過電壓及其防護(hù)課件

三、過電壓及其防護(hù)

3.電力系統(tǒng)雷電防護(hù)三、過電壓及其防護(hù)

3.電力系統(tǒng)雷電防護(hù)1重點避雷針與避雷線金屬氧化物避雷器輸電線路雷電防護(hù)變電站雷電防護(hù)重點避雷針與避雷線23.1避雷針與避雷線3.1避雷針與避雷線3避雷針3.1避雷針與避雷線圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100％安全受保護(hù)區(qū)域只是保證在該區(qū)域中雷擊概率是很小的數(shù)值避雷針3.1避雷針與避雷線圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100％安全4單支避雷針保護(hù)范圍上圖中劃定避雷針保護(hù)范圍的方法稱為折線法，用兩段斜率不同的折線段確定保護(hù)范圍（建筑防雷中采用滾球法確定保護(hù)范圍）折線表達(dá)式中的p是修正系數(shù)，根據(jù)避雷針高度的不同進(jìn)行有關(guān)修正3.1避雷針與避雷線單支避雷針保護(hù)范圍上圖中劃定避雷針保護(hù)范圍的方法稱為折線法，5修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時避雷針高度h≤30m時修正系數(shù)p＝13.1避雷針與避雷線修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時避雷針高度h≤30m時修正6修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時30m＜h≤120m時修正系數(shù)：3.1避雷針與避雷線如圖可見，避雷針高度超過30m后其保護(hù)范圍隨高度而增大的趨勢減緩修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時30m＜h≤120m時修正7兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個避雷針各自保護(hù)范圍的“并集”，而是比這個并集要大一些圖中藍(lán)色虛線部分代表單支避雷針保護(hù)范圍的界限3.1避雷針與避雷線兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個避雷針8單根避雷線保護(hù)范圍3.1避雷針與避雷線單根避雷線保護(hù)范圍3.1避雷針與避雷線9雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛3.1避雷針與避雷線雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛3.110避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠等場合有廣泛的應(yīng)用（集中保護(hù)場合）。避雷線適用于輸電線路防雷（分布保護(hù)場合），在變電所里有時也在電氣主回路上空布置多條避雷線進(jìn)行雷電防護(hù)。3.1避雷針與避雷線避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠等場合有廣泛的11避雷針是不是越高越好？答案：×隨著避雷針高度的增加，其保護(hù)范圍的增加越來越有限，同時其保護(hù)范圍內(nèi)免受雷擊的概率變得不確定。在提高避雷針高度上下功夫不如采用多針聯(lián)合保護(hù)。3.1避雷針與避雷線避雷針是不是越高越好？答案：×3.1避雷針與避雷線123.2金屬氧化物避雷器3.2金屬氧化物避雷器13ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。表面鍍鋁的的作用是填滿表面凹孔、防止電流在局部過于集中。3.2金屬氧化物避雷器ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。3.214ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由多片ZnO閥片堆疊而成，根據(jù)電壓等級的不同堆疊層數(shù)也不同。圖中給出是目前最為先進(jìn)的硅橡膠復(fù)合外套避雷器的簡化結(jié)構(gòu)。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由15ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連接都是星形接法。星形接法下長期工作中的避雷器承受的是相電壓。避雷器的接地要求絕對可靠。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連16對避雷器性能的要求良好的非線性（提高保護(hù)水平）。