过电压及防护 ppt课件
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《过电压保护》PPT课件
特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。 防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
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8
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
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8
3．操作过电压
操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
1.掌握继电保护基本要求。
2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电 容器）保护的配置及作用、保护原理。
3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。
4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基 本要求。
5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
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4
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压
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9
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
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10
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
过电压与防雷
雷电过电压的Biblioteka 种基本形式：(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通 过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲 和闪络放电。
(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或 其他物体的静电感应所产生的过电压。 雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引起 的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据 统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予以足 够的重视。 2、雷电的形成及概念 1）雷电的形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现 象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
第四节 过电压与防雷
一、过电压及雷电
1、过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求 的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1）内部过电压 内部过电压是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统的
工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁振荡而引起的过电压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。内部过电压一般不会超
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感 应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电场强度达到 25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷 电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈 的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8—26所示。
过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不 是很大。
高电压技术第4章_电力系统大气过电压及防护
主放电时，通道突发地明亮，发生巨大的雷响，沿着雷电流通道流 过很大的雷电流，且由于电流突然增加，使被雷击点周围的磁场发 生很大变化。这就是主放电过程会造成雷电放电具有最大的破坏作 用的原因.
3．余辉放电阶段
主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地，形成 余辉放电。与余辉放电阶段相对应的电流是逐渐衰减的，约为1000— 10A，持续时间较长，约为几ms。
lg P IL 108
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
