高电压技术课件

第八章 雷电放电与防雷保护装置雷电放电电流高达数十、数百千安。雷电放电电流高达数十、数百千安。雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压。雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压。产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。电动力引起机械损坏。8.1 8.1 雷云放雷云放电电与雷与雷电电参数参数一、雷云的形成一、雷云的形成水滴分裂起电理论水滴分裂起电理论大水珠带正电大水珠带正电小水珠带负电；小水珠带负电；图图7-17-1带负电的雷云带负电的雷云图图8-1 8-1 雷云中的电荷分布雷云中的电荷分布二、雷电放电过程二、雷电放电过程 第一次主放电第一次主放电箭状先导箭状先导第三次主放电第三次主放电图图7-27-2图图8-2 8-2 雷电放电过程雷电放电过程三、雷电参数三、雷电参数(一一)雷电活动频度雷暴日及雷暴小时雷电活动频度雷暴日及雷暴小时雷暴日雷暴日T Td d：一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在：一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。暴日。雷暴小时雷暴小时T Th h：一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时：一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关。关。T Td d 154040，多雷区；，多雷区；T Td d 9090，强雷区，强雷区城市城市雷暴日雷暴日城市城市雷暴日雷暴日城市城市雷暴日雷暴日北京北京36.736.7合肥合肥30.130.1贵阳贵阳48.948.9天津天津28.628.6福州福州57.657.6昆明昆明62.862.8石家庄石家庄31.531.5南昌南昌58.558.5拉萨拉萨73.273.2太原太原36.436.4济南济南26.326.3西安西安17.317.3呼和浩特呼和浩特37.537.5郑州郑州22.622.6兰州兰州23.623.6沈阳沈阳27.127.1武汉武汉37.837.8西宁西宁32.932.9长春长春36.636.6长沙长沙49.549.5银川银川19.719.7哈尔滨哈尔滨30.930.9广州广州87.687.6乌鲁木齐乌鲁木齐9.39.3上海上海32.232.2南宁南宁88.688.6海口海口113.8113.8南京南京35.135.1重庆重庆41.041.0台北台北27.927.9杭州杭州40.040.0成都成都36.936.9香港香港34.034.0表表表表8-1 8-1 8-1 8-1 我国主要城市年平均雷暴日我国主要城市年平均雷暴日我国主要城市年平均雷暴日我国主要城市年平均雷暴日 日日日日/年年年年 (二二)地面落雷密度地面落雷密度()()-每个雷暴日每平方公里地面平均落雷次数。每个雷暴日每平方公里地面平均落雷次数。-常数，取常数，取0.023;0.023;C-C-常数，取常数，取0.30.3T Td d 4040的地区，取的地区，取0.070.07每每100km100km线路每年遭受雷击次数线路每年遭受雷击次数(三三)雷道波阻抗（雷道波阻抗（Z Z0 0）雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷道波阻抗。为雷道波阻抗。主放电过程看作是一个电流波沿着波阻抗为主放电过程看作是一个电流波沿着波阻抗为Z Z0 0的雷道投射到雷击点的波过程。的雷道投射到雷击点的波过程。Z Z0 0 300 300 (四四)雷电的极性雷电的极性 负极性雷击均占负极性雷击均占7590%7590%。(五五)雷电流幅值（雷电流幅值（I I）雷击于低值接地电阻雷击于低值接地电阻(30)(30)的物体时流过的物体时流过雷击点的电流。用雷电流幅值分布概率表示：雷击点的电流。用雷电流幅值分布概率表示：(六六)雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长 雷电流的波前时间雷电流的波前时间T T1 1:14us:14us的范围内，平均为的范围内，平均为2.6us2.6us。波长波长T T2 2:20100us:20100us的范围内，多数为的范围内，多数为40us40us。我国防雷设计采用我国防雷设计采用2.6/40us2.6/40us的波形。的波形。雷电流波前的平均陡度雷电流波前的平均陡度 a aI/2.6(kA/us)I/2.6(kA/us)最大最大取取50 kA/us50 kA/us (七七)雷电流的波形雷电流的波形（c c）0 0I I I I（b b）（a a）图图8-3 8-3 雷电流波形雷电流波形（a a a a）双指数波）双指数波）双指数波）双指数波（b b b b）平顶斜角波）平顶斜角波）平顶斜角波）平顶斜角波（a a a a）半余弦波）半余弦波）半余弦波）半余弦波四、雷电过电压的形成四、雷电过电压的形成(一一)雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型 图图8-4 8-4 雷电放电计算模型和等值电路雷电放电计算模型和等值电路（a a）先导放电；（）先导放电；（b b）主放电；（）主放电；（c c）计算模型；）计算模型；（d d）电压源等值电路；（）电压源等值电路；（e e）电流源等值电路）电流源等值电路(二二)直接雷击过电压直接雷击过电压1.1.