电力系统过电压
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•2020/5/26
第四节 空载线路合闸过电压
❖空载线的合闸可分为正常合 闸和自动重合闸。这时出现 的操作过电压称为合空线过 电压或合闸过电压，重合闸 过电压是过电压中最严重的 一种。
•2020/5/26
❖ 如果是自动重合闸，那么条件将不利， 主要原因在于这时线路上有一定残余电 荷和初始电压，重合闸时振荡将更加剧 烈。
v 在同一电压等级的电气设备中，以旋转 电机的冲击电气强度为最低。
v 电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避 雷器的保护水平相差不多、裕度很小。
v 发电机绕组的匝间电容很小和不连续， 迫使过电压进入电机绕组后只能沿着绕 组导体传播，而它的每匝绕组的长度又 远•20较20/5/变26 压器绕组为大。
❖ （3）由于工频电压升高是不衰减或弱衰减 现象，持续时间很长，对设备绝缘及其运行 条件也有很大影响。
•2020/5/26
❖ 输电线路在长度不很大时的等值电路， 由于空载，就可简化如图所示。
•R
•.
•UR
•～
•.
•E
•L
•.
•UL
•C
•.
•UC
•空载长线的简化等值电路
•2020/5/26
❖ 一般R要比XL和XC小得多，而 空载线路的工频容抗XC又要大 于工频感抗XL，因此在工频电 势 的作用下，线路上流过的容 性电流在感抗上造成的压降将 使容抗上的电压 高于电源电势 。
❖ 如果采用的是单相自动重合闸，只切除 故障相，而健全相不与电源电压相脱离 ，那么当故障相重合闸时，因该相导线 上不存在残余电荷和初始电压，就不会 出上述高幅值重合闸过电压。
❖ 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况 最为严重，其过电压理论值可达3Uφ
•2020/5/26
影响因素和限制措施
❖ 影响因素 ❖ （1）合闸相位：是随机量，遵
•2020/5/26
二、铁磁谐振过电压
•UL
•E •～
•L •I
•C •UC
•2020/5/26
•特点： •：产生串联铁磁谐振的必要条件是 •电感和电容的伏安特性必须相交 ， •铁磁元件的非线性是产生铁磁谐 •振的根本原因。
•2020/5/26
第三节 切断空载 线路过电压
•l
•～ •z
•QF
•-Uφ
二、影响因素与限制措施
❖影响因素 ❖ （1）断路器性能 ❖灭弧能力越强的断路器，其
对应的切空变过电压最大值 也越大。 ❖ （2）变压器特性
•2020/5/26
第六节 雷电放电和雷电过电压
•一、 雷电放电过 程
❖ 就其本质而言，雷电放电是一种超长气 隙的火花放电，与金属电极间的长气隙 放电是相似的。所不同的是由于雷云的 物理性质毕竟与金属板不同，因而具有 多次重复雷击等现象和特点。
•2020/5/26
内部过电压
暂时过电 操作过电 直接雷过
内部过电压
第一节 稳态过电压的电路基础 第二节 谐振过电压 第三节 切断空载线路过电压 第四节 空载线路合闸过电压 第五节 切除空载变压器过电压
第六节 雷电放电和雷电过电压
•2020/5/26
❖ 内部过电压的根源在电力系统内部，通常 都是因系统内部电磁能量的积聚和转换而 引起。
❖ 按照安装方式的不同，可将避雷针分 为独立避雷针和装设在配电装置构架 上的避雷针两类。
❖ 变电所的直击雷防护设计内容主要是 选择避雷针的支数、高度、装设位置 、验算它们的保护范围、应有的接地 电阻、防雷接地装置设计等。
•2020/5/26
五、 变电所的进线段保护
❖ 从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有 效地发挥保护作用，就必须采取措施：
•第五节 切除空载变压器过电压
•一、发展过 程
•电弧
•i=iL+iC
•iL
•iC
•≈iL
•u •～
•LT
•CT
•2020/5/26
•切除空载变压器等值电路
•产生原因： • 流过电感的电流在到达自然零 值之前就被断路器强行切断，从而 迫使储存在电感中的磁场能量转为 电场能量而导致电压的升高。
•2020/5/26
•(a)
•(b)
ห้องสมุดไป่ตู้
•2020/5/26
❖ 影响因素
❖ （1）中性点接地方式：中性点非 有效接地电网的中性点电位有可能 发生位移，所以某一相的过电压可 能特别高一些。
❖ （2）断路器的性能：重燃次数对 这种过电压的最大值有决定性的影 响；
❖ （3）母线上的出线数：当母线上 同时接有几条出线，而只切除其中 一条时，这种过电压将较小；
❖ 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物 体因周围电场强度达到了能使空气电离程度， 会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇 时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大 的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷 鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100 μs， 它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发 展的，亦称“回击” 。
电力系统过电压
2020年5月26日星期二
