過電壓及其防護(hù)教學(xué)課件

第八章過電壓及其防護(hù)1第八章過電壓及其防護(hù)1-2-Ch.8過電壓及其防護(hù)8.1概述8.2內(nèi)部過電壓及其防護(hù)8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.4電力系統(tǒng)絕緣配合-2-Ch.8過電壓及其防護(hù)8.1概述-3-8.1概述過電壓(over-voltage)的概念電力系統(tǒng)中，各種絕緣除了受長期工作電壓的作用外，還會受到各種比工作電壓高得多的過電壓的作用。所謂的過電壓就是指超過最高運(yùn)行電壓并可使電力系統(tǒng)絕緣或電氣設(shè)備損壞的電壓升高。過電壓的分類過電壓工頻電壓升高諧振過電壓直擊雷過電壓內(nèi)部過電壓外部過電壓操作過電壓感應(yīng)雷過電壓暫時過電壓雷電過電壓大氣過電壓雷電侵入波-3-8.1概述過電壓(over-voltage)的概念-4-概述過電壓對絕緣的威脅過電壓幅值過電壓上升陡度、波形過電壓持續(xù)時間過電壓的特點(diǎn)雷電過電壓能量來自系統(tǒng)外部，注入的能量不受系統(tǒng)的影響，過電壓幅值高，波頭短（1-2s），波的持續(xù)時間約100s，電壓上升陡度大感應(yīng)雷過電壓幅值不超過300kV-400kV，落到地面的雷電流幅值通常<100kA，過電壓波頭上升緩慢直擊雷過電壓幅值高，注入的能量大，雷電流幅值通常達(dá)150kA-230kA，波頭短-4-概述過電壓對絕緣的威脅-5-概述過電壓的特點(diǎn)操作過電壓能量來自系統(tǒng)內(nèi)部，幅值與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、設(shè)備性能，尤其是斷路器性能有關(guān)，波的持續(xù)時間<0.1s，含有較強(qiáng)的高頻分量，阻尼強(qiáng)工頻過電壓幅值不高，通常<2p.u.，持續(xù)時間>0.1s，甚至幾分鐘到幾個小時，高頻分量少，弱阻尼，頻率接近工頻諧振過電壓根據(jù)電感、電容元件的特性不同而不同，與系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備性能有關(guān)，一旦出現(xiàn)，幅值較高，須破壞諧振條件才能消失，通常從設(shè)計和運(yùn)行上避開VFTO(VeryFastTransientOver-voltage)幅值較高，通常<2.5p.u.，波頭幾個ns-幾十個ns，等值頻率達(dá)幾個MHz-幾百M(fèi)Hz（為什么？）？-5-概述過電壓的特點(diǎn)（為什么？）？-6-概述過電壓的防護(hù)防護(hù)的目的：防止電氣設(shè)備的絕緣遭受過電壓的破壞防護(hù)方法：大氣過電壓和內(nèi)部過電壓發(fā)生的原因不同，防護(hù)方法亦不同內(nèi)部過電壓：了解其產(chǎn)生的原因及特性，針對性的采取措施，避免其危害大氣過電壓：設(shè)法防止其侵入電氣設(shè)備，并采取相應(yīng)的措施將其盡可能的降低到對電氣設(shè)備的絕緣不造成損壞的程度-6-概述過電壓的防護(hù)內(nèi)部過電壓：了解其產(chǎn)生的原因及特性，針-7-8.2

內(nèi)部過電壓及其防護(hù)§8.2.1.操作過電壓§8.2.2.諧振過電壓§8.2.3.工頻電壓升高-7-8.2內(nèi)部過電壓及其防護(hù)§8.2.1.操作過電壓-8-8.2.1、操作過電壓操作過電壓：因操作引起的暫態(tài)電壓升高“操作”：斷路器的正常操作，如分、合閘空載線路或空載變壓器、電抗器等；也包括各類故障，如接地、斷線故障等電力系統(tǒng)中存在著很多電感（變壓器、互感器、發(fā)電機(jī)、消弧線圈、電抗器及輸電線路的電感等),電容(線路對地電容和相間電容、補(bǔ)償用的并聯(lián)或串聯(lián)電容器組、高壓設(shè)備的雜散電容等）元件。電感和電容均為儲能元件，可在電力系統(tǒng)中組成各種振蕩回路。原因：在電力系統(tǒng)運(yùn)行時，由于“操作”將使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突然變化，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的電感和電容元件之間電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，回路將會發(fā)生從一種工作狀態(tài)通過振蕩轉(zhuǎn)變到另一種工作狀態(tài)的過渡過程，并出現(xiàn)操作過電壓-8-8.2.1、操作過電壓操作過電壓：因操作引起的暫態(tài)電壓-9-常見的操作過電壓有：切除空載變壓器過電壓切除空載線路過電壓空載線路合閘過電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電弧接地過電壓8.2.1、操作過電壓特點(diǎn)：幅值高、存在高頻振蕩、強(qiáng)阻尼、持續(xù)時間短空載長線路操作過電壓-9-常見的操作過電壓有：8.2.1、操作過電壓特點(diǎn)：幅值高-10-限制措施在低壓系統(tǒng)中安裝消弧線圈在高壓線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器采用帶有并聯(lián)電阻的斷路器采用避雷器技術(shù)水平近年來，由于高壓斷路器滅弧性能的改善，變壓器鐵芯材料的改進(jìn)、避雷器制造水平的提高，限制了切除空載線路和空載變壓器的過電壓，但空載線路合閘過電壓仍未得到有效的限制，尤其在超高壓及特高壓系統(tǒng)中，這種過電壓已成為決定電網(wǎng)絕緣水平的主要依據(jù)。8.2.1、操作過電壓-10-限制措施8.2.1、操作過電壓-11-8.2.1、操作過電壓§1.合閘空載線路引起的過電壓§2.切除空載線路引起的過電壓§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-11-8.2.1、操作過電壓§1.合閘空載線路引起的過電-12-§1.合閘空載線路引起的過電壓合閘空載線路過電壓形成的原因合閘空載線路產(chǎn)生過電壓的根本原因是電容、電感的振蕩，其振蕩電壓疊加在穩(wěn)態(tài)電壓上所致。合閘空載線路正常合閘：由于正常運(yùn)行需要而進(jìn)行的合閘操作自動重合閘：為了減少鳥害和雷害等暫時性故障引起的線路跳閘損失，由繼保裝置控制QF跳閘后，經(jīng)過一短暫時間后再合閘。（一般情況下引起的過電壓較為嚴(yán)重）對于超高壓輸電系統(tǒng)，合閘和重合閘過電壓最為重要，因?yàn)樗鼘Q定系統(tǒng)設(shè)備的絕緣水平起著決定性的作用。影響因素：電源容量、系統(tǒng)接線方式、線路長度、合閘相位、開關(guān)性能、故障類別、限壓措施-12-§1.合閘空載線路引起的過電壓合閘空載線路過電壓形-13-設(shè)電源電勢為Emcosωt。單相線路采用集中參數(shù)T型電路來等值；LT，CT分別為線路總的電感、電容；電源電感為LS；忽略線路及電源的電阻。L=LS+LT/2。

§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理L與C構(gòu)成振蕩電路一般情況下ω0比工頻高得多，因此可假設(shè)過渡過程初期電源電壓近似不變，為直流電源直流電動勢等于工頻相電壓的幅值，相當(dāng)于最嚴(yán)重情況假設(shè)電容初始電壓為零，二階電路零狀態(tài)響應(yīng)-13-設(shè)電源電勢為Emcosωt。單相線路采用集中參數(shù)T型-14-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理不計電路電阻，關(guān)合空載線路時，線路電容上出現(xiàn)的過電壓可達(dá)電源電壓E的2倍實(shí)際線路中存在電阻R，若R<2√L/C，則經(jīng)過若干振蕩周期后，uC(t)將衰減到穩(wěn)態(tài)值—電源電壓E假設(shè)電容初始電壓為零，二階電路零狀態(tài)響應(yīng)-14-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理不計-15-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理不計電路電阻，關(guān)合空載線路時，線路電容上出現(xiàn)的過電壓可達(dá)電源電壓E的2倍實(shí)際線路中存在電阻R，若R<2√L/C，則經(jīng)過若干振蕩周期后，uC(t)將衰減到穩(wěn)態(tài)值—電源電壓E-15-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理不計-16-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理uC(t)可以看做由兩部分疊加而成

第一部分為穩(wěn)態(tài)值E第二部分是振蕩部分，是由起始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的差異引起的—振蕩部分的振幅為穩(wěn)態(tài)值與起始值之差過電壓=穩(wěn)態(tài)值+振蕩幅值

