过电压及绝缘配合
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h0 2hr h
✓ 在hx高度的保护宽度
b xh (2 h r h )h x(2 h r h x)
过电压及绝缘配合
41.3 输电线路的防雷保护 1、感应雷电过电压
雷击附近地面时，导线上产生的感应过电压
Ui
25
Ihc s
s>65m，最大值300～400kV
第4章 电气工程基础
过电压及绝缘配合
4.9 过电压及绝缘配合
知识点： 1、了解电力系统过电压的种类 2、了解雷电过电压特性 3、了解接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本
概念 4、了解氧化锌避雷器的基本特性 5、了解避雷针、避雷线保护范围的确定
过电压及绝缘配合
4.9 过电压及绝缘配合
4.9.1 电力系统过电压的种类 过电压： 在电气设备或线路上出现的超过正常工作
GIS中的快速暂态过电压 特点：很陡的波前 电压波形中有频率很高的分量
过电压及绝缘配合
1
R
2
1 2
R
过电压及绝缘配合
4.9.2 雷电过电压特性
1 雷电的特性参数 雷暴日与雷暴小时
少（≤15）、中（15～40），多（40～90）， 强烈（>90） 地面落雷密度：次/年·km2
Ng 0.024Td1.3
过电压及绝缘配合
4.9.5 避雷针、避雷线保护范围的确定 1、避雷针：
引雷作用 一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管 保护范围的确定： IEC的“滚球法”，表4-7
单支避雷针的保护范围确定
过电压及绝缘配合
当避雷针高度小于hr 时 ✓ 作平行线
✓ 以针尖为圆心作弧线
✓ 以交点为圆心作弧线，与地面相切
可无间隙 耐污秽性能好
过电压及绝缘配合
3、有关技术参数 额定电压：系统短时工频过电压 最大持续运行电压 参考电压：工频参考电压，直流参考电压（1mA） 残压 压比：通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时电压
之比。越小，保护性能越好。1.6～2.0
过电压及绝缘配合
【例4-27】 【例4-28】
参数谐振（发电机电感周期变化） 最常见：铁磁谐振，避雷器无法限制 改用电容式电压互感器，加装电容器
过电压及绝缘配合
a1、a3为稳定工作点，a2不稳定
过电压及绝缘配合
操作过电压 特点：幅值高、等效频率高、持续时间短 与断路器性能关系很大
间歇电弧接地过电压: 中性点不接地系统中 空载线路合闸过电压：采用有合闸电阻的断路器 切除空载线路过电压 切除空载变压器过电压
✓ hx高度水平保护范围：
rxh (2 h r h )h x(2 h r h x)
✓ 地面保护半径
r0 h(2hr h)
当避雷针高度大于hr 时
取h = hr
过电压及绝缘配合
2、避雷线：截面小于35mm2的镀锌钢绞线，又称架空地线 当避雷线高度大于2hr 时，无保护范围 当避雷线高度小于2hr 时， ✓ 作平行线 ✓ 以避雷线为圆心作弧线 ✓ 以交点为圆心作弧线，与地面相切 ✓ hr <h<2hr时，保护范围的最高点
过电压及绝缘配合
感应雷过电压： ✓ 静电感应：雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感 应电荷就会失去束缚而成为自由电子，并以光速向 导线两端急速涌去 ✓ 电磁感应：雷电流有极大的幅值与陡度，在其周围 形成强大的变化电磁场，使其中的导体感应出极大 的电动势 措施：将金属体连通并接地 ✓ 侵入雷过电压：雷电波沿线路、金属管道等侵入变 配电所或建筑物 措施：保护间隙，避雷器
年预计雷击次数N：
N kNg Ae
过电压及绝缘配合
雷电流幅值 雷电流的极性与波形
75％～90％负极性 推荐：波前 2.6μs，波长50μs
波头陡度
a I (kA/s)
2.6
过电压及绝缘配合
2 雷电过电压种类及防护措施 雷电过电压的分类
直击雷过电压：雷直接击中电气设备、线路或建筑物 时，强大的雷电流通过其流入大地，在被击物上产生 较高的电位降 措施：将雷电接闪并泄放大地（避雷针/避雷线） 避雷针：保护建筑物和发电厂及变电所 避雷线：保护输电线路
要求并对其绝缘构成威胁的电压。
外部过电压：由于直接雷击或雷电感应而引起的电压 升高。也称为大气过电压或雷电过电压。
