电气安全第6章(第3版)课件.ppt

第六章 供配电系统过电压及防护第一节 过电压与设备耐压第二节 避雷器第三节 变配电所外部过电压防护第四节低压系统故障引起的工频过电压及防护第五节 高压系统故障引起的低压系统暂时过电压及防护第六节 故障电压和应力电压的防护第七章 高压系统技术条件与低压系统安全的关系讨论过电压指系统出现了超过正常电压范围的高电压值过电压主要对线路、配电设备和变压器危害大，低压系统中特定类型过电压对用电设备和环境有危害l 学习本章的基本思路（与高压系统略有区别）两大部分、三两个关联方过电压，设备耐压与外界安全允许电压过电压：加害者及加害强度设备耐压：变配电和用电设备的承受能力外界安全允许电压：电击防护、电火花防范等所允许的电压第一节 过电压与设备耐压一、过电压 1、过电压类型 外部过电压能量来自于雷电，通过各种途径耦合到电网中又称大气过电压、雷电过电压等操作过电压源自于开关操作过程中，开断前系统存储的能量在开断后的转换和重新分配谐振过电压源自于系统不同部分之间电、磁能量的来回转换工频过电压能量直接来自于系统电源外部过电压能量来自于雷电，过电压大小与系统标称电压无关，因此对中、低压系统危害较大但中、低压系统因暴露较少或高度较低，受雷击的概率和强度小于高压和超高压系统。

内部过电压能量来自于系统本身，过电压程度与系统标称电压密切相关，因此对超高压和特高压系统危害特别大电压是电场能量在电路中的表征参量，以上类别是根据能量的来源划分的按过电压的持续性，过电压又可作如下分类其中瞬态过电压持续时间为微秒至若干毫秒，暂时过电压持续时间为毫秒至秒以上按过电压作用的模式，还可作如下分类2、过电压量值的表示方法 （1）系统最高电压Um在正常运行条件下，系统可能出现的最大电压值，但不包括瞬变电压GB156标准电压包含有该参数限值，符号为UH中压系统，Um一般为系统标称电压UN的1.2倍2）系统最高电压范围范围I：3.6kVUm252kV；范围II，Um 252kV3）过电压量值的表达 1）大气过电压：直接用峰值电压和波形特征表达如1.2/50s电压，峰值75kV2）相对地工频过电压：用标幺值表达，基值为系统最高相电压有效值，记为p.u.：3）相对地操作与谐振过电压：同样用标幺值表达，基值为系统最高相电压幅值：二、电气设备耐压 重要概念1：电气设备耐压与作用于其上的电压形式和作用时间、作用次数等密切相关作用于其上的电压作用电压考虑哪些形式的作用电压？根据设备实际可能承受的过电压情况，确定出一些典型的作用电压形式，并通过工程标准发布推行。

重要概念2：与标准作用电压相对应，规定了一系列标准耐受试验，通过这些试验，可得出设备绝缘在各种规定情况下的耐受电压能力，如：最高工作电压：能长期承受的工频电压上限值，由持续工频耐压试验确定1min短时工频耐压：由短时工频耐压试验确定，考察对暂时过电压承受能力雷电冲击耐压：由1.25s/50s冲击耐压试验确定，考察对雷电过电压的耐受能力型号型号最高工作电压最高工作电压(有效值有效值)/kV短时工频耐受电压短时工频耐受电压/(有效值有效值1min)/kV雷电冲击耐受电压雷电冲击耐受电压/(1.2/50s峰值峰值)/kVJDZ-33.52340JDZ-66.93260JDZ-1011.54275JDZ-3540.595200设备耐压参数示例（电压互感器）气体绝缘冲击耐压的伏秒特性：表明击穿时间与电压量值的关系注意波前击穿与波尾击穿电压取值不同第二节 避雷器过电压与设备耐压是一对矛盾设备耐压强于过电压，无击穿危险设备耐压不及过电压，会被击穿怎么办保护避雷器：典型保护器件原理：先于被保护设备被击穿，限制过电压量值并释放能量一、避雷器的工作原理 理想避雷器：压控非线性阻抗，低压下阻抗无穷大，高压下阻抗为零，一个明确的导通点。