=穩(wěn)態(tài)值+（穩(wěn)態(tài)值-起始值）

=2倍穩(wěn)態(tài)值-起始值-16-§1.合閘空載線路引起的過電壓產(chǎn)生過電壓的機(jī)理uC-17-產(chǎn)生過電壓的機(jī)理重合閘的情況下，線路上有殘余電荷，相當(dāng)于電容上有初始電壓UC0設(shè)斷路器開斷時電容的殘余電壓為電源幅值，即：UC0=Em重合閘時，如果電源電壓恰好達(dá)到極性相反的幅值-Em，則重合閘過電壓將達(dá)2(-Em)-Em=-3Em§1.合閘空載線路引起的過電壓-17-產(chǎn)生過電壓的機(jī)理§1.合閘空載線路引起的過電壓-18-影響過電壓的因素合閘空載線路過電壓以重合閘最為嚴(yán)重。理論上重合閘過電壓可達(dá)3Em。但實(shí)際中過電壓的幅值受到很多因素的影響。合閘相位：e(t)＝Emsin(ωt＋0)；正常合閘時，若0＝±90°，即e(0)＝±Em是其中最嚴(yán)重的情況；線路殘壓：在自動重合閘的過程中，由于線路殘余電荷的泄放，實(shí)際上線路殘壓是下降的。線路損耗：實(shí)際輸電線路的能量損耗會引起自由分量的衰減，使過電壓幅值降低。三相斷路器不同期合閘：會使過電壓幅值增高10％～30％。單相自動重合閘：單相重合閘過電壓低于正常重合閘過電壓。母線上接有其他出線時：過電壓將越小?！?.合閘空載線路引起的過電壓-18-影響過電壓的因素§1.合閘空載線路引起的過電壓-19-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施限制空載線路合閘過電壓的措施可以從兩方面入手：一是降低線路的穩(wěn)態(tài)電壓分量；二是限制其自由電壓分量。①降低工頻電壓升高空載線路上的操作過電壓是在工頻穩(wěn)態(tài)電壓的基礎(chǔ)上由振蕩產(chǎn)生的。顯然，降低工頻電壓升高會使操作過電壓下降。目前超高壓電網(wǎng)中采取的有效措施是裝設(shè)并聯(lián)電抗器和靜止補(bǔ)償裝置（SVC），其主要作用是削弱電容效應(yīng)。②斷路器裝設(shè)并聯(lián)電阻將線路合閘分兩個階段進(jìn)行。第一階段帶電阻R合閘，即將R與輔助觸頭串聯(lián)。由于R對振蕩回路起阻尼作用，使過渡過程中的過電壓降低。大約經(jīng)過8~15ms，主觸頭閉合，將R短接，電源直接與線路相連，完成合閘操作，這是合閘的第二個階段。-19-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-20-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-20-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-21-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施②斷路器裝設(shè)并聯(lián)電阻R的最佳值：合閘的第一階段，要求R值較大，使阻尼效果較好。而在第二階段則要求R值小，使短接時，回路振蕩程度較弱。因此，空載線路合閘過電壓的大小與合閘電阻值的關(guān)系呈一條V形曲線。對500kV線路的斷路器，國外大多采用400Ω，國內(nèi)由于電阻的熱容量的原因，大多取1000Ω左右。-21-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施對-22-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施③控制合閘相位空載線路合閘過電壓的大小與電源電壓的合閘相位有關(guān)，因此可以通過一些電子裝置來控制斷路器的動作時間，在各相合閘時，將電源電壓的相位角控制在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到降低合閘過電壓的目的。④消除線路上的殘余電荷在線路側(cè)接電磁式電壓互感器，可在幾個工頻周波內(nèi)，將全部殘余電荷通過互感器泄放掉。⑤裝設(shè)避雷器在線路首端和末端裝設(shè)磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器，當(dāng)出現(xiàn)較高的過電壓時，避雷器應(yīng)能可靠動作，將過電壓限制在允許的范圍內(nèi)。-22-§1.合閘空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-23-§2.切除空載線路引起的過電壓切除空載線路引起過電壓的原因：電弧重燃過電壓產(chǎn)生的物理過程穩(wěn)定時，若假定e(t)=Emcosωt，則i=-ωCTEmsinωt（忽略電感）線路容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感抗回路的自振角頻率單相空載線路采用T型電路來等值；LT，CT分別為線路總的電感、電容；電源電感為LS；忽略線路及電源的電阻。L=LS+LT/2。

-23-§2.切除空載線路引起的過電壓切除空載線路引起過電-24-斷路器開斷前：§2.切除空載線路引起的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過程此后電源與線路斷開，線路保持一個直流電壓（±Em

）,電源電壓繼續(xù)變化。t1時刻，斷路器開斷容性電流并在電流過零時熄?。娫措妷哼_(dá)到最大值±Em）：回路流過容性電流，線路電壓約等于電源電壓；電流超前電壓90°-24-斷路器開斷前：§2.切除空載線路引起的過電壓-25-第一次重燃，t2時刻半個工頻周期之后電源電壓反向，斷路器觸頭之間電壓為2Em，如果此時斷路器觸頭之間介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度沒有恢復(fù)到一定的值，就可能發(fā)生電弧重燃。初始值穩(wěn)態(tài)值+Em-Em過電壓值：

-3Emt3時刻，高頻電流過零熄弧線路電壓保持為-3Em§2.切除空載線路引起的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過程高頻振蕩電壓幅值2Em頻率ω0=1/√LC-25-第一次重燃，t2時刻半個工頻周期之后電源電壓反向-26-過電壓產(chǎn)生的物理過程重復(fù)步驟：反向燃弧熄弧線路電壓發(fā)展：-3Em→5Em→-7Em→9Em§2.切除空載線路引起的過電壓-26-過電壓產(chǎn)生的物理過程重復(fù)步驟：反向燃弧熄弧線路電壓發(fā)-27-§2.切除空載線路引起的過電壓影響過電壓的因素斷路器的性能如前所述，斷路器中電弧的重燃是產(chǎn)生過電壓的根本原因。如果斷路器觸頭分得很快，觸頭間絕緣恢復(fù)強(qiáng)度的上升速度大于觸頭間恢復(fù)電壓上升速度，則電弧就不會發(fā)生重燃，當(dāng)然也就不會出現(xiàn)高的過電壓。中性點(diǎn)接地方式在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，雖然存在線路間的耦合，但各相可自成獨(dú)立回路，切除空載線路的過程基本上和以上討論的單相線路情況一樣。但在中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中，三相斷路器分閘不同期會構(gòu)成瞬間的不對稱電路，使中性點(diǎn)產(chǎn)生位移，相間的耦合，使分閘過程變得復(fù)雜，過電壓增高（一般會比中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)高出20%左右）。-27-§2.切除空載線路引起的過電壓影響過電壓的因素-28-§2.切除空載線路引起的過電壓影響過電壓的因素?fù)p耗切除空載線路出現(xiàn)過電壓后，線路上會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈，電暈要消耗能量，相應(yīng)地降低了過電壓。此外計及電源及線路損耗也會使過電壓降低。其它若母線上有很多出線時，相當(dāng)于加大了母線的電容，電弧重燃后，線路上的殘余電荷重新分配，改變了起始值，因而降低了過電壓。此外，當(dāng)線路裝有電磁式電壓互感器時，將泄放線路上的殘余電荷，從而降低了過電壓。國內(nèi)外大量實(shí)測數(shù)據(jù)表明，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，過電壓倍數(shù)一般不超過3.5~4；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，一般不超過3。這是因?yàn)檫^電壓受多種因素影響的緣故。-28-§2.切除空載線路引起的過電壓影響過電壓的因素國內(nèi)-29-§2.切除空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施采用不重燃斷路器國內(nèi)外制造實(shí)踐已證明，制造不重燃斷路器是完全可能的。我國的220kV斷路器在限制切除空載線路過電壓方面的性能已大有改善，330kV，500kV斷路器基本做到了電弧不重燃。在斷路器裝設(shè)分閘電阻（在QF主觸頭上并聯(lián)電阻）在切除線路時，先打開主觸頭，此時電源通過分閘電阻R仍和線路相連，線路上的殘余電荷通過分閘電阻向電源釋放，R上的壓降就是主觸頭兩端的恢復(fù)電壓。R越小，主觸頭恢復(fù)電壓就越小，即不會產(chǎn)生重燃。當(dāng)經(jīng)過一段時間后，輔助觸頭才打開，此時它的恢復(fù)電壓也較低，不會發(fā)生電弧的重燃，即使發(fā)生重燃，R將對其振蕩過程產(chǎn)生阻尼，使過電壓降低。-29-§2.切除空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-30-§2.切除空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施線路上裝設(shè)泄流設(shè)備由前述分析可知，在線路側(cè)若接有并聯(lián)電抗器或電磁式電壓互感器，都能使線路上的殘余電荷得以泄放或產(chǎn)生衰減振蕩，改變幅值與極性，最終降低斷路器間的恢復(fù)電壓，減少重燃的可能性，達(dá)到降低過電壓的目的。裝設(shè)避雷器在線路首末端裝設(shè)可以限制操作過電壓的磁吹避雷器或金屬氧化物避雷器-30-§2.切除空載線路引起的過電壓限制過電壓的措施-31-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓切除空載變壓器引起過電壓的原因在正常運(yùn)行時，空載變壓器可等值為一激磁電感，因此切除空載變壓器相當(dāng)于切除一個小容量的電感負(fù)荷。變壓器空載電流（勵磁電流）I0有效值約幾安至幾十安之間，僅為短路電流的幾百分之一到幾萬分之一在開斷100A以上的交流電流時，QF通常是在工頻電流過零時實(shí)現(xiàn)斷弧的；在切斷小電感電流時，由于能量小，通常弧道中的電離并不強(qiáng)烈，電弧很不穩(wěn)定，加之?dāng)嗦菲魅ル婋x作用很強(qiáng)，可能在工頻電流過零前使電弧電流截斷而強(qiáng)制熄弧，這種現(xiàn)象稱為“截流”。由于截流留在電感中的磁場能量轉(zhuǎn)化為電容上的電場能量，從而產(chǎn)生了過電壓。強(qiáng)制熄弧，電感能量轉(zhuǎn)化為電容能量-31-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓切除空載變壓器引起-32-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過程切斷空載變壓器的等效電路L為變壓器的激磁電抗；

