电气安全第6章(第3版)

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。 常见类别
b）ZnO阀式避雷器 正常时，阀片泄漏电流很小，可认为可靠关断。 泄漏电流引起的阀片温升无热崩溃危险。 过电压到来时，导通度随电压升高而增大，即时 泄放过电压能量，在完全导通前已经衰减了过电压幅 值。 过电压过去后，阀片阻值增大，关断工频续流。
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。
（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。
பைடு நூலகம்
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。
（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）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。
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。
1——产气管 2——棒形电极 3——环形电极 4——排气孔 5——想导体 S1——内间隙 S2——外间隙
• 工频续流 过电压过去后，避雷器仍处于导通状态，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，造成停电事故；或避雷器本身会被 烧坏或爆炸。
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。
• 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。
电气安全
重庆大学电气工程学院 杨岳 2017年9月
第六章 供配电系统过电压及防护
第一节 过电压与设备耐压 第二节 避雷器 第三节 变配电所外部过电压防护 第四节低压系统故障引起的工频过电压及防护 第五节 高压系统故障引起的低压系统暂时过电压及防护 第六节 故障电压和应力电压的防护 第七章 高压系统技术条件与低压系统安全的关系讨论
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
• 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 。
（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。
（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。
（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
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
（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
a)
b)
a）保护间隙 b）管式避雷器 c）SiC阀式避雷器 d）ZnO阀式避雷器
1
2
1
2
c)
d)
三、阀式避雷器的主要参数 1、SiC避雷器的参数 （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。 用途：避雷器的工作电压应低于该电压。 （2）工频放电电压。使避雷器发生放电的最低 工频电压。有分散性，是一个范围。 用途：避雷器安装处的内部过电压不能高于该电 压下限。被保护设备工频耐压不应低于该电压上限。
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。
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
• 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。
• 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。 该电流过大，产气过多，会使排气管爆炸。 厂家对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。
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
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。