1、第4章 電氣工程基礎(chǔ)第1頁(yè)，共35頁(yè)。4.9 過(guò)電壓及絕緣配合知識(shí)點(diǎn)：1、了解電力系統(tǒng)過(guò)電壓的種類2、了解雷電過(guò)電壓特性3、了解接地和接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的基本概念4、了解氧化鋅避雷器的基本特性5、了解避雷針、避雷線保護(hù)范圍的確定第2頁(yè)，共35頁(yè)。4.9 過(guò)電壓及絕緣配合4.9.1 電力系統(tǒng)過(guò)電壓的種類 過(guò)電壓： 在電氣設(shè)備或線路上出現(xiàn)的超過(guò)正常工作要求并對(duì)其絕緣構(gòu)成威脅的電壓。 外部過(guò)電壓：由于直接雷擊或雷電感應(yīng)而引起的電壓升高。也稱為大氣過(guò)電壓或雷電過(guò)電壓。 內(nèi)部過(guò)電壓：由于系統(tǒng)的操作、故障和某些不正常運(yùn)行狀態(tài)，使系統(tǒng)電磁能量發(fā)生轉(zhuǎn)換或傳遞引起的過(guò)電壓。額定相電壓的34倍第3頁(yè)，共

2、35頁(yè)。 電力系統(tǒng)過(guò)電壓的產(chǎn)生根源 雷電放電 雷電過(guò)電壓（大氣過(guò)電壓） 開(kāi)關(guān)操作 故 障 諧 振 諧振過(guò)電壓 電力系統(tǒng)過(guò)電壓的分類內(nèi)部過(guò)電壓 操作過(guò)電壓第4頁(yè)，共35頁(yè)。工頻過(guò)電壓空載長(zhǎng)線的電容效應(yīng)接地故障引起的工頻電壓升高諧振過(guò)電壓 分為：線性諧振、非線性諧振（鐵磁諧振）、參數(shù)諧振（發(fā)電機(jī)電感周期變化） 最常見(jiàn)：鐵磁諧振，避雷器無(wú)法限制 改用電容式電壓互感器，加裝電容器 第5頁(yè)，共35頁(yè)。a1、a3為穩(wěn)定工作點(diǎn)，a2不穩(wěn)定第6頁(yè)，共35頁(yè)。操作過(guò)電壓 特點(diǎn)：幅值高、等效頻率高、持續(xù)時(shí)間短 與斷路器性能關(guān)系很大間歇電弧接地過(guò)電壓: 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中空載線路合閘過(guò)電壓：采用有合閘電阻的斷路器切

3、除空載線路過(guò)電壓切除空載變壓器過(guò)電壓GIS中的快速暫態(tài)過(guò)電壓 特點(diǎn)：很陡的波前 電壓波形中有頻率很高的分量第7頁(yè)，共35頁(yè)。 1 R 2 1 2 R第8頁(yè)，共35頁(yè)。4.9.2 雷電過(guò)電壓特性1 雷電的特性參數(shù)雷暴日與雷暴小時(shí) 少（15）、中（1540），多（4090），強(qiáng)烈（90）地面落雷密度：次/年km2年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N：第9頁(yè)，共35頁(yè)。雷電流幅值雷電流的極性與波形 7590負(fù)極性 推薦：波前 2.6s，波長(zhǎng)50s 波頭陡度第10頁(yè)，共35頁(yè)。2 雷電過(guò)電壓種類及防護(hù)措施雷電過(guò)電壓的分類 直擊雷過(guò)電壓：雷直接擊中電氣設(shè)備、線路或建筑物時(shí)，強(qiáng)大的雷電流通過(guò)其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生較高的電

4、位降 措施：將雷電接閃并泄放大地（避雷針/避雷線） 避雷針：保護(hù)建筑物和發(fā)電廠及變電所 避雷線：保護(hù)輸電線路第11頁(yè)，共35頁(yè)。感應(yīng)雷過(guò)電壓：靜電感應(yīng)：雷云中所帶電荷迅速消失，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷就會(huì)失去束縛而成為自由電子，并以光速向?qū)Ь€兩端急速涌去電磁感應(yīng)：雷電流有極大的幅值與陡度，在其周圍形成強(qiáng)大的變化電磁場(chǎng)，使其中的導(dǎo)體感應(yīng)出極大的電動(dòng)勢(shì) 措施：將金屬體連通并接地侵入雷過(guò)電壓：雷電波沿線路、金屬管道等侵入變配電所或建筑物 措施：保護(hù)間隙，避雷器第12頁(yè)，共35頁(yè)。4.9.3 接地和接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的基本概念 接地： 電氣設(shè)備的某部分與大地之間作良好的電氣連接工作接地：達(dá)到正常工作

5、的要求保護(hù)接地：為保護(hù)人身安全防止間接觸電接地體與接地線【例4-26】接地電阻：散流電阻加接地體和接地線本身的電阻 第13頁(yè)，共35頁(yè)。接地電壓： 人站在地面上接觸電氣設(shè)備所承受的電位差跨步電壓：在接地故障點(diǎn)附件行走，人的雙腳之間所呈現(xiàn)的電位差 與離接地點(diǎn)的遠(yuǎn)近及跨步的長(zhǎng)短有關(guān) 圖4-110第14頁(yè)，共35頁(yè)。 保護(hù)間隙與避雷器 保護(hù)間隙 管式避雷器（排氣式避雷器） 閥式避雷器 普通閥式避雷器 磁吹閥式避雷器 金屬氧化物避雷器（MOA) 各種避雷器的主要應(yīng)用場(chǎng)合 1. 保護(hù)間隙和管式避雷器（排氣式避雷器）主要用于配電系統(tǒng)、 線路和發(fā)、變電所進(jìn)線段的保護(hù)。 2. 閥式避雷器和金屬氧化物避雷器用于