C為變壓器本身及連接母線等的對地電容，其數(shù)值視具體情況而定，約為幾百至幾千皮法，很??；

e(t)為電源電勢開斷前：C很小，XC很大，iC可忽略熄弧時，若電流為I0，電容電壓為U0，則：電感儲存能量：電容儲存能量：-32-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過-33-變壓器特征阻抗§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過程熄弧后，兩者能量在L-C回路中產(chǎn)生振蕩，電感能量全部轉(zhuǎn)化為電容能量時，電容電壓將達(dá)最大值UCmax：一般情況下，I0并不大，極限值為激磁電流的最大值Im，只有幾安到幾十安;可是變壓器的特征阻抗Zm

很大，可達(dá)上萬歐，故能產(chǎn)生很高的過電壓。截流值I0愈大，則過電壓UCmax愈高，當(dāng)截流發(fā)生在勵磁電流的幅值Im時，有I0=Im，U0=0-33-變壓器特征阻抗§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電-34-§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過程電流在幅值截斷后，電感中的電流iL(t)和電容上的電壓uC(t)可由L-C振蕩回路的微分方程求解，若不計衰減：—自振蕩角頻率-34-§3.切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓過電壓產(chǎn)生的物理過-35-影響過電壓的因素及其限制措施斷路器的性能切除空載變壓器引起的過電壓與截流數(shù)值成正比，斷路器截斷電流的能力愈大，過電壓UCmax

就越高。因此，降低斷路器的截流能力能夠限制過電壓的大小。變壓器的參數(shù)變壓器L愈大，C愈小，則過電壓愈高。現(xiàn)代變壓器采用糾結(jié)式繞組，大大增加繞組的電容；鐵心采用冷軋硅鋼片，減小勵磁電感L，其勵磁電流I0僅為額定電流的0.5%左右切除這種變壓器時，過電壓倍數(shù)一般不會大于2其他變壓器的相數(shù)、線組接線方式、鐵芯結(jié)構(gòu)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器的斷口電容，以及與變壓器相連的電纜線段、架空線段等，都會對切除空載壓器過電壓產(chǎn)生影響。§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓-35-影響過電壓的因素及其限制措施§3.切除空載變壓器產(chǎn)-36-影響過電壓的因素及其限制措施避雷器限制過電壓金屬氧化物避雷器MOA(MetalOxideArrester)接在斷路器的變壓器側(cè)，以保證QF斷開后避雷器仍能留在變壓器的連線上非雷雨季節(jié)也不能退出運(yùn)行§3.

切除空載變壓器產(chǎn)生的過電壓-36-影響過電壓的因素及其限制措施§3.切除空載變壓器產(chǎn)-37-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地過電壓出現(xiàn)的條件中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地時，若電弧不能熄滅，也不能穩(wěn)定燃燒，則由于電弧的重燃，可能引起過電壓。我國35kV電壓等級以下的電網(wǎng)中，經(jīng)常采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)(提高供電可靠性)，當(dāng)單相接地電流大于一定值(3-6kV電網(wǎng)，30A；10kV電網(wǎng)，20A；35kV電網(wǎng)，10A)時，電弧便難以熄滅，然而這種電流還不至于形成穩(wěn)定的電弧，因此形成電弧時而熄滅時而燃燒的情況，在電網(wǎng)中引起電磁能量的振蕩，形成間歇性電弧接地過電壓。電弧的熄滅與重燃時間是決定最大過電壓的重要因素。-37-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓中性點(diǎn)不-38-單相電弧接地時流過弧道的電流有兩個分量：工頻電流（強(qiáng)制）分量和高頻電流（自由）分量分析電弧接地過電壓時的兩種假設(shè)：以高頻電流第一次過零時熄弧為前提進(jìn)行分析，稱高頻電流熄弧理論。因高頻電流過零時，高頻振蕩電壓恰為最大值，熄弧后殘留在非故障相上的電荷量較大，故按此分析，過電壓值較高；以工頻電流過零時熄弧為條件進(jìn)行分析，稱為工頻電流熄弧理論。按此分析，熄弧時殘留在非故障相上的電荷量較少，過電壓值較低，但接近于電網(wǎng)中的實(shí)際測量值?！?.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓過電壓發(fā)展的物理過程-38-單相電弧接地時流過弧道的電流有兩個分量：§4.中性-39-設(shè)電源相電壓為eA、eB、eC，各相對地電壓為uA、uB、uC。假設(shè)A相電壓在幅值（-Um）時對地閃絡(luò)（t＝0），令Um＝1。則有：uA(0－)＝-1，uB(0－)＝uC(0－)＝0.5

工頻熄弧時電弧接地過電壓的發(fā)展過程

發(fā)弧后瞬間（t＝0+時刻），A相對地電容C0上電荷通過電弧泄入地下，其相電壓降為零，即

uA(0+)＝0，uB(0+)＝uBA(0+)＝1.5uC(0+)＝uCA(0+)＝1.5在(0－，0+)期間，電源經(jīng)線路電感給B、C相對地電容C0充電，形成一個高頻振蕩過程?！?.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓過渡過程中出現(xiàn)的最高振蕩電壓幅值為UBm＝UCm＝2×1.5－0.5＝2.5

若A相發(fā)生金屬性接地，或電弧熄滅后不再重燃，則在健全相的過電壓倍數(shù)≤2.5-39-設(shè)電源相電壓為eA、eB、eC，各相對地電壓為uA、-40-其后，過渡過程很快衰減，B、C相對地電容上的電壓穩(wěn)定到線電壓eBA和eCA

經(jīng)過半個工頻周期，在t＝t1時刻，B、C相對地電容上的電壓將等于-1.5，此時接地點(diǎn)的工頻接地電流if通過零點(diǎn)，電弧自動熄滅，即發(fā)生第一次工頻熄弧§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓-40-其后，過渡過程很快衰減，B、C相對地電容上的電壓穩(wěn)定-41-其后，每隔半個工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，其過渡過程與上述過程完全相同。據(jù)此可得非故障相：UBm＝UCm＝3.5

