第4章 电气工程基础电气工程基础4.9 过电压及绝缘配合过电压及绝缘配合知识点：知识点：1、了解电力系统过电压的种类、了解电力系统过电压的种类2、了解雷电过电压特性、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、了解接地和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念概念4、了解氧化锌避雷器的基本特性、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、了解避雷针、避雷线保护范围的确定4.9 过电压及绝缘配合过电压及绝缘配合4.9.1 电力系统过电压的种类电力系统过电压的种类 n过电压：过电压： 在电气设备或线路上出现的超过正常工作要在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。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。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。额定相电压的压。额定相电压的34倍倍 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 谐 振 谐振过电压 电力系统过电压的分类内部过电压 操作过电压n工频过电压工频过电压空载长线的电容效应空载长线的电容效应接地故障引起的工频电压升高接地故障引起的工频电压升高n谐振过电压谐振过电压 分为：线性谐振、非线性谐振（铁磁谐振）、分为：线性谐振、非线性谐振（铁磁谐振）、参数谐振（发电机电感周期变化）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，加装电容器改用电容式电压互感器，加装电容器 na1、a3为稳定工作点，a2不稳定n操作过电压操作过电压 特点：幅值高、等效频率高、持续时间短特点：幅值高、等效频率高、持续时间短 与断路器性能关系很大与断路器性能关系很大间歇电弧接地过电压间歇电弧接地过电压: 中性点不接地系统中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线路过电压切除空载变压器过电压切除空载变压器过电压nGIS中的快速暂态过电压中的快速暂态过电压 特点：很陡的波前特点：很陡的波前 电压波形中有频率很高的分量电压波形中有频率很高的分量 1 R 2 1 2 R4.9.2 雷电过电压特性1 雷电的特性参数雷电的特性参数n雷暴日与雷暴小时雷暴日与雷暴小时 少（少（1515）、中（）、中（15154040），多（），多（40409090），），强烈（强烈（9090）n地面落雷密度：次地面落雷密度：次/年年km2n年预计雷击次数年预计雷击次数N：n雷电流幅值雷电流幅值n雷电流的极性与波形雷电流的极性与波形 7590负极性负极性 推荐：波前推荐：波前 s，波，波长50s 波波头陡度陡度2 雷电过电压种类及防护措施雷电过电压种类及防护措施n雷电过电压的分类雷电过电压的分类 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较高的电位降 措施措施：将雷电接闪并泄放大地（避雷针：将雷电接闪并泄放大地（避雷针/避雷线）避雷线） 避雷针：保护建筑物和发电厂及变电所避雷针：保护建筑物和发电厂及变电所 避雷线：保护输电线路避雷线：保护输电线路感应雷过电压感应雷过电压：静电感应静电感应：雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感：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导线两端急速涌去电磁感应电磁感应：雷电流有极大的幅值与陡度，在其周围：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的电动势 措施：将金属体连通并接地措施：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配电所或建筑物 措施：保护间隙，避雷器措施：保护间隙，避雷器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和接地电阻、接触电压和跨步电压的基本概念 n接地：接地： 电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接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保护接地：为保护人身安全防止间接触电接地体与接地线接地体与接地线【例例4-26】n接地电阻：散流电阻加接地体和接地线本身的电阻接地电阻：散流电阻加接地体和接地线本身的电阻 n接地电压：接地电压： 人站在地面上接触电气设备所承受的电位人站在地面上接触电气设备所承受的电位差差n跨步电压：在接地故障点附件行走，人的双脚之间所跨步电压：在接地故障点附件行走，人的双脚之间所呈现的电位差呈现的电位差 与离接地点的远近及跨步的长短有关与离接地点的远近及跨步的长短有关 图图4-110 保护间隙与避雷器保护间隙与避雷器 保护间隙 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)n 各种避雷器的主要应用场合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。 