电气安全第6章(第3版)

（3）冲击放电电压。在标准波形冲击电压作用 下，恰好使避雷器发生放电的电压幅值。一般按雷电 冲击电压波形给出。有分散性，常取上限值。 用途：该电压应该低于被保护设备的冲击耐压。 （4）残压。避雷器导通后，冲击放电电流在避雷 器阻抗上产生的压降。 残压与避雷器通过的电流大小有关，标准规定标 示5kA（220kV以下系统）下的残压。 用途：残压是避雷器的限压效果，被保护设备承 受的电压不会低于残压。
与SiC阀式避雷器对比： 特点：氧化锌阀片特性接近于理想“阀”的特性 ，正常工作电压作用下泄漏电流很小，可取消串联间 隙。 优点：响应快、无续流、通流容量大、耐重复动 作、耐重载。 用途：除适用于SiC阀式避雷器传统应用领域外 ，还可用于陡波保护和内部过电压保护。
各类避雷器动作比较
1 2 1 2
SiC阀式避雷器示例
实 物 图 片
间隙结构
1－间隙 2－阀片
理想特性
ZnO阀片
SiC阀片 UN
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 漏电流可能达 到100A左右。
2）工作原理及优缺点。 a）SiC阀式避雷器 正常时，由间隙隔断泄漏电流，保证阀片不损坏 ，并使系统正常工作。 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。电流大时电阻小。由于阀片电阻的存 在，电压下降陡度变缓，不会出现截波。 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。
• 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、低压系统危害较大。但中、低 压系统因暴露较少或高度较低，受雷击的概率和强度 小于高压和超高压系统。 • 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，以上类别是根 据能量的来源划分的。
第一节 过电压与设备耐压
一、过电压 1、过电压类型
外部过电压能量来自于雷电，通过各种途径耦合 到电网中。 又称大气过电压、雷电过电压等。
操作过电压源自于开关操作过程中，开断前系统 存储的能量在开断后的转换和重新分配。
谐振过电压源自于系统不同部分之间电、磁能量 的来回转换。
工频过电压能量直接来自于系统电源
（3）过电压量值的表达 1）大气过电压：直接用峰值电压和波形特征 表达。如1.2/50μs电压，峰值75kV。 2）相对地工频过电压：用标幺值表达，基值 为系统最高相电压有效值，记为p.u.： 3）相对地操作与谐振过电压：同样用标幺值 表达，基值为系统最高相电压幅值：
二、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。 作用于其上的电压——作用电压。 考虑哪些形式的作用电压？根据设备实际可能承 受的过电压情况，确定出一些典型的作用电压形式， 并通过工程标准发布推行。
按过电压的持续性，过电压又可作如下分类。 其中瞬态过电压持续时间为微秒至若干毫秒，暂时 过电压持续时间为毫秒至秒以上。
按过电压作用的模式，还可作如下分类。
2、过电压量值的表示方法 （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。 GB156《标准电压》包含有该参数限值，符号为 U H。 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。
（5）通流容量。指避雷器泄放雷电流的能力。 标准规定应达到通过20μs/40μs、峰值5kA冲击电流和 100A工频半波电流各20次。 用途：保护元件自身的承受能力问题。 示例：几种SiC阀式避雷器的参数见下页。
型号
系统 避雷器 标称 额定电 电压 压 有效值/kV
工频放电电压（有 效值）/kV 不小于 26 不大于 31
1.2/50μs冲 8/20μs，5kA 击放电电 标称电流下 压（峰值） 残压（峰值） /kV /kV 不大于 50 不大于 50
配电用FS3-10
10
12.7
电站用FZ-10
旋转电机用磁 吹式FCD3-10
10
10
12.7
12.7
26
25
31
30
45
31
45
33
2、氧化锌阀式避雷器主要电气参数 MOA等同采用IEC标准命名参数，且大多没有间 隙，因此有些参数名称不同于SiC阀式避雷器，个别 参数同名不同义，有些参数测量方法不相同，应注意 区分。
二、避雷器的类别与特性
1、保护间隙与排气管式避雷器 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
1——主间隙 2——辅助间隙 3——绝缘子 4——被保护对象 5——保护间隙
各种形式的保护间隙产品
