电气工程基础PE-12

如右图所示，如果截流发生在某一瞬时值I0时， 电容上的电压为U0，此时变压器的总储能W为：
W＝WL＋WC＝(LTI02＋CTU02)/2 按能量不灭定律，当磁能全部转化为静电电能
时，电容上的电压将达其最大值UTm ，由截流而 引起的变压器上的过电压可达 ：
UTm＝（U02＋I02LT/CT）1/2
图12-2 截流时刻
在t＝t2时刻，当电源电压e到达-Em时，QF断口间 的恢复电压达到2Em。如果此时QF断口间介质的 抗电强度不够被击穿，电弧第一次重燃，此时uC 将 由 Em 以 ω0 的 角 频 率 围 绕 (-Em) 振 荡 ， 其 振 幅 为 2Em。因此，uC的最大值可达(-3Em)
图12-4 切除空载长线
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3
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第二节 操作过电压
电力系统中常见的操作过电压有： 切除电感性负载过电压； 切除电容性负载过电压； 空载线路合闸过电压以及系统解列过电压； 中性点绝缘电网中的电弧接地过电压等。
操作过电压持续时间：几ms～几十ms。
一、空载变压器的分闸过电压 二、空载长线路的操作过电压 三、电弧接地过电压
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图12-4 切除空载长线
W
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第二节 操作过电压——空载长线路的操作过电压
当 QF 触 头 分 离 后 ， 触 头 间 电 弧 将 在 iC ＝ 0 时 熄 灭 （t＝t1），此时线路电容上uC＝Em。电弧熄灭后， 电源与电容分开，uC维持残余电压Em，而电源电 压e则将继续按工频变化。此时加在QF断口上的电 压将逐渐增加。
z
6 图12-3 截流后的电流和电压波形
第二节 操作过电压——空载变压器的分闸过电压
2. 影响因素及限制措施(2006单)
（1）断路器性能
切空载变压器引起的过电压幅值近似地与截流值I0成正比。 降低断路器的截流能力能够限制过电压UTm的大小。 通过在断路器的主触头上并联高值电阻，能有效地降低这 种过电压。
操作过电压：因操作引起的暂态电压升高。 (2006名)
谐振过电压：因系统中电感、电容参数配合不当，在系统进行 操作或发生故障时出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电 压升高。
工频过电压：电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超过 最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高。这种电 压升高统称为工频电压升高。
第二节 操作过电压——空载长线路的操作过电压
限制措施
国内外大量实测数据表明，在中性点不接地系统中， 过电压倍数一般不超过3.5～4倍，在中性点直接接地系统 中一般不超过3倍。 （1）采用不重燃断路器 在现代断路器设计中通过提高触头之间的介质绝缘强度 使熄弧后触头间隙的电气强度恢复速度大于恢复电压的上 升速度，使电弧不再重燃。
二、空载长线路的操作过电压
1．切除空载长线路(大C)过电压的产生过程及限制措施
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电弧重燃(2005单)
产生过程
图12-4是断路器切除空载长线
时的接线图和等值线路图。通常
ωL<<1/(ωC)，因此在电路切除前，
可认为电容电压uC和电源电势e近 似相等，而流过断口的工频电流iC 超前电源电压90°。
第十二章 电力系统内部ຫໍສະໝຸດ 电压第一节 概 述 第二节 操作过电压 第三节 谐振过电压 第四节 工频电压升高
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1
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第一节 概 述
过电压是指超过正常运行电压并可使电力系统绝缘或保 护设备损坏的电压升高。
过电压可以分为内部过电压和雷电(外部)过电压。
内部过电压（简称内过电压）是由于电力系统内部能量的转化 或传递引起的。内部过电压可按其产生原因分为操作过电压和 暂时过电压，而后者又包括谐振过电压和工频电压升高。
截流值愈大则过电压愈高，当截流发生在励磁 电流的幅值Im（即I0＝Im，U0＝0）时，有：
UTm＝ Im (LT/CT)1/2
图12-3给出了电流在幅值截断后,电感中的
电流iL和电容上的电压（也即电感上的电压）
uC的波形。如不计衰减，iL和uC可写成：
iL＝Imcosω0t
W
uC＝－Umsinω0t ＝－ Im (LT/CT)1/2sinω0t
第二节 操作过电压——空载变压器的分闸过电压
一、空载变压器的分闸过电压(2006简)
1. 切空载变压器(大L)过电压机理
在切空载变压器时，断路器常常会
在工频电流自然过零之前强行切断电 弧，称这种现象为“截流”。
在切除空载变压器励磁电流的截流 瞬间，电弧电流被迫很快下降到零， 造成：
diL/dt → (-∞) 于是在变压器励磁电感L上将感应出 过电压
u＝LdiL/dt →(-∞) 即过电压有可能达到很高的数值。
在实际电路中diL/dt是不会 达到无穷大的。这是因为变压
器绕组除励磁电感LT外，还有 电容CT，如上图所示。断路器 截断电流后，电感中的电流可
以以电容为回路继续流通，对
电容进行充电，将电感中的磁
能转化为电容中的电能。
W
5
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第二节 操作过电压——空载变压器的分闸过电压
W
2
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第一节 概 述
内部过电压倍数：内部过电压的幅值与电网该处最 高运行相电压的幅值之比，用字母K来表示。
K值与电网结构、系统容量和参数、中性点接地方式、断路 器性能、母线上的出线数目、电网的运行接线和操作方式等因 素有关，它具有统计性质。
通常在中性点直接接地的电网中，如果不采取限压措 施，操作过电压的最大幅值可达最高运行相电压幅值 的3倍以上； 在中性点非直接接地的电网中，最大操作过电压可达 最高运行相电压的4倍以上； 谐振过电压的幅值则在2倍以上。
伴随着高频振荡电压的出现，QF断口间
将有高频电流流过，它超前于高频电压 9刻0°），。高因频此电，流当恰uC恰达经到过(-3零E点m)时，（于是t＝电t3时弧 可能再一次熄灭。
又用恰好经在在过断此工口时频上击半的穿个电，周压则波将由后达于（4E电tm＝。容t4假时的如刻起断）始口，电又作压
W z
为振荡(-后3E电m)容，上电的源最电大压电为压Em可，达振5E幅m为4Em， 图12-5 切除空载长线时的电流和电压波形9
（2）变压器参数和结构
LT愈大，CT愈小，过电压愈高； 相数、绕组连接方式、铁心结构、中性点接地方式、断路 器断口电容、相连的电缆和架空线路段等 均有影响。
绕组连接方式：采用纠结绕组及增加静电屏蔽措施；
铁心：采用优质导磁材料（冷轧硅钢片）；
其他：采用普通阀式避雷器吸收绕组储存的磁能等。
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第二节 操作过电压