避雷器4.9.4 4.9.4 氧化锌避雷器的基本特性氧化锌避雷器的基本特性 1 1作用原理：非线性系数很小的氧化锌电阻片组装而成作用原理：非线性系数很小的氧化锌电阻片组装而成 2、基本特点、基本特点p20世纪世纪70年代初期出现，是一种具有良好非线性性能的年代初期出现，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。阀式避雷器。其阀片主要成分是氧化锌。p结构简单、无间隙、体积小、重量轻结构简单、无间隙、体积小、重量轻p动作响应快，保护性能好动作响应快，保护性能好p通流容量大通流容量大p无续流：在残压相同的情况下，工频续流非常小，因此可无续流：在残压相同的情况下，工频续流非常小，因此可无间隙无间隙p耐污秽性能好耐污秽性能好3、有关技术参数、有关技术参数p额定电压：系统短时工频过电压额定电压：系统短时工频过电压p最大持续运行电压最大持续运行电压p参考电压：工频参考电压，直流参考电压（参考电压：工频参考电压，直流参考电压（1mA）p残压残压p压比：通过大电流时的残压与通过压比：通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时电压直流电流时电压之比。越小，保护性能越好。之比。越小，保护性能越好。【例4-27】 【例4-28】4.9.5 避雷针、避雷线保护范围的确定避雷针、避雷线保护范围的确定1、避雷针：、避雷针：p引雷作用引雷作用p一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管p 保护范围的确定：保护范围的确定： IEC的的“滚球法滚球法”，表，表4-7单支避雷针的保护范围确定单支避雷针的保护范围确定p当避雷针高度小于当避雷针高度小于hr 时时 作平行线作平行线以针尖为圆心作弧线以针尖为圆心作弧线以交点为圆心作弧线，与地面相切以交点为圆心作弧线，与地面相切hx高度水平保护范围：高度水平保护范围：地面保护半径地面保护半径p当避雷针高度大于当避雷针高度大于hr 时时 取取h = hr 2、避雷线：截面小于、避雷线：截面小于35mm2的镀锌钢绞线，又称架空地线的镀锌钢绞线，又称架空地线p当避雷线高度大于当避雷线高度大于2hr 时，无保护范围时，无保护范围p当避雷线高度小于当避雷线高度小于2hr 时，时， 作平行线作平行线以避雷线为圆心作弧线以避雷线为圆心作弧线以交点为圆心作弧线，与地面相切以交点为圆心作弧线，与地面相切hr h65m，最大值，最大值300400kV2、雷击导线、雷击导线 架设避雷线，考虑绕击率架设避雷线，考虑绕击率 3、雷击塔顶、雷击塔顶 杆塔分流系数杆塔分流系数 逆闪反击逆闪反击 线路的耐雷水平线路的耐雷水平 降低杆塔的冲击接地电阻降低杆塔的冲击接地电阻 提高导线与架空地线的耦合系数提高导线与架空地线的耦合系数4、雷击避雷线档距中央、雷击避雷线档距中央 规程给出档距中央导线和避雷线间的空气距离规程给出档距中央导线和避雷线间的空气距离5、雷击跳闸率、雷击跳闸率 建弧率建弧率41.4 发电厂和变电所的防雷保护发电厂和变电所的防雷保护1、直击雷保护直击雷保护 采用避雷针，避雷针与采用避雷针，避雷针与保护设备的空中和地下距离保护设备的空中和地下距离应满足要求应满足要求2、变电所的进线段保护、变电所的进线段保护 靠近变电所的靠近变电所的12公里公里 降低进入变电所的雷电流幅值和陡度降低进入变电所的雷电流幅值和陡度3、避雷器的保护作用、避雷器的保护作用 避雷器安装于母线处避雷器安装于母线处 与被保护设备间与被保护设备间4、变电所防雷的几个具体问题、变电所防雷的几个具体问题n 三绕组变压器的防雷保护三绕组变压器的防雷保护 低压绕组开路时的保护低压绕组开路时的保护n自耦变压器的防雷保护自耦变压器的防雷保护 高、中端开路时的保护高、中端开路时的保护 高中绕组变比很小的情况高中绕组变比很小的情况n 变压器中性点保护变压器中性点保护 110kV，220kV中性点不接地情况中性点不接地情况n 采用采用GIS时的防雷特点时的防雷特点 有利：波阻抗小，保护距离小有利：波阻抗小，保护距离小 不利：伏秒特性平坦不利：伏秒特性平坦5、旋转电机防雷的特点 装避雷器和电容器，直配电机加进线保护段 【例41-1】 【例41-2】 【例41-3】第42章 电力系统绝缘配合43.1 绝缘配合的原则绝缘配合的原则 保护装置的特性与被保护设备绝缘水平之间的配合保护装置的特性与被保护设备绝缘水平之间的配合 220kV及以下：主要由雷电过电压及以下：主要由雷电过电压 330kV及以上：操作过电压及以上：操作过电压 污秽地区：防污闪，最高运行电压污秽地区：防污闪，最高运行电压 注意区分设备的外绝缘和内绝缘注意区分设备的外绝缘和内绝缘43.2 绝缘配合的方法绝缘配合的方法惯用法惯用法统计法统计法简化统计法简化统计法43.3 电气设备绝缘水平的确定电气设备绝缘水平的确定n 对对220kV及以下的电气设备：雷电冲击耐受电压和及以下的电气设备：雷电冲击耐受电压和1min工频耐受电压工频耐受电压n330kV及以上的超高压电气设备：雷电冲击耐受电压和操及以上的超高压电气设备：雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压作冲击耐受电压 43.4 架空线路绝缘水平的确定架空线路绝缘水平的确定1、绝缘子片数的确定、绝缘子片数的确定 按机械负荷和环境条件选定绝缘子型式，确定片数的条件：按机械负荷和环境条件选定绝缘子型式，确定片数的条件： （1）工作电压下不发生污闪）工作电压下不发生污闪 （2）操作电压下不发生湿闪）操作电压下不发生湿闪 （3）保证线路耐雷水平满足规定要求）保证线路耐雷水平满足规定要求2、空气间隙的确定：注意计算风速、空气间隙的确定：注意计算风速 工作工作电压：最大：最大风速，速，2535/s 操作操作过电压：最大：最大风速的速的50 雷雷电过电压：按：按风速速为10/sn09年n08年n07年n06年n05年