或操作波过电压，只有当线路较长时才把它们看作传输线。

不考虑损耗时，无损线的方程为
220022t
u C L x u ∂∂=∂∂ (1-
8)
2
20022t
i
C L x i ∂∂=∂∂ (1-9)
该方程的解为
u=u 1(x-vt)+u 2(x+vt)
(1-10)
i=i 1(x-vt)+i 2(x+vt) (1-11)
其中=
=
01C L v 光速
这两个解表示：电压和电流的解都包括两个
部分：
一部分是(x-vt)的函数；另一部分是(x+vt)的函
数。

这两个函数有一些什么性质呢?我们先来研究函数u 1(x-vt)，该函数表明，架空线上某电压值出现的位置是随时间而变的。

参见图1-4，设某x 1t l 时，x 1点的电压为U a ，则t 2时刻，电压为认的状态对应于x 2并应满足关系式
x 1-vt 1=x 2-vt 2 任意时刻t 时，电压为U a 的位置便可由下式求得
u 1(x-vt)=U a
即x-vt ＝常数 对上式两边求导得到v dt
dx =。

这就意味着，对固定的U a 来说，它在空间的
坐标x 将以速度v 向x 轴的正方向移动。

我们把u 1(x-vt )称为前行电压波。

同样，可以证明u 2(x+vt )代表以速率v 向x 轴的负方向进行的波，显然传输线上的电流也是一个正向行波和反向行波的和，而且可表示为
)
()(11vt x Zi vt x u -=- (1-12) )
()(22vt x Zi vt x u +-=+ (1-1
3)
以上分析告诉我们，分布参数电路的过渡过
程可以用流动波的图案来描述，导线上的电压分解成前行的电压波和反行的电压波；而流过导线的电流也分解成前行的电流波及反行的电流波，前行波和反行波在均匀无损的导线上无畸变地以波速v ＝
01C L ＝光速按各自的方向传播，两者互相
独立，互不干扰。

当两个波在导线上相遇时，可以把它们算术地相加起来。

电压行
波与电流行波的关系由波阻抗Z决定，这
些关系可综合成下述四个基本方程
u=u q+u f (1-14) i=i q+i f (1-15) u q=Z·i q (1-16) u t=-Z·i f (1-17) 从这四个基本方程出发，加上边界条件和起始条件，求得相应导线上的前行波
和反行波后，就可以算出该导线上任一点
的电压和电流了。

四、波的折反射及等值集中参数定理
上述我们已经过论了传输线上以光速向远处传播的电压波和电流波以及它们
之间的关系，如果传输线是由两段波阻不
同的导线组成时，导线1中电压波与电流
波的比值，与导线2中电压波与电流波的
比值不同，也就是说前行的电压波和电流
波在两导线的连接点处将发生变化，从而
造成了波的折射和反射。

以图1-5为例，设有一幅值为U 0的电压波沿导线l 1入射，在其未到达连接点A 时，导线l 1上将只有前行电压波u q1= U 0以及相应的前行电流波i ql ，这些前行波到达A 点后将折射为沿导线l 2前行的电压波u q2和电流波i q2，同时还出现沿导线l 1反行的电压波u f1和电流波i f1，由A 点电压和电流的连续性可得
u q1+u f1=u q2 (1
-18) i q1+i f1=i q2
(1-19)
考虑到0q11
f1
f12
q2q21
q1q1
;Z ;Z ;Z U u u i u i u i =-
===。

上两式
可化成
q2
f10u u U =+
（1-20）
2q21f110Z u Z u Z U =-
（1-21）
求解方程式(1-20)及式(1-21)即可求得波
在导线连接点A 处的折反射电压和入射
电压的关系式为
002
12q22U U Z Z Z u α=+= （1-22） 00212q22U U Z Z Z u α=+=
（1-23） 式中：α为折射系数；β为反射系数。

它们表示式
分别为
212
2Z Z Z +=α (1
-24)
211
2Z Z Z Z +-=β
(1-25)
应该指出，虽然折反射系数是根据两段波阻
不同的导线相连接推
导出来的，但它也可以
适用于导线末端接有
不同负荷电阻的情况，
因为波阻为Z 的无穷
长导线在等值电路中相当于R ＝Z 的电
阻。