雷击于地面上接地良好的物体雷击于地面上接地良好的物体1.1.雷击于导线或档距中央避雷线雷击于导线或档距中央避雷线(三三)感应雷击过电压感应雷击过电压形成机理形成机理图图7-77-7 先导放电阶段，导线电位为零先导放电阶段，导线电位为零 主放电阶段，使导线对地形成一定电压（静电分量），磁通主放电阶段，使导线对地形成一定电压（静电分量），磁通在导线感应出一定电压（电磁分量）。在导线感应出一定电压（电磁分量）。8.2 防雷保护装置 一、避雷针和避雷线一、避雷针和避雷线 通过使雷电击向自身来发挥其保护作用，为了使雷电流顺利通过使雷电击向自身来发挥其保护作用，为了使雷电流顺利泄入地下和减低雷击点的过电压。必须有可靠的引下线和良好泄入地下和减低雷击点的过电压。必须有可靠的引下线和良好的接地装置，其接地电阻应足够小。的接地装置，其接地电阻应足够小。保护原理：保护原理：避雷针（线）一般均高于被保护对象，它们的迎面避雷针（线）一般均高于被保护对象，它们的迎面先导开始得最早，发展得快，最先影响雷电下行先导的发展先导开始得最早，发展得快，最先影响雷电下行先导的发展方向，使之击向避雷针（线），并顺利泄入地下，使处于它方向，使之击向避雷针（线），并顺利泄入地下，使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护、免遭雷击。们周围的较低物体受到屏蔽保护、免遭雷击。饶击饶击：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。保护范围：保护范围：绕击率绕击率 0.1%0.1%的区域。的区域。2 2 2 2、避雷针的保护范围计算、避雷针的保护范围计算、避雷针的保护范围计算、避雷针的保护范围计算 （一）单针（一）单针（一）单针（一）单针图图8-8 8-8 单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围（二）两支等高避雷针（二）两支等高避雷针（二）两支等高避雷针（二）两支等高避雷针图图8-9 8-9 两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围（三）两支不等高避雷针（三）两支不等高避雷针（三）两支不等高避雷针（三）两支不等高避雷针(五五)单根避雷线单根避雷线 (六六)两根等高避雷线两根等高避雷线 图图7-12 7-12 图图7 71313二、保护间隙和避雷器二、保护间隙和避雷器(一一)保护间隙保护间隙保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者低，雷保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者低，雷电波侵入式，保护间隙首先放电，使被保护设备得以保护电波侵入式，保护间隙首先放电，使被保护设备得以保护 过电压波被限制到保护间隙F的击穿电压Ub b缺点：缺点：1 1）伏秒特性很陡；）伏秒特性很陡；2 2）保护间隙没有专门的灭弧装置；）保护间隙没有专门的灭弧装置；3 3）产生大幅值的截波。）产生大幅值的截波。(二)管式避雷器(亦称排气式避雷器)有较强的灭弧能力；有较强的灭弧能力；包括火花间隙包括火花间隙F1F1、F2F2等等 有缺陷，仅装设在输电线路上绝缘有缺陷，仅装设在输电线路上绝缘比较薄弱的地方。比较薄弱的地方。(三)普通阀式避雷器主要有火花间隙主要有火花间隙F F及与之及与之串联的工作电阻（阀片）串联的工作电阻（阀片）R R组成。组成。碳化硅碳化硅(SiC)(SiC)为原料为原料 图图7-20 7-20 阀片的任务阀片的任务：在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利：在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以泄入地下，且残压不高；在工频电流下，阻值要变大，以利灭弧。利灭弧。(四四)磁吹式避雷器磁吹式避雷器 与普通阀式避雷器类似，主要区别采用了灭弧能力较强的：与普通阀式避雷器类似，主要区别采用了灭弧能力较强的：磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片。1.1.旋弧型磁吹避雷器旋弧型磁吹避雷器2.2.灭弧栅型磁吹避雷器灭弧栅型磁吹避雷器3.3.(五五)金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷器（MOAMOA）4.4.氧化锌氧化锌(ZnO)(ZnO)，具有极其优异的非线性特性。，具有极其优异的非线性特性。ZnOZnO与与SiCSiC的的伏安特性比较伏安特性比较 图图7-297-29三、防雷接地三、防雷接地(一一)接地装置一般概念接地装置一般概念“地地”是地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。是地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。电气设备导电部分和非导电部分与大地的人为连接称为接地。电气设备导电部分和非导电部分与大地的人为连接称为接地。电力系统的接地分为三类：电力系统的接地分为三类：1 1）工作接地：正常工作需要而设置的接地。工作接地：正常工作需要而设置的接地。0.5100.5102 2）保护接地：为了保护人身安全金属接地。保护接地：为了保护人身安全金属接地。