电力系统大气过电压及保护
电力系统过电压类型探析
电力系统过电压类型探析摘要：过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。
本文分析了电力系统过电压的两种类型。
希望本文的研究能为彻底解决电力系统过电压提供了依据。
关键词：电力系统过电压类型电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高现象称为电力系统过电压。
过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。
电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。
过电压分为以下两大类。
一、大气过电压大气过电压也称雷电过电压。
雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。
雷击引起暂态过电压通常可以通过电网线路传递或祸合到电网设备上，造成设备坏。
对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变电站到达变压器中性点，伴随产生变压器励磁电感与线路电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对变压器及其他电力设备造成威胁，甚至使绝缘损坏。
大气过电压一般分为两类，直击雷过电压和感应雷过电压。
1、直击雷过电压雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。
雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。
雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击，直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。
2、感应雷过电压雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。
感应雷过电压主要发生在架空输电线路上，感应雷过电压幅值约300-400kv，只对35kv及以下电压等级的电力系统绝缘强度有危险。
二、内部过电压在电力系统中，除了雷电过电压以外，还有另外一种类型过电压—内部过电压。
它的产生根源在电力系统内部，通常都是因为系统内部电磁能量的积聚和转换引起。
内部过电压可按其产生原因分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压。
电力系统过电压及其防护
电力系统过电压及其防护摘要：在电力系统运行中，由于种种原因，系统中某部分的电压可能升高，其数值大大超过设备的正常运行电压，这种现象称为过电压。
其后果是设备绝缘损坏，造成长时间的停电，危及人身及财物安全。
所以要加以对电力系统过电压及防护。
关键词：电力系统；内部过压；雷电过压一.电力系统过电压的概念通常情况下，电力系统处于正常的工作状态，系统的运行也正常，此时电气设备在额定的电压之下处于绝缘的状态，而一旦遭遇雷击或者由于操作不当、仪器发生故障或者参数配置不合理等原因，造成系统中的某区域的的局部电压升高而超出设备正常的运行范围称之为过电压。
这种过电压一般可以分为内部和大气这两种过电压，前者发生的原因主要是拉闸、合闸的操作，接地或者断线的事故以及其他的一些不可预料的细节问题，这些小问题可能引起电力系统的状态突然发生变化从而产生局部过高电压，造成整体系统的危害，内部过电压发生的跟本原因还是由于系统内的电磁能集聚和振荡所引的。
通常将系统内部的过电压划分为：暂态的过电压和操作过电压。
顾名思义发，操作过电压就是由于系统的操作故障或者失误时所引发的，主要的特点就是随机性较大。
后者的大气过电压通常被划分为感应雷击、直接雷以及侵入雷电波这三种过电压，这种过电压的特点就是持续的时间非常短，但是其冲击的能力非常强，对系统的伤害也比较大，破坏程度的强弱跟雷电活动的强度有非常紧密的关系，而与设备的电压等级关系不大，在220KV之下电气系统的整体绝缘水平主要是由防止大气的过电压所决定的。
二、内部电力系统过电压1.操作过电压内部过电压中操作过电压具有很大的随机性，这种情况的过电压在最糟糕的情况下其倍数相对较高，330Kv以及这之上的超高压的系统绝缘水平是由操作过电压决定的，其除了具有随机性的特点之外，还具有较高的幅值和高频的振荡，另外就是衰减较为迅速。
这种操作过电压产生的原因有很多，其中主要的包括了：第一，在将空载电路切除的过程中容易产生过电压，此时产生的原因主要是由于电弧的重燃和在线路上的残留的电压；第二，发生在空载电路合闸上的过电压主要是由于在合闸的过程中，由于瞬间的暂态中发生了回路上的高频振荡；第三，如果电网中的中性点没有接地，而恰巧单相金属接地的情况发生了，那么将会使得正常相的电压达到线电压。
电力系统过电压的危害及其防止对策
电力系统过电压的危害及其防止对策摘要：过电压对电力系统的危害性是很大的，对其进行深入分析并研究相应的对策，一直是广大电力工作人员关注的焦点。
故笔者结合多年工作经验，对电力系统常见的两种过电压防止措施进行了总结，以供参考。
关键词：过电压内部过电压大气过电压保护引言电力系统的电气设备在运行中除了承受工作电压外，还会遭到过电压的作用和侵害。
过电压的存在，它将使电力系统运行的电气设备绝缘受损，设备寿命缩短，甚至造成停电事故，摧毁电力设施。
因此，深入分析过电压对电力系统造成的危害，并采取各种措施对其进行预防对于保障电力系的安全稳定运行有着重要的的意义。