下面我们对几种特殊情况讨论一下波
的折反射问题。

1．线路末端开路
线路末端开路相当于∞=2Z 的情况。

此时根据式(1-24)及式(1-25)可算出
0q22,1,2U u ===βα，这一结果说明入射波U 0到达开路的末端后将发生全反射，全反射的结果是使线路末端的电压上升到入射波电压的两倍。

由反射波电压及电流的关系可以看到，在电压全反射的同时，电流发生了负的全反射，从而使线路末端的电流为零，如图1-6所示。

2．线路末端接有电阻R ＝Z 1 这种情况下，由式(1-24)和式(1-25)可求得
0,,0,1f1
0q2====u U u βα。

也就是说，波到线路末端A 点时不发生反射，和均匀导线的情况完全相同。

因此在高压测量中，人们常在电缆末端接以和电缆波阻相等的电阻来消除波在末端折反射所引起的测量误差。

3．线路末端接任意阻抗(等值集中参数定理)
当线路末端接有任意阻抗
Z (见图1-7)时，应满足条件
u q2+i q2·Z
(1-26)
电压波到达末端时，还应有下列关系
u q1+u f1=u q2 (1-27)
i q1+i f1=i q2 (1-28)
式(1-28)乘以Z 1并与式(1-27)两边相
加，利用关系式u ql ＝i ql ·Z l ，u f1＝-i f1·Z 1，
便可得
2u q1=u q2+i q2Z 1=i q2（Z 1+Z ） （1-
29）
或
q21q2q12i Z u i += （1-30）
公式(1-29)的等值电路图如图1-8所示，这
就是所谓的等值集中参数定理：在有波流
动时，可以用集中参数的等值电路来计算
接点的电压和电流。

此时等值电路中的电
源电动势应取为来波电压的两倍，等值电
路的内阻应取为来波所流过的通道的波
阻。

而式(1-30)则可把来波改成电流源以
适应来波为电流源的情况(如雷电流)。

应
当注意的是，应用等值集中参数定理时，
只能考虑行波的一次折反射，当计算的接
点处有多次折反射时，则应分别计算。

应用等值集中参数定理还可计算传输
线中接有集中参数的储能元件时的过渡
过程及波的折反射。

如图1-9所示，传输
线中串有电感或并有电容，此时应用等值
集中参数定理的等值图如图1-10所示，
由这些等值电路可以求得传输线Z 2上的
电压分别为 )1(L 02T t
e U u --=α （1-3
1）
式中：α为折射系数，其值等于212
2Z
Z Z +；T L 为时间常数，其值等于21Z Z L +。

)
1(02C T t
e U u --=α
（1-32） 式中：αa 为折射系数；T C 为时间常数，其值等于
212
!Z Z Z CZ +。

它们相应的折反射波如图1-11所示。

很显然，传输线中串有电感时，当电压波作用到电感时的瞬间，电感不允许电流发生突变，电感像开路一样将电压波完全反射回去，因此折射的电压为零。

随着时间的增长电流从零逐渐增大，反射波电压逐渐减小，折射波电压逐渐升高。

因此，传输线中间串有电感可以使来波的波头陡度降低。

当线路并有电容并且来波到达电容时，电容上的电压不能发生突变，此时电容就像短路一样，从而使得u2为零。

随着时间的增长，电容上的电压逐渐升高，u2也逐渐升高。

由此可见，传输线中并有集中电容时也会使来波的波头陡度减缓。

五、波的多次折反射与网格法
在许多实际情况中，波在传输线的两端发生反射时，而且在一个接点的折(反)射波会在另一接点发生折(反)射，所以在某一接
点的电压应是所有在该接点的折反射波
的合成，通常用网格法来进行计算。