1101103 3）防雷接地：将雷电流顺利泄如地下，以减小它所引起的过电防雷接地：将雷电流顺利泄如地下，以减小它所引起的过电压压接地电阻接地电阻R Re e等于从接地体到地下远处零位面之间的电压等于从接地体到地下远处零位面之间的电压UeUe与流与流过的工频或直流电流过的工频或直流电流I Ie e之比。之比。常见的一些接地体的工频接地电阻的计算：常见的一些接地体的工频接地电阻的计算：1.1.单根垂直接地体单根垂直接地体2.2.多根垂直接地体多根垂直接地体3.3.水平接地体水平接地体(二二)防雷接地及有关计算防雷接地及有关计算防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。防雷接地所泄放的电流是冲击大电流。图图7-317-31 接地体单位长度电感接地体单位长度电感L L0 0，压降，压降L L0 0di/dtdi/dt很可观，使接地体变成非很可观，使接地体变成非等电位物体。等电位物体。L L0 0的影响使伸长接地体的冲击接地电阻的影响使伸长接地体的冲击接地电阻R Ri i增大。增大。接地体周围会出现一个火花放电区，使冲击接地电阻接地体周围会出现一个火花放电区，使冲击接地电阻R Ri i变小。变小。两者对接地电阻的影响相反。看两个因素的相对强弱而定。两者对接地电阻的影响相反。看两个因素的相对强弱而定。8.3 电力系统的防雷保护8.3.1 8.3.1 架空输电线路防雷保护架空输电线路防雷保护一、输电线路耐雷性能的指标一、输电线路耐雷性能的指标每每100km100km线路的年落雷次数线路的年落雷次数N N 8.3 8.3 电力系统的防雷保护电力系统的防雷保护8.3.1 8.3.1 架空输电线路的防雷保护架空输电线路的防雷保护电力系统防雷保护包括：线路、变电所、发电厂电力系统防雷保护包括：线路、变电所、发电厂架空输电线路地处旷野，地理环境复杂，易受雷击，造架空输电线路地处旷野，地理环境复杂，易受雷击，造架空输电线路地处旷野，地理环境复杂，易受雷击，造架空输电线路地处旷野，地理环境复杂，易受雷击，造成雷击过电压，导致输电线路跳闸。成雷击过电压，导致输电线路跳闸。成雷击过电压，导致输电线路跳闸。成雷击过电压，导致输电线路跳闸。输电线路雷电过电压：输电线路雷电过电压：输电线路雷电过电压：输电线路雷电过电压：直击雷过电压：雷击导线、累积杆塔、雷击避雷线直击雷过电压：雷击导线、累积杆塔、雷击避雷线直击雷过电压：雷击导线、累积杆塔、雷击避雷线直击雷过电压：雷击导线、累积杆塔、雷击避雷线 感应过电压：雷击线路附近地面，空间电磁感应感应过电压：雷击线路附近地面，空间电磁感应感应过电压：雷击线路附近地面，空间电磁感应感应过电压：雷击线路附近地面，空间电磁感应输电线路防雷性能：输电线路防雷性能：输电线路防雷性能：输电线路防雷性能：耐雷水平：耐雷水平：耐雷水平：耐雷水平：发生雷击时，线路绝缘尚不至于发生闪发生雷击时，线路绝缘尚不至于发生闪 络的最大雷电流幅值，单位为络的最大雷电流幅值，单位为kAkA。雷击跳闸率：雷击跳闸率：雷击跳闸率：雷击跳闸率：每百公里线路每年因雷击引起的跳闸次每百公里线路每年因雷击引起的跳闸次 数，单位数，单位 次次/百公里百公里年年一、输电线路感应雷过电压一、输电线路感应雷过电压一、输电线路感应雷过电压一、输电线路感应雷过电压 产生原因：雷击线路附近地面（物体），空间电磁感应产生原因：雷击线路附近地面（物体），空间电磁感应产生原因：雷击线路附近地面（物体），空间电磁感应产生原因：雷击线路附近地面（物体），空间电磁感应图图图图 输电线路雷电感应过电压产生机理输电线路雷电感应过电压产生机理输电线路雷电感应过电压产生机理输电线路雷电感应过电压产生机理 （a)a)a)a)先导放电阶段先导放电阶段先导放电阶段先导放电阶段 (b)(b)(b)(b)主放电阶段主放电阶段主放电阶段主放电阶段先导放电阶段，导线电位为零（线先导放电阶段，导线电位为零（线-地间空间电场抵消）地间空间电场抵消）主放电阶段，使导线上电荷对地形成一定电压（静主放电阶段，使导线上电荷对地形成一定电压（静电分量），空间交链磁通在导线感应出一定电压（电磁电分量），空间交链磁通在导线感应出一定电压（电磁分量）。分量）。1.1.1.1.雷击点距线路雷击点距线路雷击点距线路雷击点距线路 s65 s65 s65 s65米（无避雷线）米（无避雷线）米（无避雷线）米（无避雷线）导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压(幅值）：幅值）：幅值）：幅值）：h h h hc c c c导线平均高度导线平均高度导线平均高度导线平均高度 m m m mIIII雷电流幅值雷电流幅值雷电流幅值雷电流幅值 KA KA KA KAkVkVkVkV2.2.2.2.雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶(s65(s65(s65(s65 s65 s65 s65米（有避雷线）米（有避雷线）米（有避雷线）米（有避雷线）导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压(幅值）：幅值）：幅值）：幅值）：h h h hc c c c导线平均高度导线平均高度导线平均高度导线平均高度 m m m mh h h hg g g g避雷线平均高度避雷线平均高度避雷线平均高度避雷线平均高度 m m m mK-K-K-K-导线、避雷线间耦合系数导线、避雷线间耦合系数导线、避雷线间耦合系数导线、避雷线间耦合系数kVkVkVkV4.4.4.4.雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶雷击线路杆塔顶(有避雷线有避雷线有避雷线有避雷线)导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压导线上感应电压(幅值）幅值）幅值）幅值）：kVkVkVkV例：例：例：例：设雷电流幅值设雷电流幅值I=100kA,I=100kA,线路无避雷线，分别校验线路无避雷线，分别校验35kV35kV、110kV110kV线路雷击杆塔时的感应过电压线路雷击杆塔时的感应过电压解解解解：（：（：（：（1 1 1 1）35kV35kV线路线路,取取hc=10m,hc=10m,雷击塔顶感应过电压雷击塔顶感应过电压kVkVkVkVkVkVkVkV-35kV-35kV-35kV-35kV线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压 （2 2 2 2）110kV110kV线路线路,取取hc=12.5m,hc=12.5m,雷击塔顶感应过电压雷击塔顶感应过电压kVkVkVkVkVkVkVkV-110kV-110kV-110kV-110kV线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压线路绝缘子雷电冲击闪络电压 可见：感应过电压可引起可见：感应过电压可引起35kV35kV及以下等级线路绝缘子闪络，导致跳闸。及以下等级线路绝缘子闪络，导致跳闸。二、雷击线路过电压计算二、雷击线路过电压计算二、雷击线路过电压计算二、雷击线路过电压计算1 1 1 1、雷击塔顶、雷击塔顶、雷击塔顶、雷击塔顶流入杆塔的电流：流入杆塔的电流：流入杆塔的电流：流入杆塔的电流：塔顶电位塔顶电位塔顶电位塔顶电位取取取取 塔顶电位幅值：塔顶电位幅值：塔顶电位幅值：塔顶电位幅值：2 2 2 2、导线电位导线电位导线电位导线电位两种电压叠加而成：耦合电压、空间电磁感应电压两种电压叠加而成：耦合电压、空间电磁感应电压两种电压叠加而成：耦合电压、空间电磁感应电压两种电压叠加而成：耦合电压、空间电磁感应电压（a)a)a)a)避雷线耦合电压避雷线耦合电压避雷线耦合电压避雷线耦合电压其极性与塔顶电位相同其极性与塔顶电位相同其极性与塔顶电位相同其极性与塔顶电位相同（b)b)b)b)感应电压感应电压感应电压感应电压其极性与塔顶电位相反其极性与塔顶电位相反其极性与塔顶电位相反其极性与塔顶电位相反（c)c)c)c)导线电位导线电位导线电位导线电位3 3 3 3、线路绝缘子串上电压线路绝缘子串上电压线路绝缘子串上电压线路绝缘子串上电压近似计算取：近似计算取：近似计算取：近似计算取：h h h hg g g g=h=h=h=hc c c c4 4 4 4、雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平(KA)(KA)(KA)(KA)雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平雷击杆塔耐雷水平2 2 2 2、雷击导线（绕击）、雷击导线（绕击）、雷击导线（绕击）、雷击导线（绕击）绕击率绕击率PaPa 保护角保护角(),h),ht t 杆塔高度，杆塔高度，m m求雷击点处求雷击点处求雷击点处求雷击点处A A A A处电压：处电压：处电压：处电压：取：取：取：取：z z z zd d d d=400 z=400 z=400 z=400 z0 0 0 0=z=z=z=zd d d d/2/2/2/235kV35kV35kV35kV线路：线路：线路：线路：u u u u50%50%50%50%=350kV,I=350kV,I=350kV,I=350kV,I2 2 2 2=3.5kA=3.5kA=3.5kA=3.5kA110kV110kV110kV110kV线路：线路：线路：线路：u u u u50%50%50%50%=700kV,I=700kV,I=700kV,I=700kV,I2 2 2 2=7kA=7kA=7kA=7kA220kV220kV220kV220kV线路：线路：线路：线路：u u u u50%50%50%50%=1200kV,I=1200kV,I=1200kV,I=1200kV,I2 2 2 2=12kA,p=12kA,p=12kA,p=12kA,p2 2 2 2=73%=73%=73%=73%雷击导线耐雷水平：雷击导线耐雷水平：雷击导线耐雷水平：雷击导线耐雷水平：kAkAkAkA雷击避雷线最严重的情况是雷击雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时。点处于档距中央时。真正击中档距中央避雷线的概率真正击中档距中央避雷线的概率只有只有10%10%左右。左右。在接地点发生电压的负在接地点发生电压的负全反射雷击点电压全反射雷击点电压u uA A最大值最大值U UA A3 3 3 3、雷击档距中央的避雷线雷击档距中央的避雷线导线上的耦合电压：导线上的耦合电压：导线上的耦合电压：导线上的耦合电压：间隙间隙间隙间隙S S S S上电压上电压上电压上电压:避雷线上波速，考虑电晕影响，取避雷线上波速，考虑电晕影响，取避雷线上波速，考虑电晕影响，取避雷线上波速，考虑电晕影响，取=0.75c=225m/s=0.75c=225m/sZ Zg g g g-避雷线上波阻抗，考虑电晕影响，取避雷线上波阻抗，考虑电晕影响，取避雷线上波阻抗，考虑电晕影响，取避雷线上波阻抗，考虑电晕影响，取 Zg=350 Zg=350 Zg=350 Zg=350Z Z Z Z0 0 0 0-雷电通道波阻抗，取雷电通道波阻抗，取雷电通道波阻抗，取雷电通道波阻抗，取 Z Z Z Z0 0 0 