平均雷暴日小于20的一般地区，雷电活动较弱，雷电流幅值概率：
lgP IL 54
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
例： 当IL =100kA时，P=11.9%。表明每100次雷电中，大约有12次雷电 流超过100kA。
放电间隙中的新通道好似一个良导体把大地电位带到初始主放电通道 的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留 在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始主放 电通道上端与原先导通道下端的交界处出现了极大的场强，形成强烈的 游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说 主放电是从地面向云发展的。
1.雷电先导放电过程： 雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最 主要的方向决定于最大电场强度。
（1）雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云 中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高 空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体 的影响。
1.雷电先导放电过程： （2）雷雨云下面的地面和地面建筑物受雷云电荷的静电感应，产生 出与雷电异号的电荷，并使各地面建筑物表面的电场强度增强。当下 行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场 开始被地面建筑物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强 度方向发展。
3．余辉放电阶段
主放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地，形成 余辉放电。与余辉放电阶段相对应的电流是逐渐衰减的，约为1000— 10A，持续时间较长，约为几ms。
lg P IL 108
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
平均雷暴日小于20的一般地区，雷电活动较弱，雷电流幅值概率：
lgP IL 54
IL雷电流幅值，KA P雷电流超过IL 的概率
3. 雷电流的幅值
例： 当IL =100kA时，P=11.9%。表明每100次雷电中，大约有12次雷电 流超过100kA。
放电间隙中的新通道好似一个良导体把大地电位带到初始主放电通道 的上端，使该处的电位接近于大地，而先导通道其余部分中的电荷仍留 在原处未变，这些先导电荷所造成的电场也未变，这样，就在初始主放 电通道上端与原先导通道下端的交界处出现了极大的场强，形成强烈的 游离，也就是说将该段先导通道改变成更高电导的主放电通道，所以说 主放电是从地面向云发展的。
1.雷电先导放电过程： 雷电先导放电的路径服从于统计规律，在所有可能放电的方向中，最 主要的方向决定于最大电场强度。
（1）雷雨云中的电荷积集到一定密度，首先从云 中某处产生空气的电离而形成下行先导流注，高 空先导流注放电的方向是随机的，不受地面物体 的影响。
1.雷电先导放电过程： （2）雷雨云下面的地面和地面建筑物受雷云电荷的静电感应，产生 出与雷电异号的电荷，并使各地面建筑物表面的电场强度增强。当下 行先导流注发展到某种高度，即所谓雷电定位高度H1处时，大气电场 开始被地面建筑物感应电场所歪曲，雷电先导向歪曲后的最大电场强 度方向发展。
内部过电压防护—电弧接地过电压(高电压技术课件)
二、电弧接地过电压发展过程
过电压发展过程图
1（3）t=t3 时刻
• 燃弧后过电压最大幅值=2稳态值-初始 值
uA(t3-)= 0
uB(t3-)= -3.5Uxg
u
C(
t
3
)
=
-3.5Uxg
二、电弧接地过电压发展过程
故障相
第一次熄弧
健全相
电弧重燃
• 在t3以后，每隔半个周期交替出 现电弧的熄灭与重燃；
仅存在于中性点不接地的系统。
一、影响因素
断续电弧接地过 电压的影响
实际电网中，断续电弧接地过电压倍数一般小于3.1，这种过电压 对正常绝缘的电气设备一般危害不大，但其遍及全电网，对系统内 绝缘较差的设备、线路上的绝缘薄弱点，以及在恶劣的环境下，可 能造成设备损坏和大面积停电。
中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流)较大，接地点电弧将不 能自熄，而以断续电弧（断续地熄灭和重燃）的形式存在，就会产生
另一种严重的操作过电压一断续电弧接地过电压
一、电弧接地过电压概述
产生电弧接地过电压的原因
电弧接地过电压的特点
危害
接地点产生接地电弧，并在其 中流过非故障相的电流，这种
电容电流在6～10kV系统 (>30A)、35～60kV系统 (>10A)中难以自行熄灭。由于 电弧不稳定(间歇性电弧)，引 起系统强烈的电磁振荡过程， 系统中性点发生偏移，产生电
二、电弧接地过电压发展过程
过电压发展过程图
1（3）t=t3 时刻
• A相电压再次达到最大值，可能再次燃 弧。
燃弧前 uA(t3-)= 2.0Uxg 燃弧后 uA(t3+)= 0
燃弧前 uB(t3-)= 0.5Uxg 燃弧后 uB(t3+)= -1.5Uxg
内部过电压防护—空载线路过电压(高电压技术课件)
空载线 的合闸
正常合闸 自动重合闸
产生操作过 电压
合闸过电压
注意： 由于两者的初始条件不同，重合闸过电压是合闸过电压中最 严重的一种
二、 正常合闸过电压的发展过程
线路电压的初始值为零
正常合闸时，若三相接线完全对称，且三相断路器完全
同步动作，则可按照单相电路进行分析研究在图(a)所