2、过电压对电力系统的危害过电压对电力系统的危害性是很大的，如内部过电压关系到电力系统中各种电气设备绝缘水平的选择，直接影响造价和投资。
如果没有适当的保护设施，万一引起设备事故，其后果更是不可设想，将有可能造成长时间停电或主要设备的严重损坏事故，损失将无法估计。
对电力系统来说，雷电的危害性就更大了，当电力系统遭到雷击时，有可能造成发电机、电力变压器、断路器和其它电气设备绝缘损坏，线路上的绝缘子也会因雷击而发生闪络或碎裂、导线烧断和木质电杆被雷劈裂等事故。
以上这些事故都将使电力系统长时间停电，给工农业生产造成巨大的损失，同时检修和更换损坏的设备亦需要花很大的人力和物力。
过电压防止对策为了保证电力系统发供电的安全，对内部过电压和大气过电压都必须采取相应的保护措施。
3.1 内部过电压的保护措施为了限制和降低切断空载线路时的过电压，可使用有并联电阻的断路器、磁吹避雷器或金属氧化物避雷器、并联电抗器、电压互感器以及自耦变压器。
以上这些措施可将切断空载线路时的过电压限制到2.5倍相电压以下。
切断电感负荷时的过电压，因其多为持续时间甚短的高频振荡波，对绝缘的作用与雷电冲击波相似，所以完全可以用磁吹避雷器或金属氧化物避雷器予以限制，必要时也可以用普通避雷器来限制。
装有并联电阻的断路器，也可以有效地限制切断电感负荷时产生的过电压。
电力系统大气过电压及保护
的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）
我国规程规定，对Td=40的地区，取
0.015 次/平方公里.雷电日
➢ 若一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h(h为线
路平均高度(m))，则输电线路年平均遭受雷击的次数：
10h
N
100 T
雷电放电类型
l－先导；r－主放电；v－发展方向
雷击时计算雷电流的等值电路
研 究 表 明：雷 电放电的
先导通道具有 分布参数
的 特 性， 可认 为它是一
个 具 有 电 感、 电容等均
匀分布参数的导电通道，
称 为 雷电通道 ， 其波阻
抗为Z0
雷电流波： i0 . L
流经被击物体的电流：
Z0
第四章
电力系统大气过电压及保护
雷电放电过程及雷电参数
雷电放电过程及雷电参数
雷电是自然中最宏伟壮观的现象也是最普遍的现象之一，
它对人类的生活环境、工作条件等都造成了很大的影响，
因此对雷电的研究和防护意义重大。
早在18世纪初，富兰克林等物理学家已经揭示了闪电就是
电的本质。例如著名的风筝实验，第一次向人们揭示了雷
6、雷电流的波前时间、陡度及波长
➢雷电流的波前时间T1处于1～4µs的范围内，平均为
2.6µs。波长T2处于20～100µs的范围内，多数为50µs
左右。
➢我国防雷设计采用2.6/50µs的波形；在绝缘的冲击
高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为
1.2/50µs
雷电流波前的平均陡度为
(kA/µs)
均占75～90%，对设备绝缘危害较大，防雷计算
中一般均按负极性考虑。
电力系统过电压分类和特点
电力系统过电压分类和特点电力系统过电压主要分以下几种类型：大气过电压、工频过电压、操作过电压、谐振过电压。
产生的原因及特点是：大气过电压：由直击雷引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。
因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。
工频过电压：由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长，过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。
操作过电压：由电网内开关操作引起，特点是具有随机性，但最不利情况下过电压倍数较高。
因此30KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。
谐振过电压:由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起,特点是过电压倍数高、持续时间长。
变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑？变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑？答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变.遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理.（1)变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地,计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。
当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。
（2）变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地.如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。
否则，按特殊运行方式处理。
（3）双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上,当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。
