雷电及防雷保护装置

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一、绕组间的静电感应
由于电感中电流不能突变，因此只存在电容耦合。因此与变比无关。
在绕组2开路时，静电感应的电压为：
U2 C12C12C20U0
通常，低压绕组和很多线路相连，因此，还有很多电容和C20并 联，此时U2不大。
但当空载时，需要进行过电压雷电防及护防雷。保护装置
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二、绕组间的电磁感应
线路电感中会逐渐流过电流。电流所产生的磁 通会在另一个绕组中感应出电压。这种电压就 叫电磁感应分量。
电磁感应分量与变比有关，但由于铁芯损耗， 所以不是与变比成正比。
通常，低压绕组绝缘裕度的设计远大于高压绕 组，因此，电磁感应过电压，只是在从低压感 应到高压时才有危险。
一般依靠在高压出线端安装三相避雷器进行防 护。
高电压技术
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8.8.2 三相绕组中的波过程
电力变压器一般按照Y、Y0、△ 等接线方式。 雷电冲击波可能从一相、两相或者三相接入； 三绕组变压器的波过程与单相变压器基本相同，
只是随接线方式和进波方式有所不同。
一 星形接线中性点接地（ Y0）
当变压器采用Y0接地，三相间相互影响很小，可 按三个独立的单相绕组波过程分析。
▪ 无论是单匝还是多匝电机，k0du/dt都很小，因此可忽略K的影响。
▪ 在计算波过程时，可将旋转电机绕组看成具有一定波阻抗的导线。
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一、电机绕组中的波阻抗及波速
电机槽内部分和端部部分 的L0，C0是不同的，因此 波阻和波速也有规律的变 化，但一般用只看宏观的 平均值。
波阻抗与电机容量、电压 和转速有关。
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振荡过程中，最高电位在中点M处，为2U0
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8.8.3 冲击电压在绕组间的传递
当波浸入变压器的高压绕组时，会感应到低压 绕组中，
感应途径为：1 静电感应 2 电磁感应 感应过电压很大时，会造成低压绕组处的绝缘
击穿。 近似计算这种感应过电压时，用叠加法，将两
种途径的感应过电压分别计算后再相加。
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二、星形接线中性点不接地（Y）
一相进波时：波到达不中性点后经由两相绕组传出
。后两相等效为并联的两个L－K－C回路
u
B
1 2
U0
Z0 A
(a) C LCK
Z0
U0
Z0
U0
1.2
Umax
Z0
1.0
2 1
t 0
t
3 13U0
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0
1.0
2.0 l
Z0 Z0
U0
N
Al
(c)
B,C
(b)
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一相进波的特点：
入侵波幅值为1/2U0 由于绕组的冲击波阻抗远大于线路的波阻抗，
因此其他两相波阻抗的线路侧的端点可认为是 接地的。
起始电位分布与后两相关系不大，可认为此时 中性点电位接近为0。
稳态电位分布时，按电阻分配，成为折线。中 性点为1/3U0
最大电位包络线为曲线3。振荡过程中，中性 点最大电位为2/3U0
整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷位于雷云下 部，离地大约500-1000m。
雷云放电通常分为先导部分和主放电两个阶段。
图中为下行负雷闪的照片。 第一次放电结束后，多半还会有重复雷击。
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9.1.2 雷击时的等值电路
雷电具有电流源的性质。
主放电瞬间，可用开关S的闭合来模拟
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两相进波时
两相波达到中性点后将同时由第三个绕组传到 线路上。可按照单相进波的叠加计算波过程。
中性点稳态电位为2/3U0，最大电位为4/3U0
三相进波时
规律与单相绕组末端开路情况基本相同。中 性点最大电位为首端电位的2倍。
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三、三角形接线
• 一相入侵时：因为绕组的冲击波
匝间承受冲击电压为：
v A
uz
al z v
因此，允许来波最大陡度为：
一般将进波陡度限制在5kV/us雷以电下及防。雷保护装置a m a x
vU lz
j
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第9章 雷电及防雷保护装置
大气过电压是由于雷电形成的。它是造成系统故障的主要原因之一
9.1 雷云放电及雷电过电压
热气流上升，冷凝产生冰晶，冰晶碰撞分裂，导致带 负电荷的较轻部分被风吹走，形成雷云；带正电荷的 较重部分可能形成局部带正电的云区或者凝聚成水滴 下降。
阻抗远大于线路的波阻抗，因此
B、C两端点相当于接地。此时，
在AB、AC绕组中的波过程与末
端接地时的相同。
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两相或者三相入侵时：
用叠加法分析.
1表示A端或者B端进波时的初始分布
2表示A端或者B端进波时的稳态分布
虚线3表示A、B端同时进波时的初始分布
实线4表示A、B端同时进波时的稳态分布
电压升高→ 每槽匝数增加
→电感变大→ 波阻抗增加
容量加大→ 导线半径增加
→ 每格匝数减小→电容增 加，电感减小→ 波阻抗减 小
对于低速电机，可用图中 值的2倍估算波阻抗
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波速
容量加大→ 导线半径增加→
每格匝数减小→电容增加 ，电感减小→ ，一般电 感的减小没有电容的增加 那么快→波速下降
9.2.1 雷电流幅值和波形
对于雷暴日数≥20的地区，我国现行推荐雷电流幅值概率为：
lg P I 88
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8.9 旋转电极绕组中的波过程
旋转电机指的是经过电力变压器或直接与电网相连的发电机、同步调相 机和大型电动机等，它们的绕组在运行过程中部有可能会受到过电压波 的作用。
▪ 当波作用于旋转电机时，也可用LCK回路分析。
▪ 一般选择电机要加外部保护措施，如（在发电机前并联电容），因此 来波陡度平缓，波头时间大于10us，即du/dt很小。
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二、波在电机绕组中的传播
波在电机绕组中传播时，存在铁损、铜损、介质损耗。以铁损 最大。因此，衰减和变形都很严重。
衰减可计算： Ux U0ex
中小容量的电机： ＝0.0005m-1;
大容量电机： ＝0.0015m-1
u at
当波沿电机绕组传播时，绕组中的电位如左
图所示。最大电位梯度在首端。
Z是被击物的阻抗。 由于电荷运动形成电流，因此雷击点的
电位发生突然变化u＝iZ
当Z＝0时，i=2*i0; 一般，Z0＝300-400 ，Z<<Z0 ，因此，也可认为i=2*i0 i称为雷电流
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9.2 雷电参数及雷电活动规律
在雷电设计中，最关心的是雷电流波形、幅值分布及落雷密度等