0=Zg/2=Zg/2=Zg/2=Zg/2 -档距长度，档距长度，档距长度，档距长度，m m m m 可得：可得：可得：可得：空气隙的平均击穿场强空气隙的平均击穿场强空气隙的平均击穿场强空气隙的平均击穿场强 Eav=750 V/m Eav=750 V/m Eav=750 V/m Eav=750 V/m导线、避雷线空气隙发生击穿的临界条件：导线、避雷线空气隙发生击穿的临界条件：导线、避雷线空气隙发生击穿的临界条件：导线、避雷线空气隙发生击穿的临界条件：取取取取k=0.25 k=0.25 k=0.25 k=0.25 则：则：则：则：我国电力设计标准规定：我国电力设计标准规定：我国电力设计标准规定：我国电力设计标准规定：（m)m)m)m)四、雷击跳闸率四、雷击跳闸率四、雷击跳闸率四、雷击跳闸率雷击跳闸率仅考虑雷击杆塔和绕及导线雷击跳闸率仅考虑雷击杆塔和绕及导线雷击跳闸率仅考虑雷击杆塔和绕及导线雷击跳闸率仅考虑雷击杆塔和绕及导线,即即即即:次次/百公里百公里年年式中：式中：式中：式中：gg击杆率击杆率P P1 1雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平I I1 1的概率的概率P P2 2雷电流幅值超过雷击导线耐雷水平雷电流幅值超过雷击导线耐雷水平I I2 2的概率的概率-建弧率建弧率中性点直接接地系统中性点直接接地系统中性点不直接接地系统中性点不直接接地系统N-N-每百公里输电线路每年落雷次数每百公里输电线路每年落雷次数 次次/100km/100km年年对对T Td d=40,=40,=0.07=0.07的中等雷电地区的中等雷电地区 则：则：则：则：二、线路受害事故发展过程及保护措施二、线路受害事故发展过程及保护措施各种防雷保护措施：各种防雷保护措施：(一一)避雷线（架空地线）避雷线（架空地线）沿全线架设避雷线，沿全线架设避雷线，110kV110kV及以上架空输电线路防雷措施及以上架空输电线路防雷措施(二二)降低杆塔接地电阻降低杆塔接地电阻提高线路防雷水平和减少反击概率。提高线路防雷水平和减少反击概率。10301030，人工接地，人工接地(三三)加强线路绝缘加强线路绝缘增加绝缘子串中片子、大爬距、增大空气间隙。增加绝缘子串中片子、大爬距、增大空气间隙。(四四)耦合地线耦合地线 具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而能具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。(五五)消弧线圈消弧线圈 能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不转变成稳定能使雷电过电压所引起来的一相对地冲击闪络不转变成稳定的工频电弧，即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数。的工频电弧，即大大减小建弧率和断路器的跳闸次数。(六六)管式避雷器管式避雷器 能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。(七七)不平衡绝缘不平衡绝缘 一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相。一回路的三相绝缘子片数少于另一路的三相。(八八)自动重合闸自动重合闸 线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化；效果很好。线路绝缘不会发生永久性的损坏或劣化；效果很好。8.3.2 变电所得防雷保护变电所中出现的雷电过电压的两个来源：变电所中出现的雷电过电压的两个来源：1)1)雷电直击变电所；雷电直击变电所；2)2)沿输电线入侵的雷电过电压波。沿输电线入侵的雷电过电压波。一、变电所的直击雷保护 按安装方式的不同，避雷针分独立避雷针和构架避雷针。按安装方式的不同，避雷针分独立避雷针和构架避雷针。注意注意对绝缘水平不高的对绝缘水平不高的35kv35kv以下的配电装置，构架避雷针容易导致以下的配电装置，构架避雷针容易导致绝缘闪络绝缘闪络(反击反击)。变电所的直击雷防护变电所的直击雷防护设汁内容设汁内容主要是主要是选择避雷针的支数、高度、装设位置、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、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。对于独立避雷针，防雷接地装置设计等。对于独立避雷针，则还有一个验算它对相邻配电装置构架则还有一个验算它对相邻配电装置构架及其接地装置的空气间距及地下距离的及其接地装置的空气间距及地下距离的问题。问题。u uAA u uB B S S1 1 S S2 2 图图8-68-6 避雷器的保护作用主要是限制过电压波的幅值。还需要与避雷器的保护作用主要是限制过电压波的幅值。还需要与“进进线段保护线段保护”与之配合。（现代变电所防雷接线的基本思路）与之配合。（现代变电所防雷接线的基本思路）避雷器的保护作用基于避雷器的保护作用基于三个前提三个前提：1)1)它的伏秒特性与被保护绝缘它的伏秒特性与被保护绝缘 的伏秒特性有良好的配合的伏秒特性有良好的配合2)2)它的伏安特性应保证其残压低它的伏安特性应保证其残压低 于被保护绝缘的冲击电气强度于被保护绝缘的冲击电气强度 图图8-78-73)3)被保护绝缘必须处于该避雷被保护绝缘必须处于该避雷 器的保护距离之内。器的保护距离之内。