大的通流容量（能夠吸收更強(qiáng)的雷電能量）。小的工頻續(xù)流（雷擊時防止系統(tǒng)注入過大的電流）。良好的伏秒特性（無論侵入波陡度如何都保證首先動作）。3.2金屬氧化物避雷器對避雷器性能的要求良好的非線性（提高保護(hù)水平）。3.2金屬17ZnO避雷器的特性曲線ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。當(dāng)過電壓襲來時，ZnO避雷器電流劇增，有效地吸收過電壓的能量并遏制住系統(tǒng)電壓的上升趨勢。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的特性曲線ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。18ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運行電壓為有效值，1mA參考電壓常在直流下測得3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運行電壓為有效值，119ZnO避雷器的參數(shù)壓比：荷電率：壓比反映了避雷器伏安特性的非線性程度，壓比越小非線性程度越大、保護(hù)性能越好。荷電率反映了長期工作條件下避雷器承擔(dān)電壓負(fù)荷的輕重，荷電率較高時避雷器老化速度加快。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)壓比：3.2金屬氧化物避雷器20ZnO避雷器的優(yōu)劣評判 顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B，其保護(hù)性能也優(yōu)于避雷器B3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)劣評判 顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B21ZnO避雷器的優(yōu)點無串聯(lián)間隙非線性程度好、保護(hù)性能優(yōu)越通流容量大工頻續(xù)流極小、可忽略不計3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)點無串聯(lián)間隙3.2金屬氧化物避雷器223.3輸電線路雷電防護(hù)3.3輸電線路雷電防護(hù)23輸電線路

雷擊分類3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路

雷擊分類3.3輸電線路雷電防護(hù)24輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果導(dǎo)線—避雷線、導(dǎo)線—桿塔、導(dǎo)線—大地閃絡(luò)。侵入波沿線路侵入變電所、配電所、發(fā)電廠。3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果導(dǎo)線—避雷線、導(dǎo)線—桿塔、導(dǎo)線—25輸電線路防雷四道防線防止雷電直接擊中導(dǎo)線——解決：架設(shè)避雷線防止雷電擊中桿塔或避雷線后反擊引起絕緣閃絡(luò)——解決：降低桿塔接地電阻防止雷擊后的絕緣閃絡(luò)發(fā)展為穩(wěn)定燃燒的工頻電弧——解決：增大絕緣子片數(shù)，中性點經(jīng)消弧線圈接地防止因雷擊導(dǎo)致的線路供電中斷——解決：自動重合閘、環(huán)網(wǎng)供電3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路防雷四道防線防止雷電直接擊中導(dǎo)線——解決：架設(shè)避雷線26衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo)耐雷水平——雷擊線路不至使絕緣發(fā)生閃絡(luò)的最小雷電流幅值（注意耐雷水平指的是雷電流而不是雷電壓）。雷擊跳閘率——標(biāo)準(zhǔn)條件下（雷暴日數(shù)＝40、線路長度＝100km）每年雷擊引起的跳閘次數(shù)。3.3輸電線路雷電防護(hù)衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo)耐雷水平——雷擊線路不至使絕緣發(fā)生27雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計算圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約為300Ω，Z2為輸電導(dǎo)線的波阻抗，其數(shù)值為300Ω～400Ω。