❖电力系统中的各种绝缘 在运行中除了受长期工 作电压的作用外，还会 受到各种比工作电压高 得多的过电压的作用。 所谓过电压就是指电系 统中出现的对绝缘有危 险的电压升高和电位升
•2020/5/26
❖
工频电压升高
❖
压
❖
谐振过电压
❖
压 ❖ 电力系统过电压
❖
电压
❖ 变电所是多条输电线路 的交汇点和电力系统的 枢纽。
❖ 变电所中出现的雷电过 电压有两个来源：
v 雷电直击变电所；
v 沿输电线路入侵的雷电 过电压波。
•2020/5/26
❖ 雷电直接击中变电所设施的导电部分 ，则出现的雷电过电压很高，一般都 会引起绝缘的闪络或击穿，所以必须 装设避雷针或避雷线对直击雷进行防 护。
•2020/5/26
一、 雷电放电过程
❖ 雷云下部大部分带负电荷，所以 大多数的雷击是负极性的，雷云 中的负电荷会在地面感应出大量 正电荷。这样地面与大地之间或 两块带异号电荷的雷云之间，会 形成强大的电场，其电位差可达 数兆伏甚至数十兆伏。
•2020/5/26
❖ 通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往是 一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐 级推进的方式向下发展，每级长度约25~50m ，每级的伸展速度约104 km/s，平均发展速度 只有100~800km/s这种预放电称为先导放电。
v 限制进波陡度
v 限制流过避雷器的冲击电流幅值
❖ 进线段能起两方面的作用：
v 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以 外的线路，它们在流过进线段时将因冲击 电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度 和幅值；
v 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流 幅值。•2020/5/26
六 旋转电机的防雷保护
❖ 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得 多，其雷害事故也往往大于变压器，这 是由它的绝缘结构、运行条件等方面的 特殊性造成的。
❖ 分类：
❖
的电容效应
空载长线
❖
工频电压升高 不对称短
路引起的工频电压升高
❖
暂时
起的工频电压升高
甩负荷引
❖•2020/5/26
过电压
线性谐振过
第一节 稳态过电压的电路基础
工频电压升高的危害
❖ （1）由于工频电压升高大都在空载或轻载 条件下发生，所以它们有可能同时出现、相 互叠加。
❖ （2）工频电压升高是决定某些过电压保护 装置工作条件的重要依据，所以它直接影响 到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平 。
❖ 耐雷水平:雷击线路时，其绝缘尚不至 于发生闪络的最大雷电流幅值或能引 起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位 为KA。
v 雷击跳闸率(n) :是指在雷暴日Td=40 的情况下、100km的线路每年因雷击 而引起的跳闸次数，其单位为“次 /(100km.40雷暴日)”。
•2020/5/26
四 变电所的防雷保护
❖
❖ •2020/5/26
❖由于电感与电容上的压降 反相，且UC＞UL，可见电 容上的压降大于电源电势. 为了限制这种工频电压升 高现象，大多采用并联电 抗器来补偿线路的电容电 流以削弱电容效应，效果 十分显著。
•2020/5/26
第二节 谐振过电压
一、谐振过电压的类型
❖（1）线形谐振过电压 ❖（2）参数谐振过电压 ❖（3）铁磁谐振过电压
循统计规律。 ❖ （2）线路损耗：主要来源：
①线路及电源的电阻；②当过 电压超过导线的电晕起始电压 后，导线上出现电晕损耗。 ❖ （3）线路残余电压的变化
•2020/5/26
•合闸过电压的限制、降低措施主要有： •（1）装设并联合闸电阻 •（2）同电位合闸 • •（3）利用避雷器来保护 •
•2020/5/26
•2020/5/26
三 架空输电线路防雷保护
❖输电线路是电力系统的大动脉 ，一条长100m的架空线路一 年往往要遭到数十次雷击，因 而线路的雷击事故在电力系统 总的雷害事故中占有很大的比 重。输电线路防雷保护的根本 目的就是尽可能的减少线路雷 害事故的次数和损失。
•2020/5/26
❖ 为了表示一条线路的耐雷性能和所采 用防雷措施的效果，通常采用的指标 有:
第四节 空载线路合闸过电压
❖空载线的合闸可分为正常合 闸和自动重合闸。这时出现 的操作过电压称为合空线过 电压或合闸过电压，重合闸 过电压是过电压中最严重的 一种。
•2020/5/26
❖ 如果是自动重合闸，那么条件将不利， 主要原因在于这时线路上有一定残余电 荷和初始电压，重合闸时振荡将更加剧 烈。
v 在同一电压等级的电气设备中，以旋转 电机的冲击电气强度为最低。
v 电机绝缘的冲击耐压水平与保护它的避 雷器的保护水平相差不多、裕度很小。
v 发电机绕组的匝间电容很小和不连续， 迫使过电压进入电机绕组后只能沿着绕 组导体传播，而它的每匝绕组的长度又 远•20较20/5/变26 压器绕组为大。
❖ （3）由于工频电压升高是不衰减或弱衰减 现象，持续时间很长，对设备绝缘及其运行 条件也有很大影响。
•2020/5/26
❖ 输电线路在长度不很大时的等值电路， 由于空载，就可简化如图所示。
•R
•.