故障相：UAm＝2

§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓熄弧后，相對地電壓逐漸恢復(fù)，再經(jīng)半個工頻周期，在t＝t2時刻，B、C相對地電容上的電壓變?yōu)?0.5，A相對地電容上的電壓則高達(dá)-2，這時可能引起故障點(diǎn)接地電弧重燃，B、C相對地電容C0電壓將從起始值（-0.5）被充電至線電壓的瞬時值1.5，過渡過程的最高電壓為UBm＝UCm＝2×1.5－(-0.5)＝3.5。過渡過程衰減后，B、C相將穩(wěn)定在線電壓運(yùn)行。-41-其后，每隔半個工頻周期依次發(fā)生熄弧和重燃，其過渡過程-42-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓限制過電壓的措施 消除電弧接地過電壓最根本的途徑是消除間歇性電弧。①中性點(diǎn)直接接地。使發(fā)生單相接地故障時形成很大的單相短路電流，將線路斷開，待故障消除后恢復(fù)供電。目前110kV及以上電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。②中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地在電壓等級較低的配電網(wǎng)中，單相接地事故率相對較大，如采用中性點(diǎn)直接接地方式，勢必引起斷路器頻繁跳閘，這不僅要增設(shè)大量的重合閘裝置，還會增加斷路器的維修工作量，故宜采用中性點(diǎn)絕緣的運(yùn)行方式。為減小電容電流，使電弧易于熄滅，我國35kV及以下電壓等級的配電網(wǎng)系采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式。-42-§4.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地引起的過電壓限制過電-43-§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)快速暫態(tài)過電壓隔離開關(guān)操作時電弧重燃隔離開關(guān)分合空母線操作屬于常規(guī)操作，在分合空母線時，由于觸頭運(yùn)動速度慢(1cm/s數(shù)量級)，開關(guān)本身的滅弧能力差，觸頭間會發(fā)生多次擊穿或燃弧，引起的階躍波(3-20ns)在GIS中傳播并折反射造成快速暫態(tài)過電壓（VeryFastTransientOvervoltage)。幅值<2p.u.，也可超過2.5p.u.陡度電壓上升時間3-20ns頻率數(shù)十至數(shù)百赫茲基本振蕩數(shù)十兆赫茲的高頻振蕩數(shù)百兆赫茲的特高頻振蕩-43-§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)快速暫態(tài)過-44-§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)快速暫態(tài)過電壓-44-§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)快速暫態(tài)過-45-影響因素①殘余電荷當(dāng)DS開斷帶電的GIS母線時，母線上可能存在的殘余電荷會影響到VFTO的幅值。電源側(cè)、母線側(cè)以及支撐絕緣子上的過電壓幅值與殘余電荷近似呈線性關(guān)系。一般地，不同殘余電荷(x1，x2)與所對應(yīng)的電壓幅值(V1，V2)之間具有下列關(guān)系(均以標(biāo)么值表示):在不同殘余電荷下，同一節(jié)點(diǎn)的過電壓波形相同，但幅值不同；VFTO幅值較大的節(jié)點(diǎn)和操作支路上受殘余電荷的影響大于GIS內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)。殘余電荷電壓與負(fù)載側(cè)電容電流大小、開關(guān)速度、重燃時刻及母線上的泄漏有關(guān)。其中，電容電流影響最大。開斷前電容電流越大，母線上儲存的電荷越多，殘余電荷電壓就越高。§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-45-影響因素§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-46-影響因素②變壓器入口電容CT在分析變電所的防雷保護(hù)時，因雷電波作用時間很短，可以忽略變壓器繞組中的電感電流，將變壓器用歸算至首端的對地電容來代替，通常稱為入口電容。GIS中的VFTO頻率很高，用CT等效變壓器并不失去準(zhǔn)確性。變壓器的入口電容和它的結(jié)構(gòu)、電壓等級、容量有關(guān)。一般來說，電壓等級越高、變壓器額定功率越大，CT也相對越大。VFTO的幅值隨入口電容的增加而增加，有計算表明:CT每增加1000pF,VFTO幅值約增加0.2(p.u.)。主要原因是在斷口電弧重燃前，變壓器的等值電容儲存了一定的能量，觸頭擊穿后的放電所致。CT越大儲存的能量越多，VFTO的幅值自然越大，但進(jìn)一步研究表明：隨著CT的增加，VF'TO的幅值不一定始終增加，這決定于GIS的結(jié)構(gòu)，特別是所操作母線的尺寸，以及操作的方式。§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-46-影響因素§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-47-§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)影響因素③電壓的上升時間Tr

GIS中沖擊電壓的上升時間Tr在3-20ns之間，Tr增加使VFTO幅值下降，因?yàn)榇藭r會表現(xiàn)出一種阻尼作用，使那些Tr

較小時出現(xiàn)的暫態(tài)電壓的極高頻分量消失。④GIS的支路長度GIS支路的長度對VFTO幅值的影響沒有明顯的規(guī)律。⑤開關(guān)弧道電阻Rarc的影響開關(guān)弧道電阻Rarc對過電壓有阻尼作用，其值越大，過電壓幅值越小。因此，可以考慮在隔離開關(guān)上串聯(lián)一電阻降低過電壓幅值。⑥其他因素GIS的布置，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，接線方式及外部設(shè)備等。-47-§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)影響因素-48-當(dāng)母線上流過頻率很高的VFTO波時，由于集膚效應(yīng)，VFTO波僅沿母線的外表層及外殼的內(nèi)表層流動，外殼電位為0。當(dāng)VFTO波到達(dá)套管處時會發(fā)生折反射，如圖（b）所示，便是VFTO到達(dá)A點(diǎn)后電流的流通路徑示意圖，其等值電路圖如圖（c）所示。根據(jù)該等值電路可計算出外殼上A點(diǎn)處的電壓U3為：§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)VFTO的危害暫態(tài)地電位升高-48-當(dāng)母線上流過頻率很高的VFTO波時，由于集膚效應(yīng)，V-49-VFTO的危害對二次設(shè)備的影響VFTO可以通過電壓互感器、電流互感器內(nèi)部的雜散電容傳入與其相連的二次電纜，也可通過接地網(wǎng)和電纜的屏蔽層耦合到二次設(shè)備，從而影響到二次設(shè)備的正常運(yùn)行。對變壓器的影響VFTO可能危及到與GIS相連的變壓器的安全，事實(shí)上，我國已經(jīng)發(fā)生過由于VFTO導(dǎo)致變壓器損壞的事例(大亞灣，1992年)。VFTO在變壓器處可達(dá)0.49MV/μs,其危害比截波更嚴(yán)重；VFTO所含有的諧波分量會在變壓器繞組的局部引起共振。§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-49-VFTO的危害§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFT-50-§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)VFTO的防護(hù)快速動作隔離開關(guān)合閘電阻鐵氧體磁環(huán)改變操作程序和簡化接線其他措施-50-§5.GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)VFTO的-51-建立元件模型，對各種運(yùn)行方式分別進(jìn)行計算?！?.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-51-建立元件模型，對各種運(yùn)行方式分別進(jìn)行計算。§5.G-52-幅值：2.189p.u.頻譜：50kHz左右，基頻分量0.1-1.5MHz，特快瞬變過程頻率2MHz,特高頻分量§5.

GIS中快速暫態(tài)過電壓(VFTO)-52-幅值：2.189p.u.§5.GIS中快速暫態(tài)過-53-8.2.2.諧振過電壓原因電力系統(tǒng)中存在著大量的“儲能元件”，包括儲靜電能量的電容和儲磁能的電感。這些元件組成了各種不同的振蕩回路，在正常運(yùn)行時，這些振蕩回路被負(fù)載所阻尼，一般不會產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩。但在發(fā)生故障時，系統(tǒng)接線方式和參數(shù)發(fā)生改變，就有可能發(fā)生諧振。危害常常引起嚴(yán)重的、持續(xù)時間很長的過電壓；有時即使過電壓不太高，也會出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。類型：線性諧振參數(shù)諧振鐵磁諧振（非線性諧振）-53-8.2.2.諧振過電壓原因-54-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振諧振回路由不帶鐵心的電感元件（輸電線路的電感、變壓器的漏感）或勵磁特性接近線性的帶鐵心的電感元件（消弧線圈，其鐵心中含有空氣隙）和系統(tǒng)中的電容元件所組成。電感和電容參數(shù)均為常數(shù)，在交流電源的作用下，等效回路的自振頻率等于或接近電源頻率時形成的諧振現(xiàn)象。-54-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振-55-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振實(shí)際電力系統(tǒng)中，往往可以在設(shè)計或運(yùn)行時避開這種諧振，因此完全滿足線性諧振的機(jī)會是極少的。但是，即使在接近諧振條件下，往往也會產(chǎn)生很高的過電壓。線性諧振過電壓幅值受到回路中損耗（電阻）的限制；同時，在有些情況下，由于諧振時電流的急劇增加，回路中的鐵磁元件趨向飽和，使系統(tǒng)自動偏離諧振狀態(tài)而限制其過電壓幅值。-55-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振-56-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振不同參數(shù)條件下的諧振