大气过电压与操作过电压的原因与预防措施
大气过电压与操作过电压的原因与防备措施有关大气过电压的产生原因，防止大气过电压，通常实行装设避雷针、避雷线、避雷器，合理提高线路绝缘水平，并介绍了操作过电压原因及防备措施，供大家参考。
大气过电压大气过电压：由直击雷或雷电感应蓦地加到电力系统中，使电气设备所承受的电压远远超过其额定值。
大气过电压可以分为直击雷过电压和感应雷过电压。
电力系统受到大气过电压后，可使输配电线路及电气设备的绝缘发生击穿或闪络，造成停电以致危害人的生命安全。
特点是持续时间短暂,冲击性强,与雷击活动强度有直接关系,与设备电压等级无关。
因此,220KV以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决议。
防止大气过电压，通常实行装设避雷针、避雷线、避雷器，合理提高线路绝缘水平，采纳自动重合闸装置等措施。
操作过电压操作过电压：由于操作（如断路器的合闸和分闸）、故障或其他原因，使系统参数蓦地变化，系统由一种状态转换为另一种状态，在此过渡过程中系统本身的电磁能振荡而产生的过电压。
特点是具有随机性,但最不利情况下过电压倍数较高。
操作过电压原因及防备措施:1、电网的操作过电压一般由下列原因引起A.线路合闸和重合闸；B.空载变压器和并联电抗器分闸；C.线路非对称故障分闸和振荡解列；D.空载线路分闸。
线路合闸和重合闸过电压对电网设备绝缘搭配有紧要影响，应采纳有合闸电阻的断路器对该过电压加以限制。
避雷器或过电压保护器可作为变电所电气设备操作过电压的后备保护装置，该避雷器同时是变电所的雷电过电压的保护装置。
设计时对A、C类过电压，应结合电网条件加以推测。
2、线路合闸和重合闸操作过电压空载线路合闸时，由于线路电感容的振荡将产生合闸过电压。
线路重合时，由于电源电势较高以及线路上残余电荷的存在，加剧了这一电磁振荡过程，使过电压进一步提高。
因此断路器应安装合闸电阻，以有效地降低合闸及重合闸过电压。
应按电网推测条件，求出空载线路合闸、单相重合闸和成功、非成功的三相重合闸（如运行中使用时）的过电压分布，求出包括线路受端的相对地及相间统计操作过电压。
电力系统过电压及其保护
操作过电压
在电力系统中进行操作（如开关操作 ）时产生的过电压。
操作过电压通常发生在电力系统的开 关操作过程中，如开关的开合、变压 器分接头的调整等。这些操作可能会 在系统中产生瞬态的电压波动。
工频过电压
由于电力系统的故障或其他原因导致的工频电压异常升高。
工频过电压通常是由于电力系统的故障，如线路短路、变压 器故障等，导致系统的工频电压异常升高。这种过电压可能 对电力设备和系统造成严重损坏。
限制过电压的措施需要根据具体情况进行选择和实施，以达到最佳的保 护效果。
05
案例分析
某地区电力系统过电压案例
案例背景
过电压类型
某地区电力系统在运行过程中多次发生过 电压现象，给电网安全带来严重威胁。
该案例涉及雷电过电压、操作过电压和暂 时过电压等多种类型。
案例经过
案例分析
在一次雷雨天气中，该地区电力系统受到 雷电过电压冲击，导致部分设备损坏，电 网运行受到影响。
03
过电压的危害
对设备的危害
设备损坏
过电压可能导致电气设备绝缘层 击穿，造成设备损坏或永久性故 障。
降低设备寿命
频繁的过电压冲击会加速设备老 化，缩短设备使用寿命。
对运行的影响
电力中断
过电压可能引起保护装置动作，导致 大面积停电或电力供应中断。
稳定性问题
过电压可能影响电力系统的稳定性， 增加系统振荡和崩溃的风险。
绝缘配合的目的是提高设备的绝缘水平，降低设备损坏的风险，同时减少维修和更 换设备的成本。
限制过电压的其他措施
除了避雷器和绝缘配合外，还可以采取其他措施来限制过电压，如改善 接地系统、加强设备维护和检修等。
改善接地系统可以降低雷电和操作过电压对设备的影响，提高设备的耐 压能力。加强设备维护和检修可以及时发现和处理设备存在的隐患和缺 陷，避免设备在运行过程中发生故障。
过电压保护
（二）防雷保护常用方法有： 1、利用避雷线 2、装设管型避雷器或间隙 3、加强线路绝缘和利用自动重合闸 4、装设消弧线圈
（二）大气过电压 又叫外部过电压。它是由于雷电放电而引起的过电压，所以又叫雷电过电压。 雷电过电压又分为直击雷过电压和感应雷过电压。
二
雷电日和雷电小时
雷电活动强度在不同地区是不同的，为了便于记录统计，规定了统计表示雷电活动的标 准，常用“雷电日”来表示。
雷电日：在一天24h内，如果发生了雷电现象，不管其雷点击次数为多少都算作一个雷 电日。一年内的雷电日总数就是年雷电日。
雷电小时：在一个雷电日中，可能有不同的雷电此数，故比较确切的指标是雷电小时数， 即在一个小时内，只要听见一次雷声，无论多少次，均算作一个雷电小时。 多雷区和少雷区：雷电日时电力系统及其它设备的防雷设计中，计算年平均遭受雷电侵 扰次数的主要参数。 少雷区：年平均雷电日数不超过15的地区。 多雷区：年平均雷电日数超过40的地区。
（一）内部过电压 内部过电压分为两类。一类在操作或故障时的过渡过程中所产生的过电压。如切、合空 载线路或空载变压器所产生的过电压以及在中性点不接地的电网中，单相弧光接地过电 压。这类过电压叫操作过电压，持续时间较短。另一类是在某些操作或故障后所形成的 回路中由于感应和电容相等而产生的谐振过电压，叫谐振过电压，其架空线路的防雷保护 由于架空线路直接暴露旷野，而且分布很广，最容易遭受雷击，从而使线路绝 缘损坏，产生工频短路电弧，使线路跳闸。因此对架空线路需要从两方面采取保 护措施：一是尽可能地防止或减少在线路上产生雷电过电压；二是当产生雷电过 电压后，尽可能避免引起线路跳闸。前者主要是安装避雷线；后者则采用装设避 雷器、加强线路绝缘等办法，来防止或减少建立工频电弧的机会，并用自动重合 闸作为补救措施。