6、變電所和發(fā)電廠內(nèi)電氣設(shè)備的保護(hù)。近年來(lái)在輸電線路上亦有選擇性地裝用。 避雷器第15頁(yè)，共35頁(yè)。4.9.4 氧化鋅避雷器的基本特性 1作用原理：非線性系數(shù)很小的氧化鋅電阻片組裝而成 第16頁(yè)，共35頁(yè)。2、基本特點(diǎn)20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)，是一種具有良好非線性性能的閥式避雷器。其閥片主要成分是氧化鋅。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)間隙、體積小、重量輕動(dòng)作響應(yīng)快，保護(hù)性能好通流容量大無(wú)續(xù)流：在殘壓相同的情況下，工頻續(xù)流非常小，因此可無(wú)間隙耐污穢性能好第17頁(yè)，共35頁(yè)。3、有關(guān)技術(shù)參數(shù)額定電壓：系統(tǒng)短時(shí)工頻過(guò)電壓最大持續(xù)運(yùn)行電壓參考電壓：工頻參考電壓，直流參考電壓（1mA）殘壓壓比：通過(guò)大電流時(shí)的殘壓與通過(guò)1mA

7、直流電流時(shí)電壓之比。越小，保護(hù)性能越好。1.62.0第18頁(yè)，共35頁(yè)。【例4-27】 【例4-28】第19頁(yè)，共35頁(yè)。4.9.5 避雷針、避雷線保護(hù)范圍的確定1、避雷針：引雷作用一般采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管 保護(hù)范圍的確定： IEC的“滾球法”，表4-7單支避雷針的保護(hù)范圍確定第20頁(yè)，共35頁(yè)。當(dāng)避雷針高度小于hr 時(shí) 作平行線以針尖為圓心作弧線以交點(diǎn)為圓心作弧線，與地面相切hx高度水平保護(hù)范圍：地面保護(hù)半徑當(dāng)避雷針高度大于hr 時(shí) 取h = hr 第21頁(yè)，共35頁(yè)。2、避雷線：截面小于35mm2的鍍鋅鋼絞線，又稱架空地線當(dāng)避雷線高度大于2hr 時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍當(dāng)避雷線高度小于2hr 時(shí)，

8、 作平行線以避雷線為圓心作弧線以交點(diǎn)為圓心作弧線，與地面相切hr h65m，最大值300400kV2、雷擊導(dǎo)線 架設(shè)避雷線，考慮繞擊率 第23頁(yè)，共35頁(yè)。3、雷擊塔頂 桿塔分流系數(shù) 逆閃反擊 線路的耐雷水平 降低桿塔的沖擊接地電阻 提高導(dǎo)線與架空地線的耦合系數(shù)第24頁(yè)，共35頁(yè)。4、雷擊避雷線檔距中央 規(guī)程給出檔距中央導(dǎo)線和避雷線間的空氣距離5、雷擊跳閘率 建弧率41.4 發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)1、直擊雷保護(hù) 采用避雷針，避雷針與保護(hù)設(shè)備的空中和地下距離應(yīng)滿足要求第25頁(yè)，共35頁(yè)。2、變電所的進(jìn)線段保護(hù) 靠近變電所的12公里 降低進(jìn)入變電所的雷電流幅值和陡度3、避雷器的保護(hù)作用 避雷器安

9、裝于母線處 與被保護(hù)設(shè)備間第26頁(yè)，共35頁(yè)。4、變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題 三繞組變壓器的防雷保護(hù) 低壓繞組開(kāi)路時(shí)的保護(hù)自耦變壓器的防雷保護(hù) 高、中端開(kāi)路時(shí)的保護(hù) 高中繞組變比很小的情況 變壓器中性點(diǎn)保護(hù) 110kV，220kV中性點(diǎn)不接地情況 采用GIS時(shí)的防雷特點(diǎn) 有利：波阻抗小，保護(hù)距離小 不利：伏秒特性平坦第27頁(yè)，共35頁(yè)。5、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷的特點(diǎn) 裝避雷器和電容器，直配電機(jī)加進(jìn)線保護(hù)段 【例41-1】 【例41-2】 【例41-3】第28頁(yè)，共35頁(yè)。第42章 電力系統(tǒng)絕緣配合43.1 絕緣配合的原則 保護(hù)裝置的特性與被保護(hù)設(shè)備絕緣水平之間的配合 220kV及以下：主要由雷電過(guò)電壓 330kV及以上：操作過(guò)電壓 污穢地區(qū)：防污閃，最高運(yùn)行電壓 注意區(qū)分設(shè)備的外絕緣和內(nèi)絕緣43.2 絕緣配合的方法慣用法統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法第29頁(yè)，共35頁(yè)。43.3 電氣設(shè)備絕緣水平的確定 對(duì)220kV及以下的電氣設(shè)備：雷電沖擊耐受電壓和1min工頻耐受電壓330kV及以上的超高壓電氣設(shè)備：雷電沖擊耐受電壓和操作沖擊耐受電壓 第30頁(yè)，共35頁(yè)。43.4 架空線路絕緣水平的確定1、絕緣子片數(shù)的確定 按機(jī)械負(fù)荷和環(huán)境條件選定絕緣子型式，確定片數(shù)的條件： （1）工作電壓下不發(fā)生污閃 （2）