内部过电压：由于系统的操作、故障和某些不正常运 行状态，使系统电磁能量发生转换或传递引起的过电 压。额定相电压的3～4倍
过电压及绝缘配合
◆ 电力系统过电压的产生根源
● 雷电放电 ——雷电过电压（大气过电压）
● 开关操作
●故
障
操作过电压
● 谐 振 ——谐振过电压
内部过电压
◆ 电力系统过电压的分类
工频电压升高
短时过电压
内部过电压
谐振过电压
电力系统
操作过电压
过电压
直接雷击过电压
雷电过电压
感应雷击过电压
过电压及绝缘配合
工频过电压
空载长线的电容效应 接地故障引起的工频电压升高
谐振过电压 分为：线性谐振、非线性谐振（铁磁谐振）、
过电压及绝缘配合
4.9.3 接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念
接地： 电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接
工作接地：达到正常工作的要求 保护接地：为保护人身安全防止间接触电 接地体与接地线 【例4-26】
接地电阻：散流电阻加接地体和接地线本身的电阻
RUm/I
过电压及绝缘配合
接地电压： 人站在地面上接触电气设备所承受的电位 差
跨步电压：在接地故障点附件行走，人的双脚之间所 呈现的电位差 与离接地点的远近及跨步的长短有关 图4-110
过电压及绝缘配合
保护间隙与避雷器
保护间隙
避雷器
管式避雷器（排气式避雷器）
阀式避雷器 普通阀式避雷器 磁吹阀式避雷器
金属氧化物避雷器（MOA) 各种避雷器的主要应用场合 1. 保护间隙和管式避雷器（排气式避雷器）主要用于配电 系统、 线路和发、变电所进线段的保护。 2. 阀式避雷器和金属氧化物避雷器用于变电所和发电厂内 电气设备的保护。近年来在输电线路上亦有选择性地装用。
过电压及绝缘配合
4.9.4 氧化锌避雷器的基本特性 1．作用原理：非线性系数很小的氧化锌电阻片组装而成
过电压及绝缘配合
2、基本特点 20世纪70年代初期出现，是一种具有良好非线性性能的
阀式避雷器。其阀片主要成分是氧化锌。 结构简单、无间隙、体积小、重量轻 动作响应快，保护性能好 通流容量大 无续流：在残压相同的情况下，工频续流非常小，因此
✓ 在hx高度的保护宽度
b xh (2 h r h )h x(2 h r h x)
过电压及绝缘配合
41.3 输电线路的防雷保护 1、感应雷电过电压
雷击附近地面时，导线上产生的感应过电压
Ui
25
Ihc s
s>65m，最大值300～400kV
第4章 电气工程基础
过电压及绝缘配合
4.9 过电压及绝缘配合
知识点： 1、了解电力系统过电压的种类 2、了解雷电过电压特性 3、了解接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本
概念 4、了解氧化锌避雷器的基本特性 5、了解避雷针、避雷线保护范围的确定
过电压及绝缘配合
4.9 过电压及绝缘配合
4.9.1 电力系统过电压的种类 过电压： 在电气设备或线路上出现的超过正常工作
GIS中的快速暂态过电压 特点：很陡的波前 电压波形中有频率很高的分量
过电压及绝缘配合
1
R
2
1 2
R
过电压及绝缘配合
4.9.2 雷电过电压特性
1 雷电的特性参数 雷暴日与雷暴小时
少（≤15）、中（15～40），多（40～90）， 强烈（>90） 地面落雷密度：次/年·km2
Ng 0.024Td1.3
过电压及绝缘配合
4.9.5 避雷针、避雷线保护范围的确定 1、避雷针：
引雷作用 一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管 保护范围的确定： IEC的“滚球法”，表4-7
单支避雷针的保护范围确定
过电压及绝缘配合
当避雷针高度小于hr 时 ✓ 作平行线
✓ 以针尖为圆心作弧线
✓ 以交点为圆心作弧线，与地面相切
可无间隙 耐污秽性能好
过电压及绝缘配合
3、有关技术参数 额定电压：系统短时工频过电压 最大持续运行电压 参考电压：工频参考电压，直流参考电压（1mA） 残压 压比：通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时电压
之比。越小，保护性能越好。1.6～2.0
过电压及绝缘配合
【例4-27】 【例4-28】