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
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 在各种规定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。 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。
工频 1mA 参考 电压 （有 效值） /kV
不小 于 14.5 24.5
陡波 8/20μs， 冲击 5kA雷电 电流 冲击电流 下残 下残压不 压不 大于 大于
（峰值）/kV 2.6 34.5 57.5 30 50
操作 冲击 流下 残压 不大 于
2ms 方波 冲击 电流 （峰 值） /A
50 25.5 42.5 75 75
设备耐压参数示例（电压互感器）
型号
JDZ-3 JDZ-6 JDZ-10
最高工作电压 (有效值)/kV
3.5 6.9 11.5
短时工频耐受电压/ (有效值1min)/kV
23 32 42
雷电冲击耐受电压 /(1.2/50μs峰值)/kV
40 60 75
JDZ-35
40.5
95
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。
• 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。 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。
波 头 陡 度 对 匝 间 绝 缘 的 威 胁
2、阀式避雷器 阀——可开、可关。 开：通流能力。 关：封闭能力。 1）结构：由阀片或阀片＋间隙串联组合而成。 SiC阀片：为非线性电阻。缺陷：关不严，在正 常工作电压作用下，会产生较大泄漏电流。 解决办法：串联间隙。 ZnO阀片：接近理想“阀”特性，可不串联间隙 。
• 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有危害。 学习本章的基本思路（与高压系统略有区别） 两大部分、三两个关联方——过电压，设备耐压 与外界安全允许电压。 过电压：加害者及加害强度。 设备耐压：变配电和用电设备的承受能力。 外界安全允许电压：电击防护、电火花防范等所 允许的电压。
（5）通流容量。与SiC避雷器概念相同，测试波 形和方法不同，可见产品样本。
避雷 避雷 系统 器持 器额 标称 续运 定电 型号 行电 电压 压 Y15W压 （有效值）/kV 0.5/2.6 7.6/30 12.7/50 0.38 6 10 0.5 7.6 12.7 0.42 4 6.6
直流 1mA 参考 电压 /kV 不小 于 1.2 15 25
（1）额定电压。避雷器吸收规定的过电压能量（ 而不致发生热崩溃）之前所允许短时加在避雷器上的 最高电压。 避雷器可能在轻度工频过电压情况下承受雷电过 电压 。如小接地系统发生单相接地时，相地电压已升 高为线电压，避雷器的热承受力已经下降，此时释放 雷电过电压能量的能力降低，额定电压就限定了这种 能力降低的程度。 MOA不能在额定电压下长期工作！
第二节 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。 怎么办——保护。 避雷器：典型保护器件。 原理：先于被保护设备被击穿，限制过电压量值 并释放能量。
一、避雷器的工作原理 理想避雷器：压控非线性阻抗，低压下阻抗无穷 大，高压下阻抗为零，一个明确的导通点。
（2）最大持续运行电压。避雷器能长期承受的最 高电压。 这是与避雷器寿命相关联的一个参数。 电压高→泄漏电流大→发热大→温度高→寿命短 寿命定→温度限→发热限→泄漏电流限→电压限 避雷器多安装于系统电源端，因电压调整等原因 ，电源端运行电压可能长期高于标称电压。该参数正 是表明了避雷器长期承受这种偏高的运行电压的能力 。
（3）起始动作电压U1mA。超过这个电压，避雷 器将快速进入导通状态。这个电压所对应的泄漏电流 大致为1mA。 该电压类似于SiC避雷器的放电电压，它们都表 示避雷器由截至变为导通的临界点，但MOA没有间 隙，不存在放电问题，因此用动作电压表征。
（4）残压。与SiC避雷器类同，分三种情况。 1）雷电冲击下残压：8μs/25μs、峰值5kA电流作 用下的阀片电压。 2）操作冲击下残压：30～100μs/60～200μs、峰 值0.5kA、1kA、2kA电流作用下的阀片电压。 MOA可用作内部过电压防护，因此需考察这一参 数。 3）陡波冲击下的残压：1μs/5μs、峰值5kA电流作 用下的阀片电压。
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。