示的等值电路中，其中空载线路用一T型等值电路来代
2、断路器性能
断路器触头重燃 、熄弧具有明显的随机性
(1)分闸时，不一定每次都重 燃，即使重燃也不一定在电 源到达最大值并与线路残压 极性相反时发生。如果重燃 提前发生，振荡振幅和相应 的过电压随之降低
当重燃在断 弧后的1/4 工频周期内 产生，则不 会引起过电 压
(2)熄弧不一定在高频电流第一次过 零时发生，在第二次过零或更后的 时间才被切断，线路上残余电压大 大降低，断路器触头间的恢复电压 和重燃过电压都大大减小
三、限制措施
装设并联合闸电阻的作用原理
并联合闸电阻 应先合辅助触头2、后合主触头1
在合辅助触头2的第一阶段，R对振荡起阻 尼作用，使过渡过程中的过电压最大值有所 降低，R越大、阻尼作用越大、过电压就越
小，所以希望选用较大的阻值；
大约经过8～15ms，开始合闸的第二阶段， 主触头1闭合，将R短接，使线路直接与电源 相连，完成合闸操作。在第二阶段，R值越 大，过电压也越大，所以希望选用较小的阻
8.2.1分闸过电压
8.2.1.1过电压发展过程
一、空载线路分闸过电压概念
切除空载过电 压是电力系统 中常见的操作
之一
因断路器分闸 过程中的重燃 现象产生过电
压
切除空载线路 时引起的操作 过电压幅值大， 持续时间长
过电压技术及防范措施
内过电压—操作过电压
操作过电压
电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压。常见的 操作过电压有以下几种。
①空载线路合闸与重合闸过电压：输电线路具有电感和电容性质。空载线路 合闸时简化的等值电路原理如图2所示。
图2中L为电源和线路的等值电感，C为线路的等值电容,e（t）为交流电源。
当开关 K突然合上时，在回路中会发生以角频率
增大谐振回路的阻尼是限制谐振过电压的主要措施。还应力求从系统运 行方式上避免可能发生的谐振过电压。
谢谢各位专家
工频过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程 以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。暂时过电压主要是工 频振荡，持续时间较长，衰减过程较慢，故又称工频电压升高。常见的暂时 过电压有以下几种。 ①空载长线电容效应（费兰梯效应）：输电线路具有电感、电容等分布参数 特性。在工频电源作用下，远距离空载线路由于电容效应逐步积累，使沿线 电压分布不相等，末端电压最高。线路首端电压U1与末端电压U2的关系为
过电压技术及防范措施
内过电压—谐振过电压
②铁磁谐振过电压：谐振回路中的电感元件因铁心的磁饱和现象，使电感参数 随电流（磁通）而变化，成为非线性电感。例如，电磁式电压互感器就是这种 元件。非线性电感与电容串联而激发起的一种谐振现象称为铁磁谐振，它会使 电气设备出现过电压。由于发生铁磁谐振回路中的电感不是常数，回路的谐振 频率也不是单一值。同一回路既可能产生工频的基波谐振，又可能产生高次谐 波（如2、 3、5次谐波）或分谐波（如1/2、1/3、1/5次谐波）谐振。
针对过电压的起因，电力系统必须采取防护措施以限制过电压幅值。 如安装避雷线、避雷器、电抗器，开关触头加并联电阻等，以合理实 施绝缘配合，确保电力系统安全运行。
操作过电压
电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压。常见的 操作过电压有以下几种。
①空载线路合闸与重合闸过电压：输电线路具有电感和电容性质。空载线路 合闸时简化的等值电路原理如图2所示。
图2中L为电源和线路的等值电感，C为线路的等值电容,e（t）为交流电源。
当开关 K突然合上时，在回路中会发生以角频率
增大谐振回路的阻尼是限制谐振过电压的主要措施。还应力求从系统运 行方式上避免可能发生的谐振过电压。
谢谢各位专家
工频过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程 以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压。暂时过电压主要是工 频振荡，持续时间较长，衰减过程较慢，故又称工频电压升高。常见的暂时 过电压有以下几种。 ①空载长线电容效应（费兰梯效应）：输电线路具有电感、电容等分布参数 特性。在工频电源作用下，远距离空载线路由于电容效应逐步积累，使沿线 电压分布不相等，末端电压最高。线路首端电压U1与末端电压U2的关系为
过电压技术及防范措施
内过电压—谐振过电压
②铁磁谐振过电压：谐振回路中的电感元件因铁心的磁饱和现象，使电感参数 随电流（磁通）而变化，成为非线性电感。例如，电磁式电压互感器就是这种 元件。非线性电感与电容串联而激发起的一种谐振现象称为铁磁谐振，它会使 电气设备出现过电压。由于发生铁磁谐振回路中的电感不是常数，回路的谐振 频率也不是单一值。同一回路既可能产生工频的基波谐振，又可能产生高次谐 波（如2、 3、5次谐波）或分谐波（如1/2、1/3、1/5次谐波）谐振。
针对过电压的起因，电力系统必须采取防护措施以限制过电压幅值。 如安装避雷线、避雷器、电抗器，开关触头加并联电阻等，以合理实 施绝缘配合，确保电力系统安全运行。
电力设备过电压防护与接地
1.1.2中性点不接地
A
B C
•
IK
•
EC
•
IK
UB'
UK 0 UA'
•
•
EB EA
a单相接地的电流回路
b相量图
图7-3 发生单相接地的中性点直接接地系统
非故障相对地电压值升高 3 倍，变为线电压。中性 点处的电压由0升高到相电压。设备的相对地绝缘要按线电 压来考虑，从而提高了设备的绝缘成本。
接地故障系数定义：在三相系统的选定地点(通常为设备 的安装地点)以及给定的系统结构，接地故障(系统中任一 点发生的单相或多相接地故障)时，健全相的最高相对地 工频电压有效值与该选定地点无故障时的相对地工频电压 有效值之比。