大气过电压与防雷
降低雷电灾害对人类社会的影响。
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THANKS
接地系统
确保所有电气设备接地良好，使电流能够安全地流 入大地，避免电击事故。
防雷设备的定期检测和维护
对防雷设备进行定期检测和维护，确保其正常工作。
应对策略
雷电预警系统
01
建立雷电预警系统，提前预测雷电活动，采取相应的防范措施。
紧急断电
02
在雷电活动期间，及时切断易受雷击的电气设备的电源，避免
设备损坏和电击事故。
防雷设备的维护与检测
定期检查
定期对防雷设备进行检查，确保其正常工作。
清洁维护
定期清洁和维护避雷针和避雷器，去除污垢和锈 迹，保持其良好的导电性能。
接地电阻检测
定期检测接地电阻，确保其符合规范要求。
04
大气过电压的预防和应对
预防措施
安装避雷针、避雷带等避雷装置
利用避雷装置将雷电引入地下，避免雷电对建筑物 和设备的直接击中。
最新研究成果
新型防雷设备的研发
随着科技的发展，新型防雷设备如金属氧化物避雷器、半导体消雷器等不断涌现，提高了 防雷效果和可靠性。
雷电监测技术的改进
利用卫星遥感、雷达探测、雷电定位系统等技术手段，提高了雷电监测的精度和范围，为 雷电防护提供了更加准确的数据支持。
雷电灾害风险评估体系的建立
通过建立完善的雷电灾害风险评估体系，可以更加科学地评估雷电灾害的风险，为防雷减 灾提供决策依据。
大气过电压的类型
总结词
大气过电压主要包括直击雷过电压、感应雷过电压和操作过电压等类型。
详细描述
直击雷过电压是指雷直接击中输电线路或设备，导致瞬间产生极高的过电压；感应雷过电压则是由于雷击附近物 体，通过电磁感应作用在输电线路或设备上产生的过电压；操作过电压是由于开关操作等人为操作过程中，在系 统中产生的过电压。
电力系统大气过电压防护
电力系统大气过电压防护电力系统大气过电压是指由外部环境因素引起的电力系统中的电压瞬时超过额定值的现象。
大气过电压对电力系统的设备和运行平安造成了威胁，因此需要采取一系列的防护措施来降低大气过电压对电力系统的影响。
1. 大气过电压的原因大气过电压的主要原因包括：1.1 雷电击穿：雷电击穿是最常见的大气过电压原因之一。
当雷电穿过地球大气，并在地面或建筑物上形成电位差时，会导致电流流过电力系统，引起电压瞬时增高。
1.2 外部电力系统故障：外部电力系统发生故障时，如线路短路或地线故障，会导致大电流通过电力系统，引起电压迅速增加。
1.3 弧光放电：弧光放电是由高电压下的电离气体引起的放电现象。
当电力系统中发生弧光放电时，也会引起电压瞬时增高。
2. 大气过电压防护原那么为了保护电力系统设备和运行的平安，需要根据大气过电压的特点来制定防护原那么。
大气过电压防护的主要原那么包括：2.1 接地防护原那么：合理的接地系统是防止大气过电压的有效手段之一。
通过良好的接地系统，可以将大气过电压通过地下导体迅速引入地下，减少对电力系统的影响。
2.2 绝缘防护原那么：绝缘是防止大气过电压传导的重要手段。
通过良好的绝缘装置，可以防止大气过电压通过线路和设备导致电压过高的情况发生。
常见的绝缘装置包括避雷器、绝缘子等。
2.3 过电压保护原那么：过电压保护是防止大气过电压的重要手段之一。
通过合理设置过电压保护装置，可以及时检测到电压增高，并采取相应的措施保护电力系统设备免受过电压的影响。
3. 大气过电压防护措施为了实现大气过电压防护的原那么，需要采取一系列的防护措施。
下面介绍几种常见的大气过电压防护措施：3.1、避雷器避雷器是抵抗雷电击穿的重要装置。
避雷器通常由锌氧化物、金属氧化物等材料制成，其工作原理是当电压超过一定阈值时，避雷器会发生击穿，将过电压引入地下。
3.2、绝缘子绝缘子是用于支撑导线和杆塔之间的绝缘装置。
绝缘子通常采用陶瓷等绝缘材料制成，具有很好的绝缘性能，可以防止大气过电压传导到导线和杆塔。
大气过电压又称雷电过电压
避雷网
第五章 电气防雷与接地
二、避雷器
避雷器是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电
所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或防 止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰。
避雷器的连接
第五章 电气防雷与接地
1. 阀型避雷器
阀型避雷器由装在密封瓷套管中的火花间隙和阀片
（非线性电阻）串联组成。
低压线路的保护，是将靠近建筑物的一根电杆上的
绝缘子铁脚接地。
第五章 电气防雷与接地
§5—4 电气设备接地
1. 了解电气设备的接地目的、接地装置的构成
和散流效应原理。
2. 掌握电气设备的工作接地、保护接地和重复 接地的方法。
第五章 电气防雷与接地
接地是指电气设备的某部分与大地之间做良好的电 气连接。将埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称 为接地体（或接地极）。
一、避雷针、避雷线、避雷网和避雷带
1. 避雷针
避雷针采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成，供各种铁 塔、油罐、烟囱及高层建筑物等安装使用。
避雷针
第五章 电气防雷与接地
2. 避雷线
避雷线的功能和原理与避雷针基本相同，保护架空
线路或其他物体免遭直接雷击。
避雷线
第五章 电气防雷与接地
3. 避雷带
避雷带
第五章 电气防雷与接地
第五章 电气防雷与接地
