第4章

電氣工程基礎(chǔ)第4章

電氣工程基礎(chǔ)14.9過電壓及絕緣配合知識點：1、了解電力系統(tǒng)過電壓的種類2、了解雷電過電壓特性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4.9過電壓及絕緣配合知識點：24.9過電壓及絕緣配合4.9.1電力系統(tǒng)過電壓的種類過電壓：在電氣設(shè)備或線路上出現(xiàn)的超過正常工作要求并對其絕緣構(gòu)成威脅的電壓。外部過電壓：由于直接雷擊或雷電感應(yīng)而引起的電壓升高。也稱為大氣過電壓或雷電過電壓。內(nèi)部過電壓：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)換或傳遞引起的過電壓。額定相電壓的3～4倍4.9過電壓及絕緣配合4.9.1電力系統(tǒng)過電壓的種類3◆電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生根源●雷電放電——雷電過電壓（大氣過電壓）

●開關(guān)操作●故障

●諧振——諧振過電壓

◆電力系統(tǒng)過電壓的分類內(nèi)部過電壓

操作過電壓◆電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生根源內(nèi)部過電壓操作過電壓4工頻過電壓空載長線的電容效應(yīng)接地故障引起的工頻電壓升高諧振過電壓分為：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：鐵磁諧振，避雷器無法限制改用電容式電壓互感器，加裝電容器

工頻過電壓5a1、a3為穩(wěn)定工作點，a2不穩(wěn)定a1、a3為穩(wěn)定工作點，a2不穩(wěn)定6操作過電壓特點：幅值高、等效頻率高、持續(xù)時間短與斷路器性能關(guān)系很大間歇電弧接地過電壓:中性點不接地系統(tǒng)中空載線路合閘過電壓：采用有合閘電阻的斷路器切除空載線路過電壓切除空載變壓器過電壓GIS中的快速暫態(tài)過電壓特點：很陡的波前電壓波形中有頻率很高的分量操作過電壓71R212R184.9.2雷電過電壓特性1雷電的特性參數(shù)雷暴日與雷暴小時少（≤15）、中（15～40），多（40～90），強(qiáng)烈（>90）地面落雷密度：次/年·km2年預(yù)計雷擊次數(shù)N：4.9.2雷電過電壓特性1雷電的特性參數(shù)9雷電流幅值雷電流的極性與波形

75％～90％負(fù)極性推薦：波前2.6μs，波長50μs

波頭陡度雷電流幅值102雷電過電壓種類及防護(hù)措施雷電過電壓的分類直擊雷過電壓：雷直接擊中電氣設(shè)備、線路或建筑物時，強(qiáng)大的雷電流通過其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生較高的電位降

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2雷電過電壓種類及防護(hù)措施11感應(yīng)雷過電壓：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，使其中的導(dǎo)體感應(yīng)出極大的電動勢

措施：將金屬體連通并接地侵入雷過電壓：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，避雷器感應(yīng)雷過電壓：124.9.3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

4.9.3接地和接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的基本概念13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：在接地故障點附件行走，人的雙腳之間所呈現(xiàn)的電位差與離接地點的遠(yuǎn)近及跨步的長短有關(guān)圖4-110接地電壓：人站在地面上接觸電氣設(shè)備所承受的電位差14

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變電所和發(fā)電廠內(nèi)電氣設(shè)備的保護(hù)。近年來在輸電線路上亦有選擇性地裝用。

避雷器保護(hù)間隙與避雷器避雷器154.9.4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

4.9.4氧化鋅避雷器的基本特性162、基本特點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)簡單、無間隙、體積小、重量輕動作響應(yīng)快，保護(hù)性能好通流容量大無續(xù)流：在殘壓相同的情況下，工頻續(xù)流非常小，因此可無間隙耐污穢性能好2、基本特點173、有關(guān)技術(shù)參數(shù)額定電壓：系統(tǒng)短時工頻過電壓最大持續(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：通過大電流時的殘壓與通過1mA直流電流時電壓之比。越小，保護(hù)性能越好。1.6～2.03、有關(guān)技術(shù)參數(shù)18【例4-27】【例4-28】【例4-27】【例4-28】194.9.5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4.9.5避雷針、避雷線保護(hù)范圍的確定20當(dāng)避雷針高度小于hr時