6000
6000
图7-1典型的多接地极接地网
为加强对雷电流的散流作用、降低对地电位，发电厂 和变电站中还装设集中接地装置。
防雷接地装置可采用垂直接
地极，作为避雷针、避雷线和 避雷器附近加强集中接地和散 泄雷电流之用，一般敷设3～5 根垂直接地极。在土壤电阻率 较高的地区，则敷设3～5根放 射形水平接地极。
消弧线圈补偿网络和传递过电压的线性谐振；线路断 线和电磁式电容器饱和引起的铁磁谐振及发电机同步或异 步自励磁引起的参数谐振。 防止谐振过电压的措施：
对消弧线圈采用过补偿方式，超高压线路并联电抗器 的中性点串小电抗，选用不发生非全相拒动的断路器，电 磁式电压互感器中性点接阻尼电阻或防谐装置等。同时可 通过安排合理的运行方式和操作程序来减少谐振过电压。
自然接地极：直接与大地相接触的各种金属构件、金 属井管、钢筋混凝土建(构)筑物的基础、金属管道和 设备等。
发电厂和变电站中的地，通常是
预先埋设在地下，由垂直和水平接地 极组成的大型水平地网(称为接地网 或复合接地极)，其主要作用是电力 设备的泄流和均压。
过电压保护ppt课件
想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
过电压保护
二、过电压的分类 直接雷击过电压 雷电反击过电压 雷电过电压 感应雷过电压 雷侵入波过电压 过电压 工频过电压 谐振过电压 内部过电压 操作过电压
线性谐振 非线性谐振 参数谐振 切、合空载长线路
切、合空载变压器
开断感应电动机 开断关联电容器 弧光接地
三、雷电过电压
1、雷电放电 雷电放电是雷云所引起 的放电现象。如果放电时 附近没有带异号电荷的其 他雷云，这时雷云就会对 地放电，特别是对地面上 的高大树木或建筑物放电。
例如：切除空载线路过电压 （断路器灭弧很强，截流过电压）
在电流波形瞬时值未达到零点之前， 就强行将电流截断，如果分断的又是电 感性负载，如高压电动机、变压器等设 备，则有可能发生截流过电压。因为电 流的突然变化，电感性负载设备磁路中 磁通量跟着发生突变，根据电磁感应原 理，将会产生很高的感应电动势，从而 发生过电压。
例如：切除空载线路过电压（断路器灭弧不
够强时）
切空线操作是常见的一种操作，如检修线路断路器触 头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速度超过了 介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在线路上出 现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率越大，过 电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长（0.5－1个周 期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑过电压时，主要 以切空线过电压为依据。
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
为什么要在间隙两端并联电阻：
内部过电压防护—谐振过电压(高电压技术课件)
如此循环，电流依次递增
i5 2i3 2i1 i6 2i4 4i1
经过电磁振荡，不断把机械能转化为电磁 能，回路中能量愈积愈多，电感电流和电 容电压越来越大。
三、参数谐振特点
1.谐振所需的能量由改变参数的原动机所供给，不需 要单独的电源电压。一般只要有一定的剩磁或电 容中具有很小的残余电荷，就可以使谐振得到发 展。
为磁能，根据能量守恒定理，电流升至
1 2
L1i32
L1i12 ，i3
2 i1
2
t=t3，电感突变(L1L2)，磁链不能突变，电流发生
突变至2 2 ，储能为4W1
W3
1 2
L2i42
4 L1i12 2
4W1
二、参数谐振发展过程
t=t4，电感突变(L2L1)，电流过零时电容端电 压为
U 2 2W1 / C
二、线性谐振过电压防护
3、限制线性谐振过电压的措施 （1） 使回路脱离谐振状态 （2） 增加回路的损耗
8.4.1谐振过电压原理及防护
8.4.1.3铁磁谐振过电压防护
一、铁磁谐振过电压的概念
概念
电路中的电感元件因带有铁
芯，会产生饱和现象，这种
含有非线性电感元件的电路， 在满足一定条件时，会发生
分类
.
铁磁谐振，铁磁谐振又称为
非线性谐振 。
基波谐振-谐振频率等 于工频的工频谐振
高次谐波谐振-谐振频 率可能等于工频的整数 倍（2、3、5倍等）
多次谐波谐振-谐振频率 可能等于工频的分数倍 （1/2、1/3、1/5、2/3、 3/5倍等）
二、铁磁谐振产生的过程
带有铁芯电感的非线性电路
忽略回路中能量损耗（设电路中 R=0），则
一、谐振过电压的特点及分类
i5 2i3 2i1 i6 2i4 4i1
经过电磁振荡，不断把机械能转化为电磁 能，回路中能量愈积愈多，电感电流和电 容电压越来越大。
三、参数谐振特点
1.谐振所需的能量由改变参数的原动机所供给，不需 要单独的电源电压。一般只要有一定的剩磁或电 容中具有很小的残余电荷，就可以使谐振得到发 展。
为磁能，根据能量守恒定理，电流升至
1 2
L1i32
L1i12 ，i3
2 i1
2
t=t3，电感突变(L1L2)，磁链不能突变，电流发生
突变至2 2 ，储能为4W1
W3
1 2
L2i42
4 L1i12 2
4W1
二、参数谐振发展过程
t=t4，电感突变(L2L1)，电流过零时电容端电 压为
U 2 2W1 / C
二、线性谐振过电压防护
3、限制线性谐振过电压的措施 （1） 使回路脱离谐振状态 （2） 增加回路的损耗
8.4.1谐振过电压原理及防护
8.4.1.3铁磁谐振过电压防护
一、铁磁谐振过电压的概念
概念
电路中的电感元件因带有铁
芯，会产生饱和现象，这种
含有非线性电感元件的电路， 在满足一定条件时，会发生
分类
.