下面
我们以计算波阻各不相同的3种导线互
相串联时接点上的电压为例，来介绍网格
法的具体应用。

为叙述方便起见，我们先写出波由线路1向中间线路传播时的折射系数1α波由中间线路向线路1传播时的反射系数1β以及波由中间线路向线路2传播时的折反射系数2α、2β，为简单起见设线路1及2的另一端均为无限长，则有下列关系
10110101;2Z Z Z Z Z Z Z +-=+=βα 0202
20222;2Z Z Z Z Z Z Z +-=+=βα
入射波为无穷长直角波，n 次折反射
后，B 点的电压是n 个折反射波之和，即
])()(1[1
2
121210212-++++=n B U U ββββββαα
21212101)(1ββββαα--=n
U
当∞→t 即∞→n 时，接点B 上的电压将为
21210B 11ββαα-=U U
六、变压器绕组的波过程
当冲击波侵入绕组时，变压器中会出现
复杂的电磁波过程，这
将在主、纵绝缘的元件
上引起快速变化的过
电压，由于绕组分布的
纵向电容和横向电容、线匝和绕组的自电
感和互电感的相互影响，准确地计算这些
过程实际上是不可能的。

因此下面我们采
用一种能说明基本规律，并能对绕组和绝
缘的合理设计指出方向的简化计算方法。

单相变压器绕组等值电路如图1-13所示，
绕组长度
方向上元件纵向电容的电荷为
dx du k du dx k q 00== (1-33)
这个电荷的变化为
dq =uC o dx
对式(1-33)求导并作简单的变换后
可得到微分方程该方程
00022=-u k C dx u d
(1-34)
该
方程的解为 x x e A e A u αα-+=21 （1-35） 其中00
k C =α，积分常数取决于边界条件。

当变压
器中性点接地即x =l 处u =0时，可得到
l x l U e e e e U u al al x l a x l a ααsh )(sh 0)()(0-=--=---- （1-36）
当中性点绝缘即x =l 处0=dx
du 时，可得到 l x l U e e e e U u al al x l a x l a ααch )(ch 0)()(0-=++=----
（1-37）
对于当今的变压器，30~5≈α，所以
e al >>e -al ，对于大部分绕组
,8.0⎪⎭⎫ ⎝⎛〈l x e a(l-x)>>e -a(l-x)。

在这种条件下，中性点绝缘或接地时，绕组在起
始时刻的电压分布实际上是一样的
u(x)=U 0e -ax
(1-38) 图1-14为电压在变压器绕组上的分布曲线，其中最上面的曲线为最大电位包
线，即绕
组每一点可能出现的最大电位。

由图1-14可见，中性点绝缘时的最大电压出现在绕组末
端，所以不接地的半绝缘变压器中性点应
采取适当的保护措施。

从图1-14还可以
看出，波入侵后的初始时刻，纵绝缘上的
最大电压出现在绕组首端的线匝上，理论
上最大梯度是绕组电压均匀分布时的场
强的al倍，因此必须采取措施使之接近
绕组的起始电位分布。

通常采用的措施有电容环、静电线匝及改变绕组的绕法。

七、铁磁谐振的基本原理
和线性谐振不同，非线性谐振是由于铁芯饱和，电感减小使回路性质发生变化而引起的，铁磁谐振时串联支路中的电容不像线性谐振那样要有严格的C值，变化范围很大。

发生谐振后，电路从感性变成了容性，因此电流的相位将有180。

的转变，由此引起电感及电容上的电压反相(即所谓电压反倾)。

下面我们对图l-15(a)所示的电路作一初步的分析。

图1-15(b)中曲线1为电容的伏安特性；曲线2为非线性电感的伏安特性。

考虑到电
容和电感上电压的相位关系可得曲线1
和曲线2的和(即曲线3)，在曲线3上，
0ad 段对应的是感性部分，dh 对应的是容
性部分。

当电源电压大于Ua 时，那么串
联回路始终工作于谐振状态；当电源电压
小于U a 时，则正常情况下回路应工作在f
点，整个回路呈感性。

这时若由于某种扰
动，将使工作点越过a 点并趋向于g 点，
但由于g 点是不稳定的工作点，任何扰动
又将使工作点偏向g-d 段，出现电流增
加，从而工作点迅速地又从g 点转移到h
点，并稳定于该点。