避雷器上的电压避雷器上的电压u u1 1 设备绝缘上的电压设备绝缘上的电压u2u2图图8-88-8 电压差电压差 U U 绝缘的冲击耐压水平绝缘的冲击耐压水平U Uw(i)w(i)二、避雷器保护作用的分析二、避雷器保护作用的分析变压器上出现的最大电压：变压器上出现的最大电压：其值高出避雷器上残压：其值高出避雷器上残压：要使变压器能够得到保护，需要：要使变压器能够得到保护，需要：避雷器的最大保护距离：避雷器的最大保护距离：避雷器的最大保护距离：避雷器的最大保护距离：保证在靠近变电所的一段不长保证在靠近变电所的一段不长(一般为一般为l l一一2km)2km)的线路上不出的线路上不出现绕击或反击。对于那些未沿全线架设避雷线的现绕击或反击。对于那些未沿全线架设避雷线的35kV35kV及以下的及以下的线路来说，首先在靠近变电所线路来说，首先在靠近变电所(l2km)(l2km)的线段上加装避雷线，使的线段上加装避雷线，使之成为进线段；对于全线有避雷线的之成为进线段；对于全线有避雷线的110km110km及以上的线路，将及以上的线路，将靠近变电所的一段长靠近变电所的一段长2km2km的线路划为进线段。在进线段上的线路划为进线段。在进线段上,加强加强防雷措施、提高耐雷水平。防雷措施、提高耐雷水平。进线段的作用：进线段的作用：1)1)雷电过电压在流过进线段时因冲击电晕而发雷电过电压在流过进线段时因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；2)2)限制流过避雷器限制流过避雷器的冲击电流幅值的冲击电流幅值(一一)从限制进波陡度的要求来确定应有的进线段长度从限制进波陡度的要求来确定应有的进线段长度(二二)计算流过避雷器的冲击电流幅值计算流过避雷器的冲击电流幅值I IFVFV三、变电所的进线段保护三、变电所的进线段保护四、变电所防雷的几个具体问题四、变电所防雷的几个具体问题(一一)变电所防雷接线变电所防雷接线进行段的保护措施提高耐雷性能：进行段的保护措施提高耐雷性能：1)1)在进线保护段内，避雷线的在进线保护段内，避雷线的 保护角不宜超过保护角不宜超过20202)2)进线段的耐雷水平的要求进线段的耐雷水平的要求 见表见表8-108-10。图图8-128-12(二二)三相绕组变压器的防雷保护三相绕组变压器的防雷保护高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦高压侧有雷电过电压波时，通过绕组间的静电耦合和电磁耦合合,低压侧出现一定过电压低压侧出现一定过电压.在任一相低压绕组加装阀式避雷器在任一相低压绕组加装阀式避雷器.(三三)自耦变压器的防雷保护自耦变压器的防雷保护高压侧进波，装设高压侧进波，装设FV2FV2中压侧进波，装设中压侧进波，装设FV1 FV1 图图8-138-13AAAA绕组跨接绕组跨接FV3FV3图图8-148-14(四四)变压器中性点的保护变压器中性点的保护 部分变压器的中性点采部分变压器的中性点采用不接地方法，考虑中性用不接地方法，考虑中性点绝缘的保护问题：点绝缘的保护问题：1)1)全绝缘；全绝缘；2)2)分级绝缘分级绝缘(五五)气体绝缘变电所防雷保护的特点气体绝缘变电所防雷保护的特点全封闭全封闭SFSF6 6气体绝缘变电所气体绝缘变电所(GIS)(GIS)的特点：的特点：1)1)GISGIS绝缘的伏秒特性很平坦，其绝缘水平主要取决于雷电冲击绝缘的伏秒特性很平坦，其绝缘水平主要取决于雷电冲击水平。采用氧化锌避雷器；水平。采用氧化锌避雷器；2)2)GISGIS结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，有利；结构紧凑，被保护设备与避雷器相距较近，有利；3)3)GISGIS的同轴母线筒的波阻抗小，过电压幅值和陡度都显著变小，的同轴母线筒的波阻抗小，过电压幅值和陡度都显著变小，有利；有利；4)4)GISGIS内绝缘不均匀，易击穿，要求防雷保护措施更加可靠、在内绝缘不均匀，易击穿，要求防雷保护措施更加可靠、在绝缘配合中留有足够的裕度。绝缘配合中留有足够的裕度。8.3 旋转电机的防雷保护 一、旋转电机防雷保护的特点一、旋转电机防雷保护的特点(1)(1)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；为最低；(2)2)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，需要与电容器组、电抗器、电缆段等配合不多、裕度很小，需要与电容器组、电抗器、电缆段等配合使用；使用；(3)(3)作用在相邻两匝间的过电压与进波的陡度成正比，必须严格作用在相邻两匝间的过电压与进波的陡度成正比，必须严格限制进波陡度。限制进波陡度。二、旋转电机防雷保护措施及接线二、旋转电机防雷保护措施及接线发电机分两类：发电机分两类：1)1)经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配电机经过变压器再接到架空线上去的电机，简称非直配电机2)2)直接与架空线相连直接与架空线相连(包括经过电缆段、电抗器等元件与架空线包括经过电缆段、电抗器等元件与架空线相连相连)的电机，简称直配电机的电机，简称直配电机直配电机的防雷保护，直配电机的防雷保护，我国标准推荐的我国标准推荐的25602560MWMW直配电机的防雷保直配电机的防雷保图图8-158-15护接线。护接线。