從彼德遜等效電路中可以求出：將Z1、Z2帶入可得u≈100i，這也是有關(guān)規(guī)程中推薦的公式。3.3輸電線路雷電防護(hù)雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計算圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約28雷擊情況分析—繞擊在懸掛有避雷線的情況下，雷電還有可能繞過避雷線擊中導(dǎo)線，這種情況稱作繞擊。圖中φ稱為保護(hù)角，φ越小則繞擊概率越低、保護(hù)越完善，在必要的情況下甚至需要負(fù)的保護(hù)角φ。注意參考“避雷線保護(hù)范圍”部分的內(nèi)容。3.3輸電線路雷電防護(hù)雷擊情況分析—繞擊在懸掛有避雷線的情況下，雷電還有可能繞過避29桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來代表。當(dāng)雷擊中桿塔時，雷電流在L、R上產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個壓降足夠高時將使絕緣子與桿塔之間發(fā)生閃絡(luò)。因而，降低桿塔接地電阻具有極其重要的意義。當(dāng)雷擊中避雷線時也可能造成反擊。反擊引起的閃絡(luò)雷擊情況分析—反擊3.3輸電線路雷電防護(hù)桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來代表。反30雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓13.3輸電線路雷電防護(hù)雷云發(fā)出的下行先導(dǎo)，其中有大量負(fù)電荷下行先導(dǎo)負(fù)電荷在導(dǎo)線上感應(yīng)出束縛電荷，極性為正雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓13.3輸電線路雷電防護(hù)雷云發(fā)31雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓23.3輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)線上束縛電荷失去束縛開始向兩側(cè)自由流動，其電流在導(dǎo)線波阻抗上形成過電壓主放電發(fā)生后下行先導(dǎo)中負(fù)電荷全部被中和 感應(yīng)雷過電壓主要威脅到35kV及以下輸電線路雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓23.3輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)線上32輸電線路避雷器 對于雷擊頻繁的線路常使用線路避雷器加強(qiáng)保護(hù)3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路避雷器 對于雷擊頻繁的線路常使用線路避雷器加強(qiáng)保護(hù)333避雷線有關(guān)問題—避雷線損耗 如圖可知，兩端接地的避雷線相當(dāng)于在輸電導(dǎo)線上加裝了一個“短路環(huán)”，而這個“短路環(huán)”與輸電線路存在電磁耦合，并通過這個電磁耦合消耗一部分輸電線路輸送的電能3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—避雷線損耗 如圖可知，兩端接地的避雷線相當(dāng)于34避雷線有關(guān)問題—采用架空絕緣地線通過在避雷線和桿塔之間加裝一片絕緣子就可以解決上述損耗問題。一片絕緣子的閃絡(luò)電壓相對來說很低，故不影響避雷線的防雷保護(hù)效果。3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—采用架空絕緣地線通過在避雷線和桿塔之間加裝一35避雷線有關(guān)問題—光纖復(fù)合架空地線—OPGW常規(guī)避雷線為鋼芯鋁絞線，在鋼芯鋁絞線中央安裝一根或數(shù)根光纖就構(gòu)成了光纖復(fù)合架空地線（OPGW）。OPGW既可以完成避雷線所需完成的任務(wù)，其中的光纖又可以組建一個電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—光纖復(fù)合架空地線—OPGW常規(guī)避雷線為鋼芯鋁363.4變電站雷電防護(hù)3.4變電站雷電防護(hù)37變電站雷擊來源3.4變電站雷電防護(hù)雷電直擊變電所雷電沖擊波沿線路入侵變電站雷擊來源3.4變電站雷電防護(hù)雷電直擊變電所雷電沖擊波38變電所直擊雷防護(hù)避雷針——在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。