参数谐振（发电机电感周期变化） 最常见：铁磁谐振，避雷器无法限制 改用电容式电压互感器，加装电容器
过电压及绝缘配合
a1、a3为稳定工作点，a2不稳定
过电压及绝缘配合
操作过电压 特点：幅值高、等效频率高、持续时间短 与断路器性能关系很大
间歇电弧接地过电压: 中性点不接地系统中 空载线路合闸过电压：采用有合闸电阻的断路器 切除空载线路过电压 切除空载变压器过电压
✓ hx高度水平保护范围：
rxh (2 h r h )h x(2 h r h x)
✓ 地面保护半径
r0 h(2hr h)
当避雷针高度大于hr 时
取h = hr
过电压及绝缘配合
2、避雷线：截面小于35mm2的镀锌钢绞线，又称架空地线 当避雷线高度大于2hr 时，无保护范围 当避雷线高度小于2hr 时， ✓ 作平行线 ✓ 以避雷线为圆心作弧线 ✓ 以交点为圆心作弧线，与地面相切 ✓ hr <h<2hr时，保护范围的最高点
过电压及绝缘配合
感应雷过电压： ✓ 静电感应：雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感 应电荷就会失去束缚而成为自由电子，并以光速向 导线两端急速涌去 ✓ 电磁感应：雷电流有极大的幅值与陡度，在其周围 形成强大的变化电磁场，使其中的导体感应出极大 的电动势 措施：将金属体连通并接地 ✓ 侵入雷过电压：雷电波沿线路、金属管道等侵入变 配电所或建筑物 措施：保护间隙，避雷器
年预计雷击次数N：
N kNg Ae
过电压及绝缘配合
雷电流幅值 雷电流的极性与波形
75％～90％负极性 推荐：波前 2.6μs，波长50μs
波头陡度
a I (kA/s)
2.6
过电压及绝缘配合
2 雷电过电压种类及防护措施 雷电过电压的分类
直击雷过电压：雷直接击中电气设备、线路或建筑物 时，强大的雷电流通过其流入大地，在被击物上产生 较高的电位降 措施：将雷电接闪并泄放大地（避雷针/避雷线） 避雷针：保护建筑物和发电厂及变电所 避雷线：保护输电线路
要求并对其绝缘构成威胁的电压。
外部过电压：由于直接雷击或雷电感应而引起的电压 升高。也称为大气过电压或雷电过电压。
内部过电压：由于系统的操作、故障和某些不正常运 行状态，使系统电磁能量发生转换或传递引起的过电 压。额定相电压的3～4倍
过电压及绝缘配合
◆ 电力系统过电压的产生根源
● 雷电放电 ——雷电过电压（大气过电压）
● 开关操作
●故
障
操作过电压
● 谐 振 ——谐振过电压
内部过电压
◆ 电力系统过电压的分类
工频电压升高
短时过电压
内部过电压
谐振过电压
电力系统
操作过电压
过电压
直接雷击过电压
雷电过电压
感应雷击过电压
过电压及绝缘配合
工频过电压
空载长线的电容效应 接地故障引起的工频电压升高
谐振过电压 分为：线性谐振、非线性谐振（铁磁谐振）、
过电压及绝缘配合
4.9.3 接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念
接地： 电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接
工作接地：达到正常工作的要求 保护接地：为保护人身安全防止间接触电 接地体与接地线 【例4-26】
接地电阻：散流电阻加接地体和接地线本身的电阻
RUm/I
过电压及绝缘配合
接地电压： 人站在地面上接触电气设备所承受的电位 差
跨步电压：在接地故障点附件行走，人的双脚之间所 呈现的电位差 与离接地点的远近及跨步的长短有关 图4-110
过电压及绝缘配合
保护间隙与避雷器
保护间隙
避雷器
管式避雷器（排气式避雷器）
阀式避雷器 普通阀式避雷器 磁吹阀式避雷器
金属氧化物避雷器（MOA) 各种避雷器的主要应用场合 1. 保护间隙和管式避雷器（排气式避雷器）主要用于配电 系统、 线路和发、变电所进线段的保护。 2. 阀式避雷器和金属氧化物避雷器用于变电所和发电厂内 电气设备的保护。近年来在输电线路上亦有选择性地装用。
过电压及绝缘配合
4.9.4 氧化锌避雷器的基本特性 1．作用原理：非线性系数很小的氧化锌电阻片组装而成
过电压及绝缘配合
2、基本特点 20世纪70年代初期出现，是一种具有良好非线性性能的
阀式避雷器。其阀片主要成分是氧化锌。 结构简单、无间隙、体积小、重量轻 动作响应快，保护性能好 通流容量大 无续流：在残压相同的情况下，工频续流非常小，因此