过电压和绝缘

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内部过电压
工频过电压：
产生工频过电压的原因有： 空载长线路 接地故障 甩负荷
对3~10kV系统一般不超过 1.1 3 p.u.(工频过电压标幺值 1.0 p.u. = U m / 3，Um为系统 最高电压），对35kV系统一般不超过 3 p.u.，因此，对35kV及以下电力网一般不采取
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避雷器的选择
避雷器的分类见表13-47 避雷器的参数确定
有串联间隙金属氧化物避雷器和碳化硅阀式避雷器的额定电压应以系统暂时过电 压为基础进行选择，一般情况下应符合下列要求：
3~10kV非有效接地系统，不低于1.1Um（Um为系统最高电压） 35kV非有效接地不低于Um 3kV及以上发电机系统不低于1.1Um.g（Um.g为发电机最高运行电压） 或按不低于发电机额定电压的1.25倍选择 发电机和变压器中性点避雷器的额定电压，对3~20kV系统不低于
空气间隙如下表
系统标称电压
空 气 间 隙 (cm)
（ k V）
户外
户内
3
20
7.5
6
20
10
10
20
12.5
15
30
15
20
30
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绝缘配合
电气设备的雷电冲击耐受电压及短时工频耐受电压值见下表：
系统标 设备标 称电压 称电压
雷电冲击耐受电压(峰值,kV)
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氧化锌避雷器
氧化锌避雷器电气参数
避雷器的工频参考电压 - 在工频参考电流下测出的避雷器上的工频电压最大峰值除 以 2 。多元件串联组成的避雷器的参考电压是每个元件参考电压之和
避雷器的保护特性，有以下各项组合 » 陡波电流冲击下残压； » 雷电冲击电流下残压； » 操作冲击电流下残压
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外部过电压
输电线路的雷电过电压 ：
根据过电压形成的物理过程，分为： 直击雷过电压 反击 绕击 感应雷过电压 只对35kV及以下的线路有威胁
雷击线路可能导致两种破坏性后果： 线路发生短路接地故障 雷电波侵入变电所
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避雷器的伏秒特性
避雷器
避雷器的伏安特性
被保护设备伏秒特性
U
U
避雷器伏秒特性
理想避雷器
SIC避雷器
线性电阻
氧化锌避雷器
t
I
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氧化锌避雷器
氧化锌避雷器电气参数
额定电压- 施加到避雷器端子间最大允许工频电压有效值。按照此电压所设计的避雷器 ，能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。它是表明避雷器运行特 性的一个重要参数，但它不等于系统额定电压
操作过电压 谐振过电压 工频过电压
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雷电过电压
雷电特性参数：
雷电流的幅值、波头、波长和陡度
幅值-脉冲电流所达到的最高值
波头-电流上升到幅值的时间
波长-脉冲电流的持续时间
陡度-雷电流随时间上升的变化率，其值等于幅值与波头之比
25(20) 30(20) 35(28) 42(28) 55(50)
65 80/85
95
相间 18 25 25(20) 30(20) 35(28) 42(28) 55(50) 65 80/85 95
断路器 X 25 X 30 X
42(28) X 65 X 95
隔离开关 X 27 X 34 X
49(35) X 79 X 118
（有效 （有效
断口
值．kV) 值．kV) 设备类别 相对地 相间 断路器 隔离开关
变压器 40(20) 40(20) X
X
3
Байду номын сангаас
3.6 开关
40(20) 40(20) 40
46
变压器 60(40) 60(40) X
X
6
7.2 开关
60(40) 60(40) 60
70
变压器 75(60) 75(60) X
避雷器的雷电(过电压)保护水平是下列两项的较高者： ——陡波冲击电流下最大残压除以1.15； ——标称放电电流下最大残压。 避雷器的操作(过电压)保护水平是规定的操作冲击电流下的最大残压
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氧化锌避雷器型号
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持续运行电压- 在运行中允许持久地施加在避雷器端子上的工频电压有效值 残压- 放电电流通过避雷器时其端子间的最大电压值 避雷器的放电电流 - 避雷器动作时通过避雷器的冲击电流 避雷器的标称放电电流 - 用来划分避雷器等级的、具有8/20μs波形的放电电流峰值
避雷器的工频参考电流 - 用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值。 工频参考电流应足够大，使杂散电容对所测的避雷器和元件(包括设计的均压系统)的参考 电压的影响可以忽略，该值由制造厂规定
35kV及以下电气装置绝缘配合原则：
一般由雷电过电压决定绝缘水平。变电所电气设备、绝缘子串和空气间隙的雷 电冲击强度，与避雷器雷电保护水平进行配合 应能承受暂时过电压及操作过电压的作用；以电气设备的短时（1min)工频耐受 电压来表征。当需用避雷器限制某些操作过电压场合，则以避雷器的相应保护水 平为基础进行绝缘配合 工频运行电压下电气装置外绝缘的爬电距离应符合相应环境污秽分级条件下的 爬电比距要求。变电所电气设备应能承受一定幅值和时间的工频过电压和谐振过 电压 高海拔地区（>1000m）的电气装置外绝缘爬电距离和空气间隙，应按海拔高度 进行校正，采取加强绝缘或选用高原型电器
雷电流波形
U 峰值
标准冲击波
100 % 90 %
波 1,2/50 µs
50 %
30 %
标准冲击波
O1
t1
1,2 µs
50 µs
t2
T
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雷电过电压
雷电特性参数：
雷暴日 平均年雷暴日小于15的叫少雷区 平均年雷暴日大于40的叫多雷区 平均年雷暴日大于90的叫强雷区