避雷線——在變電所內(nèi)主接線上方安裝數(shù)根避雷線聯(lián)合保護(hù)。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)避雷針——在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。39變電所直擊雷防護(hù)—獨立避雷針為防止雷擊避雷針后引起的反擊，獨立避雷針與變電所構(gòu)架的空氣距離s1和接地體距離s2不應(yīng)小于規(guī)程的要求。35kV及以下等級變電所必須安裝獨立避雷針。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—獨立避雷針為防止雷擊避雷針后引起的反擊，獨40變電所直擊雷防護(hù)—構(gòu)架避雷針對于110kV及以上電壓等級系統(tǒng)，由于外絕緣水平相對較高不易發(fā)生反擊，可以考慮將避雷針安裝在構(gòu)架上。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—構(gòu)架避雷針對于110kV及以上電壓等級系統(tǒng)41變電所侵入波防護(hù)對雷電侵入波的防護(hù)通過以下兩種方法進(jìn)行：避雷器——吸收雷電侵入波的能量限制電壓升高進(jìn)線段——將靠近變電所1km～2km的輸電線路劃為進(jìn)線段，對進(jìn)線段加強(qiáng)防雷保護(hù)（采用小的避雷線保護(hù)角、降低桿塔接地電阻、必要時安裝線路避雷器）以保證進(jìn)線段（幾乎）不發(fā)生雷擊；當(dāng)進(jìn)線段以外線路發(fā)生雷擊后，侵入波在進(jìn)入變電站之前通過進(jìn)線段后其波前陡度和幅值會進(jìn)一步降低這兩種方法往往結(jié)合進(jìn)行。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)對雷電侵入波的防護(hù)通過以下兩種方法進(jìn)行：3.42變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響首先對有關(guān)條件進(jìn)行簡化：假設(shè)侵入波為斜角波假設(shè)分析過程中變壓器處于開路狀態(tài)假設(shè)避雷的殘壓等于動作電壓假設(shè)變壓器開路由右圖可見，避雷器將通過的波頭進(jìn)行了限壓。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響首先對有關(guān)43變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響由于假設(shè)變壓器開路，波頭到達(dá)變壓器后折射波是入射波的2倍。圖中給出的是最壞的情況，變壓器事實上沒有得到有效保護(hù)，其承受電壓峰值為避雷器動作電壓的2倍。出現(xiàn)這種最壞情況的原因是避雷器距變壓器太遠(yuǎn)，如果兩者距離接近一些，則變壓器反射波到達(dá)避雷器與侵入波疊加，可以使避雷器動作提前，降低變壓器上承受的最大電壓。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響由于假設(shè)變44變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響綜合分析前頁圖和右圖可以看出：侵入波的陡度越大，則折射波的幅值越大避雷器和變壓器距離越大、則進(jìn)入變壓器的折射波的幅值越大根據(jù)規(guī)程要求，避雷器與待保護(hù)變壓器之間的距離不得大于規(guī)定的數(shù)值，詳見教材表8-7。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響綜合分析前45變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—三繞組變壓器保護(hù)三繞組變壓器有高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組，其中低壓繞組絕緣水平最低。當(dāng)高壓繞組遭遇雷電波侵入時，如果低壓繞組開路，會因為靜電感應(yīng)產(chǎn)生較高的電壓危及其絕緣，所以低壓繞組需要安裝避雷器。靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電壓還不足以威脅中壓繞組絕緣，故中壓繞組不必安裝避雷器。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—三繞組變壓器保護(hù)三繞組46變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—自耦變壓器保護(hù)自耦變壓器防雷保護(hù)的避雷器接法如右圖。