第五章：过电压保护

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1、第五章：过电压保护主讲：张胜宏“过电压”的定义：电力系统运行中，出现危及电气设备绝缘的电压称为过电压。第一节 过电压概述 过电压的产生 雷击 电力系统中的操作 电力系统故障过电压对电力系统的安全运行危害 雷击：造成人员伤害 电力线路或电气设备绝缘损坏 中断供电 引起火灾 内部过电压：电气设备绝缘击穿损坏1.2 过电压分类 直击雷过电压 雷过电压 感应雷过电压 （大气、外部）雷电入侵波过电压 工频过电压过电压 线性谐振过电压 谐振过电压 非线性谐振过电压 参数谐振过电压 内部过电压 切、合空载长线路过电压 操作过电压 切、合空载变压器过电压 开断感应电动机过电 开并联电容器过电压 弧光接地过电压

2、1.3雷电过电压 雷云的形成：干燥天气中的运动小车可能发产生静。太阳使地面热空气和水蒸汽上升，在高空变冷使水蒸汽结团下降，又被热的上升空气分裂、摩擦而带电。强对流天气是形成雷电活动的前提条件。空气中的水气团在上升、下降运动中的电荷分布不均的水气团分裂造成了云的带电。云层多带负电荷 。 雷电放电：云、云间的放电和云地间的放电。雷电放电的通道击穿过程（云对地放电为例）1、云层中富含电荷，但电荷传导困难，云内气流运动可以裹携电荷位移。2、对地面高凸物有感应效益使云内电荷在最接近处形成高电荷密度区。该区域首先电离呈为通道头部。后继电荷不能即时补充，第一次先导放电结束 电荷扩散使头部得到电荷补充，通道继

3、续发展。 同时，地面高出物的尖端也有正的强电场上迎。 经过几次通道发展后，击穿云地间隙。第一次主放电形成。放电时间为50100微秒。放电幅值达到几千安、几十千安、上百千安 第一次主放电后，经过0.030.05秒间隔时间后，云层纵深区域电荷向第一次主放电形成的电荷空白区域移动，借助通道再放电，形成第二次放电。此后的放电不再分级，而连续进行。 云层边缘区域零星电荷向电荷空白区域移动，在放电末期形成余辉放电。 一次主放电的电荷量其实是不太大的。如；放电时间为50100微秒、放电幅值为一百千安时，则电荷量为10库伦，相当于10A电流维持1秒钟 。 但雷击放电的高电压、电流幅值所携带的瞬时能量是巨大的。

4、设雷击幅值电流100KA,通道和接地阻抗2欧姆，则幅值电压为200Kv、其放电幅值电功率为2000万KW。“击”无愧也。地面物体遭受雷击的后果 强大的雷电流快速流经被击中物体时，产生很高的冲击电压，其大小与雷电流大小、被击中物体冲击电阻大小有关。 俄国科学家向雷云放风筝触电死亡、长城上面打手机也同样发生过触电死亡的案例、直到今天，我们的中央电视台在预报雷雨气象时还提醒公众不要在旷野处使用手机；树木被劈裂起火、安全接地线不能保护架空线路作业人员安全。1.3.3直击雷过电压 雷云直接对电气设备或线路放电，在雷电流入地路径阻抗上、包括接地电阻上产生了过电压。遭受了直击雷的电气设备或线路，一般是会引起

5、绝缘击穿闪络而导致系统接地故障。1.3.4雷电反击过电压 落雷点电位由原来的地（低）电位升高为高电位，击穿设备或导线绝缘放电。雷电反击过电压1.3.5感应雷过电压 附近雷云放电前在设备上感应了大量的异极性电荷，放电后，这些感应电荷失去了带电雷云束缚引力就立即转为了自由电荷并向线路两侧流动形成冲击波。 犹如提水绳断了，水桶砸落下去一般。一桶击起千层浪1.3.6雷电入侵波 直击雷、感应雷击后，在输电线路中形成迅速流动的电荷冲击波，称为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上电气设备绝缘构成威胁，即是雷电入侵波。 入侵波可以因为线路结构差异或设备的运行状态不同产生加倍的破坏力。比如延电缆、双分裂到单架空

6、线前行，线路波阻抗由小变大，入侵波幅值就可以升高。到达线路开路处就发生入侵电压波全反射，使幅值2，1.4内部过电压1.4.1工频过电压 电力系统中非正常运行如线路空载、单相接地（在中性点不接地系统中，可以使健全相对地相电压升高1.732倍）、不对称故障引起的电压升高。 工频过电压具有时间长、过电压倍数不高、对绝缘危险不大的特点。但它可能诱发其它事故，形成新的过电压并与之共同作用就形成为害。1.4.2谐振过电压1、串联谐振过电压：如果串联电路中包括有电感、电容，在交流电压作用下，电感上的电压与电容电压反向，谐振时两者合起来对外就几乎没有电压降。电路阻抗最小，电流极大。但无论是电感或电容本身上的电

7、压都极高，形成了破坏能力。2、铁谐振过电压：发生在铁磁电感和电容器组成的电路中时，称为铁谐振过电压。犹如我们玩的翘翘板，一段坐人需要很大的力气台高，两端坐等重量的人，给一点点力量，跷跷板可以让两人分别升高。谐振过电压的特点 特点：过电压持续时间长。频率低，导致铁心饱和。 后果是：烧毁互感器、避雷器爆炸 防止措施：用户变电所中的互感器采用V/V接线，抽取的是线电压，而非相电压。1.4.3操作过电压 操作过电压是指电力系统由于操作、事故，使设备运行状态发生改变（停送电、分合闸）而引起相关电容、电感上的电场、磁场能量相互转换，并可能引起振荡，从而产生过电压。操作过电压实例一切除高压空载长线过电压切除

8、高压空载长线过电压 空载长线有分布电感和对地电容，以电容为主。在电流过零时，电弧熄灭，断口间电压为1.414U=Um，再经过半周期，线路电压不变，电源侧为负Um，断口间电压为2Um。发生瞬时击穿。.它所为害的是线路被切除侧的绝缘安全。 防止措施：采用灭弧能力很强的断路器（真空断路器、SF6等），以防止电弧重燃。操作过电压实例二：切除空载感性负载切除空载感性负载（电动机、变压器、电抗器）的过电压的过电压 在切除前，感性负载有电流i存在，线圈中有磁场能Q=Li*i/2,切除中，磁场能释放，产生的感应电压U=L*di/dt,因此有很大的过电压产生。 防止措施：尽可能采用灭弧能力比较差些（少油断路器）

9、来执行这样的操作任务好。在弱电领域，使用专门的RC泄放电路。操作过电压实例三合空载长线时的过电压合空载长线时的过电压 这是由于空载长线合闸时，线路电容和电感在合闸时过渡过程中有高频震荡与稳态的叠加所致。 防止措施：希望选择在最小振荡时刻合闸。操作过电压实例四中性点不接地系统中的单相不中性点不接地系统中的单相不稳定电弧接地稳定电弧接地 只发生在中性点不接地、小接地系统。当其中一相发生非金属性不稳定接地时，由于电弧的熄灭重燃，在故障相和健全相都可能产生过电压。其物理过程与切除空载线路过电压的发生、发展极为相似。 产生弧光接地过电压的原因是线路的对地电容、电感在故障中发生对地电压变化，引起电场能、磁