二、避雷器的类别与特性 1、保护间隙与排气管式避雷器 1）保护间隙特性陡峭、灭弧能力不强、动作后有截波现象，安装在室外，以泄放能量为主要任务1主间隙主间隙2辅助间隙辅助间隙3绝缘子绝缘子4被保护对象被保护对象5保护间隙保护间隙各种形式的保护间隙产品a)双支持绝缘子单间隙双支持绝缘子单间隙 b)单支持绝缘子单间隙单支持绝缘子单间隙 c)双支持绝缘双支持绝缘子双间隙子双间隙s 保护间隙保护间隙 s1 主间隙主间隙 s2 辅助间隙辅助间隙 2）排气管式避雷器灭弧能力提高，其他改进不大工频续流、短路电流校合及截波问题1产气管产气管2棒形电极棒形电极3环形电极环形电极4排气孔排气孔5想导体想导体S1内间隙内间隙S2外间隙外间隙 工频续流 过电压过去后，避雷器仍处于导通状态，在系统正常工作电压作用下，会产生对地工频电流三相避雷器同时对地导通，相当于三相短路因此，工频续流相当于三相短路电流避雷器应该快速熄灭工频续流否则，系统继电保护会动作跳闸，造成停电事故；或避雷器本身会被烧坏或爆炸排气管式避雷器短路电流校合 工频续流即避雷器安装处短路电流该电流过小，电弧强度不够，排气管产气量不足以吹灭电弧，使工频续流持续存在。

该电流过大，产气过多，会使排气管爆炸厂家对管式避雷器会给出一个允许的短路电流范围若安装处实际短路电流在该范围内，即为合格确认是否合格的过程，称为管式避雷器短路电流的校合截波的危害 电压从一个较大值急剧下降，称为电压截波电压截波对设备的纵绝缘威胁较大纵绝缘：同一相间的绝缘，如匝间绝缘横绝缘：相与相间、相与地间的绝缘管式避雷器导通后，导通阻抗很小，相当于对地短路，使电压急剧下降，产生截波波波头头陡陡度度对对匝匝间间绝绝缘缘的的威威胁胁 2、阀式避雷器 阀可开、可关开：通流能力关：封闭能力1）结构：由阀片或阀片间隙串联组合而成SiC阀片：为非线性电阻缺陷：关不严，在正常工作电压作用下，会产生较大泄漏电流解决办法：串联间隙ZnO阀片：接近理想“阀”特性，可不串联间隙SiC阀式避雷器示例实实物物图图片片间隙结构1间隙间隙 2阀片阀片 各种阀片与线性电阻的伏安特性注意SiC阀片在正常工作电压作用下泄漏电流可能达到100A左右理想特性理想特性ZnO阀片阀片SiC阀片阀片UN 2）工作原理及优缺点a）SiC阀式避雷器 正常时，由间隙隔断泄漏电流，保证阀片不损坏，并使系统正常工作过电压到来时，间隙放电击穿，通过阀片电阻泄放过电压能量。

电流大时电阻小由于阀片电阻的存在，电压下降陡度变缓，不会出现截波过电压过去后，阀片电阻随电流减小而增大，以正反馈方式快速切断工频续流主要优缺点 优点：工频续流不超过半个周期，无截波缺点：间隙响应时间长，阀片通流容量小，不能用于内部过电压防护常见类别 b）ZnO阀式避雷器 正常时，阀片泄漏电流很小，可认为可靠关断泄漏电流引起的阀片温升无热崩溃危险过电压到来时，导通度随电压升高而增大，即时泄放过电压能量，在完全导通前已经衰减了过电压幅值过电压过去后，阀片阻值增大，关断工频续流与SiC阀式避雷器对比：特点：氧化锌阀片特性接近于理想“阀”的特性，正常工作电压作用下泄漏电流很小，可取消串联间隙优点：响应快、无续流、通流容量大、耐重复动作、耐重载用途：除适用于SiC阀式避雷器传统应用领域外，还可用于陡波保护和内部过电压保护各类避雷器动作比较a）保护间隙b）管式避雷器c）SiC阀式避雷器d）ZnO阀式避雷器 三、阀式避雷器的主要参数 1、SiC避雷器的参数 （1）额定电压为保证工频续流电弧在第一次过零时熄灭，所允许加在避雷器上的最高工频电压又称灭弧电压用途：避雷器的工作电压应低于该电压2）工频放电电压。