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—自耦變壓器保護(hù)自耦變壓47變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—變壓器中性點保護(hù)當(dāng)變壓器中性點不接地、同時變壓器中性點絕緣水平低于相線絕緣水平時，必須在中性點加裝避雷器進(jìn)行保護(hù)。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—變壓器保護(hù)有關(guān)問題—變壓器中性點保護(hù)當(dāng)變壓48變電所侵入波防護(hù)—進(jìn)線段進(jìn)線段——將靠近變電所1km～2km的輸電線路劃為進(jìn)線段，對進(jìn)線段加強(qiáng)防雷保護(hù)（采用小的避雷線保護(hù)角、降低桿塔接地電阻、必要時安裝線路避雷器）以保證進(jìn)線段（幾乎）不發(fā)生雷擊；當(dāng)進(jìn)線段以外線路發(fā)生雷擊后，侵入波在進(jìn)入變電站之前通過進(jìn)線段后其波前陡度和幅值會進(jìn)一步降低3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—進(jìn)線段進(jìn)線段——將靠近變電所1km～2km49變電所侵入波防護(hù)—進(jìn)線段對于全線不架設(shè)避雷線的線路（35kV及以下），必須在進(jìn)線段架設(shè)避雷線；對于全線架設(shè)避雷線的線路（110kV及以下），在進(jìn)線段需要加強(qiáng)防雷保護(hù)。以上措施是保證進(jìn)線段發(fā)生雷擊的可能性降至最低。對于進(jìn)線段以外線路發(fā)生的雷擊，其侵入波通過進(jìn)線段時會因沖擊電暈降低其陡度和幅值、因避雷線的耦合進(jìn)一步降低幅值，這些都有助于減輕變電所內(nèi)避雷器的負(fù)擔(dān)。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—進(jìn)線段對于全線不架設(shè)避雷線的線路（35kV50GIS防雷保護(hù)GIS中的電場均設(shè)計為稍不均勻電場，其沖擊系數(shù)較小，伏秒特性較平坦。能勝任GIS防雷保護(hù)的避雷器只有ZnO避雷器。3.4變電站雷電防護(hù)GIS防雷保護(hù)GIS中的電場均設(shè)計為稍不均勻電場，其沖擊系數(shù)51變電所二次防雷目前變電所的控制裝置越來越復(fù)雜，有必要對雷擊造成的電磁脈沖輻射進(jìn)行有效的防范。3.4變電站雷電防護(hù)變電所二次防雷目前變電所的控制裝置越來越復(fù)雜，有必要對雷擊造52三、過電壓及其防護(hù)

3.電力系統(tǒng)雷電防護(hù)三、過電壓及其防護(hù)

3.電力系統(tǒng)雷電防護(hù)53重點避雷針與避雷線金屬氧化物避雷器輸電線路雷電防護(hù)變電站雷電防護(hù)重點避雷針與避雷線543.1避雷針與避雷線3.1避雷針與避雷線55避雷針3.1避雷針與避雷線圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100％安全受保護(hù)區(qū)域只是保證在該區(qū)域中雷擊概率是很小的數(shù)值避雷針3.1避雷針與避雷線圖中的受保護(hù)區(qū)域并非100％安全56單支避雷針保護(hù)范圍上圖中劃定避雷針保護(hù)范圍的方法稱為折線法，用兩段斜率不同的折線段確定保護(hù)范圍（建筑防雷中采用滾球法確定保護(hù)范圍）折線表達(dá)式中的p是修正系數(shù)，根據(jù)避雷針高度的不同進(jìn)行有關(guān)修正3.1避雷針與避雷線單支避雷針保護(hù)范圍上圖中劃定避雷針保護(hù)范圍的方法稱為折線法，57修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時避雷針高度h≤30m時修正系數(shù)p＝13.1避雷針與避雷線修正系數(shù)p——避雷針高度≤30m時避雷針高度h≤30m時修正58修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時30m＜h≤120m時修正系數(shù)：3.1避雷針與避雷線如圖可見，避雷針高度超過30m后其保護(hù)范圍隨高度而增大的趨勢減緩修正系數(shù)p——避雷針高度＞30m時30m＜h≤120m時修正59兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個避雷針各自保護(hù)范圍的“并集”，而是比這個并集要大一些圖中藍(lán)色虛線部分代表單支避雷針保護(hù)范圍的界限3.1避雷針與避雷線兩支避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍不是兩個避雷針60單根避雷線保護(hù)范圍3.1避雷針與避雷線單根避雷線保護(hù)范圍3.1避雷針與避雷線61雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛3.1避雷針與避雷線雙避雷線聯(lián)合保護(hù)范圍雙避雷線在輸電線路上應(yīng)用極為廣泛3.162避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠等場合有廣泛的應(yīng)用（集中保護(hù)場合）。