作平行線以針尖為圓心作弧線以交點為圓心作弧線，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時取h=hr當(dāng)避雷針高度小于hr時212、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，無保護(hù)范圍當(dāng)避雷線高度小于2hr時，

作平行線以避雷線為圓心作弧線以交點為圓心作弧線，與地面相切hr<h<2hr時，保護(hù)范圍的最高點在hx高度的保護(hù)寬度2、避雷線：截面小于35mm2的鍍鋅鋼絞線，又稱架空地線2241.3輸電線路的防雷保護(hù)1、感應(yīng)雷電過電壓雷擊附近地面時，導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓

s>65m，最大值300～400kV2、雷擊導(dǎo)線架設(shè)避雷線，考慮繞擊率

41.3輸電線路的防雷保護(hù)233、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)過電壓及絕緣配合-課件244、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4、雷擊避雷線檔距中央252、變電所的進(jìn)線段保護(hù)靠近變電所的1~2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)作用避雷器安裝于母線處與被保護(hù)設(shè)備間2、變電所的進(jìn)線段保護(hù)264、變電所防雷的幾個具體問題三繞組變壓器的防雷保護(hù)低壓繞組開路時的保護(hù)自耦變壓器的防雷保護(hù)高、中端開路時的保護(hù)高中繞組變比很小的情況變壓器中性點保護(hù)

110kV，220kV中性點不接地情況采用GIS時的防雷特點有利：波阻抗小，保護(hù)距離小不利：伏－秒特性平坦4、變電所防雷的幾個具體問題275、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷的特點裝避雷器和電容器，直配電機(jī)加進(jìn)線保護(hù)段

【例41-1】【例41-2】【例41-3】5、旋轉(zhuǎn)電機(jī)防雷的特點28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：主要由雷電過電壓

330kV及以上：操作過電壓污穢地區(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)計法簡化統(tǒng)計法第42章電力系統(tǒng)絕緣配合43.1絕緣配合的原則2943.3電氣設(shè)備絕緣水平的確定對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

43.3電氣設(shè)備絕緣水平的確定3043.4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）操作電壓下不發(fā)生濕閃（3）保證線路耐雷水平滿足規(guī)定要求2、空氣間隙的確定：注意計算風(fēng)速工作電壓：最大風(fēng)速，25～35/s

操作過電壓：最大風(fēng)速的50％雷電過電壓：按風(fēng)速為10/s43.4架空線路絕緣水平的確定3109年09年3208年08年3307年07年3406年05年06年35第4章

電氣工程基礎(chǔ)第4章

電氣工程基礎(chǔ)364.9過電壓及絕緣配合知識點：1、了解電力系統(tǒng)過電壓的種類2、了解雷電過電壓特性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4.9過電壓及絕緣配合知識點：374.9過電壓及絕緣配合4.9.1電力系統(tǒng)過電壓的種類過電壓：在電氣設(shè)備或線路上出現(xiàn)的超過正常工作要求并對其絕緣構(gòu)成威脅的電壓。外部過電壓：由于直接雷擊或雷電感應(yīng)而引起的電壓升高。也稱為大氣過電壓或雷電過電壓。內(nèi)部過電壓：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)換或傳遞引起的過電壓。額定相電壓的3～4倍4.9過電壓及絕緣配合4.9.1電力系統(tǒng)過電壓的種類38◆電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生根源●雷電放電——雷電過電壓（大氣過電壓）

●開關(guān)操作●故障

●諧振——諧振過電壓

◆電力系統(tǒng)過電壓的分類內(nèi)部過電壓

操作過電壓◆電力系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生根源內(nèi)部過電壓操作過電壓39工頻過電壓空載長線的電容效應(yīng)接地故障引起的工頻電壓升高諧振過電壓分為：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：鐵磁諧振，避雷器無法限制改用電容式電壓互感器，加裝電容器