铁磁谐振，铁磁谐振又称为
非线性谐振 。
基波谐振-谐振频率等 于工频的工频谐振
高次谐波谐振-谐振频 率可能等于工频的整数 倍（2、3、5倍等）
多次谐波谐振-谐振频率 可能等于工频的分数倍 （1/2、1/3、1/5、2/3、 3/5倍等）
二、铁磁谐振产生的过程
带有铁芯电感的非线性电路
忽略回路中能量损耗（设电路中 R=0），则
一、谐振过电压的特点及分类
《电力系统过电压》课件
设备绝缘损坏
设备损坏
过电压可能导致设备绝缘层击穿，引 发短路或设备故障。
过高的过电压可能导致设备直接损坏 ，造成经济损失。
设备性能下降
过电压可能使设备性能参数发生变化 ，导致设备运行不稳定。
对系统的危害
系统稳定性受影响
过电压可能引起系统电压波动， 影响电力系统的稳定运行。
设备连锁跳闸
过电压可能导致连锁跳闸，影响整 个系统的供电可靠性。
案例二：某变电站操作过电压事故
总结词
操作过电压事故
案例分析
操作人员未按照规程进行操作 ，导致断路器断口电容放电， 产生过电压。
详细描述
某变电站在进行倒闸操作时， 因操作不当引发过电压事故。
解决方案
加强操作人员的培训和管理， 确保严格按照规程进行操作，
并定期检查和维护设备。
案例三：某输电线路内部过电压事故
调度管理
合理调度和管理电力系统的运行，避免因操作不当或调度失误引 起的过电压问题。
人员培训
培训计划
制定详细的培训计划，对电力系统的工作人员进行定期培训，提高 他们的技能和知识水平。
培训内容
培训内容应包括电力系统的基本知识、过电压的危害及预防措施、 应急处理等方面的知识和技能。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时发现并改进培训中的不足之处，确保工作 人员具备足够的技能和知识来应对过电压问题。
继电保护
02
继电保护是电力系统中的重要组成部分，当系统出现异常时，
继电保护能够迅速切断故障部分，防止过电压的扩大。
系统监控
03
通过实时监测系统的运行状态，可以及时发现和解决潜在的问
题，从而避免过电压的发生。
04
《电力系统过电压》课件
• 加强设备绝缘，防止 过电压产生。
系统规划
• 合理设计电力系统结 构和拓扑，减少电力 系统的脆弱性。
• 良好的接地系统可以 减缓过电压对系统的 影响。
实时监测
• 使用过电压监测技术 和设备，实时监测电 力系统的电压波动。
• 快速响应过电压事件， 采取相应的措施避免 损失。
过电压监测技术
电压测量
通过电压测量装置实时监测电 力系统的电压波动和过电压情 况。
由闪电、雷电或线路故障等外部因素引起的过电 压。
内部过电压
由电力设备故障或操作失误等内部因素引起的过 电压。
过电压的原因
1 自然灾害
闪电、雷击和地震等自然灾害是造成过电压的常见原因。
2 设备故障
电力设备故障或过载可能导致电力系统出现过电压情况。
3 操作失误
不正确的操作或维护程序可能导致电力系统受到过电压的影响。
过电压的危害
1
设备损坏
过电压可能导致设备烧毁、损坏或失效，给企业和个人带来巨大损失。
2
停电
过电压可能导致电力系统中断，造成停电和生产中断。
3
电击危险
过电压可能对人员安全构成威胁，导致电击事故发生。
过电压的防护
设备保护
• 安装保护装置，如避 雷器和过压保护器， 以降低过电压对设备
• 的定期影维响护。和检查设备， 确保其正常运行。
《电力系统过电压》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将深入探讨电力系统过电压的不同方面，包括定义、 类型、原因、危害、防护以及监测技术。让我们一起了解这个重要而有趣的 主题。
电力系统过电压的定义
什么是过电压？
过电压是指电力系统中超过额定电压的瞬时电压波动或持续时间较长的电压峰值。
系统规划
• 合理设计电力系统结 构和拓扑，减少电力 系统的脆弱性。
• 良好的接地系统可以 减缓过电压对系统的 影响。
实时监测
• 使用过电压监测技术 和设备，实时监测电 力系统的电压波动。
• 快速响应过电压事件， 采取相应的措施避免 损失。
过电压监测技术
电压测量
通过电压测量装置实时监测电 力系统的电压波动和过电压情 况。
由闪电、雷电或线路故障等外部因素引起的过电 压。
内部过电压
由电力设备故障或操作失误等内部因素引起的过 电压。
过电压的原因
1 自然灾害
闪电、雷击和地震等自然灾害是造成过电压的常见原因。
2 设备故障
电力设备故障或过载可能导致电力系统出现过电压情况。
3 操作失误
不正确的操作或维护程序可能导致电力系统受到过电压的影响。
过电压的危害
1
设备损坏
过电压可能导致设备烧毁、损坏或失效，给企业和个人带来巨大损失。
2
停电
过电压可能导致电力系统中断，造成停电和生产中断。
3
电击危险
过电压可能对人员安全构成威胁，导致电击事故发生。
过电压的防护
设备保护
• 安装保护装置，如避 雷器和过压保护器， 以降低过电压对设备
• 的定期影维响护。和检查设备， 确保其正常运行。
《电力系统过电压》PPT 课件