1)1)发电机母线上发电机母线上FV2FV2 ZnO ZnO避雷器或磁吹避雷器，最后一关；避雷器或磁吹避雷器，最后一关；2)2)并联电容器并联电容器C C限制进波陡度和降低感应雷击过电压；限制进波陡度和降低感应雷击过电压；3)L3)L限制工频短路电流，也能发挥降低进波陡度和减小流过限制工频短路电流，也能发挥降低进波陡度和减小流过FV2FV2的冲击电流；的冲击电流；4)4)插接一段插接一段150m150m以上的电缆限制流入避雷器以上的电缆限制流入避雷器FV2FV2的冲击电流不的冲击电流不超过超过3kA3kA。5)5)管式避雷器管式避雷器FT1FT1和和FT2FT2，FT1FT1的动作代替的动作代替FT2FT2的动作，使电缆发的动作，使电缆发挥其限流作用。挥其限流作用。FT1FT1距离距离A A点点70m70m。第九章 内部过电压 内部过电压产生在电力系统内部，因系统内部电磁能量的积内部过电压产生在电力系统内部，因系统内部电磁能量的积聚和转换引起的。分类图解见下：聚和转换引起的。分类图解见下：操作过电压所指的操作应理解为操作过电压所指的操作应理解为“电网参数的突变电网参数的突变”，采用限，采用限压保护装置。压保护装置。谐振过电压的持续时间长，采用一些辅助措施。谐振过电压的持续时间长，采用一些辅助措施。内部过电压的能量来自电网本身，它的幅值大小与电网的工内部过电压的能量来自电网本身，它的幅值大小与电网的工作电压成比例关系。作电压成比例关系。内部过电压的大小用过电压倍数内部过电压的大小用过电压倍数k k来表示：来表示：U U U Ugmgmgmgm内部过电压幅值内部过电压幅值内部过电压幅值内部过电压幅值U U U Um m m m系统最大工作相电压幅系统最大工作相电压幅系统最大工作相电压幅系统最大工作相电压幅值值值值分析内部的过电压的发展过程分析内部的过电压的发展过程:1.1.采用分布参数等值电路及行波理论采用分布参数等值电路及行波理论2.2.采用集中参数等值电路暂态计算采用集中参数等值电路暂态计算9.1 9.1 切断空载线路过电压切断空载线路过电压产生过电压原因：断路器触头间多次燃弧产生过电压原因：断路器触头间多次燃弧产生过电压原因：断路器触头间多次燃弧产生过电压原因：断路器触头间多次燃弧一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析1)1)中性点接地方式；中性点接地方式；2)2)断路器的性能；断路器的性能；3)3)母线上的出线数母线上的出线数4)4)在断路器外侧是否接有电磁式电压互感器在断路器外侧是否接有电磁式电压互感器三、限制措施：三、限制措施：三、限制措施：三、限制措施：1 1）提高断路器灭弧性能，减少重燃次数）提高断路器灭弧性能，减少重燃次数2 2）采用带并联分闸电阻的断路器）采用带并联分闸电阻的断路器3 3）加装氧化锌避雷器）加装氧化锌避雷器二、影响因素二、影响因素二、影响因素二、影响因素影响因素影响因素影响因素影响因素uu采用不重燃弧断路器采用不重燃弧断路器uu断路器加装并联电阻断路器加装并联电阻uu装设避雷器装设避雷器限制措施限制措施限制措施限制措施uu断路器灭弧性能断路器灭弧性能uu系统中性点接地方式系统中性点接地方式uu母线上出线数目母线上出线数目uu线路侧有无电磁式电压互感器等设备线路侧有无电磁式电压互感器等设备9.2 空载线路合闸过电压 将一条空载线路合闸到电源上。合闸又分为两种情况：正常合将一条空载线路合闸到电源上。合闸又分为两种情况：正常合闸合自动重合闸。闸合自动重合闸。一、发展过程一、发展过程 用集中参数等值电路暂态计算的方法。用集中参数等值电路暂态计算的方法。图图9-69-6 方程的解为：方程的解为：公式公式9-49-49.2 9.2 9.2 9.2 空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压空载线路合闸过电压电源合闸到空载线路瞬间，由于电磁能量振荡，产生过电压。电源合闸到空载线路瞬间，由于电磁能量振荡，产生过电压。合闸又分为两种情况：正常合闸合闸又分为两种情况：正常合闸 自动重合闸。自动重合闸。一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析一、过电压产生过程分析1 1 1 1、正常合闸正常合闸 考虑最严重的情况，在电源电压幅值处合闸，且高频振考虑最严重的情况，在电源电压幅值处合闸，且高频振荡过程中电源电压维持不变，则有：荡过程中电源电压维持不变，则有：有：有：有：有：解方程，代入初值解方程，代入初值解方程，代入初值解方程，代入初值2 2 2 2、自动重合闸、自动重合闸、自动重合闸、自动重合闸 合闸时，空载线路合闸时，空载线路有残压，最大为有残压，最大为u um m振荡过程中线路可能出振荡过程中线路可能出现的过电压最大值：现的过电压最大值：二、影响因素和降压措施二、影响因素和降压措施 主要影响因素：主要影响因素：1)1)合闸相位合闸相位2)2)线路损耗线路损耗3)3)线路残余电压的变化线路残余电压的变化三、降制过电压措施三、降制过电压措施 (一一)装设并联合闸电阻装设并联合闸电阻(二二)采用同相位合闸断路器采用同相位合闸断路器(三三)利用避雷器来保护利用避雷器来保护9.3 切除空载变压器过电压 空载变压器在正常运行时表现为一激磁电感。切除空载变空载变压器在正常运行时表现为一激磁电感。切除空载变压器就是开断一个小容量电感负荷，产生压器就是开断一个小容量电感负荷，产生截流截流截流截流，在变压器，在变压器和断路器上出现很高的过电压。和断路器上出现很高的过电压。