此时电容C 上的电压
高于电感L 上的电压，电路又呈现容性。

从图1-15中可以得到铁磁谐振的几个性质
如下。

(1)产生铁磁谐振的条件是L ω＞C ω1（或C ＞
L 21
ω）。

若不满足此条件，电容C 的伏安特
性与电感的伏安特性无交点，电路始终呈
容性，也就不可能产生谐振。

(2)当电源电压大于或等于U a 时，谐振总是
发生。

当电源电压小于U a 时，必须要有某
种“激发”因素使得工作点越过a 点后，
才有可能产生谐振。

(3)当L C ωω1>>时，曲线1变得平坦了，
U a 也就增大了，所需的激发因素也就越强
了。

当C 值太大时，将使出现铁磁谐振的
可能性减小。

(4)当铁磁谐振时，L 和C 上的电压都不会
像线性谐振时那样趋于无限大，U L 的大小
显然由曲线的饱和程度决定。

而Uc 则等
于U L 与电源电压之和，因此铁磁谐振过电
压幅值一般不会很高。

(5)铁磁谐振产生后，工作点是一个稳定工
作点，因此谐振状态可能自保持。

(6)由于非线性电感L 的存在，铁磁谐振的
电流波形中除了工频分量外，还会有高次
谐波分量，有时甚至有分次谐波分量，到
底出现哪种谐振和电路的固有频率有关。

(7)产生铁磁谐振后，容抗已大于感抗，回
路从感性变成容性，基波电流反相，这种
现象出现在三相电路中可能使工频三相
的相序改变。

第二节雷电过电压
一、雷电的电气参数和雷电活动强度雷电是发生在空气间隙中的一种火花放电，其电压可高达数百万到数千万伏，其电流可高达数千万安，被雷击中后，人畜死伤，建筑物炸毁或燃烧，线路停电以及电气设备损坏，都是常有的雷害事故。

在计算电气设
备的防雷性能时，
主要的原始数据通
常不是电压而是电
流。

因为只有雷电
流才能直接测量。

雷电流的幅值与雷云中电荷多少有关，显然是个随机变量。

它又与雷电活动的频繁程度有关。

我们采用雷日为单位，在一天内只要听到雷声就算一个雷日。

我国在年平均雷日大于20日的地区测过1205个雷电流，其幅值概率曲线如图l-16所示。

该曲线也可以用下式表示
I p i g 1081-=
式中：p 户为雷电流超过I (单位为kA)的概率，
例如当I ＝100kA 时，可求得p ＝11.9％，
即每100次雷电流大约平均有12次雷电
流幅值超过100kA 。

对于年平均雷日在20
及以下的地区，即除陕南以外的西北地区
及内蒙古自治区的部分地区，雷电流的概
率可按图1-16曲线给定的户值查出I 后，
将I 减半求得；也可用下式表示
I p i g 541-= (1-39)
对于雷电流的波形，各国的测量波形是基本
一致的，波长大致在40μs 左右，波头τt
大致在1～4μs ，平均在2.6μs 左右。

我
国在防雷设计中采用2.6/40μs 的波形，
电气设备冲击电压试验的波形则取
1.2/50μs 。

二、直击雷过电压及其防护
落雷时，在波直接击中的导线上会有过电压
形成。

本条款中我们将讨论雷击无穷长导
线
时的直击雷过电压及雷击于另一端接地的有限
长导线时的直击雷过电压。

当雷击于无限长导线的A 点时，等于沿主放
电通道(其波阻Z 0＝300～500Ω)袭来一个
2i
的电流波。

此时雷电流波碰到的是两侧导线的波阻相并联⎪⎭⎫ ⎝⎛2Z ，由于20Z
Z ≈，所以
可近似认为此时在A 点没有折反射发生，
于是A 点直击雷过电压为
422A
iZ Z i u =•= 式中 Z ——导线波阻抗，典型值为500Ω。

当雷击于另一端接地的有限长导线时，为计
算A 点电位，可用流动波的多次反射法进
行计算，但分析表明，当接地导线长度小
于260m 时，该段导线可以用等值电感来代替。

若取入射波为斜角波，0,2
≈=R t i α。

其中，α为陡度，单位为A ／s 。

便可求得
L l L v l Z u ααα
==•=0max A 22
式中：v 为光速等于300m/μs ；l 为导线长度(m)；
L 为被击导线的总电感。

取雷电流幅值为100kA ，波头时间为
2.6μs ，那么可算得雷击于无穷长导线上
的雷电过电压为
)kV (125005004100A =⨯=u
这一过电压相当高。