避雷線適用于輸電線路防雷（分布保護(hù)場合），在變電所里有時也在電氣主回路上空布置多條避雷線進(jìn)行雷電防護(hù)。3.1避雷針與避雷線避雷針與避雷線的應(yīng)用范圍避雷針在變電所、發(fā)電廠等場合有廣泛的63避雷針是不是越高越好？答案：×隨著避雷針高度的增加，其保護(hù)范圍的增加越來越有限，同時其保護(hù)范圍內(nèi)免受雷擊的概率變得不確定。在提高避雷針高度上下功夫不如采用多針聯(lián)合保護(hù)。3.1避雷針與避雷線避雷針是不是越高越好？答案：×3.1避雷針與避雷線643.2金屬氧化物避雷器3.2金屬氧化物避雷器65ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。表面鍍鋁的的作用是填滿表面凹孔、防止電流在局部過于集中。3.2金屬氧化物避雷器ZnO閥片在ZnO閥片的側(cè)面上釉是為了防止沿面放電。3.266ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由多片ZnO閥片堆疊而成，根據(jù)電壓等級的不同堆疊層數(shù)也不同。圖中給出是目前最為先進(jìn)的硅橡膠復(fù)合外套避雷器的簡化結(jié)構(gòu)。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的結(jié)構(gòu)ZnO避雷器中起主要作用的非線性電阻元件由67ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連接都是星形接法。星形接法下長期工作中的避雷器承受的是相電壓。避雷器的接地要求絕對可靠。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器在系統(tǒng)中的連接絕大部分情況下，避雷器在系統(tǒng)中的連68對避雷器性能的要求良好的非線性（提高保護(hù)水平）。大的通流容量（能夠吸收更強(qiáng)的雷電能量）。小的工頻續(xù)流（雷擊時防止系統(tǒng)注入過大的電流）。良好的伏秒特性（無論侵入波陡度如何都保證首先動作）。3.2金屬氧化物避雷器對避雷器性能的要求良好的非線性（提高保護(hù)水平）。3.2金屬69ZnO避雷器的特性曲線ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。當(dāng)過電壓襲來時，ZnO避雷器電流劇增，有效地吸收過電壓的能量并遏制住系統(tǒng)電壓的上升趨勢。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的特性曲線ZnO避雷器具有顯著的非線性伏安特性。70ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運行電壓為有效值，1mA參考電壓常在直流下測得3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)額定電壓和容許最大持續(xù)運行電壓為有效值，171ZnO避雷器的參數(shù)壓比：荷電率：壓比反映了避雷器伏安特性的非線性程度，壓比越小非線性程度越大、保護(hù)性能越好。荷電率反映了長期工作條件下避雷器承擔(dān)電壓負(fù)荷的輕重，荷電率較高時避雷器老化速度加快。3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的參數(shù)壓比：3.2金屬氧化物避雷器72ZnO避雷器的優(yōu)劣評判 顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B，其保護(hù)性能也優(yōu)于避雷器B3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)劣評判 顯然避雷器A的非線性程度好于避雷器B73ZnO避雷器的優(yōu)點無串聯(lián)間隙非線性程度好、保護(hù)性能優(yōu)越通流容量大工頻續(xù)流極小、可忽略不計3.2金屬氧化物避雷器ZnO避雷器的優(yōu)點無串聯(lián)間隙3.2金屬氧化物避雷器743.3輸電線路雷電防護(hù)3.3輸電線路雷電防護(hù)75輸電線路