§5—1 大气过电压
了解大气过电压的含义、分类和危害。
第五章 电气防雷与接地
过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过 正常工作电压的对绝缘有危险的异常电压。
过电压按产生的原因不同，分为内部过电压和雷
电过电压两大类。
第五章 电气防雷与接地
内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负 荷变化或发生故障等原因，使系统的工作状态突然改 变而引起的过电压。
过电压保护
过电压及过电压保护一什么是过电压在电力系统中由于某种原因出现的对设备绝缘有危害，暂时性的电压升高现象。
二过电压的分类分为：内部过电压和外部过电压（1）系统运行中由于由于断路器的正常操作或系统发生事故时，因电磁能转换所以起的过电压，叫内部过电压。
如操作过电压和谐振过电压. 工频过电压（2）外部过电压（也叫大气过电压）它有两种形式:直击雷（雷电直接对建筑物或其他物体放电，其过电压所以起的雷电流通过这些物体流入大地，产生破坏性很大的热效应和机械效应）。
感应雷就是雷电的静电感应或电磁感应所引起得过电压内部过电压操作过电压产生主要有3种形式(1)切除空载变压器。
（在切除空载变压器时，因断路器可能在电流未过零点时分断，变压器绕组中的磁场能量转换为电能，从而产生过电压。
这种过电压与变压器空载电流的大小和断路器的灭弧能力有关。
）（2）分合空载长线路。
（分合空载长线路时由于断路器触头间电弧多次重燃引起的过电压）（3）弧光接地（在中性点不接地系统中，当发生间歇性的弧光接地时，再发在非故障相引发的高频振荡过电压）工频过电压产生主要有3种形式（1）空载长线路的电压升高（2）三相中性点不接地系统发生单相接地时非故障相对地电压的升高（3）超高大容量线路从满载状态突然甩掉负荷时的电压升高。
这种过电压对电器设备的绝缘影响不大，但是操作过电压一般是在工频过电压的基础上发展起来的。
谐振过电压产生主要有2种形式（1）当电网参数选择不当，因某一线路或母线的自振频率与电源谐波频率之一接近，就会产生谐振过电压。
（2）高压真空开关的同期性差三过电压保护（1）外部过电压保护（也就是防雷保护）雷电的危害1.热效应。
烧断导线，烧毁电器设备。
2.机械效应。
当雷电直接击中房屋、电杆、树木，雷电电流经过木质纤维时，会产生高热，将其炸裂破坏。
3.电磁场效应。
在雷电电流通过的周围，将产生很大的电磁场，使附近的导线或金属结构产生很高的感应电压，击穿电气设备一引起火灾和爆炸从而产生极其严重的破坏作用。
浅谈电力系统过电压的产生与保护
电压 就 是 作 用 于 电 力 系统 中 的 电 压 ， 而 过 接 地 进 行 运 行 操 作 。
电压 还 可 以分 为 两 种 ： 一 种 是 内部 过 电 压 ；
另一 种 是雷 电过 电 压 。 这 其 中 由 系 统 中 的 谐 振 和 开 关操 作 上 引 起 的 过 电压 就 是 内部
首先 ， 要 采 用 绝 缘 水 平 的 绝缘 子 ， 这 样
的 电感 元 件 和 系 统 中 的 电容 元件 进 行 回路 可 以减 少 切 除 故 障 的 时 间 ， 从 而 减 少 雷 击
种是内部过 电压 。 而 其 中 的 内 部 过 电 压 而 构 成 的 。 其中， 解 决 谐 振 过 电 压 的 措 施 跳 闸率 和 断 线等 事 故 。
（ ３ ） 电缆 线 路 的 防 雷 保 护 。 电缆 线 路 一 般 不 会 遭 到 直 击 雷 ， 因 为
但是 ， 当遭 遇 雷 击 或 者 由于操 作不 当 、 参 数 此 ， 带 有 铁 芯 的 电 感 元 件 非 常 容 易 出现 饱 雷 电过 电 压 是 从 连 接 的 架 空 线路 进 入 的 ， 配置错误等原 因 ， 就 会 造 成 电力 系 统 中 的 和 的 现 象 ， 这 样 就 会 使 得 回 路 中 的 电感 参 所 以要 对 雷 电侵 入 波 进 行 有 效 的 保 护 。
在我 国电力 系统 工作运行 的过程 中 ， 电气设备不仅 要承受 工作电压 ， 还 将 会 遭
受 到过 电 压 的 伤 害 以 及 作 用 。 这 其 中 的过
高频振 荡而 造成的 。
其中， 采取 的 解决措 施 有 ： 使用 灭弧 能
力强的高压 断路器 ， 而 且 要 将 电 网 中性 点 过 电压 的 一种 最 为 重 要 保 护 措 施 。 其 中 具
电力系统过电压及保护基础知识讲解
示，连接点为A。现将线路z1合闸于直流电源U 0 ，合闸后沿
线路 z1有一与电源电压相同的前行波电压 u1q自电源向结点A
传播，到达结点A遇到波阻抗z 2的线路，根据前节所述，在
结点A前后都必须保持单位长度导线的电场能与磁场能相等
的规律，由于线路z1与z 2的单位长度电感与对地电容都不相
同，因此当u1q 到达A点时要发生电压、电流的变化。也就是
z2 z1 ) z1 z2
。
在线路z2 中的折射电压 u2q 随时间按指数规律增长如图7
－3－19（b）所示，当时，t＝0；u2q 0 当t→∞时 u2q au1q
，这说明无限长直角波通过电感后改变为一指数波头的行波
，串联电感起了降低来波上升速率的作用。 从式（7－3－2）中可得出折射波u2q 的陡度为
z1
z2
u1q
(a)
(b)
图7 - 3 -1 行波通过串联电感
(a)线路示意及等值电路；(b)折射波与反射波
图7-3-1为一无限长直角波 u1q 投射到具有串联电感L的线 路上的情况，L前后两线路的波阻抗分别为z1 及z2 ，当z 2中的
反行波尚未到达两线连接点时，其等值电路如图7-3-1（a）
所示,由此可得
z1 z2 z1 z2
i1q
2 z1 z1 z2