-56-8.2.2.諧振過電壓1、線性諧振不同參數(shù)條件下的-57-8.2.2.諧振過電壓2、參數(shù)諧振系統(tǒng)中某些電感元件的電感參數(shù)在某種情況下會發(fā)生周期性的變化。電感元件的電感參數(shù)周期性變化的典型：發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)帶有電容性負(fù)載，如一段空載線路，在某種參數(shù)搭配下，就有可能產(chǎn)生參數(shù)諧振現(xiàn)象。有時將這種現(xiàn)象稱作發(fā)電機(jī)的自勵磁或自激。發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行前，設(shè)計部門要進(jìn)行自激的校核，一般正常情況下，參數(shù)諧振是不會發(fā)生的。-57-8.2.2.諧振過電壓2、參數(shù)諧振電感元件的電感參-58-8.2.2.諧振過電壓3、鐵磁諧振電力系統(tǒng)中發(fā)生鐵磁諧振的機(jī)會是相當(dāng)多的。國內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，它是電力系統(tǒng)某些嚴(yán)重事故的直接原因。電路中帶有鐵芯的電感元件（空載變壓器、電壓互感器），會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，其電感不再是常數(shù)，而是隨著電流或磁通的變化而變化。這種含有非線性電感元件的電路，在滿足一定條件時，會發(fā)生鐵磁諧振。鐵心元件的非線性特性-58-8.2.2.諧振過電壓3、鐵磁諧振鐵心元件的非線性-59-8.2.2.諧振過電壓3、鐵磁諧振電感L為非線性電感，要精確求解該電路，必須解非線性微分方程-59-8.2.2.諧振過電壓3、鐵磁諧振電感L為非線性電-60-8.2.2.諧振過電壓

由線性電容和鐵芯電感組成的串聯(lián)鐵磁諧振回路，其電感和電容上的電壓隨電流變化的曲線如圖。由于電容C為常數(shù)，UC(I)＝I/ωC是一條直線。由于鐵芯的飽和程度會隨著電流的增大而增大，電感L會隨著電流的增大而逐漸減小，因此回路中電感的伏安特性，即UL(I)＝ωLI是非線性的。

在兩者的交點(diǎn)b處，UC=UL，即滿足諧振條件ωL=1/（ωC）

-60-8.2.2.諧振過電壓由線性電容和鐵芯電感組成的-61-8.2.2.諧振過電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：由于電感的伏安特性是逐漸趨于飽和的，所以只要在電壓不高、電流不大時，回路呈現(xiàn)感性，也就是說鐵芯尚未飽和時的電感值L0滿足：UL＞UC，即：

ωL0>1/（ωC）或C＞1/（ω2L0）在此條件下，兩條曲線必有交點(diǎn)b

即電容C值在滿足上式條件的很大范圍內(nèi)都有可能發(fā)生鐵磁諧振不論什么原因使鐵芯達(dá)到飽和，都可能引起過電壓。但是需要激發(fā)才會出現(xiàn)諧振。如變壓器（具有鐵心的電感線圈）突然合閘時出現(xiàn)的勵磁涌流就會使鐵心強(qiáng)烈飽和而激發(fā)鐵磁諧振過電壓。C值太大時，出現(xiàn)鐵磁諧振的可能性將減小。C值越大，1/（ωC）就越小，曲線1的α角變小-61-8.2.2.諧振過電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：不論什-62-8.2.2.諧振過電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：在鐵磁諧振時，L和C上的電壓都不會象線性諧振時那樣趨于無限大，而是有一定的數(shù)值。UL由鐵心的飽和程度決定。鐵磁諧振的產(chǎn)生雖需由電源電壓來激發(fā)，但當(dāng)激發(fā)過去后，鐵磁諧振過電壓仍可能繼續(xù)存在，即諧振狀態(tài)可能自保持。產(chǎn)生鐵磁諧振時，電流相角將有180o轉(zhuǎn)變，這叫作電流的“翻相”。在交流電路中即使只有一個非線性電感L單獨(dú)存在，電流波形也會發(fā)生畸變?，F(xiàn)有L與C串聯(lián)，問題就更加復(fù)雜。一般來說，非線性振蕩電路中的電流波形除了工頻分量（基波）外，還有高次諧波，甚至可能有分次諧波（例如1/2次，1/3次等）。-62-8.2.2.諧振過電壓鐵磁諧振具有以下特點(diǎn)：鐵磁諧-63-8.2.2.諧振過電壓限制和消除鐵磁諧振過電壓的主要措施：（1）改善電磁式電壓互感器的勵磁特性，或改用電容式電壓互感器；（2）在電壓互感器開口三角形繞組中接入阻尼電阻，或在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)對地接入電阻；人為地增大電阻R。（3）在有些情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對地電容器，或用電纜段代替架空載線路段，以增大對地電容，從參數(shù)搭配上避開諧振；（4）在特殊情況下，可將系統(tǒng)中性點(diǎn)臨時經(jīng)電阻接地或直接接地，或投入消弧線圈，也可以按事先規(guī)定投入某些線路或設(shè)備以改變電路參數(shù)，消除諧振過電壓。-63-8.2.2.諧振過電壓限制和消除鐵磁諧振過電壓的主-64-4、電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治1．?dāng)嗑€諧振過電壓

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常會出現(xiàn)導(dǎo)線斷落、斷路器非全相動作或嚴(yán)重的不同期操作、熔斷器的一相或兩相熔斷等故障，造成系統(tǒng)的非全相運(yùn)行。非全相運(yùn)行時，可能組成多種多樣的串聯(lián)諧振回路（空載或輕載運(yùn)行的變壓器的勵磁電感，導(dǎo)線對地和相間部分電容、電感線圈對地雜散電容）。在一定的參數(shù)配合和激發(fā)條件下，可能出現(xiàn)鐵磁諧振過電壓。這類鐵磁諧振過電壓統(tǒng)稱斷線諧振過電壓。限制斷線過電壓的措施有：(1)不采用熔斷器，減少三相斷路器的不同期操作，盡量使三相同期；(2)在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，操作中性點(diǎn)不接地的變壓器時，將變壓器的中性點(diǎn)臨時接地。8.2.2.諧振過電壓-64-4、電力系統(tǒng)中常見諧振過電壓及其防治8.2.2.諧-65-2．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓

正常工作時電壓互感器接近于空載狀態(tài)，呈現(xiàn)為一個很大的勵磁電感，當(dāng)回路受到激發(fā)（電壓和電流的突然增大）后，勵磁電感會因飽和而突然減小，從而引起過電壓。

在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，當(dāng)電源對只帶電壓互感器的空母線突然合閘或一相導(dǎo)線突然對地發(fā)弧時，電壓互感器都會出現(xiàn)涌流。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：由于此時電壓互感器上的交流電壓突變引起的涌流都會使電壓互感器的勵磁電感大為減小，引起電壓互感器飽和過電壓。當(dāng)電源向只帶有電壓互感器的空母線合閘時，容易產(chǎn)生基波（工頻）過電壓；當(dāng)電網(wǎng)帶有線路運(yùn)行時，如果電壓互感器的勵磁特性不好，在線路一相接地又自動熄弧時，容易產(chǎn)生1/2次諧波過電壓。

將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為經(jīng)消弧線圈（電抗器）接地或直接接地，就破壞了諧振回路的形成，并且相對地穩(wěn)定了中性點(diǎn)的電位，因此就不太可能出現(xiàn)電壓互感器飽和過電壓。8.2.2.諧振過電壓-65-2．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓8.2.2-66-選用以下措施消除電壓互感器飽和過電壓：選用勵磁特性較好的電磁式電壓互感器或只使用電容式電壓互感器；在零序回路中接入阻尼電阻；在個別情況下，可在10kV及以下的母線上裝設(shè)一組三相對地電容器，或利用電纜段代替架空載線路段，減小對地容抗，有利于避免諧振；特殊情況下，可將電網(wǎng)中性點(diǎn)改為暫時經(jīng)電阻接地或直接接地，也可以采用臨時的倒閘措施來改變電路參數(shù)，以消除諧振過電壓；禁止只使用一相或兩相電壓互感器接在相線與地線間，以保證三相對地阻抗的對稱性，避免中性點(diǎn)位移或產(chǎn)生諧振。8.2.2.諧振過電壓-66-選用以下措施消除電壓互感器飽和過電壓：8.2.2.-67-3．中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓

在110kV、220kV中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，電壓互感器飽和過電壓出現(xiàn)在用斷口間具有并聯(lián)電容的斷路器切空載線路時。當(dāng)C值小時，諧振往往屬于基波性質(zhì)，測量到的過電壓為額定相電壓的1.65～3倍；當(dāng)C值大時，諧振具有分頻性質(zhì)（主要是1/3次），過電壓幅值不高，但因頻率和相應(yīng)的勵磁感抗均下降到工頻時的1/3，勵磁電流往往很大，測到的最大勵磁電流可達(dá)額定勵磁電流的80倍，這會使電壓互感器過熱燒毀，甚至噴油爆炸。4．傳遞過電壓

當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對稱接地故障或斷路器不同期操作時，可能出現(xiàn)明顯的零序工頻電壓分量，通過靜電和電磁耦合在相鄰輸電線路之間或變壓器繞組之間會產(chǎn)生工頻電壓傳遞現(xiàn)象，從而危及低壓側(cè)電氣設(shè)備絕緣的安全；