雷擊分類3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路

雷擊分類3.3輸電線路雷電防護(hù)76輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果導(dǎo)線—避雷線、導(dǎo)線—桿塔、導(dǎo)線—大地閃絡(luò)。侵入波沿線路侵入變電所、配電所、發(fā)電廠。3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路遭受雷擊后引發(fā)的后果導(dǎo)線—避雷線、導(dǎo)線—桿塔、導(dǎo)線—77輸電線路防雷四道防線防止雷電直接擊中導(dǎo)線——解決：架設(shè)避雷線防止雷電擊中桿塔或避雷線后反擊引起絕緣閃絡(luò)——解決：降低桿塔接地電阻防止雷擊后的絕緣閃絡(luò)發(fā)展為穩(wěn)定燃燒的工頻電弧——解決：增大絕緣子片數(shù)，中性點經(jīng)消弧線圈接地防止因雷擊導(dǎo)致的線路供電中斷——解決：自動重合閘、環(huán)網(wǎng)供電3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路防雷四道防線防止雷電直接擊中導(dǎo)線——解決：架設(shè)避雷線78衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo)耐雷水平——雷擊線路不至使絕緣發(fā)生閃絡(luò)的最小雷電流幅值（注意耐雷水平指的是雷電流而不是雷電壓）。雷擊跳閘率——標(biāo)準(zhǔn)條件下（雷暴日數(shù)＝40、線路長度＝100km）每年雷擊引起的跳閘次數(shù)。3.3輸電線路雷電防護(hù)衡量輸電線路防雷水平的指標(biāo)耐雷水平——雷擊線路不至使絕緣發(fā)生79雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計算圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約為300Ω，Z2為輸電導(dǎo)線的波阻抗，其數(shù)值為300Ω～400Ω。從彼德遜等效電路中可以求出：將Z1、Z2帶入可得u≈100i，這也是有關(guān)規(guī)程中推薦的公式。3.3輸電線路雷電防護(hù)雷擊導(dǎo)線引起的過電壓計算圖中Z1為雷電通道的波阻抗，其數(shù)值約80雷擊情況分析—繞擊在懸掛有避雷線的情況下，雷電還有可能繞過避雷線擊中導(dǎo)線，這種情況稱作繞擊。圖中φ稱為保護(hù)角，φ越小則繞擊概率越低、保護(hù)越完善，在必要的情況下甚至需要負(fù)的保護(hù)角φ。注意參考“避雷線保護(hù)范圍”部分的內(nèi)容。3.3輸電線路雷電防護(hù)雷擊情況分析—繞擊在懸掛有避雷線的情況下，雷電還有可能繞過避81桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來代表。當(dāng)雷擊中桿塔時，雷電流在L、R上產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個壓降足夠高時將使絕緣子與桿塔之間發(fā)生閃絡(luò)。因而，降低桿塔接地電阻具有極其重要的意義。當(dāng)雷擊中避雷線時也可能造成反擊。反擊引起的閃絡(luò)雷擊情況分析—反擊3.3輸電線路雷電防護(hù)桿塔可以用塔身電感L和接地電阻R串聯(lián)的等效電路模型來代表。反82雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓13.3輸電線路雷電防護(hù)雷云發(fā)出的下行先導(dǎo)，其中有大量負(fù)電荷下行先導(dǎo)負(fù)電荷在導(dǎo)線上感應(yīng)出束縛電荷，極性為正雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓13.3輸電線路雷電防護(hù)雷云發(fā)83雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓23.3輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)線上束縛電荷失去束縛開始向兩側(cè)自由流動，其電流在導(dǎo)線波阻抗上形成過電壓主放電發(fā)生后下行先導(dǎo)中負(fù)電荷全部被中和 感應(yīng)雷過電壓主要威脅到35kV及以下輸電線路雷擊情況分析——感應(yīng)雷過電壓23.3輸電線路雷電防護(hù)導(dǎo)線上84輸電線路避雷器 對于雷擊頻繁的線路常使用線路避雷器加強(qiáng)保護(hù)3.3輸電線路雷電防護(hù)輸電線路避雷器 對于雷擊頻繁的線路常使用線路避雷器加強(qiáng)保護(hù)385避雷線有關(guān)問題—避雷線損耗 如圖可知，兩端接地的避雷線相當(dāng)于在輸電導(dǎo)線上加裝了一個“短路環(huán)”，而這個“短路環(huán)”與輸電線路存在電磁耦合，并通過這個電磁耦合消耗一部分輸電線路輸送的電能3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—避雷線損耗 如圖可知，兩端接地的避雷線相當(dāng)于86避雷線有關(guān)問題—采用架空絕緣地線通過在避雷線和桿塔之間加裝一片絕緣子就可以解決上述損耗問題。