ai
称为电流折射系数；
z2 z1 z1 z2
u
z1 z2 z1 z2
i
称为电压反射系数， 称为电流反射系数。
折射系数的值永远是正的，这说明折射电压波总是和入射 电压波同极性的。
二、 几种特殊情况下的波过程
（一）线路末端开路: 线路末端开路相当于Z2＝∞的情况。 此时α＝2， β＝1；
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
电力系统中的过电压与过流保护
电力系统中的过电压与过流保护1.引言电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，它为人们提供了稳定、可靠的电力供应。
然而，在电力系统运行过程中，由于各种原因，如天气变化、设备故障等，都有可能引发过电压和过流现象，给电力设备和系统带来严重的损害甚至造成事故。
为了保护电力设备和系统的安全稳定运行，过电压与过流保护显得尤为重要。
2.过电压保护过电压是指电力系统中电压超过额定值的临时瞬变现象。
过电压的产生原因有很多，例如雷击、开关操作、电力负荷变化等。
当系统遭受过电压冲击时，电力设备可能受到电弧击穿、绝缘破坏等严重损害。
为了保护电力设备免受过电压的影响，电力系统采用了过电压保护装置。
过电压保护装置通常采用的方法包括避雷器、过电压自动开关和过电压继电器等。
避雷器是一种用来吸收或降低过电压的设备，通过将过电压引到大地，保护电力设备不受损害。
过电压自动开关则是一种根据电压变化自动切断电路的设备，以保护电力设备不受过电压的侵害。
过电压继电器作为一种智能保护装置，能够检测到系统中的过电压情况，并通过控制开关等方式将过电压隔离或直接短路，保护电力设备。
3.过流保护过流是指电力系统中电流超过额定值的现象，其原因主要包括电力设备故障、短路故障和负荷过大等。
过流会导致电力设备过热、绝缘损坏等，甚至引起火灾和爆炸。
为了保护电力设备免受过流的影响，电力系统采用了过流保护装置。
过流保护装置通常采用的方法包括熔断器、过流继电器和差动保护等。
熔断器是一种能够根据电流变化自动切断电路的设备，它利用高阻抗元件引起电流过大时的瞬间熔断，从而保护电力设备。
过流继电器是一种能够检测到系统电流异常的装置，它能够通过控制开关等方式切断电路，以防止过流对电力设备造成损害。
差动保护是一种利用电流差动原理来判断系统中是否存在故障的保护方式，通过测量系统中的电流差值来检测是否存在过流情况，从而及时进行保护动作。
4.过电压与过流保护的配合过电压保护和过流保护在电力系统中起着互补的作用。
浅析电力系统过电压原因及防护
浅析电力系统过电压原因及防护摘要：本文根据过电压产生的原因和分类等，提出了预防电力系统过电压的一些保护措施和方案。
关键词：电力系统,过电压,防护引言：电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。
研究各种过电压的起因，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。
1、过电压概述过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象。
过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。
2、过电压分类电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。
根据过电压产生的原因电力系统过电压分外过部电压和内部过电压两大类。
2.1外部过电压外部过电压又称雷电过电压、大气过电压。
由于供配电系统的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压，因其能量来自系统外部，故又称为外部过电压。
当雷云放电时，由于放电电流为波头很陡、波幅值很高、衰减很快的冲击波，因而作用在物体上形成的冲击过电压对建筑物、人身和设备绝缘有很大的危害性。
由大气中的雷云对地面放电而引起的大气过电压又分直击雷过电压和感应雷过电压两种最基本形式。
①直击雷过电压是指雷直接击中地线或绕击到导线上，雷电流在接地电阻上或导线的阻抗上的电压降叫直击雷过电压。
直击雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。
直击雷过电压是雷闪直接击中电气设备导电部分时所出现的过电压。
直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。
②感应雷过电压是雷闪击中电气设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电气设备上感应出的过电压，这里的电气设备包括二次设备、通信设备等。
因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。
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雷云中的 电荷分布
5.1 雷电放电过程及雷电参数
雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电
5.1 雷电放电过程及雷电参数
二、雷电参数
1、雷暴日及雷暴小时
为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统 计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的 在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电 日Td或一个雷电小时Th 由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多 年平均值——年平均雷电日
雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电， 它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安， 从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效 应。
从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成 电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一； 产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通
避雷线保护范围
rx 0.47(h hx ) P h (hx ) 2
rx (h 1.53hx ) P
h (hx ) 2
因此单根避雷线的保护 半径要比单根避雷针的保 护半径小。
避雷线保护范围
5.2 防雷保护装置
二、避雷器 避雷器的作用是限制过电压。 避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、 阀型避雷器和氧化锌避雷器。 对避雷器的基本技术要求
5.2 防雷保护装置
1. 保护间隙与管型避雷器
保护间隙与被保护绝缘并联，它 的击穿电压比后者低，使过电压 波被限制到保护间隙的击穿电压。 缺点：
伏秒特性陡；
保护间隙没有专门的灭弧装臵； 产生截波，不能保护有绕组设备。 应用范围：仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场合。
5.2 防雷保护装置
5.1 雷电放电过程及雷电参数
雷电流波前的平均陡度为
(kA/us)
7、雷电流的计算波形
在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波形
1、双指数波
5.1 雷电放电过程及雷电参数
2、斜角波
3、斜角平顶波
5.1 雷电放电过程及雷电参数
半余弦波
5.1 雷电放电过程及雷电参数
三、雷击时计算雷电流的等值电路
5.3
输电线路的防雷保护
（1）耐雷水平 耐雷水平是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的 最大雷电流幅值，单位为kA。 我国标准规定的各级电压线路应有的耐雷水平值见下表：
水平接地体 l2 Re (ln A) 2l hd
接地网
B 1 Re ( ) S L nl
小结
电力系统中广泛采用避雷针和避雷线作为直接雷击
防护装臵。
保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者
低，使过电压波被限制到保护间隙F的击穿电压Ub。
ZnO具有一系列优点，是避雷器发展的主要方向，正逐 步取代普通阀式避雷器和磁吹避雷器。 防雷接地装臵可以是单独的，也可以与变电所、发电 厂的总接地网连成一体。
雷电是自然中最宏伟壮观的现象也 是最普遍的现象之一，它对人类的 生活环境、工作条件等都造成了很 大的影响，因此对雷电的研究和防 护意义重大。 早在18世纪初，富兰克林等物理学 家已经揭示了闪电就是电的本质， 随着物理学的进一步发展，人们对 雷电这一自然现象有了更深刻的认 识。
5.1 雷电放电过程及雷电参数
5.2 防雷保护装置
2. 阀型避雷器 变电所的防雷保护主要依靠 阀式避雷器，它在电力系统过电
压保护和绝缘配合中都起着重要
的作用，它的保护特性是选择高 电压电力设备绝缘水平的基础。
结构：主要由火花间隙及与之串联的 非线性电阻（阀片）两大部分组成。
5.2 防雷保护装置
火花间隙： 结构特点； 电压分布（并联电阻）； 作用 隔离工作电压，避免电阻阀片长期流过电流； 伏秒特性平坦，易与被保护设备伏秒特性配合； 工频续流电弧被分割成许多短弧，是电弧容易熄灭。 电阻阀片： 阀片电阻的伏安特性 u=Ciα ；（α ：非线性系数） 作用 避免出现对绝缘不利的截波； 限制工频续流以利于熄弧； 限制作用于被保护设备上的冲击电压。
5.2 防雷保护装置
特点： 对工作电阻（阀片）的首位要求是它应具有良好 的非线性伏安特性，即在冲击大电流下，阻值应 很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高； 在工频电流下，阻值要变大，以利于灭弧。
5.2 防雷保护装置
3. 金属氧化物避雷器（MOA）
氧化锌(ZnO)，具有极其优异的非线性特性。
5.2 防雷保护装置
三、输电线路直击雷过电压
5.3
输电线路的防雷保护
一、输电线路耐雷性能的若干指标
输电线路的耐雷性能和所采用防雷措施效果在工程
上用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量。
每100km线路的年落雷次数N
10 h N 100 T 1000
[次/(100km.年)]
γ — 地面落雷密度； h — 避雷线的平均对地高度； T —雷暴日数
1. 保护间隙与管型避雷器 管型避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间 隙，其基本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装 时再串接一只外火花间隙。