若與接在電源中性點(diǎn)的消弧線圈或電壓互感器等鐵磁元件組成諧振回路，還可能產(chǎn)生線性諧振或鐵磁諧振傳遞過電壓。8.2.2.諧振過電壓-67-3．中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電壓互感器飽和過電壓8.2.2.-68-（1）工頻諧振過電壓（2）高頻諧振過電壓（3）分頻諧振過電壓5．超高壓系統(tǒng)中的諧振過電壓

超高壓系統(tǒng)電壓高、傳輸距離長，往往裝有串聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償裝置，這些集中的電容、電感元件使網(wǎng)絡(luò)增加了諧振的可能性。主要有非全相切合并聯(lián)電抗器時的工頻傳遞諧振，串、并聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分頻諧振以及空載線路合閘于發(fā)電機(jī)變壓器單元接線時引起的高頻諧振等。8.2.2.諧振過電壓-68-（1）工頻諧振過電壓5．超高壓系統(tǒng)中的諧振過電壓8-69-8.2.3工頻電壓升高電力系統(tǒng)中在正?；蚬收蠒r可能出現(xiàn)幅值超過最大工作相電壓、頻率為工頻或接近工頻的電壓升高，統(tǒng)稱工頻電壓升高，或稱為工頻過電壓。工頻電壓升高本身對系統(tǒng)中正常絕緣的電器設(shè)備一般是沒有危險的，但是在超高壓系統(tǒng)的絕緣配合中具有重要作用，因?yàn)椋?/p>

①其大小將直接影響操作過電壓的幅值； ②其數(shù)值是決定避雷器額定電壓的重要依據(jù)； ③持續(xù)時間長的工頻電壓升高仍可能危及設(shè)備的安全運(yùn)行。通常，合閘后0.1s時間內(nèi)出現(xiàn)的電壓升高叫作操作過電壓；0.1s至1s時間內(nèi)，由于發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)整器的惰性，發(fā)電機(jī)電勢E′尚保持不變，在E′的基礎(chǔ)上再加上空載線路的電容效應(yīng)所引起的工頻電壓升高，總稱暫態(tài)工頻電壓升高；時間再長，發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)整器發(fā)生作用，母線電壓逐漸下降，在2～3s以后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，這時的工頻電壓升高為穩(wěn)態(tài)工頻電壓升高。-69-8.2.3工頻電壓升高電力系統(tǒng)中在正?；蚬收蠒r可能-70-一、空載長線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高

對于一般電壓等級的輸電線路，傳輸距離不太長時，可以用集中參數(shù)T型或Π型等值電路表示。當(dāng)線路空載時，該等值電路就構(gòu)成了一個R、L、C回路。若其參數(shù)R<<1/(ωC)、ωL，且有1/(ωC)>ωL，當(dāng)有正弦交流電流流過時，由于電感與電容上的壓降UL、UC反相，且其有效值UC>UL，于是電容上的壓降大于電源的電勢。這就是集中參數(shù)電路中的電感－電容效應(yīng)，簡稱電容效應(yīng)。

對于超高壓空載長線路。研究這種空載長線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高時，就需要采用分布參數(shù)模型。對于分布參數(shù)電路，當(dāng)末端空載時，一定條件下，首端的輸入阻抗為容性，計及電源內(nèi)阻抗的影響（感性）時，由于電容效應(yīng)不僅使線路末端電壓高于首端，而且使線路首、末端電壓高于電源電勢。這就是系統(tǒng)中的空載長線路的工頻電壓升高。

為了限制空載長線路的工頻電壓升高，通常采用并聯(lián)電抗器來補(bǔ)償線路電容電流以削弱電容效應(yīng)，其效果十分顯著。8.2.3工頻電壓升高-70-一、空載長線路電容效應(yīng)引起的工頻電壓升高-71-不對稱短路是輸電線路最常見的故障形式，當(dāng)發(fā)生單相或兩相接地短路時，短路電流的零序分量會使健全相出現(xiàn)工頻電壓升高，常稱為不對稱效應(yīng)，以不對稱效應(yīng)系數(shù)或接地系數(shù)表示由此而產(chǎn)生的工頻電壓升高的程度。二、不對稱短路引起的工頻電壓升高8.2.3工頻電壓升高接地系數(shù)的大小與零序阻抗關(guān)系極大。右圖給出了單相接地短路時健全相的工頻電壓升高與X0/X1的關(guān)系曲線。

單相接地時健全相的電壓升高

-71-不對稱短路是輸電線路最常見的故障形式，當(dāng)發(fā)生單相或兩系統(tǒng)的正序電抗X1包括發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步電抗、變壓器漏抗及線路感抗等，一般是感性的，而系統(tǒng)的零序電抗X0則因系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的不同而有較大的差別：單相接地時健全相的電壓升高

對中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，X0取決于線路容抗，X0/X1∈(-∞～-20)，為負(fù)值。單相接地時健全相的工頻電壓升高可達(dá)1.1倍額定電壓。采用110％避雷器；對中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地35～60kV系統(tǒng)，按補(bǔ)償度可以分為兩種情況。欠補(bǔ)償方式時，|X0/X1|→-∞；過補(bǔ)償方式時，|X0/X1|→+∞。單相接地故障時，健全相電壓接近等于額定電壓。采用100％避雷器；對中性點(diǎn)有效接地的110～220kV系統(tǒng)，X0為不大的正值，其X0/X1≤3。單相接地故障時，健全相的工頻電壓升高為0.8倍額定電壓U。采用80％避雷器；對330kV及以上系統(tǒng)，輸送距離較長，計及長線路的電容效應(yīng)時，線路末端工頻電壓升高可能超過系統(tǒng)最高電壓的80％。分別采用80％避雷器(電站型)和90％避雷器(線路型)。8.2.3工頻電壓升高-72-系統(tǒng)的正序電抗X1包括發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)同步電抗、變壓器漏抗及線-73-三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高

當(dāng)輸電線路重負(fù)荷運(yùn)行時，由于某種原因（例如發(fā)生短路故障）線路末端斷路器突然跳閘甩掉負(fù)荷，是造成工頻電壓升高的另一重要原因，通常稱作甩負(fù)荷效應(yīng)。

這種情況下，影響工頻電壓升高的因素主要有：①斷路器跳閘前輸送負(fù)荷的大?。虎诳蛰d長線路的電容效應(yīng)；③發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)及電壓調(diào)節(jié)器的特性，原動機(jī)調(diào)速器及制動設(shè)備的惰性，等等。

在發(fā)電機(jī)突然失去部分或全部負(fù)荷時，通過勵磁繞組的磁通因須遵循磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t而不會突變，與其對應(yīng)的電源電勢E'

維持原來的數(shù)值。原先負(fù)荷的電感電流對發(fā)電機(jī)主磁通的去磁效應(yīng)突然消失，而空載線路的電容電流對主磁通起助磁作用，使E'反而增大，要等到自動電壓調(diào)節(jié)器開始發(fā)揮作用時，才逐步下降。另一方面，發(fā)電機(jī)突然甩掉一部分有功負(fù)荷后，由于調(diào)速器和制動設(shè)備的惰性，不能立即起到應(yīng)有的調(diào)速效果，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)（飛逸現(xiàn)象）、頻率上升，不但發(fā)電機(jī)的電勢隨轉(zhuǎn)速的增大而升高，而且還會加劇線路的電容效應(yīng)，從而使空載線路中的工頻電壓升高更為嚴(yán)重。待自動電壓調(diào)整器起作用后E'

將降低，一般這個過程可持續(xù)幾秒鐘之久。

措施：并聯(lián)電抗器或靜止補(bǔ)償裝置。8.2.3工頻電壓升高-73-三、甩負(fù)荷引起的工頻電壓升高8.2.3工頻電壓升高-74-8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.3.1.雷電放電的發(fā)展過程8.3.2.雷電參數(shù)8.3.3.避雷針和避雷線8.3.4.避雷器8.3.5.防雷接地-74-8.3電力系統(tǒng)防雷保護(hù)8.3.1.雷電放電的發(fā)展-75-§1.雷電放電的發(fā)展過程雷電過電壓通常將雷電引起的電力系統(tǒng)過電壓，稱為大氣過電壓或者雷電過電壓。分類感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓是由于電磁場的劇烈變化，電磁耦合而產(chǎn)生的直擊雷過電壓（電力系統(tǒng)防雷重點(diǎn)）直擊雷過電壓則是由于流經(jīng)被擊物的很大的雷電流所造成的危害輸電線路在我國高壓輸電線路運(yùn)行的總跳閘事故中，由雷擊引起的跳閘事故占40％～70％。發(fā)電廠和變電站直擊雷或侵入波可能造成發(fā)電廠或變電所內(nèi)重要設(shè)備損壞感應(yīng)雷過電壓一般不會超過500kV，故對35kV及以下電壓等級的絕緣是有危險的，而對110kV以上的設(shè)備，絕緣最小沖擊耐壓水平通常已高于此值，一般不會產(chǎn)生危害。-75-§1.雷電放電的發(fā)展過程雷電過電壓感應(yīng)雷過電壓一般-76-云的形成雷云帶電強(qiáng)氣流使云中水滴吹裂時，較大的水滴帶正電，而較小的水滴帶負(fù)電，小水滴同時被氣流攜走，于是云的各個部分有不同的電荷。水災(zāi)結(jié)冰時，冰粒上會帶正電，被風(fēng)吹走的剩余的水將帶負(fù)電。帶電過程也可能和他們吸收離子、相互撞擊或融合的過程有關(guān)。§1.雷電放電的發(fā)展過程水蒸汽水太陽水滴或冰晶（熱雷云）上升冷卻-76-云的形成§1.雷電放電的發(fā)展過程水蒸汽水太陽水滴或-77-雷云帶電在5～12km高度的雷云主要是帶正電荷，在1～5km高度的雷云主要是負(fù)電荷。當(dāng)云中電荷密集中心的場強(qiáng)達(dá)到25～30kV/cm時，就可能引發(fā)雷電放電。雷云放電主要是在云間或云內(nèi)進(jìn)行，只有小部分是對地發(fā)生的，而且往往對地放電危害最大。75～90％左右的雷電流是負(fù)極性的?！?.雷電放電的發(fā)展過程