一片絕緣子的閃絡(luò)電壓相對來說很低，故不影響避雷線的防雷保護(hù)效果。3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—采用架空絕緣地線通過在避雷線和桿塔之間加裝一87避雷線有關(guān)問題—光纖復(fù)合架空地線—OPGW常規(guī)避雷線為鋼芯鋁絞線，在鋼芯鋁絞線中央安裝一根或數(shù)根光纖就構(gòu)成了光纖復(fù)合架空地線（OPGW）。OPGW既可以完成避雷線所需完成的任務(wù)，其中的光纖又可以組建一個電力系統(tǒng)通信網(wǎng)。3.3輸電線路雷電防護(hù)避雷線有關(guān)問題—光纖復(fù)合架空地線—OPGW常規(guī)避雷線為鋼芯鋁883.4變電站雷電防護(hù)3.4變電站雷電防護(hù)89變電站雷擊來源3.4變電站雷電防護(hù)雷電直擊變電所雷電沖擊波沿線路入侵變電站雷擊來源3.4變電站雷電防護(hù)雷電直擊變電所雷電沖擊波90變電所直擊雷防護(hù)避雷針——在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。避雷線——在變電所內(nèi)主接線上方安裝數(shù)根避雷線聯(lián)合保護(hù)。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)避雷針——在變電所內(nèi)安裝數(shù)根避雷針聯(lián)合保護(hù)。91變電所直擊雷防護(hù)—獨立避雷針為防止雷擊避雷針后引起的反擊，獨立避雷針與變電所構(gòu)架的空氣距離s1和接地體距離s2不應(yīng)小于規(guī)程的要求。35kV及以下等級變電所必須安裝獨立避雷針。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—獨立避雷針為防止雷擊避雷針后引起的反擊，獨92變電所直擊雷防護(hù)—構(gòu)架避雷針對于110kV及以上電壓等級系統(tǒng)，由于外絕緣水平相對較高不易發(fā)生反擊，可以考慮將避雷針安裝在構(gòu)架上。3.4變電站雷電防護(hù)變電所直擊雷防護(hù)—構(gòu)架避雷針對于110kV及以上電壓等級系統(tǒng)93變電所侵入波防護(hù)對雷電侵入波的防護(hù)通過以下兩種方法進(jìn)行：避雷器——吸收雷電侵入波的能量限制電壓升高進(jìn)線段——將靠近變電所1km～2km的輸電線路劃為進(jìn)線段，對進(jìn)線段加強(qiáng)防雷保護(hù)（采用小的避雷線保護(hù)角、降低桿塔接地電阻、必要時安裝線路避雷器）以保證進(jìn)線段（幾乎）不發(fā)生雷擊；當(dāng)進(jìn)線段以外線路發(fā)生雷擊后，侵入波在進(jìn)入變電站之前通過進(jìn)線段后其波前陡度和幅值會進(jìn)一步降低這兩種方法往往結(jié)合進(jìn)行。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)對雷電侵入波的防護(hù)通過以下兩種方法進(jìn)行：3.94變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響首先對有關(guān)條件進(jìn)行簡化：假設(shè)侵入波為斜角波假設(shè)分析過程中變壓器處于開路狀態(tài)假設(shè)避雷的殘壓等于動作電壓假設(shè)變壓器開路由右圖可見，避雷器將通過的波頭進(jìn)行了限壓。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響首先對有關(guān)95變電所侵入波防護(hù)—避雷器與待保護(hù)變壓器間距離的影響由于假設(shè)變壓器開路，波頭到達(dá)變壓器后折射波是入射波的2倍。圖中給出的是最壞的情況，變壓器事實上沒有得到有效保護(hù)，其承受電壓峰值為避雷器動作電壓的2倍。出現(xiàn)這種最壞情況的原因是避雷器距變壓器太遠(yuǎn)，如果兩者距離接近一些，則變壓器反射波到達(dá)避雷器與侵入波疊加，可以使避雷器動作提前，降低變壓器上承受的最大電壓。3.4變電站雷電防護(hù)變電所侵入波