缺点： 工频续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂；
伏秒特性和产生截波方面与保护间隙相似，维护较麻烦；
应用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变 电所、发电厂的进线段保护中。
一般地区，雷电流幅值超过的概率可按下式计算
6、雷电流的波前时间、陡度及波长
雷电流的波前时间T1处于1～4us的范围内，平均为 2.6us。波长T2处于20～100us的范围内，多数为40us左 右。
我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高 压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us。
5.2 防雷保护装置
5.3 输电线路的防雷保护 5.4 发电厂和变电所的防雷保护 5.5 变压器的防雷保护
5.2 防雷保护装置
一、避雷针和避雷线 二、避雷器 三、防雷接地
5.2 防雷保护装置
现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、 避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、 电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。
主要内容
5.1 雷电放电过程及雷电参数 5.2 防雷保护装置
5.3 输电线路的防雷保护
5.4 发电厂和变电所的防雷保护 5.5 变压器的防雷保护
5.3
输电线路的防雷保护
电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电 厂等各个环节。
5.3
输电线路的防雷保护
一、输电线路耐雷性能的若干指标
二、输电线路的感应雷过电压
5.2 防雷保护装置
一、避雷针和避雷线
避雷针
保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变， 在避雷针顶端形成局部场强集中的空间以影 响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷 针放电，再经过接地装臵将雷电流引入大地 从而使被保护物体免遭雷击。
避雷针保护范围
rx ( h hx ) P (hx h ) 2
绝缘强度的合理配合：过电压作用时，避雷器先于
被保护电力设备放电，需要两者的伏秒特性配合。 绝缘强度的自恢复能力：应具有一定的熄弧能力， 以便可靠切断过零时的工频续流。
5.2 防雷保护装置
二、避雷器
避雷器的相关参数和术语
残压：雷电流流过避雷器产生的电压峰值。我国
规定流过避雷器的雷电流大小为5kA（330kV及以 上为10kA）的残压作为设计依据。 工频续流：过电压消失后，由工作电压产生的工 频电弧电流； 通流容量：避雷器耐受通过电流的能力； 起始动作电压； 额定电压。
5.1 雷电放电过程及雷电参数
雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、 地形地貌有关T
5.1 雷电放电过程及雷电参数
2、地面落雷密度和输电线路落雷次数
地面落雷密度γ指每个雷电日每平方公里的地面
上的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日） 我国标准对Td=40的地区，取
输电线路年平均遭受雷击的次数
过电动力引起机械损坏。
5.1 雷电放电过程及雷电参数
一、雷电放电的过程
二、雷电参数
三、雷击时计算雷电流的等值电路
5.1 雷电放电过程及雷电参数
一、雷电放电的过程
水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现 电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被 上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云。
10 h N 100 T 1000
单位：次/100公里•年
5.1 雷电放电过程及雷电参数
3、雷电通道的波阻抗 雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似 于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为 雷道波阻抗。
主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的 雷道投射到雷击点的波过程。
我国有关规程建议取300～400Ω。
5.1 雷电放电过程及雷电参数
4、雷电的极性
负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大，
防雷计算中一般均按负极性考虑。 5、雷电流的幅值 通常定义雷电流为雷击于低阻接地电阻(≤30Ω)的
物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波I0
的两倍，即
5.1 雷电放电过程及雷电参数
rx (1.5h 2hx ) P
h (hx ) 2
h≤ 30m，
P＝1
P 5.5 h
30m <h≤ 120m，
h P hx rx
– 避雷针高度 – 高度修正系数 - 被保护物的高度 - 保护范围
避雷针保护范围
5.2 防雷保护装置
保护范围：由模拟试验确定，不能认为在保护范围内
的物体就完全不受雷直击，在保护范围外的物体就完
5.2 防雷保护装置