雷击于另一端接地的10m 导线，考虑接
地电阻为10Ω，则雷击点的最大电压为
)kV (16413001025006.21002110010max
A =⨯⨯⨯⨯+⨯=u 这样高的电压也足以对处于“零”电位导线
产生反击。

防直击雷最常用的措施是装设避雷针(线)。

它是由金属制成，比被保护设备高，具有
良好的接地装置。

其作用是将雷吸引到自
己身上并安全地导入地中，从而保护了附
近比它矮的设备和建筑免受雷击。

单支避雷针的保护范围见图1-17，它是一
个旋转圆锥体。

如用公式表示它的保护范围，则在被保
护物高度h x 的水平面上，其保护半径r x
为考虑
h X ≥p h h r h x x )(2-=时
(1-40)
h X ＜p h h r h x x )25.1(2-=时 (1-4
1)
式中：h 为针的高度，当h
≥30m 时，p =1；当
30m ＜h ≤120m 时，
p=h
5.5。

其中p 的取值已考虑了针太高
而保护半径不与针
高成正比增大的系数。

用避雷线保护发变电所时单根避雷线的保
护范围见图1-18，用公式表达为
h X ≥p h h r h x x )(47.02
-=时 (1-42) h X ＜p
h h h r h x x )253.1(2--=时 (1-43) 式中：p 的取值同单根避雷针。

若用避雷线保护输电线路，其保护作用则
是用避雷线后能引起线路绝缘闪络的雷
电流(耐雷水平)值来衡量。

其计算方法与
雷击于另一端接地的短线路时计算方法
基本相同，这里就不再赘述了。

三、变电所进入波的防护
因为雷击线路的机会远
远比雷击发电厂、变电所为
多，所以沿线路侵入发电厂、
变电所的雷电过电压行波是
常见的。

又因为线路绝缘水
平要比变压器(或其他设备)的冲击试验电压高得多，所以发电厂、变电所对行波的保护十分重要。

发电厂、变电所中限制侵入雷电波的主要设备是避雷器，由于要保护发电厂、变电所
中的各种电气设备，
避雷器到被保护设
备(如变压器)总会
有一段距离。

因此，
在雷电波的作用下，
由于避雷器至被保
护设备的连线间的波过程，作用在被保护设备上的过电压会超过避雷器的放电电压和残压，连线越长，则超过的电压也越高。

因此避雷器有一定的保护距离，被保护设备在这个距离
之外，就不能受到有效的保护。

下面我们对图1-19的典型接线就上述情况
作一初步的分析。

假设避雷器离变压器的电气距离为l，有陡
度为此αkV/μs的行波向避雷器袭来。

并设t＝o时侵入波到达避雷器，该处的
电压UA将按图1-19中曲线1上升，经过
l(v为雷电波的传播速度)侵入时间τ＝
v
波到达变压器，从最严格的条件出发，可
假设变压器的入口电容极小(开路)，所以
侵入波在变压器处发生了正全反射。

图
1-19中虚线2为B处的入射波，虚线3
则为变压器上的电压(虚线2的两倍)，陡
度为2a，又经过时间τ，反射波到达避
雷器(图中虚线4)，此时避雷器上的电压
为入射电压和反射波电压的叠加(即图
曲线与虚1-19中的mn段)，所以这段u
A
曲线在t0时上升到避雷线重合。

假定u
A
器的放电电压，此时避雷器放电，从而限
制了A点电压的继续上升。

此
时u
的曲线基本上为平直线，但避雷器放电的效A
果要经过时间τ才能到变压器，在这段时
间内变压器上的电压仍以原陡度继续上
升，因此，变压器上的最大电压将比避雷
器的放电电压高一个ΔU ，由图1-19可见
v
l U αατ22==∆ 由此可见，为了保证变压器上的电压不超过
一定的允许水平，变压器与避雷器之间的
距
离不能太远，变压器上的最大电压为
l U U '25k A T α+= (1-4
4)
式中：U 5kA 为避雷器的5kA 残压；'α为以kV/m 为单位的陡度v
αα='。