在这个PPT课件中，我们将深入探讨电力系统过电压的不同方面，包括定义、 类型、原因、危害、防护以及监测技术。让我们一起了解这个重要而有趣的 主题。
电力系统过电压的定义
什么是过电压？
过电压是指电力系统中超过额定电压的瞬时电压波动或持续时间较长的电压峰值。
过电压和过电位课件
在电力系统中，操作开关、断路器等 设备时，如果操作不当或设备故障， 可能导致过电压的产生。
CHAPTER
过电位概述
过电位的定义
过电位的定义
总结
过电位是电极电位偏离平衡态的现象， 通常是由于电极反应动力学缓慢或传 质、热力学等因素引起的。
过电位的分类
活化过电位
浓差过电位
过电位的分类
电阻过电位 总结
坏，甚至引发火灾。
数据丢失
安全风险
系统瘫痪
过电压可能导致计算机 硬件损坏，从而丢失数
据或导致系统崩溃。
过电压可能对人体造成 电击伤害，甚至危及生命。
过电压可能导致整个电 力系统瘫痪，影响生产
和生活。
过电压防护措施
安装避雷器
接地措施
使用不间断电源（UPS） 定期维护检查
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过电压防护设备
01
避雷器
02
01
案例描述
02
设计要点
03
结论
WATCHING
线停工。
原因分析
过电压是由于电力系统中的雷电 侵入或开关操作等引起的。该工 厂的设备接地不良，未能有效泄
放雷电流，导致过电压产生。
解决方案
对工厂的接地系统进行全面检测 和整改，加强设备的过电压防护
措施，如安装避雷器等。
案例二：某变电站过电位事故分析
事故描述 原因分析 解决方案
案例三：某电子设备过电压和过电位防护设计
内部过电压是由于操作失误、 故障等原因引起的过电压，包 括操作过电压、工频过电压和 谐振过电压等。
过电压产生的原因
雷击
雷击是引起外部过电压的主要原因之 一，当雷击发生时，电流通过避雷系 统进入大地，由于电磁感应作用，在 导线上产生过电压。
过电压及其防护
2、管道等构筑物防电磁感应雷的措施：将平行敷设且其间净距 不到100 mm金属物(如金属管道、电缆金属外皮等)每隔20～ 30 m用金属线跨接起来。如交叉敷设，当交叉者净距小于 100mm或管道接头处不能保持良好的金属接触时，交叉处或连 接处也须用金属线跨接起来。
一、大气过电压及其防护 （一）直击雷过电压的防护 （二）感应雷过电压的防护
（三）电力电容器的过电压保护
1、电容器对加在它两端的电压是很敏感。原因：电力电容器的 容量与电压的平方成正比。
2、什么情况下需要对电容器进行过电压保护：当电网 电压可能超过电容器额定电压的10％时，宜装设过 电压保护，原因：电容器额定电压通常比电网电压 高10％ （四）大电感线圈的过电压保护
1、大电感线圈产生过电压的原因：当切断直流电机的励磁绕组 以及其他大电感线圈时，由于磁场能量不能突变，会在线圈 两端出现过电压。
一、大气过电压及其防护
雷电的形成录像 雷电危害录像 分类：直击雷过电压、感应雷过电压和雷电侵入波三种。
（一）直击雷过电压的防护 直接雷的防护录像
1、定义：指雷云直接对线路或电气设备放电时，雷电流在被击物 阻抗(包括接地电阻)上产生的电压降。 2、直击雷过电压危害：由于雷电流高达数万乃至数十万安，直击 雷过电压可达数千千伏。如此高的电压将可能击穿线路或设备的 绝缘，如此大的电流将使被击物体剧烈发热甚至燃烧。因此，必 须采取有效的防护措施。
3、防止直击雷过电压侵害的办法：是装设避雷针、避雷 线、避雷网和避雷带。 4、避雷针、避雷线、避雷网和避雷带的组成：接闪器、 接地引下线和接地装置，所不同的只是接闪器的形状各异而
分别给予针、线、网、带的名称。 5、避雷针适用于：保护集中的物体，如建筑物、构筑物及露天的 电力设施； 避雷线适用于：保护狭长的物体，如架空电力线路； 避雷网和避雷带主要用于：建筑物的防雷。
一、大气过电压及其防护 （一）直击雷过电压的防护 （二）感应雷过电压的防护
（三）电力电容器的过电压保护
1、电容器对加在它两端的电压是很敏感。原因：电力电容器的 容量与电压的平方成正比。
2、什么情况下需要对电容器进行过电压保护：当电网 电压可能超过电容器额定电压的10％时，宜装设过 电压保护，原因：电容器额定电压通常比电网电压 高10％ （四）大电感线圈的过电压保护
1、大电感线圈产生过电压的原因：当切断直流电机的励磁绕组 以及其他大电感线圈时，由于磁场能量不能突变，会在线圈 两端出现过电压。
一、大气过电压及其防护
雷电的形成录像 雷电危害录像 分类：直击雷过电压、感应雷过电压和雷电侵入波三种。
（一）直击雷过电压的防护 直接雷的防护录像
1、定义：指雷云直接对线路或电气设备放电时，雷电流在被击物 阻抗(包括接地电阻)上产生的电压降。 2、直击雷过电压危害：由于雷电流高达数万乃至数十万安，直击 雷过电压可达数千千伏。如此高的电压将可能击穿线路或设备的 绝缘，如此大的电流将使被击物体剧烈发热甚至燃烧。因此，必 须采取有效的防护措施。