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内部过电压
操作过电压：
由于操作，使系统的运行状态发生突然变化，导致系统内部电感元件和电容元件之间电磁 能量互相转换，而产生的过电压 产生的原因有：
合空载线路 切除空载线路 切除空载变压器 解列过电压 弧光过电压
各电压级相对地最大操作过电压值不同(操作过电压的标幺值为 1.0 p.u. = 2Um / 3 ）
年地面落雷密度 每年、每平方公里的地面遭受雷击的次数 关于地面落雷密度与雷暴日数的关系，一般可用下式计算
Ng = 0.024Td 1.3 = γTd 0.3
Ng——每年、每平方公里的地面落雷数，次/(km2．d)
Td——年平均雷暴日，
γ ——地面落雷密度，次/(km2．d)
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外部过电压
发电厂变电所的雷电过电压
雷直击于发电厂、变电所 直击雷防护一般采用避雷针或避雷线
雷击输电线路产生的过电压波沿线路侵入发电厂、变电站 防护主要措施为： 合理确定装设的避雷器的类型、参数、数量和位置 在线路进线段上采取辅助措施，以限制流过避雷器的雷电流和降低侵 入波陡度 变电所3~10kV配电装置，应在每组母线和架空进线上装设阀式 避雷器（分别采用电站型和配典型避雷器），母线上阀式避雷器 至3~10kV主变压器的电气距离不宜大于下表所列数值
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绝缘配合
绝缘配合的惯用法与电气设备绝缘水平的确定
惯用法是按作用在绝缘上的“最大过电压”和“最小绝缘强度”的概念进行配合 首先确定设备上可能出现的最危险的过电压，然后根据运行经验乘上一个考两 次各种因素的影响和一定裕度的系数，即所谓的配合系数（或称安全裕度系数） ，来决定绝缘应耐受的电压水平 确定电气设备绝缘水平的基础是避雷器的保护水平 绝缘配合时，必须考虑如下因素
35kV及以下低电阻接地系统为3.2 p.u. 35kV及以下（除低电阻接地外）系统为 4 p.u.
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绝缘配合
绝缘配合：
绝缘配合是按系统中出现的各种电压和保护装置的特性来确定设备的绝缘水平，配 合时应全面考虑设备造价、故障损失和维修费用三个方面，力求取得较高经济效益。
过电压
过电压
外部过电压（雷电过电压）:由于云层间或云层对地会出现放电现象，雷云直 接对地面某物体放电或雷电感应而引起的过电压统称为雷电过电压或大气过电 压或外部过电压
直击雷过电压 感应雷过电压 雷电侵入波 雷击电磁脉冲（电涌/浪涌）
内部过电压：由于系统操作、故障或某些不正常运行状态，使配电系统电磁 能量发生转换而产生的过电压称为内部过电压
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避雷器
避雷器
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备
中压避雷器的类型 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 氧化锌避雷器
对避雷器的基本要求 具有良好的伏秒特性 应有较强的绝缘强度自恢复能力
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线性谐振过电压 电感参数为常数
非线性谐振过电压 （铁磁谐振过电压） 电感原件带有铁芯，电感参数不是常数
参数谐振过电压 电感参数在外力的影响下发生周期性变化
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内部过电压
铁磁谐振过电压 过电压数值一般为 2.0 ~ 3.0 p.u（. 谐振过电压的标幺值为 1.0 p.u. = 2Um / 3）
3~20 35
雷电过电压 间 隙 (cm) 35
45
操作过电压 间 隙 (cm) 12
25
工频过电压 间 隙 (cm) 5
10
悬垂绝缘子 串的绝缘子
个数
2
3
海拔不超过1000m地区的35kV变电所工频电压要求的最小空气间隙为150mm,操作和雷电过
电压要求的最小空气间隙为400mm。3~20kV高压配电装置的最小户外、户内的相对地及相间
设备安装点的预期过电压值 系统与设备的电气特性 类似系统的运行经验 所有保护装置的限压效果
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绝缘配合
35kV及以下电气装置绝缘配合原则：
海拔不超过1000m地区的35kV及以下架空线路绝缘子串及空气间隙不应小于下表值
系统标称电 压 （ k V）
产生的原因： 断线或设备非全相运行时 3~35KV系统不接地或经消弧线圈接地系统，当接有中性点接地的电磁式电压 互感器时
限制措施 选用励磁饱和点较高的电磁式电压互感器 减少同一系统中电压互感器中性点接地数量 在母线上装设中性点接地星形接线电容器组 电压互感器的开口三角绕组装设电阻 互感器高压绕组中性点经小电阻接地
雷季经常运行的进线
1
2
3
4
路数
最大电气距离（m）
15
20
25
30
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内部过电压
内部过电压：
由系统的操作、故障和某些不正常运行状态，使供配电系统电磁能量发生转 换而产生的过电压
内部过电压：
内部过电压的幅值、振荡频率、及持续时间不同，分为： 操作过电压 电磁过渡过程中的过电压，持续时间短，一般在0.1s以内 暂时过电压 在一定位置上的相对地或相间的过电压，具有一定的振荡频率，持 续时间较长。根据产生原因或振荡频率不同分为: 工频过电压 谐振过电压
X
10
12 开关
75(60) 75(60) 75(60) 85(70)
变压器 125(95) 125(95) X
X
20
24 开关
125
125
125
145
变压器 185/200 185/200 X
X
35
40.5 开关
185
185
185
215
短时（1min）工频耐受(有效值，kV)
断口
相对地 18 25
专门措施限制工频过电压
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内部过电压
谐振过电压原因：
操作或故障引起系统原件参数出现不利组合时 ，将产生线性谐振和非线性谐振过电压 其严重性即取决于它的幅值，也取决于它的时间。后果将危及电气设备的绝缘、产生持 续的过电流而烧毁设备，而且还会影响过电压保护装置的工作条件 对应系统中三类不同的电感原件，可能产生三种不同的谐振现象