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電力系統中電氣設備絕緣的過電壓及其保護
作者: 西安三澤電子有限公司 發布日期:2020-08-24

 一般情況下,如果系統的工作狀態和運行表現正常的話,那么此時的設備在正常的工作電壓下狀態應該是絕緣的,但是如果遇到了雷擊或者是因為操作的失誤使儀器發生了意外的故障的話,就會因此而導致在系統中的局部電壓超出了額定的范圍,那么這種現象就被稱之為過電壓??蓪⑦@種過電壓分為兩種,內部的過電壓和大氣過電壓。內部過電壓的發生原因一般是因為在對電氣設備進行操作的過程中,由于人為的原因操作失誤,或者是線路在使用的時候由于長時間沒人管理而發生了短路或者接地的現象而使局部電壓突然上升而超出了規定的范圍,由此產生的現象會對整個系統造成一定的危害,歸結起來內部過電壓的發生原理是因為在系統內部的電磁能過度集中和發生震蕩所引起的。
       一般將內部過電壓分為靜態情況下的過電壓和操作過電壓,對于這兩種過電壓很好解釋,靜態過電壓就是由于在運行的過程中,由于系統的運行故障而造成的過電壓,而其中的操作過電壓就是因為在對設備進行操作的過程中,人為的原因導致的操作失誤而使電壓上升,這種情況的發生具有隨機性較強的特點。
      而大氣過電壓一般被劃分三種情況,感應雷引起的過電壓、直接雷引起的過電壓和侵入雷引起的過電壓,由這三種方式引起的過電壓在時間上比較短,是其中的特點,但是所帶來的沖擊力是非常的大的,對于系統所造成的傷害是非常強的,它們所引發的破壞程度是和雷電的變現強度有著非常大的關系的,與設備在電壓上的等級是沒有多大關系的。
      1.雷電過電壓
      分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。直擊雷過電壓由雷電流通過被擊物在阻抗上產生的壓降和兼有雷電通道的電磁場的感應電壓共同組成,其幅值極高;感應雷過電壓是在輸電線路附近地面遭到雷擊時,由電場和電磁場的劇烈變化形成的過電壓,這種過電壓多數為正極性,波前時間約l0us,其幅值一般不大于500kv,對60kv以下的線路有擊穿的危險。
      2.內部過電壓
      電力系統在正常運行過程中, 由于人為的開關操作或故障引起的工作狀況發生改變,這樣會就在變化過程中引起系統內部的電磁能發生振蕩,這就是所謂的內部過電壓。操作過電壓倍數,實際出現的操作過電壓幅值與系統最高運行相電幅值之比,稱為操作過電壓倍數k。它是隨機變量,與系統結線、容量及參數、中性點接地方式、性能、母線出現回路數以及系統運行、操作方式等有關。
      3.雷電過電壓保護
      避雷器是作為雷電過電壓保護的重要設備之一,避雷器安裝在導線和大地之間,與保護設備成并聯狀態,是用來預防過電壓的重要措施之一,當雷電發生時,導線產生過電壓的情況下避雷器就會釋放出電壓電荷,保護導線的電壓在規定范圍內,確保導線的絕緣不被損壞,保證供電系統的正常運行。
      架空送電線路的防雷保護架空送電線路的防雷保護措施有:
      現在為了避免雷電襲擊產生過電壓,通常在架空線路上采用避雷線,這樣在雷電天氣,導線受雷擊的次數就會相對減少。
      減少避雷線的接地電阻或適當加強線路絕緣,以避免反擊閃絡。個別桿塔亦可使用管形避雷器保護。
      有時可用降低線路絕緣上的工頻平均電場強度的辦法,使發生沖擊閃絡后不致轉為穩定的電力電弧??紤]到雷擊事故中主要是單相接地,電網中性點可采用不直接接地的方式,以提高供電的可靠性。
      采用自動重合閘或采用雙回路(或環網)供電。
      4.防雷保護
      在變電站,對直擊雷的保護采用避雷針或避雷線,對侵入波則采用閥型避雷及進線段保護。對于不是全線架設的避雷線路,需要在距離變電站二公里左右的地方裝設避雷線及管型避雷器,這樣就能在線路被直擊雷擊中時進行有效的保護,雷電波難以侵入進來。
      對變壓器及電力設備防止雷電侵入波的保護
      侵入波是防雷的重點,侵入波對變電站內變壓器等電力設備的損害是十分嚴重的,侵入波侵入后電力設備就會產生過電壓,影響電力系統運行的安全。所以除了進行進線段保護外,還要利用閥型避雷器時進行保護,必須注意到被保護設備上的過電壓u,由于下述一些原因,它會超過避雷器殘壓ubc的額定最大值。
避雷器至被保護設備連接的電感與被保護設備絕緣的等值組成振蕩回路。振蕩過程中電感中感應電勢和殘壓迭加,共同作用于被保護設備。這種作用稱為“距離效應”。如考慮被保護設備上有與行波反號的工頻電壓,由于振蕩加強,u較ubc大得更多。
      流過避雷器的雷電流波前小于規定值(8us)時,實際殘壓將超過計算時所取的值。這種作用稱為“雷電流波形效應”。
      由于避雷器的接地引線及接地電阻上的壓降及避雷器老化等原因,實際殘壓可能超過額定值。因此,在被保護設備的耐受電壓和避雷器殘壓之間要留有適當的間隔。閥型避雷器與被保護設備間的最大允許距離同上述諸因素有關,除對新建高壓變電站外,一般可按過電壓保護規程所規定的數據來確定。
      5.電纜線路的防雷保護
      電纜線路一般不會遭到直擊雷,雷電過電壓只能從連接的架空線路侵入,故需考慮對雷電侵入波的保護。電纜的波阻抗小,約為架空線的1/10,故當入侵的雷電過電壓在電纜兩端來回反射時,對短電纜有可能產生很高的過電壓,需裝設避雷器保護。避雷器有裝于電纜的始端、末端和兩端等方式。
      6.架空配電網的防雷保護

對3~10kv采用鋼筋混凝土桿的線路,一般采用瓷橫擔,如采用鐵橫擔,宜用高一級絕緣水平的絕緣子,并盡量縮短切除故障時間,以減少雷擊跳閘率和斷線等事故。另外,按防止侵入波的要求,在進線上需裝設避雷器或保護間隙及短段避雷線保護措施。對3~10kv配電變壓器,應用閥型避雷器保護。也可兩相用避雷器一相用間隙保護,在同一配電網中,間隙必須裝在同一相等線上,或者三相均用間隙保護,保護裝置應盡量靠近變壓器,其接地線應與變壓器低壓側中性點或中性點擊穿保險器的接地端(對中性點不接地的電網)以及金屬外殼連在一起接地。

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