3、防止直击雷过电压侵害的办法：是装设避雷针、避雷 线、避雷网和避雷带。 4、避雷针、避雷线、避雷网和避雷带的组成：接闪器、 接地引下线和接地装置，所不同的只是接闪器的形状各异而
分别给予针、线、网、带的名称。 5、避雷针适用于：保护集中的物体，如建筑物、构筑物及露天的 电力设施； 避雷线适用于：保护狭长的物体，如架空电力线路； 避雷网和避雷带主要用于：建筑物的防雷。
高电压技术课件 第七章 第二篇 电力系统过电压及保护
2
z2
z1 电压反射系数，1
1
z1 z2
1
以上电压波的折射反射系数也适用于线路末
端接有不同集中负载的情况。
19
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
z1 z2
即折射电压波大于 入射电压波，反射 电压波为正。
20
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
Z1
U1q
A
Z1
Z1
折射系数=2/3，反射系数=－1/3
相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线 路
28
二、集中参数等值电路（彼得逊法则）
把分布参数的电路用集中参数的电路表示， 这个计算折射波的等值电路法则称为彼得逊法则 。这个电路也称为彼得逊等值电路。
u2q
2Z 2 Z1 Z2
u1q
Z2 Z1 Z2
单根无损线
u
L0 dx
i t
u
u x
dx
i
C0 dx
u t
i
i x
dx
u x
L0
i t
i x
C0
u t
9
单根无损线
采用拉氏变换求解得：
u
uq
(t
x
)
u
f
(t
x
)
i
iq
(t
x
)
i
f
(t
x
)
简化表示为
iq
(tΒιβλιοθήκη x) v1 zuq
(t
x) v
u uq u f i iq i f uq ziq u f zi f
电力系统过电压及其保护 PPT
例2：t=0时刻，A点有 一个幅值为50kV的
无限长直角波沿线 路传播， B点有一 个幅值为50kV、持 续时间1us的截断波 沿线路传播，A点、 B点距离O点都为 300米，问：1~4us， A、B、O三点的电 压分别是多少？
例3：t=0时刻，A点有一个 u=50t的无限长斜角波沿 线路传播， A点、B点距 离O点都为300米，问： 1~4us，A、B、O三点的 电压分别是多少？
例题
例1：两平行导线系统，若雷击于 避雷线（导线1），导线2对地绝 缘，则雷击时相当于有一很大的 电流注入导线1，此电流将引起电 压波u1自雷击点沿导线1向两侧运 动，试求导线2上的电压u2。
解：此系统可列出下列方程
u1=z11i1+z12i2
u2=z21i1+z22i2
因为导线2对地是绝缘的，故i2=0,于是得：
§4.2行波的折、反射
电力系统中常会遇到具有分布参数的长线与另一条具有不同波阻 抗的长线或集中阻抗相连的情况。例如在一条架空线与一条电缆 相连接的情况下，波从一条线路向另一条线路传播时，在节点处 会产生波的折射和反射。
设U1q，i1q是沿线路1传播的前行电压波设和电流波；U2q，i2q是前行波 到达节点发生折射后传到线路2上的前行电压波和电流波；U1f，i1f是前 行波在节点处发生反射后沿线路1返回的反行电压波和反行电流波。
解：因为3、4、5是对地绝缘 的，故i3=i4=i5=0,可得方程
u1=z11i1+z12i2 u2=z21i1+z22i2 u3=z31i1+z32i2 u4=z41i1+z42i2 u5=z51i1+z52i2 由于两根避雷线是对称的，故u1=u2,i1=i2,z11=z22, 于是导线3与避雷线之间的耦合系数是
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dq udC uC0dx
dq dC
dx
充电电流 i dt u dt uC0 dt
(1)
16
第七章 过电压及防护
充电电流
dq dC dx i dt u dt uC0 dt
(1)
行波前进了dx距离， 磁通的增加量：
d idL iL0dx
d dL
dx
u
6000km (20ms)
13
第七章 过电压及防护
波沿均匀无损单导线传播示意图 u,i
t=0
E
x
t=0
L0dx
L0dx
L0dx
E
C0dx
C0dx
C0dx
C0dx
14
第七章 过电压及防护
一、波沿均匀无损单导线的传播
1. 均匀无损单导线系统的波阻抗： 线路各点电气参数完全一样； 线路无能量损耗（R0=0，G0=0） 单元等值电路：
t
8
第七章 过电压及防护
(2) 等值斜角平顶波
i I
0 T1
t
i at(t T1) i aT1 I (t T1)
9
第七章 过电压及防护
(3) 等值半余弦波
i
I
0.5I
0 T1
t
i I (1 cost)
2
T1
10
第七章 过电压及防护
第二节 雷电冲击波 沿导线的传播
L0dx C0dx
L0dx C0dx
L0dx
15
第七章 过电压及防护
x
L0 dx C0dx
dx
i
L0 dx
u C0dx
i i dx x