根據(jù)云－地之間線狀雷電的光學(xué)照片，一般一次雷擊包括先導(dǎo)、主放電和余輝三個階段。

-77-雷云帶電§1.雷電放電的發(fā)展過程根據(jù)云－地之-78-1．先導(dǎo)階段雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的發(fā)展是分級推進(jìn)的，每一級的長度為25-50m，停歇時間為30-90s，下行的平均速度約為0.1-0.8m/s，此過程稱為先導(dǎo)放電過程。2．主放電和迎面流注階段當(dāng)雷電先導(dǎo)接近地面時，會從地面較突起的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)（也稱迎面流注），當(dāng)不同極性的下行先導(dǎo)和迎面先導(dǎo)相遇時，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的電荷中和過程，伴隨雷鳴和閃電，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十至數(shù)百kA），這就是主放電階段。3．余輝階段在主放電過程結(jié)束后，云中殘余電荷經(jīng)過主放電通道流向大地，這一階段稱為余輝（余光）階段?！?.雷電放電的發(fā)展過程-78-1．先導(dǎo)階段3．余輝階段§1.雷電放電的發(fā)展過程-79-雷電的能量和功率雷電放電的瞬間功率極大，給人類造成了較大的損害，但能量卻很小，無利用價值。以中等雷電為例，雷云電位為50MV計，電荷Q為8C，其能量為：假定放電電流為50kA，弧道壓降為6kV/m，雷云以1000m高度計，則主放電功率P可達(dá)：§1.雷電放電的發(fā)展過程-79-雷電的能量和功率§1.雷電放電的發(fā)展過程-80-§2.雷電參數(shù)雷電活動強(qiáng)度雷暴日：是每年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個雷暴日。雷暴小時：是每年中有雷電的小時數(shù)，即在一個小時內(nèi)只要聽到雷聲就算作一個雷暴小時。據(jù)統(tǒng)計，我國大部分地區(qū)一個雷暴日可折合為3個雷暴小時。少雷區(qū)15日40日90日多雷區(qū)雷電活動特殊強(qiáng)烈地區(qū)中雷區(qū)-80-§2.雷電參數(shù)雷電活動強(qiáng)度少雷區(qū)15日40日90日-81-全國53年（1954-2006）平均雷暴日數(shù)分布圖§2.雷電參數(shù)-81-全國53年（1954-2006）平均雷暴日數(shù)分布圖§-82-§2.雷電參數(shù)落雷密度每一個雷暴日、每平方公里對地面落雷次數(shù)γ稱為地面落雷密度。我國有關(guān)規(guī)程建議取γ=0.015。但在土壤電阻率突變地帶的低電阻率地區(qū)，易形成雷云的向陽或迎風(fēng)的山坡，雷云經(jīng)常經(jīng)過的峽谷，這些地區(qū)γ

值比一般地區(qū)大得多，在選擇發(fā)、變電站位置時應(yīng)盡量避開這些地區(qū)。雷電流的極性負(fù)極性雷占絕大多數(shù)，約占75~90%。防雷計算一般按負(fù)極性考慮。-82-§2.雷電參數(shù)落雷密度雷電流的極性-83-雷電流幅值雷擊具有一定參數(shù)的物體（如后面將介紹的避雷針、線路桿塔、地線或?qū)Ь€）時，流過被擊物的電流與被擊物之波阻抗（Zj）有關(guān)，Zj

愈小，流過被擊物電流愈大。當(dāng)Zj

為零時，流經(jīng)被擊物的電流定義為“雷電流”。實(shí)際上被擊物阻抗不可能為零。規(guī)程規(guī)定，雷電流是指雷擊于Rj≤30

的低接地電阻物體時，流過該物體的電流?！?.雷電參數(shù)雷電流的波頭和波長波頭：1~5s

，多為2.5~2.6s波長：在20~100s范圍，多數(shù)為50s左右-83-雷電流幅值§2.雷電參數(shù)雷電流的波頭和波長-84-雷電流的陡度雷電流的幅值與波頭，決定了雷電流的上升陡度，也就是雷電流隨時間的變化率?？烧J(rèn)為雷電流的陡度與幅值I

有線性的關(guān)系。一般認(rèn)為陡度超過50kA/s

的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很小。陡度=幅值波頭時間§2.雷電參數(shù)-84-雷電流的陡度陡度=幅值波頭時間§2.雷電參數(shù)-85-防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。最基本的有：

一、避雷針二、避雷線三、避雷器四、防雷接地避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，稱作直擊雷保護(hù)；避雷器可以防止沿輸電線侵入變電站的雷電過電壓波，稱作侵入波保護(hù)；接地裝置的作用是減少避雷針(線)或避雷器與大地(零電位)之間的電阻值，以達(dá)到降低雷電過電壓幅值的目的?！?.避雷針和避雷線-85-防雷保護(hù)裝置是指能使被保護(hù)物體避免雷擊，而引雷于本身-86-

避雷針包括三部分：接閃器(避雷針的針頭)、引下線和接地體。避雷針的保護(hù)原理是：當(dāng)雷云放電時使地面電場畸變，在避雷針的頂端形成局部場強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，才會在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對避雷針放電。H稱為定向高度，與避雷針的高度h有關(guān)。根據(jù)模擬試驗(yàn)：當(dāng)h≤30m時，H=20h

當(dāng)h>30m時，H≈600m

避雷針的保護(hù)范圍是由模擬試驗(yàn)確定的，只具有相對的意義。我國有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍是對應(yīng)0.1％的繞擊率而言的。所謂繞擊系指雷電繞過避雷裝置而擊于被保護(hù)物體的現(xiàn)象?！?.避雷針和避雷線-86-避雷針包括三部分：接閃器(避雷針的針頭)、引下線和-87-

單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個圓錐體空間。它的側(cè)面邊界線實(shí)際上是曲線，工程上以折線代替曲線。式中，h為避雷針的高度；p為高度修正系數(shù)，當(dāng)h≤30m，p＝1；當(dāng)30＜h≤120m時，

在被保護(hù)物高度hx水平面上，其保護(hù)半徑rx為§3.避雷針和避雷線單根避雷針的保護(hù)范圍-87-單支避雷針的保護(hù)范圍近似一個圓錐體空間。它的側(cè)

兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計算方法確定。擊于兩針之間單針保護(hù)范圍邊緣外側(cè)的雷，可能被相鄰避雷針吸引而擊于其上，從而使兩針間保護(hù)范圍加大。兩避雷針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過兩避雷針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定，圓弧的半徑為R0，O點(diǎn)高度h0按下式計算：

h0＝h－D/7p兩支等高避雷針的保護(hù)范圍

§3.避雷針和避雷線兩根等高避雷針的保護(hù)范圍-88-兩避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計算方法確定。兩支等高-89-兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍首先按單個避雷針分別作出其保護(hù)范圍，然后由低針2的頂點(diǎn)作水平線，與高針1的保護(hù)范圍邊界交于點(diǎn)3，點(diǎn)3即為一假想等高針的頂點(diǎn)，再求出等高避雷針2和3的保護(hù)范圍?！?.避雷針和避雷線-89-兩根不等高避雷針的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線-90-單根避雷線的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線