实际情况下，变压器有一定的入口电容，而入射波可简化为具有
一定陡度α的斜角平顶波。

进一步的分析
计算可求得
lk U U '25k A T α+= (1
-45)
其中 l C C k 'r 21+=
式中：C r 为变压器入口电容；C ’为避雷器与变
压器之间的导线单位长度对地电容。

通常
取变压器的多次截波耐压值(有工频激励
时)大于U T 即可，考虑到多次截波耐压值
约为三次截波耐压值的87％左右，而变
压器及其他设备上所受冲击电压的波形
是衰减振荡的，其最大值约为式(1-45)
求得值的87％左右。

因此，知道了变压
器的三次截波耐压值U j3，便可求得避雷
器到变压器的最大距离应满足的条件是
l ≤k U U kA
'25j3α-
(1-46)
实用中可以根据部
颁DL/T 620—1997
《交流电气装置的过
电压保护和绝缘配
合》所规定的参数表确定避雷器到变压器
的最大允许电气距离。

理论分析与实际测
量表明，避雷器动作后变压器上所受到的
电压波形如图l-20所示，这也证明了用
变压器多次截波耐压值作为计算依据是
合理的。

四、变压器中性点保护
变压器中性点绝缘与系统中性点接地方式有关。

对于35kV及以下的电力系统中性点是不接地或经消弧线圈接地，中性点绝缘水平是与相线端的绝缘水平相同的。

而一般110～330kV电力系统，出于继电保护的要求，其中一部分变压器中性点是不接地的，而这些变压器的中性点绝缘水平比相线端低得多(我国110kV变压器中性点用35kV级绝缘；220kV变压器中性点用110kV级绝缘；330kV变压器用154kV 级绝缘)。

下面分别就这两类变压器中性点的保护问题进行讨论。

对中性点不接地或经大电感接地的35kV以下电力系统，沿线路三相同时来波约占来波总数的10％，由本章第一节六条中可知，变压器中性点的电位，在理论上会超过首端电位的2倍，实测值为1．5～1．8倍。

这会对变压器中性点绝缘造成威胁。

运行经验表明，在785个台·年的20～60kV中性点无保护的变压器中，只有3次中性点雷害事故，即每百台·年只有0．38次故障，这是可以接受的，因此部
颁DL/T 620—1997《交流电气装置的过
电压保护和绝缘配合》规定35～60kV 变
压器中性点一般不需保护。

对中性点不全部接地的110～330kV 电力系
统，由于中性点绝缘水平比相线端低，所
以需在中性点加装保护。

这些保护应满足
以下条件。

1)冲放电压应低于中性点冲击耐压。

2)避雷器的灭弧电压应大于因电力系统一
相接地而引起的中性点电压升高的稳态
值U 0，以免避雷器爆炸。

3)保护间隙的放电电压应大于因电力系统
一相接地而引起的中性点电位升高的暂
态电
压最大值，以免继电保护不能正确动作。

电力系统一相接地时，中性点电压的稳态值为
xg 1010
02U X X X X U +=
而暂态值则为
00m )8.1~5.1(U U =
实际测量表明，当l.5/40μs 的波作用
在变压器首端时，由于变压器绕组电感、
电容以及铁芯损耗的作用，传到中性点的
冲击波波头τt 已大于45μs 。

若选间隙作
为保护设备，棒间隙冲击放电电压的要求
应当以波头τt =45μs 为依据。

实际捧间
隙的放电电压是根据1.5／40μs 的冲击
波试验而得到的，显然波头τt =45μs 时
的放电分散性要大得多，通常可用下式选
取棒间隙的放电电压值
4321K K K K U U b
式中：U b 为变压器的冲击耐受电压；K l 为中性点
破坏累积系数，取1.15；K 2为棒间隙在τ
t =45μs 时的放电分散系数，取1.135；
K 3为气象系数，取1.05;K 4为τt =45μs 时
的距离系数，可取l.0。

当选用避雷器保护变压器中性点时，曾发生
因断路器非全相合闸引起避雷器爆炸的
事故，为了避免上述现象，可采用间隙与
避雷器联合保护的方式。

它们之间的放电
电压的配合，应使冲击过电压作用时避雷
器动作，而非全相运行时则间隙动作。