•UR
•～
•.
•E
•L
•.
•UL
•C
•.
•UC
•空载长线的简化等值电路
•2020/5/26
❖ 一般R要比XL和XC小得多，而 空载线路的工频容抗XC又要大 于工频感抗XL，因此在工频电 势 的作用下，线路上流过的容 性电流在感抗上造成的压降将 使容抗上的电压 高于电源电势 。
❖ 如果采用的是单相自动重合闸，只切除 故障相，而健全相不与电源电压相脱离 ，那么当故障相重合闸时，因该相导线 上不存在残余电荷和初始电压，就不会 出上述高幅值重合闸过电压。
❖ 在合闸过电压中，以三相重合闸的情况 最为严重，其过电压理论值可达3Uφ
•2020/5/26
影响因素和限制措施
❖ 影响因素 ❖ （1）合闸相位：是随机量，遵
•2020/5/26
二、铁磁谐振过电压
•UL
•E •～
•L •I
•C •UC
•2020/5/26
•特点： •：产生串联铁磁谐振的必要条件是 •电感和电容的伏安特性必须相交 ， •铁磁元件的非线性是产生铁磁谐 •振的根本原因。
•2020/5/26
第三节 切断空载 线路过电压
•l
•～ •z
•QF
•-Uφ
二、影响因素与限制措施
❖影响因素 ❖ （1）断路器性能 ❖灭弧能力越强的断路器，其
对应的切空变过电压最大值 也越大。 ❖ （2）变压器特性
•2020/5/26
第六节 雷电放电和雷电过电压
•一、 雷电放电过 程
❖ 就其本质而言，雷电放电是一种超长气 隙的火花放电，与金属电极间的长气隙 放电是相似的。所不同的是由于雷云的 物理性质毕竟与金属板不同，因而具有 多次重复雷击等现象和特点。
•2020/5/26
内部过电压
暂时过电 操作过电 直接雷过
内部过电压
第一节 稳态过电压的电路基础 第二节 谐振过电压 第三节 切断空载线路过电压 第四节 空载线路合闸过电压 第五节 切除空载变压器过电压
第六节 雷电放电和雷电过电压
•2020/5/26
❖ 内部过电压的根源在电力系统内部，通常 都是因系统内部电磁能量的积聚和转换而 引起。
❖ 按照安装方式的不同，可将避雷针分 为独立避雷针和装设在配电装置构架 上的避雷针两类。
❖ 变电所的直击雷防护设计内容主要是 选择避雷针的支数、高度、装设位置 、验算它们的保护范围、应有的接地 电阻、防雷接地装置设计等。
•2020/5/26
五、 变电所的进线段保护
❖ 从前面的分析可知：为了使阀式避雷器有 效地发挥保护作用，就必须采取措施：
•第五节 切除空载变压器过电压
•一、发展过 程
•电弧
•i=iL+iC
•iL
•iC
•≈iL
•u •～
•LT
•CT
•2020/5/26
•切除空载变压器等值电路
•产生原因： • 流过电感的电流在到达自然零 值之前就被断路器强行切断，从而 迫使储存在电感中的磁场能量转为 电场能量而导致电压的升高。
•2020/5/26
•(a)
•(b)
ห้องสมุดไป่ตู้
•2020/5/26
❖ 影响因素
❖ （1）中性点接地方式：中性点非 有效接地电网的中性点电位有可能 发生位移，所以某一相的过电压可 能特别高一些。
❖ （2）断路器的性能：重燃次数对 这种过电压的最大值有决定性的影 响；
❖ （3）母线上的出线数：当母线上 同时接有几条出线，而只切除其中 一条时，这种过电压将较小；
❖ 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物 体因周围电场强度达到了能使空气电离程度， 会发出向上的迎面先导，当它与下行先导相遇 时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大 的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随着雷 鸣和闪光。这段时间极短，只有50~100 μs， 它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发 展的，亦称“回击” 。
电力系统过电压
2020年5月26日星期二
❖电力系统中的各种绝缘 在运行中除了受长期工 作电压的作用外，还会 受到各种比工作电压高 得多的过电压的作用。 所谓过电压就是指电系 统中出现的对绝缘有危 险的电压升高和电位升