避雷線比同高的避雷針引雷空間要小，又考慮到避雷線受風(fēng)吹而擺動，因此保護(hù)寬度也要取得小些，但其保護(hù)范圍的長度與線路等長，兩端還有其保護(hù)的半個圓錐體空間-90-單根避雷線的保護(hù)范圍§3.避雷針和避雷線避雷線比-91-0點(diǎn)的高度h0： 0點(diǎn)高度；h： 避雷線的高度；D： 兩根避雷線間的水平距離；Ph： 高度修正系數(shù)，含義同前。§3.避雷針和避雷線兩條等高避雷線的保護(hù)范圍兩線外側(cè)的保護(hù)范圍與單線時相同；兩線內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍的橫截面，由通過兩線及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)0的圓弧確定。-91-0點(diǎn)的高度h0： 0點(diǎn)高度；§3.避雷針和避雷-92-§3.避雷針和避雷線保護(hù)角用避雷線保護(hù)輸電線路時，其保護(hù)范圍用保護(hù)角表示更為實(shí)用。所謂保護(hù)角是指避雷線的鉛錘線和避雷線與邊導(dǎo)線連線之夾角。保護(hù)角越小，對導(dǎo)線直擊雷保護(hù)越可靠，即雷擊導(dǎo)線的概率越小。單根避雷線的保護(hù)角一般在20～30o。220～330kV雙避雷線線路，一般采用20o左右，500kV一般不大于15o；山區(qū)宜采用較小的保護(hù)角。-92-§3.避雷針和避雷線保護(hù)角單根避雷線的保護(hù)角一般在-93-§4.避雷器概念避雷器是防止(雷電和操作)過電壓損壞電力設(shè)備的保護(hù)裝置。實(shí)質(zhì)是一個放電器，當(dāng)雷電入侵波或操作波超過某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。避雷器放電后，工頻電流將沿原沖擊電流的通道繼續(xù)流過，此電流稱為工頻續(xù)流。避雷器應(yīng)能迅速切斷續(xù)流，才能保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。-93-§4.避雷器概念-94-§4.避雷器對避雷器的基本要求過電壓作用時，能先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，限制過電壓的幅值；當(dāng)雷電波或操作波過后，能迅速、可靠地切斷工頻續(xù)流。避雷器的類型保護(hù)間隙管式避雷器閥式避雷器-94-§4.避雷器對避雷器的基本要求-95-保護(hù)間隙優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、廉價缺點(diǎn)保護(hù)效果差，伏秒特性與被保護(hù)設(shè)備很難配合；動作后產(chǎn)生的截波對變壓器的匝間絕緣有很大的威脅；熄弧效果差，需配以自動重合閘裝置才能保證安全供電。1—主間隙；2—輔助間隙§4.避雷器-95-保護(hù)間隙1—主間隙；2—輔助間隙§4.避雷器-96-管式避雷器管式避雷器實(shí)質(zhì)是一個熄弧能力較高的保護(hù)間隙當(dāng)雷電波使其內(nèi)外間隙擊穿后，沖擊電流即被導(dǎo)入大地。然后，在系統(tǒng)工頻電壓作用下，流過短路電流。此時，在電弧的高溫作用下，產(chǎn)氣材料產(chǎn)生大量氣體，壓弧腔內(nèi)壓力急速升高，高壓氣體從噴口猛烈噴出，使電弧在經(jīng)過1-3個周波后，工頻電流過零時滅弧，從而解決了保護(hù)間隙不能可靠地自動熄弧、使供電中斷的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)比保護(hù)間隙滅弧能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：伏秒特性太陡；放電分散性大且間隙動作受大氣條件的影響?！?.避雷器-96-管式避雷器§4.避雷器-97-§4.避雷器閥式避雷器針對管式避雷器的弱點(diǎn)，在放電間隙上串聯(lián)(非線性)電阻得到閥式避雷器，從而避免截波的產(chǎn)生，限制工頻續(xù)流的值-97-§4.避雷器閥式避雷器-98-單個火花間隙為均勻電場，其伏秒特性平坦(沖擊系數(shù)約等于1.1)，保護(hù)性能好。普通閥式避雷器火花間隙閥式避雷器的火花間隙由多個短間隙構(gòu)成，由于工頻電弧被分成很多短弧，易于熄滅(80A)。通常單個間隙的工頻放電電壓有效值為2.7~3.0kV。在過電壓作用時，云母墊圈與電極間的空氣隙中發(fā)生電暈，如同對間隙照射，縮短了間隙的放電時間。切斷比=滅弧電壓間隙的工頻耐壓§4.避雷器-98-單個火花間隙為均勻電場，其伏秒特性平坦(沖擊系數(shù)約等-99-§4.避雷器普通閥式避雷器在續(xù)流第一次經(jīng)過零值保證不再重燃的條件下，允許作用在避雷器上的最高工頻電壓稱為滅弧電壓。避雷器的滅弧電壓是由安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的工頻電壓升高值決定的，它必須大于這個升高值。而工頻電壓升高的幅值與系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地情況、系統(tǒng)的接線、系統(tǒng)的運(yùn)行方式等因素有關(guān)。我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定，閥式避雷器的滅弧電壓，在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，應(yīng)取設(shè)備最高運(yùn)行線電壓的80%，而在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，取值不應(yīng)低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓的100%。-99-§4.避雷器普通閥式避雷器-100-普通閥式避雷器采用多個火花間隙串聯(lián)：電壓分布均勻性的問題影響：降低了沖擊放電電壓(有利)使得避雷器滅弧能力降低，工頻放電電壓下降且不穩(wěn)定(不利因素)措施并聯(lián)電阻以提高間隙在工頻電壓下電壓分布的均勻性，在沖擊電壓作用下，串聯(lián)間隙的電壓分布主要決定于間隙的電容和各個間隙電極對地的雜散電容，因此電壓分布仍然是不均勻的。沖擊系數(shù)=長時間耐壓50%沖擊擊穿電壓對多個間隙的高壓避雷器，其沖擊系數(shù)kch

常小于1。(注意適用范圍)§4.避雷器-100-普通閥式避雷器沖擊系數(shù)=長時間耐壓50%沖擊擊穿-101-普通閥式避雷器非線性電阻材料：電阻片是由金剛砂（SiC）粉末與粘合劑（如水玻璃等）模壓成圓餅，在320℃溫度下焙燒而成。伏安特性：強(qiáng)非線性伏安特性SiC顆粒電阻率很小，而氧化層電阻率隨外加電場強(qiáng)度改變，低場強(qiáng)時非常大而高場時非常小；顆粒間的氣隙在高場強(qiáng)下放電§4.避雷器-101-普通閥式避雷器§4.避雷器-102-閥片的伏安特性伏安特性可表示為：Ck：常數(shù)；α：非線性系數(shù)，0<α<1，其值愈小愈好，一般取α≈0.2。優(yōu)點(diǎn)：減小了截斷波幅值；限制了避雷器在流過大電流時的電壓值抑制了續(xù)流§4.避雷器非線性電阻片殘壓：避雷器流過一定幅值(普通閥式避雷器為5kA)、一定波形(8/20μs)的沖擊電流時，在閥片電阻上產(chǎn)生的最大壓降，稱為殘壓ur

。殘壓與滅弧電壓之比叫做保護(hù)比，當(dāng)然保護(hù)比的值越小越好。-102-閥片的伏安特性伏安特性可表示為：Ck：常數(shù)；優(yōu)點(diǎn)：-103-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）主要特點(diǎn)：使用伏安特性的非線性非常好的ZnO閥片，無氣體間隙。材料：主要成分為氧化鋅(ZnO)，另外還有氧化鉍(Bi2O3)以及一些其他的金屬氧化物，經(jīng)過煅燒、混料、造粒、成型、表面處理等工藝過程而制成。微觀結(jié)構(gòu)：ZnO晶粒，其平均直徑約為10μm，電阻率約為1-10Ωcm。氧化鉍構(gòu)成的粒界層(晶間層)，厚約為0.1μm。雜散地分布在粒界層內(nèi)的尖晶石(Zn7Sb2O11)，其直徑約為3μm。一般認(rèn)為晶粒與粒界層之間存在勢壘，造成了ZnO閥片非常好的非線性。-103-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）-104-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）靜態(tài)全伏安特性曲線-104-§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）-105-金屬氧化物閥片在正常工作電壓下，通過的阻性電流很小，一般約為10-15μA，接近絕緣狀態(tài)。作用于閥片上的電壓升高時，電流加大。把通過閥片的阻性電流為1mA時，作用于避雷器上的電壓U1mA

為起始動作電壓。由于氧化鋅閥片有良好的非線性特性，在通過10kA沖擊電流時殘壓與U1mA

的比值一般不大于1.9，殘壓比(簡稱壓比)越小，其保護(hù)性能越好。§4.避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）靜態(tài)全伏安特性曲線-105-金屬氧化物閥片在正常工作電壓下，通過的阻性電流很小-106-§4.避雷器MOA與SiC電阻片的比較（非線性特性）-106-§4.避雷器MOA與SiC電阻片的比