內(nèi)部過電壓防護-電弧接地過電壓（高電壓技術(shù)課件）

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.3限制措施

一、

限制電弧過電壓的根本方法

根本原因電網(wǎng)中性點電位偏移，即中性點電荷累積。限制措施根本的防護辦法就是不讓斷續(xù)電弧出現(xiàn)，可以通過改變中性點接地方式來實現(xiàn)。二、中性點直接接地

若中性點接地，單相接地故障將在接地點產(chǎn)生很大的短路電流，斷路器將跳閘，從而徹底消除電弧接地過電壓。目前，110kV及以上電網(wǎng)大多采用中性點直接接地的運行方式。優(yōu)點：在中性點直接接地的電網(wǎng)中，各種形式的操作過電壓均比中性點不接地的電網(wǎng)低原因（1）中性點電位始終固定為地電位，不會累積殘余電荷而引起中性點電位偏移。（2）暫態(tài)分量是疊加在相電壓上，而在中性點不接地的系統(tǒng)中暫態(tài)分量則是疊加在線電壓上的。

缺點：事故頻繁，操作次數(shù)增多。35KV及以下的系統(tǒng)，均采用不接地的運行方式。

中性點直接接地三、中性點接消弧線圈接地方式

消弧線圈是一個具有分段鐵芯、電感可調(diào)的電抗器，接在電網(wǎng)中性點與大地之間，其伏安特性不易飽和。中性點經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的單相接地電路圖（1）消弧線圈中性點接消弧線圈接地方式三、中性點接消弧線圈接地方式

正常運行時，流過消弧線圈的電流很小，損耗很小。若電網(wǎng)中發(fā)生單相（例如A相）接地故障，流過消弧線圈的電流除了原先的接地電容外，還增加了電感電流，且二者反相，如相量圖所示。與反相，因此流經(jīng)故障點的電流為IL和IC之差，稱為殘流。由于殘流很小，故接地電弧不易重燃，從而限制了過電壓的發(fā)展。（2）工作原理中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單相接地時的相量圖三、中性點接消弧線圈接地方式

（3）消弧線圈的運行狀態(tài)

欠補償消弧線圈的電感電流不足以完全補償電容電流，此時故障點流過的殘流為容性電流。

全補償消弧線圈的電感電流恰好完全補償電容電流，此時流過故障點的殘流為泄漏電流。

過補償消弧線圈的電感電流不僅完全補償電容電流且還有數(shù)量超出，此時流過故障點的殘流為感性電流。由于補償度的不同消弧線圈運行狀態(tài)三、中性點接消弧線圈接地方式

（4）工作特點通常采用過補償5%~10%運行。因為在電網(wǎng)發(fā)展過程中可以逐漸發(fā)展成為欠補償運行，可能導(dǎo)致失去消弧作用。其次采用欠補償時，遇到電壓發(fā)生擾動時，使消弧線圈電感減小，與電路形成全補償，產(chǎn)生較大的中性點偏移電壓，有可能引起零序網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生嚴重的鐵磁諧振電壓。

消弧線圈阻抗不能過大，若消弧線圈阻抗過大，既不能釋放線路上的殘余電荷，也不能降低過電壓的穩(wěn)態(tài)分量，所以對其它形式的操作過電壓不起作用。

限制了消弧線圈在高壓電網(wǎng)中的使用。使用不當會引起某些諧振過電壓。

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.1過電壓發(fā)展過程

一、

電弧接地過電壓概述

電弧接地過電壓的概念中性點不接地電網(wǎng)中的單相接地電流(電容電流)較大，接地點電弧將不能自熄，而以斷續(xù)電?。〝嗬m(xù)地熄滅和重燃）的形式存在，就會產(chǎn)生另一種嚴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)強烈的電磁振蕩過程，系統(tǒng)中性點發(fā)生偏移，產(chǎn)生電弧接地過電壓

電弧接地過電壓的特點

危害波及面較廣，持續(xù)時間長，且出現(xiàn)機會大對一些弱絕緣的電氣設(shè)備或在運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)防性試驗中沒有檢查出來，遇到電弧接地過電壓有危險二、電弧接地過電壓發(fā)展過程兩種熄弧時間電弧在過渡過程中的高頻振蕩電流過零時即可熄滅過電壓的發(fā)展過程和幅值大小都與熄弧的時間有關(guān)電弧要等到工頻電流過零時才能熄滅二、電弧接地過電壓發(fā)展過程圖中性點經(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，而且是正當經(jīng)過幅值時發(fā)生，這樣A相導(dǎo)線的電位立即變?yōu)榱?，中性點電位由零升至相電壓，即，B、C兩相的對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為相電壓的幅值因為I2與I3在相位上相差60o，所以故障點的電流幅值即單相接地時，流過故障點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，線路對地電容電流小，流過故障點的電流也小，許多暫時性的單相電弧接地故障(如雷擊等)，故障過后電弧可以自動熄滅。隨著系統(tǒng)的發(fā)展和電壓等級的提高，單相接地故障電流成比例地增加。接地點產(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)強烈的電磁振蕩過程，產(chǎn)生電弧接地過電壓。

故障點電流與電弧的關(guān)系二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

如以uA，uB，uC代表三相電源電壓；以u1，u2，u3代表三相線路的對地電壓，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)=0uB(t1m)=-2.5UxguC(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時刻A相電壓達到負峰值，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時刻熄弧后，線路上存儲的電荷無處泄漏；于是，電荷在三相對地電容平均分配；分配結(jié)果是三相導(dǎo)線對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時刻因此在t=t2時刻熄弧前后，各相電壓都相等，所以在熄弧這一時刻不會出現(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

時刻A相電壓再次達到最大值，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

時刻燃弧后過電壓最大幅值=2穩(wěn)態(tài)值-初始值

uA(t3-)=0uB(t3-)=-3.5UxguC(t3-)=-3.5Uxg二、電弧接地過電壓發(fā)展過程

注：實線為實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

長期以來大量試驗研究表明：故障點電弧在工頻電流過零時和高頻電流過零時熄滅都是可能的發(fā)生在大氣中的開放性電弧往往要到工頻電流過零時才能熄滅；在強烈去電離的條件下，電弧往往在高頻電流過零時就能熄滅電弧的燃燒和熄滅會受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件等的影響，具有很強的隨機性質(zhì)，因而它所引起的過電壓值具有統(tǒng)計性質(zhì)。

8.3.1限制電弧接地過電壓

8.3.1.2影響因素

一、影響因素

電弧熄滅和重燃時的相位電弧的燃燒及熄滅會受到發(fā)弧部位的周圍媒質(zhì)和大氣條件的影響，具有很大的隨機性，其引起的過電壓也具有統(tǒng)計性質(zhì)。系統(tǒng)