一、发展过程一、发展过程设在激磁电流在过零点之前设在激磁电流在过零点之前被切断，此时：被切断，此时：电磁振荡，电容上电压达到最大值时，电流过零电磁振荡，电容上电压达到最大值时，电流过零电磁振荡，电容上电压达到最大值时，电流过零电磁振荡，电容上电压达到最大值时，电流过零则：则：则：则：若在激磁电流幅值处截流若在激磁电流幅值处截流若在激磁电流幅值处截流若在激磁电流幅值处截流:二、影响因素和限制措施二、影响因素和限制措施主要影响因素：主要影响因素：主要影响因素：主要影响因素：(一一)断路器性能断路器性能(二二)变压器特性变压器特性 优质导磁材料优质导磁材料 变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等措施，使过电变压器绕组改用纠结式绕法以及增加静电屏蔽等措施，使过电压有所降低。压有所降低。(三）系统中性点接地方式三）系统中性点接地方式限制措施：限制措施：限制措施：限制措施：(一一)采用避雷器采用避雷器(二二)断路器触头并联电阻断路器触头并联电阻9.4 断续电弧接地过电压 中性点不接地电网中的单相接地电流中性点不接地电网中的单相接地电流(电容电流电容电流)较大，接地较大，接地点电流将不能自熄，而以断续电弧的形式存在，就会产生另一点电流将不能自熄，而以断续电弧的形式存在，就会产生另一种严重的操作过电压种严重的操作过电压断续电弧接地过电压断续电弧接地过电压一、发展过程一、发展过程 电弧要等到工频电流过零时才能熄灭。等值电路见图电弧要等到工频电流过零时才能熄灭。等值电路见图9-129-12 A A相发生接地故障，发展过程见图相发生接地故障，发展过程见图9-139-13图图9-129-12分析结论分析结论：1)1)两健全相的最大过电压倍数为两健全相的最大过电压倍数为3.53.5；2)2)故障相上不存在振荡，最大过电压倍数为故障相上不存在振荡，最大过电压倍数为2.02.0二、防护措施二、防护措施 最根本办法是不让断续电弧出现，通过改变中性点接地方式最根本办法是不让断续电弧出现，通过改变中性点接地方式来实现。来实现。(一一)采用中性点有效接地方式采用中性点有效接地方式(二二)采用中性点经消弧线圈接地方式采用中性点经消弧线圈接地方式9.5 工频电压升高 工频电压升高倍数不大，但它在绝缘裕度较小的超高压输电工频电压升高倍数不大，但它在绝缘裕度较小的超高压输电系统中仍受到很大的注意，原因：系统中仍受到很大的注意，原因：1)1)由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，与多种操由于工频电压升高大都在空载或轻载条件下发生，与多种操作过电压的发生条件相同或相似，所以它们有可能同时出现、作过电压的发生条件相同或相似，所以它们有可能同时出现、相互，叠加。所以在设计高电压的绝缘时，应计及它们的联相互，叠加。所以在设计高电压的绝缘时，应计及它们的联合作用；合作用；2)2)工频电压升高是决定某些过电压保护袈置工作条件的重要依工频电压升高是决定某些过电压保护袈置工作条件的重要依据，所以它直接影响避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水据，所以它直接影响避雷器的保护特性和电力设备的绝缘水平；平；3)3)由于工顿电压升高是不衰减或弱衰减现象，持续的时间很长，由于工顿电压升高是不衰减或弱衰减现象，持续的时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很大的影响。对设备绝缘及其运行条件也有很大的影响。一、空载长线电容效应的工频电流升高一、空载长线电容效应的工频电流升高 用集中参数表示，用集中参数表示，T T型等值电路。型等值电路。图图9-159-15 电容上的压降电容上的压降UcUUcUL L，可见电容上的压降大于电源电势。，可见电容上的压降大于电源电势。二、不对称短路引起的工频电压升高二、不对称短路引起的工频电压升高 单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的。单相接地时，故障点各相的电压、电流是不对称的。当当A A相接地时，相接地时，B B、C C电压为电压为系数系数K K为接地系数。它表为接地系数。它表示单相接地故障时健全相示单相接地故障时健全相的最高对地工频电压有效的最高对地工频电压有效 图图9-169-16值与无故障时对地电压有值与无故障时对地电压有效值之比。效值之比。9.6 谐振过电压 一、谐振过电压一、谐振过电压 的类型的类型(一一)线性谐振过电压线性谐振过电压 电路中的电感电路中的电感L L与电容与电容C C、电阻、电阻R R一样，都是线性参数。一样，都是线性参数。限制这种过电随和过电压的方法是使回路脱离谐振状态状态或增加限制这种过电随和过电压的方法是使回路脱离谐振状态状态或增加回路的损耗。在电力系统设计和运行叶应设法避开谐振条什以消除回路的损耗。在电力系统设计和运行叶应设法避开谐振条什以消除这种线性谐振过电压。这种线性谐振过电压。(二二)参数谐振过电压参数谐振过电压 系统中某些元件的电感会发生周期性变化。系统中某些元件的电感会发生周期性变化。进行自激的校核，避开谐振点。进行自激的校核，避开谐振点。(三三)铁磁谐振铁磁谐振 当电感元件带有铁心时。一般都会出现饱和现象，这时电感不再是当电感元件带有铁心时。一般都会出现饱和现象，这时电感不再是常数而是随看电流或磁通的变化而改变，在满足一定条件时，就会常数而是随看电流或磁通的变化而改变，在满足一定条件时，就会产生铁磁谐振现象，它具有产生铁磁谐振现象，它具有系列不同于其他谐振过电压特点。系列不同于其他谐振过电压特点。二、铁磁谐振过电压二、铁磁谐振过电压 等值电路和特性曲线见图等值电路和特性曲线见图9-179-17和图和图9-189-18。图图9-179-17图图9-189-1877写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日