使避雷器发生放电的最低工频电压有分散性，是一个范围用途：避雷器安装处的内部过电压不能高于该电压下限被保护设备工频耐压不应低于该电压上限3）冲击放电电压在标准波形冲击电压作用下，恰好使避雷器发生放电的电压幅值一般按雷电冲击电压波形给出有分散性，常取上限值用途：该电压应该低于被保护设备的冲击耐压4）残压避雷器导通后，冲击放电电流在避雷器阻抗上产生的压降残压与避雷器通过的电流大小有关，标准规定标示5kA（220kV以下系统）下的残压用途：残压是避雷器的限压效果，被保护设备承受的电压不会低于残压5）通流容量指避雷器泄放雷电流的能力标准规定应达到通过20s/40s、峰值5kA冲击电流和100A工频半波电流各20次用途：保护元件自身的承受能力问题示例：几种SiC阀式避雷器的参数见下页型号型号系统系统标称标称电压电压避雷器避雷器额定电额定电压压工频放电电压（有工频放电电压（有效值）效值）/kV1.2/50s冲冲击放电电击放电电压（峰值）压（峰值）/kV8/20s，5kA标称电流下标称电流下残压（峰值）残压（峰值）/kV有效值有效值/kV不小于不小于不大于不大于不大于不大于不大于不大于配电用配电用FS3-101012.726315050电站用电站用FZ-101012.726314545旋转电机用磁旋转电机用磁吹式吹式FCD3-101012.725303133 2、氧化锌阀式避雷器主要电气参数 MOA等同采用IEC标准命名参数，且大多没有间隙，因此有些参数名称不同于SiC阀式避雷器，个别参数同名不同义，有些参数测量方法不相同，应注意区分。

1）额定电压避雷器吸收规定的过电压能量（而不致发生热崩溃）之前所允许短时加在避雷器上的最高电压避雷器可能在轻度工频过电压情况下承受雷电过电压如小接地系统发生单相接地时，相地电压已升高为线电压，避雷器的热承受力已经下降，此时释放雷电过电压能量的能力降低，额定电压就限定了这种能力降低的程度MOA不能在额定电压下长期工作！（2）最大持续运行电压避雷器能长期承受的最高电压这是与避雷器寿命相关联的一个参数电压高泄漏电流大发热大温度高寿命短 寿命定温度限发热限泄漏电流限电压限 避雷器多安装于系统电源端，因电压调整等原因，电源端运行电压可能长期高于标称电压该参数正是表明了避雷器长期承受这种偏高的运行电压的能力3）起始动作电压U1mA超过这个电压，避雷器将快速进入导通状态这个电压所对应的泄漏电流大致为1mA该电压类似于SiC避雷器的放电电压，它们都表示避雷器由截至变为导通的临界点，但MOA没有间隙，不存在放电问题，因此用动作电压表征4）残压与SiC避雷器类同，分三种情况1）雷电冲击下残压：8s/25s、峰值5kA电流作用下的阀片电压2）操作冲击下残压：30100s/60200s、峰值0.5kA、1kA、2kA电流作用下的阀片电压。

MOA可用作内部过电压防护，因此需考察这一参数3）陡波冲击下的残压：1s/5s、峰值5kA电流作用下的阀片电压5）通流容量与SiC避雷器概念相同，测试波形和方法不同，可见产品样本型号型号Y15W-系统系统标称标称电压电压避雷避雷器额器额定电定电压压避雷避雷器持器持续运续运行电行电压压直流直流1mA参考参考电压电压/kV工频工频1mA参考参考电压电压（有（有效值）效值）/kV陡波陡波冲击冲击电流电流下残下残压不压不大于大于8/20s，5kA雷电雷电冲击电流冲击电流下残压不下残压不大于大于操作操作冲击冲击流下流下残压残压不大不大于于2ms方波方波冲击冲击电流电流（峰（峰值）值）/A（有效值）（有效值）/kV不小不小于于不小不小于于（峰值）（峰值）/kV0.5/2.60.380.50.421.22.6507.6/3067.641514.534.53025.57512.7/501012.76.62524.557.55042.575第三节 变配电所外部过电压防护一、阀式避雷器的保护原理 保护有效性的必要条件 （1）避雷器保护特性与被保护设备耐压特性配合指击穿时间特性）（2）避雷器残压应低于被保护设备冲击耐压。

该两条必要条件充分吗？取决于被保护设备和避雷器是否承受相同的电压1、保护过程分析避雷器电压uA变压器电压uT避雷器冲击放电电压Ush 1）分。