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高電壓基礎(chǔ)

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8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.1過電壓發(fā)展過程

主講人：陳惠（副教授）學(xué)校：湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、

電弧接地過電壓概述

電弧接地過電壓的概念中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大，接地點(diǎn)電弧將不能自熄，而以斷續(xù)電?。〝嗬m(xù)地熄滅和重燃）的形式存在，就會(huì)產(chǎn)生另一種嚴(yán)重的操作過電壓一斷續(xù)電弧接地過電壓一、電弧接地過電壓概述

產(chǎn)生電弧接地過電壓的原因接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，這種電容電流在6～10kV系統(tǒng)(>30A)、35～60kV系統(tǒng)(>10A)中難以自行熄滅。由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，系統(tǒng)中性點(diǎn)發(fā)生偏移，產(chǎn)生電弧接地過電壓

電弧接地過電壓的特點(diǎn)

危害波及面較廣，持續(xù)時(shí)間長，且出現(xiàn)機(jī)會(huì)大對(duì)一些弱絕緣的電氣設(shè)備或在運(yùn)行中絕緣性可能急劇下降的電氣設(shè)備，還有些絕緣中存在潛伏性故障，在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中沒有檢查出來，遇到電弧接地過電壓有危險(xiǎn)二、電弧接地過電壓發(fā)展過程兩種熄弧時(shí)間電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時(shí)即可熄滅過電壓的發(fā)展過程和幅值大小都與熄弧的時(shí)間有關(guān)電弧要等到工頻電流過零時(shí)才能熄滅二、電弧接地過電壓發(fā)展過程圖中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地電路圖（a）等值電路圖（b）相量圖下面假定電弧的熄滅發(fā)生在工頻電流過零的時(shí)刻，來說明這種過電壓的物理發(fā)展過程：略去線間電容的影響設(shè)各相導(dǎo)線的對(duì)地電容均相等，即C1=C2=C3=C。設(shè)接地故障發(fā)生于A相，而且是正當(dāng)經(jīng)過幅值時(shí)發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱?，中性點(diǎn)電位由零升至相電壓，即，B、C兩相的對(duì)地電壓都升高到線電壓、。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

接地電流與故障相電壓角差為90度，其大小與線路的對(duì)地電容與系統(tǒng)的額定電壓成正比式中，Uxg為相電壓的幅值因?yàn)镮2與I3在相位上相差60o，所以故障點(diǎn)的電流幅值即單相接地時(shí)，流過故障點(diǎn)的電容電流為接地前電容電流的3倍。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

（一）

（二）

（三）若系統(tǒng)較小，線路不長，線路對(duì)地電容電流小，流過故障點(diǎn)的電流也小，許多暫時(shí)性的單相電弧接地故障(如雷擊等)，故障過后電弧可以自動(dòng)熄滅。隨著系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級(jí)的提高，單相接地故障電流成比例地增加。接地點(diǎn)產(chǎn)生接地電弧，并在其中流過非故障相的電流，難以自行熄滅，由于電弧不穩(wěn)定(間歇性電弧)，引起系統(tǒng)強(qiáng)烈的電磁振蕩過程，產(chǎn)生電弧接地過電壓。

故障點(diǎn)電流與電弧的關(guān)系二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

如以u(píng)A，uB，uC代表三相電源電壓；以u(píng)1，u2，u3代表三相線路的對(duì)地電壓，即C1、C2、C3上的電壓，則通過分析可得如圖所示的過電壓發(fā)展過程。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（1）t=t1時(shí)刻燃弧瞬間：燃弧前uA(t1-)=1.0Uxg燃弧后

uA(t1+)=0

燃弧前uB(t1-)=-0.5Uxg燃弧后

uB(t1+)=-1.5Uxg

燃弧前uC(t1-)=-0.5Uxg燃弧后

uC(t1+)=-1.5Uxg燃弧后過電壓最大幅值=

2穩(wěn)態(tài)值-初始值

uA(t1m)=0

uB(t1m)=-2.5Uxg

uC(t1m)=-2.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻A相電壓達(dá)到負(fù)峰值，電流剛好過零，電弧熄滅

熄弧前uA(t2-)=0Uxg

熄弧前uB(t2-)=1.5Uxg

熄弧前uC(t2-)=1.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻熄弧后，線路上存儲(chǔ)的電荷無處泄漏；于是，電荷在三相對(duì)地電容平均分配；分配結(jié)果是三相導(dǎo)線對(duì)地有共同的偏移電壓UN：二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖（2）t=t2時(shí)刻因此在t=t2時(shí)刻熄弧前后，各相電壓都相等，所以在熄弧這一時(shí)刻不會(huì)出現(xiàn)過渡過程；但是，各相電壓已經(jīng)在原有基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)電壓Uxg，B、C相電壓分別升高（如圖所示）二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖1（3）t=t3

時(shí)刻A相電壓再次達(dá)到最大值，可能再次燃弧。燃弧前uA(t3-)=2.0Uxg

燃弧后

uA(t3+)=0

燃弧前uB(t3-)=0.5Uxg燃弧后

uB(t3+)=-1.5Uxg

燃弧前uC(t3-)=0.5Uxg燃弧后

uC(t3+)=-1.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

過電壓發(fā)展過程圖1（3）t=t3

時(shí)刻燃弧后過電壓最大幅值=2穩(wěn)態(tài)值-初始值

uA(t3-)=0

uB(t3-)=-3.5Uxg

uC(t3-)=-3.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

注：實(shí)線為實(shí)際電壓線電壓相電壓第一次熄弧電弧重燃故障相健全相在t3以后，每隔半個(gè)周期交替出現(xiàn)電弧的熄滅與重燃；過渡過程與上面完全重復(fù)，且過電壓的幅值也與之相同。二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

按工頻電流過零時(shí)熄弧的理論分析得出的結(jié)論是：非故障相上的最大過電壓為3.5倍；

故障相上的最大過電壓為2.0倍。結(jié)論三、

電弧接地過電壓的特點(diǎn)

長期以來大量試驗(yàn)研究表明