L0 dx
u u dx x
设dt时间内，行波前进了dx距离，则长度为dx的线路被充电，充电电 容为Codx，使其电位为U，在这段时间内，导线获得的电荷为：
rr
对架空线： v 3108 (m / s) c
对油纸绝缘电缆： r 1,r 4,
v 0.5c
18
第七章 过电压及防护
波阻抗： Z u L0
i
C0
是表征分布参数电路特点的最重要的参数，它是储能元件，表示 导线周围介质获得电磁能的大小，具有阻抗的量纲，其值决定于 单位长度导线的电感和电容，与线路长度无关。
二、雷电参数
1. 雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数(30-40)。 雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数(100)。
地面落雷密度( ) : 每平方公里地面在一个雷暴日
中受到的平均雷击次数。
2. 通道波阻抗
Z0
Z0 300
4
第七章 过电压及防护
5
第七章 过电压及防护
3. 雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻（≤ 30W）的物 体时流过雷击点的电流。
主要有两大类：长线路和高频电压（如雷电冲击电压波）
12
第七章 过电压及防护
空气中波的传播速度为光速 c 300m / s
u
(1.2 / 5 0s ) 220kV线路的平均长度为200~250km
冲击波
冲击波波前在线路上的
分布长度只有360m 200km
Um
x, t
0 1500km
(5ms)
发现电代厂供电电气技部术分
第七章 过电压及防护
大气过电压 雷电冲击波沿导线的传播 防雷保护装置 变电所与线路的防雷 内部过电压 变电所保护接地
PPT课件
1
第七章 过电压及防护
第一节 大气过电压
2
第七章 过电压及防护
一、雷电放电过程
先导阶段、主放电和迎面流注阶段、余辉阶段。
3
第七章 过电压及防护
经验公式： I » 2 I 0
一般地区： lg P P
44
I—雷电流幅值（kA) I0—电流入射波（kA)
P—幅值大于I的雷电流 出现的概率
6
第七章 过电压及防护 4. 雷电流的波前时间 T1 、波长 T2 、陡度
实测表明：T1 :1 ~ 4s T2 : 20 ~100s
20
第七章 过电压及防护
2. 均匀无损单导线的波动方程：
u
i
x L0 t
i x
C0
u t
电压沿x方向的变化是由于电流在L0上的电感压降； 电流沿x方向的变化是由于在C0上分去了电容电流； 负号表示在x正方向上电压和电流都将减少。
u u1(x vt) u2 (x vt) u u
11
第七章 过电压及防护
a. 波过程的定义
在本课程中指电压波（或电流波）在输电线路、电缆、 变压器、电机等电力设备上的传播过程
b. 波过程的特点
电压、电流不但是时间t的函数，而且也是空间位置x 的函数，
需要用分布参数电路来分析。
u f (x,t)
c. 分布参数电路的应用范围
i f (x,t)
dt
i dt
iL0 dt
(2)
（1）× (2)
波速 v dx 1
dt
L0C0
（2）÷ (1)
波阻抗 Z u L0
i
C0
17
第七章 过电压及防护
由电磁场理论可知：
L0
0r 2
ln
2hc r
，C0
2 0r
ln 2hc
r
1
3108
∴ v
(m / s)
0r0 r
i
1 Z
[u1 (x vt) u2 (x vt)] i i
21
第七章 过电压及防护
u u1(x vt) —前行电压波（入射波）
u u2(x vt) —反行电压波（反射波）
我国在防雷设计中取 2.6/ 40s
波前的平均陡度： I (kA / s)
2.6
7
第七章 过电压及防护
5. 雷电流极性及计算波形 75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计中一般按负极性考虑。
常用计算波形：
i
I
(1) 双指数波
0.5I
i I0 (et et )
0 T1
T2
对单导线架空线，Z=500 左右，考虑电晕影响取400 左右，电 缆的波阻抗约为十几欧姆至几十不等。
电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电 场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游 离就会发生放电，形成电晕。
19
第七章 过电压及防护
比较波阻抗Z和R： 二者量纲相同，并且都和电源频率或 波形无关，可见波阻抗是阻性的； 波阻抗是一个比例常数，其数值只与导线单位长度的电感和电容有关， 与线路长度无关；而线路的电阻与线路长度成正比； 波阻抗是储能元件，它从电源吸收能量，以电磁波的形式沿导线向前 传播，能量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中；电阻是耗能元 件，它从电源吸收的能量转换成热能而散失。