工頻過電壓40a1、a3為穩(wěn)定工作點，a2不穩(wěn)定a1、a3為穩(wěn)定工作點，a2不穩(wěn)定41操作過電壓特點：幅值高、等效頻率高、持續(xù)時間短與斷路器性能關(guān)系很大間歇電弧接地過電壓:中性點不接地系統(tǒng)中空載線路合閘過電壓：采用有合閘電阻的斷路器切除空載線路過電壓切除空載變壓器過電壓GIS中的快速暫態(tài)過電壓特點：很陡的波前電壓波形中有頻率很高的分量操作過電壓421R212R1434.9.2雷電過電壓特性1雷電的特性參數(shù)雷暴日與雷暴小時少（≤15）、中（15～40），多（40～90），強(qiáng)烈（>90）地面落雷密度：次/年·km2年預(yù)計雷擊次數(shù)N：4.9.2雷電過電壓特性1雷電的特性參數(shù)44雷電流幅值雷電流的極性與波形

75％～90％負(fù)極性推薦：波前2.6μs，波長50μs

波頭陡度雷電流幅值452雷電過電壓種類及防護(hù)措施雷電過電壓的分類直擊雷過電壓：雷直接擊中電氣設(shè)備、線路或建筑物時，強(qiáng)大的雷電流通過其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生較高的電位降

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2雷電過電壓種類及防護(hù)措施46感應(yīng)雷過電壓：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，使其中的導(dǎo)體感應(yīng)出極大的電動勢

措施：將金屬體連通并接地侵入雷過電壓：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，避雷器感應(yīng)雷過電壓：474.9.3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

4.9.3接地和接地電阻、接觸電壓和跨步電壓的基本概念48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：在接地故障點附件行走，人的雙腳之間所呈現(xiàn)的電位差與離接地點的遠(yuǎn)近及跨步的長短有關(guān)圖4-110接地電壓：人站在地面上接觸電氣設(shè)備所承受的電位差49

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變電所和發(fā)電廠內(nèi)電氣設(shè)備的保護(hù)。近年來在輸電線路上亦有選擇性地裝用。

避雷器保護(hù)間隙與避雷器避雷器504.9.4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

4.9.4氧化鋅避雷器的基本特性512、基本特點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)簡單、無間隙、體積小、重量輕動作響應(yīng)快，保護(hù)性能好通流容量大無續(xù)流：在殘壓相同的情況下，工頻續(xù)流非常小，因此可無間隙耐污穢性能好2、基本特點523、有關(guān)技術(shù)參數(shù)額定電壓：系統(tǒng)短時工頻過電壓最大持續(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：通過大電流時的殘壓與通過1mA直流電流時電壓之比。越小，保護(hù)性能越好。1.6～2.03、有關(guān)技術(shù)參數(shù)53【例4-27】【例4-28】【例4-27】【例4-28】544.9.5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4.9.5避雷針、避雷線保護(hù)范圍的確定55當(dāng)避雷針高度小于hr時

作平行線以針尖為圓心作弧線以交點為圓心作弧線，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時取h=hr當(dāng)避雷針高度小于hr時562、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，無保護(hù)范圍當(dāng)避雷線高度小于2hr時，

作平行線以避雷線為圓心作弧線以交點為圓心作弧線，與地面相切hr<h<2hr時，保護(hù)范圍的最高點在hx高度的保護(hù)寬度2、避雷線：截面小于35mm2的鍍鋅鋼絞線，又稱架空地線5741.3輸電線路的防雷保護(hù)1、感應(yīng)雷電過電壓雷擊附近地面時，導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓

s>65m，最大值300～400kV2、雷擊導(dǎo)線架設(shè)避雷線，考慮繞擊率

41.3輸電線路的防雷保護(hù)583、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)過電壓及絕緣配合-課件594、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4、雷擊避雷線檔距中央602、變電所的進(jìn)線段保護(hù)靠近變電所的1~2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)作用避雷器安裝于母線處與被保護(hù)設(shè)備間2、變電所