•2020/5/26
❖
工频电压升高
❖
压
❖
谐振过电压
❖
压 ❖ 电力系统过电压
❖
电压
❖ 变电所是多条输电线路 的交汇点和电力系统的 枢纽。
❖ 变电所中出现的雷电过 电压有两个来源：
v 雷电直击变电所；
v 沿输电线路入侵的雷电 过电压波。
•2020/5/26
❖ 雷电直接击中变电所设施的导电部分 ，则出现的雷电过电压很高，一般都 会引起绝缘的闪络或击穿，所以必须 装设避雷针或避雷线对直击雷进行防 护。
•2020/5/26
一、 雷电放电过程
❖ 雷云下部大部分带负电荷，所以 大多数的雷击是负极性的，雷云 中的负电荷会在地面感应出大量 正电荷。这样地面与大地之间或 两块带异号电荷的雷云之间，会 形成强大的电场，其电位差可达 数兆伏甚至数十兆伏。
•2020/5/26
❖ 通常“云—地”之间的线状雷电在开始时往往是 一微弱发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐 级推进的方式向下发展，每级长度约25~50m ，每级的伸展速度约104 km/s，平均发展速度 只有100~800km/s这种预放电称为先导放电。
v 限制进波陡度
v 限制流过避雷器的冲击电流幅值
❖ 进线段能起两方面的作用：
v 进入变电所的雷电过电压将来自进线段以 外的线路，它们在流过进线段时将因冲击 电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度 和幅值；
v 利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流 幅值。•2020/5/26
六 旋转电机的防雷保护
❖ 旋转电机的防雷保护要比变压器困难得 多，其雷害事故也往往大于变压器，这 是由它的绝缘结构、运行条件等方面的 特殊性造成的。
❖ 分类：
❖
的电容效应
空载长线
❖
工频电压升高 不对称短
路引起的工频电压升高
❖
暂时
起的工频电压升高
甩负荷引
❖•2020/5/26
过电压
线性谐振过
第一节 稳态过电压的电路基础
工频电压升高的危害
❖ （1）由于工频电压升高大都在空载或轻载 条件下发生，所以它们有可能同时出现、相 互叠加。
❖ （2）工频电压升高是决定某些过电压保护 装置工作条件的重要依据，所以它直接影响 到避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平 。
❖ 耐雷水平:雷击线路时，其绝缘尚不至 于发生闪络的最大雷电流幅值或能引 起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位 为KA。
v 雷击跳闸率(n) :是指在雷暴日Td=40 的情况下、100km的线路每年因雷击 而引起的跳闸次数，其单位为“次 /(100km.40雷暴日)”。
•2020/5/26
四 变电所的防雷保护
❖
❖ •2020/5/26
❖由于电感与电容上的压降 反相，且UC＞UL，可见电 容上的压降大于电源电势. 为了限制这种工频电压升 高现象，大多采用并联电 抗器来补偿线路的电容电 流以削弱电容效应，效果 十分显著。
•2020/5/26
第二节 谐振过电压
一、谐振过电压的类型
❖（1）线形谐振过电压 ❖（2）参数谐振过电压 ❖（3）铁磁谐振过电压
循统计规律。 ❖ （2）线路损耗：主要来源：
①线路及电源的电阻；②当过 电压超过导线的电晕起始电压 后，导线上出现电晕损耗。 ❖ （3）线路残余电压的变化
•2020/5/26
•合闸过电压的限制、降低措施主要有： •（1）装设并联合闸电阻 •（2）同电位合闸 • •（3）利用避雷器来保护 •
•2020/5/26
•2020/5/26
三 架空输电线路防雷保护
❖输电线路是电力系统的大动脉 ，一条长100m的架空线路一 年往往要遭到数十次雷击，因 而线路的雷击事故在电力系统 总的雷害事故中占有很大的比 重。输电线路防雷保护的根本 目的就是尽可能的减少线路雷 害事故的次数和损失。
•2020/5/26
❖ 为了表示一条线路的耐雷性能和所采 用防雷措施的效果，通常采用的指标 有: