現(xiàn)代供電技術第7章PPT

1、西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X第一節(jié)第一節(jié) 大氣過電壓大氣過電壓西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X一、雷電放電過程一、雷電放電過程1. 先導階段先導階段2. 主放電和迎面流注階段主放電和迎面流注階段3. 余輝階段余輝階段西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X二、雷電參數(shù)二、雷電參數(shù)1. 雷暴日雷暴日(Td)：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)(30-40)。 雷暴小時雷暴小時(Th)：一年中發(fā)生雷電的小時數(shù)：一年中發(fā)生雷電的小時數(shù)(100)

2、。 地面落雷密度地面落雷密度( ) : 每平方公里地面在一個雷暴日每平方公里地面在一個雷暴日 中受到的平均雷擊次數(shù)。中受到的平均雷擊次數(shù)。2. 通道波阻抗通道波阻抗 0Z 3000Z西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X88lgIP一般地區(qū)：一般地區(qū)：少雷地區(qū)：少雷地區(qū)：44lgIPI雷電流幅值（雷電流幅值（kA)P幅值大于幅值大于I的雷電流出現(xiàn)的概率的雷電流出現(xiàn)的概率經(jīng)驗公式：經(jīng)驗公式：3. 雷電流幅值（雷電流幅值（I）：雷電流指雷擊于低接地電阻）：雷電流指雷擊于低接地電阻 （ ）的物體時流過雷擊點的電流。的物體時流過雷擊點的電流

3、。02II 30I0電流入射波（電流入射波（kA)西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X4. 雷電流的波前時間雷電流的波前時間 、波長、波長 、陡度、陡度 1T2Ts40/6 . 2我國在防雷設計中取我國在防雷設計中取)/(6 . 2skAI波前的平均陡度：波前的平均陡度：sT41:1sT10020:2實測表明：實測表明：西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X5. 雷電流極性及計算波形雷電流極性及計算波形7590%的雷電流是負極性，在防雷設計的雷電流是負極性，在防雷設計中一般按負極性考慮中一般按負極性考慮常用計算波形：常用計算波形：(1) 雙指數(shù)波雙指數(shù)波0ti2T0.

4、5I1TI)(0tteeIi西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X(2) 等值斜角平頂波等值斜角平頂波0ti1TI111()()iat tTiaTI tT西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X(3) 等值半余弦波等值半余弦波0ti1TI0.5I)cos1 (2tIi1T西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X第二節(jié)第二節(jié) 雷電沖擊波沿導線的傳播雷電沖擊波沿導線的傳播西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xa. 波過程的定義波過程的定義在本課程中指電壓波（或電流波）在輸電線路、電纜、在本課程中指電壓波（或電流波）在輸電線路、電纜、變壓器、電機等電力設備

5、上的傳播過程變壓器、電機等電力設備上的傳播過程b. 波過程的特點波過程的特點電壓、電流不但是時間電壓、電流不但是時間t的函數(shù)，而且也是空間位置的函數(shù)，而且也是空間位置x 的函數(shù)，的函數(shù)，需要用分布參數(shù)電路來分析。需要用分布參數(shù)電路來分析。),(),(txfitxfuc. 分布參數(shù)電路的應用范圍分布參數(shù)電路的應用范圍主要有兩大類：長線路和高頻電壓（如雷電沖擊電壓波）主要有兩大類：長線路和高頻電壓（如雷電沖擊電壓波）西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X200km6000km(20ms)1500km(5ms)50/2.1(s沖擊波沖擊波mUutx,0空氣中波的傳播速度為光速空氣中波的傳

6、播速度為光速smc/300220kV線路的平均長度為線路的平均長度為200250km沖擊波波前在沖擊波波前在線路上的分布線路上的分布長度只有長度只有360m西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X波沿均勻無損單導線傳播示意圖波沿均勻無損單導線傳播示意圖t=0Eiu,dxL0dxL0dxL0t=0EdxC0dxC0dxC0dxC0 x西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X一、波沿均勻無損單導線的傳播一、波沿均勻無損單導線的傳播1. 均勻無損單導線系統(tǒng)的波阻抗：均勻無損單導線系統(tǒng)的波阻抗：線路各點電氣參數(shù)完全一樣；線路各點電氣參數(shù)完全一樣；線路無能量損耗（線路無能量損耗（R0

7、=0，G0=0）dxL0dxC0dxL0dxL0dxC0單元等值電路：單元等值電路：西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件XdxiudxxiidxxuuxdxL0dxC0dxL0dxL0dxC0dxuCudCdq0設設dtdt時間內(nèi)，行波前進了時間內(nèi)，行波前進了dxdx距離，則長度為距離，則長度為dxdx的線的線路被充電，充電電容為路被充電，充電電容為C Co odxdx，使其電位為，使其電位為U U，在這段，在這段時間內(nèi)，導線獲得的電荷為：時間內(nèi)，導線獲得的電荷為：dtdxuCdtdCudtdqi0(1)充電電流充電電流西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X行波前進了d

8、x距離，磁通的增加量：dxiLidLd0dtdxiLdtdLidtdu0(2)（1） (2)（2） (1)001CLdtdxv波速波速00CLiuZ波阻抗波阻抗dtdxuCdtdCudtdqi0(1)充電電流充電電流西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X由電磁場理論可知：由電磁場理論可知：rhCrhLcrcr2ln22ln20000，)/(1031800smvrrrr 對架空線：對架空線：csmv)/(1038 對油紙絕緣電纜：對油紙絕緣電纜：cvrr5 . 0, 4, 1西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X00CLiuZl波阻抗：l是表征分布參數(shù)電路特點的最重要的參

9、數(shù)，它是儲能元件，表示導線周圍介質(zhì)獲得電磁能的大小，具有阻抗的量綱，其值決定于單位長度導線的電感和電容，與線路長度無關。l對單導線架空線，Z=500 左右，考慮電暈影響取400 左右，電纜的波阻抗約為十幾歐姆至幾十不等。電暈的產(chǎn)生是因為不平滑的導體產(chǎn)生不均勻的電場，在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發(fā)生放電，形成電暈。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X比較波阻抗比較波阻抗Z和和R： 波阻抗是一個比例常數(shù)，其數(shù)值只與導線單位長度的電感波阻抗是一個比例常數(shù)，其數(shù)值只與導線單位長度的電感和電容有關，與線路長度無關；而線路的電阻與線路長度和電容

10、有關，與線路長度無關；而線路的電阻與線路長度成正比；成正比； 波阻抗是儲能元件，它從電源吸收能量，以電磁波的形式波阻抗是儲能元件，它從電源吸收能量，以電磁波的形式沿導線向前傳播，能量以電磁能的形式儲存在導線周圍的沿導線向前傳播，能量以電磁能的形式儲存在導線周圍的介質(zhì)中；電阻是耗能元件，它從電源吸收的能量轉(zhuǎn)換成熱介質(zhì)中；電阻是耗能元件，它從電源吸收的能量轉(zhuǎn)換成熱能而散失。能而散失。 二者量綱相同，并且都和電源頻率或二者量綱相同，并且都和電源頻率或 波形無關，可見波波形無關，可見波阻抗是阻性的；阻抗是阻性的；西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 均勻無損單導線的波動方程：均勻無損

11、單導線的波動方程：tiLxu0tuCxi0uuvtxuvtxuu )()(21iivtxuvtxuZi )()(121v電壓沿電壓沿x x方向的變化是由于電流在方向的變化是由于電流在L L0 0上的電感壓降；上的電感壓降；v電流沿電流沿x x方向的變化是由于在方向的變化是由于在C C0 0上分去了電容電流；上分去了電容電流；v負號表示在負號表示在x x正方向上電壓和電流都將減少。正方向上電壓和電流都將減少。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X)(1vtxuu前行電壓波（入射波）前行電壓波（入射波）)(2vtxuu 反行電壓波（反射波）反行電壓波（反射波）)(1vtxii前行電流波

12、前行電流波)(2vtxii 反行電流波反行電流波ZiuZiu ZZuuuuiiuuiu 注意：注意：前行電壓波和前行電流波表示電壓和電流在導線上的前行電壓波和前行電流波表示電壓和電流在導線上的坐標是以速度坐標是以速度v沿沿x的正方向移動。的正方向移動。反行電壓波和反行電流波表示電壓和電流在導線上的反行電壓波和反行電流波表示電壓和電流在導線上的坐標是以速度坐標是以速度v沿沿x的負方向移動。的負方向移動。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xl電壓波的符號只取決于導線對地電容所充電荷的符號，與電荷的運動方向無關l電流波的符號不僅與相應電荷符號有關，而且也與電荷運動方向有關l一般取正電荷

13、沿x正方向運動形成的波為正電流波西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X行波計算的基本方程：行波計算的基本方程：ZiuZiu uuu iii 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X例題例題1 1：沿高度：沿高度10m10m，半徑為，半徑為10mm10mm的單根架空線有一個幅值的單根架空線有一個幅值700kV700kV的過的過電壓波運動，求電流波的幅值。電壓波運動，求電流波的幅值。解題：導線的波阻抗為：解題：導線的波阻抗為：電流波幅值為：電流波幅值為：例題例題2 2：如還有一個幅值為如還有一個幅值為500kV500kV的過電壓波反向運動，求兩波疊加的過電壓波反向運動，求兩波

14、疊加范圍內(nèi)導線上的電壓和電流范圍內(nèi)導線上的電壓和電流kAZUi56. 1450700/西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X反行波電流反行波電流導線電壓：導線電壓：導線電流：導線電流： I=1.561.11=0.45kAkVUUU1200 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X二、行波的折射和反射二、行波的折射和反射1. 折射波和反射波的計算折射波和反射波的計算1v1i1u1Z2ZA波未到達節(jié)點波未到達節(jié)點A時，線路時，線路1上有：上有： 1i1u波到達節(jié)點波到達節(jié)點A后，線路后，線路1上有：上有： 線路線路2上有：上有：1i1u1i 1u 2i2u 節(jié)點節(jié)點A上電壓、

15、電流上電壓、電流 的連續(xù)性的連續(xù)性211uuu 211iii 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X又又111Zui111Zui 222Zui1121222uuZZZu1121121uuZZZZu 2122ZZZ電壓折射系數(shù)電壓折射系數(shù)2112ZZZZ電壓反射系數(shù)電壓反射系數(shù)12011西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 線路末端開路線路末端開路此時有：此時有：1, 2,2Z線路末端電壓：線路末端電壓：1222uuu電壓反射波：電壓反射波：11uu 末端電流：末端電流：02i11ii 電流反射波：電流反射波：幾種特殊情況：幾種特殊情況：A1v11uu 1u1ZA11i

16、i 1i1Z1v 末端開路時，末端電壓波發(fā)生正的全反射，電流波發(fā)生末端開路時，末端電壓波發(fā)生正的全反射，電流波發(fā)生 負的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓加倍；電負的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓加倍；電 流反射波流反射波 所到之處，線路電流變零。所到之處，線路電流變零。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 線路末端短路（接地）線路末端短路（接地）此時有：此時有：1, 0, 02Z線路末端電壓：線路末端電壓：022 uu電壓反射波：電壓反射波：11uu 反射波所到之處：反射波所到之處：112ii111111iZuZui 電流反射波電流反射波：A1Z1v11uu 1u11i

17、i 1iA1Z1v 末端接地時，末端電壓波發(fā)生負的全反射，電流波發(fā)生末端接地時，末端電壓波發(fā)生負的全反射，電流波發(fā)生 正的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓變零；電正的全反射，電壓反射波所到之處，線路電壓變零；電 流反射波流反射波 所到之處，線路電流加倍。所到之處，線路電流加倍。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 線路末端既沒有電壓反射波，又沒有電流反射波，線路末端既沒有電壓反射波，又沒有電流反射波， 線路上電壓電流波形保持不變。線路上電壓電流波形保持不變。 線路末端接負載（線路末端接負載（ ）1ZR 此時有：此時有：0, 0, 0, 11 iuA1Z1u1ZR A1Z111

18、/Zui1ZR 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X（2）集中參數(shù)等值電路）集中參數(shù)等值電路212121212122ZZZuuZZZuu 2i2u12u1Z2ZA1v1u1Z2ZA西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1Z2Z母線母線A11iu，R、L、C22iu，33iu，3Z1Z12u2ZA3ZR、L、C電壓源等值電路電壓源等值電路12i1Z2ZA3ZR、L、C電流源等值電路電流源等值電路西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X建立集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）：建立集中參數(shù)等值電路（彼德遜法則）：入射波線路入射波線路1用數(shù)值等于電壓入射波兩倍的等值電壓

19、源用數(shù)值等于電壓入射波兩倍的等值電壓源2 和數(shù)值等于線路波阻抗和數(shù)值等于線路波阻抗 的電阻串聯(lián)來等效；的電阻串聯(lián)來等效；1u1ZR、L、C等其他集中參數(shù)組件均保持不變；等其他集中參數(shù)組件均保持不變； 折射波線路折射波線路2、3分別可以用數(shù)值等于該線路波阻分別可以用數(shù)值等于該線路波阻抗路抗路 、 的電阻來等效；的電阻來等效；2Z3Z彼德遜法則使用條件：彼德遜法則使用條件： 入射波必須是沿分布參數(shù)線路傳來的；入射波必須是沿分布參數(shù)線路傳來的； 節(jié)點節(jié)點A后面的線路中沒有反行波，或節(jié)點后面的線路中沒有反行波，或節(jié)點A后面的線路后面的線路 中反射波尚未到達節(jié)點中反射波尚未到達節(jié)點A時；時；西安工業(yè)大學

20、電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X三、行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容三、行波通過串聯(lián)電感和并聯(lián)電容1. 波穿過電感波穿過電感1Z2ZAL1u2u12u1Z2ZAL2i西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xdti dLZZiu22121)(2)1 (/1222LteuZiu)1 (2/2112LteZZui其中：其中：)/(21ZZLL2122ZZZ2u12u1Z2ZAL2i西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X電壓折射波的波前陡度：電壓折射波的波前陡度：LteLuZdtud/1222:0t)/(212maxskVLuZ 211iii 1/211121)1 (2ieZZu

21、iiiLt 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X電壓反射波：電壓反射波：)1 (2/12111111LteuZZZuiZu :0t11uu 11ii 112uu01i:t11uu 12uu電感相當于開路電感相當于開路電感的作用完全消失電感的作用完全消失上有壓降因為注：此時Luuu211 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1Z2ZL1u1i1v1v1u1u1u 2u2v1i 2i2v1i1v西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 波旁過電容波旁過電容1Z2ZA1uC2u12u1Z2ZAC2i西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xdti d

22、ZCZZZiZiZiiuC22121222121)()(2)1 (/1222CteuZiuCZZZZC)(2121其中：其中：2u12u1Z2ZAC2i西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X電壓折射波的波前陡度：電壓折射波的波前陡度：CteCZudtud/1122:0tCZu11max2 電壓反射波電壓反射波：11121)1 (/ueuuuuCt 分流因為注：此時CiiiiC211 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X:0t11uu 11ii 01u112ii:t11uu 12uu電容相當于短路電容相當于短路電容的作用完全消失電容的作用完全消失西安工業(yè)大學電子信息工程

23、學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1Z2ZC1u1i1v1u 2u2v1v1u1i2i2v1i1i 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X3. 串聯(lián)電感、并聯(lián)電容對波過程的影響串聯(lián)電感、并聯(lián)電容對波過程的影響 波前被拉平，波前陡度減小，波前被拉平，波前陡度減小，L 或或C 越大，陡度越小；越大，陡度越小；在無限長直角波作用下，在無限長直角波作用下，L、C對電壓的穩(wěn)態(tài)值沒有影響；對電壓的穩(wěn)態(tài)值沒有影響；各自的適用場合各自的適用場合LC西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X第三節(jié)第三節(jié) 防雷保護裝置防雷保護裝置西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X一、避雷針、避雷線一、

24、避雷針、避雷線1. 保護原理：保護原理：當雷云放電時使地面電場畸變，在避雷當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集中的空間以影響雷電先導放針的頂端形成局部場強集中的空間以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝電的發(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，從而使被保護物體免遭雷擊。置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。防雷保護裝置：防雷保護裝置：指能使被保護物體避免雷擊，指能使被保護物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 保護

25、范圍、繞擊率保護范圍、繞擊率雷擊定向高度：雷擊定向高度：雷電先導放電朝地面發(fā)展到某一高度雷電先導放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，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，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稱稱為定向高度。為定向高度。當當h30m時，時，H=20h;當當h30m時，時，H600m 繞擊率：繞擊率：指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護物體的概率。指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護物體的概率。我國有關規(guī)程推薦的保護范圍對應于我國有關規(guī)程推薦的保護范圍對應于0.1%的繞擊率。的繞擊率。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X3. 適用范圍適用范圍 避雷針適宜于象

26、變電所、發(fā)電廠那樣相對集避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對集中的保護對象；避雷線主要用于架空線路那樣伸中的保護對象；避雷線主要用于架空線路那樣伸展很廣的保護對象。展很廣的保護對象。(消雷器消雷器)西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X4. 單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍xhh5 . 1xrh45:30mh 水平面上水平面上的保護范圍的保護范圍xh西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xphhrxx)(xh2/hxh2/hphhrxx)25 . 1 (在某一被保護物高度在某一被保護物高度 水平面上，其保護半徑水平面上，其保護半徑 為：為：xhxrp 高度修正系數(shù)

27、高度修正系數(shù)h1p30mhhp5 . 5120m30h 避雷針高度，避雷針高度，m西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X5. 等高雙避雷針的保護范圍等高雙避雷針的保護范圍h5 . 10hxbxhxrhD12 水平面上水平面上的保護范圍的保護范圍xh西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件XpDhh70)(5 . 10 xxhhb 兩針聯(lián)合保護范圍上部邊緣的最低點高度兩針聯(lián)合保護范圍上部邊緣的最低點高度0hxb2 在高度在高度 的水平面上，保護范圍的最小寬度的水平面上，保護范圍的最小寬度xh一般情況下取一般情況下取hD5兩針外側(cè)的保護范圍按單支避雷針的計算方法確定，兩針外側(cè)的

28、保護范圍按單支避雷針的計算方法確定，兩針中間的保護范圍用下式求得：兩針中間的保護范圍用下式求得：西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X6. 單根避雷線的保護范圍單根避雷線的保護范圍hhhxhxrxrxr25:30mh西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xphhrxx)(47. 0 xh2/hxh2/hphhrxx)53. 1(單根避雷線的保護范圍一側(cè)寬度為：單根避雷線的保護范圍一側(cè)寬度為：西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X保護角：保護角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導線連線的夾角避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導線連線的夾角hD西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供

29、電技術電子課件X二、避雷器二、避雷器基本分類：基本分類：避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護設備并聯(lián)避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護設備并聯(lián)運行，當作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先運行，當作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先動作，泄放大量能量，限制過電壓，保護電氣設備。動作，泄放大量能量，限制過電壓，保護電氣設備。避雷器避雷器保護間隙保護間隙管式避雷器管式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器(MOA)西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X對避雷器的基本技術要求：對

30、避雷器的基本技術要求：過電壓作用時，避雷器要先于被保護設備放電，這需要由過電壓作用時，避雷器要先于被保護設備放電，這需要由 兩者的全伏秒特性的配合來保證；兩者的全伏秒特性的配合來保證；避雷器應具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次避雷器應具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次 過零時的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復正常；過零時的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復正常；0tu123P1被保護絕緣被保護絕緣2保護間隙或管式避雷器保護間隙或管式避雷器3閥式避雷器閥式避雷器西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1. 保護間隙和管式避雷器保護間隙和管式避雷器結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以

31、與結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與被保護設備配合，動作產(chǎn)生截波、不能保護帶繞組的設備，被保護設備配合，動作產(chǎn)生截波、不能保護帶繞組的設備，主要用于主要用于10kV以下配電網(wǎng)線路的保護，往往與自動重合閘裝以下配電網(wǎng)線路的保護，往往與自動重合閘裝置配合使用。置配合使用。保護間隙：保護間隙： 角形保護間隙角形保護間隙1主間隙主間隙; 2輔助間隙輔助間隙3絕緣瓷瓶絕緣瓷瓶0tubUmU過電壓波過電壓波絕緣上受到的實際電壓波形絕緣上受到的實際電壓波形保護間隙的伏秒特性保護間隙的伏秒特性西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X實質(zhì)上是一只具有較強滅弧能力的保護間隙。伏秒特性陡

32、峭、實質(zhì)上是一只具有較強滅弧能力的保護間隙。伏秒特性陡峭、動作產(chǎn)生截波、放電分散性大，主要用于輸電線路上絕緣比動作產(chǎn)生截波、放電分散性大，主要用于輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和變電站、發(fā)電廠的進線段保護。較薄弱的地方和變電站、發(fā)電廠的進線段保護。管式避雷器：管式避雷器：1產(chǎn)氣管；產(chǎn)氣管；2棒電極棒電極3環(huán)電極環(huán)電極 4導線導線S1滅弧間隙滅弧間隙 S2外間隙外間隙西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)FS：配電型，適用：配電型，適用10kV及以下配

33、電網(wǎng)中電氣設備的保護及以下配電網(wǎng)中電氣設備的保護FZ：變電所型，適用：變電所型，適用220kV及以下變電所電氣設備的保護及以下變電所電氣設備的保護FCZ：變電所型，適用：變電所型，適用330500kV變電所電氣設備的保護變電所電氣設備的保護FCD：旋轉(zhuǎn)電機型，適用旋轉(zhuǎn)電機的保護：旋轉(zhuǎn)電機型，適用旋轉(zhuǎn)電機的保護西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 原理結(jié)構(gòu)圖原理結(jié)構(gòu)圖ZFR瓷套瓷套TiRiF火花間隙火花間隙R非線性閥片電阻非線性閥片電阻西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 主要特性參數(shù)主要特性參數(shù)額定電壓額定電壓工頻放

34、電電壓工頻放電電壓滅弧電壓滅弧電壓沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)切斷比切斷比沖擊放電電壓沖擊放電電壓 )(ibU 動作過程動作過程西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X保護比保護比殘壓殘壓 RU保護水平保護水平)(lpU/,max15. 1)()(stlbRlpUUUU通流容量通流容量西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙單個平板火花間隙：單個平板火花間隙：1黃銅電極；黃銅電極；2云母墊圈；云母墊圈；3間隙放電區(qū)間隙放電區(qū)普通閥式避雷器的火花間隙由多個這種間隙串聯(lián)而成普通閥式避雷器的火花間隙由多個這種間隙串

35、聯(lián)而成西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X旋弧型磁吹間隙：旋弧型磁吹間隙：主要用于主要用于FCD系列中系列中1永磁鐵永磁鐵 2內(nèi)電極內(nèi)電極3外電極外電極 4電弧電弧滅弧柵型磁吹間隙：主要用于滅弧柵型磁吹間隙：主要用于FCZ系列中系列中1磁吹線圈磁吹線圈 2輔助間隙輔助間隙3主間隙主間隙 4主電極主電極 5滅弧柵滅弧柵 6分路電阻分路電阻 7閥片電阻閥片電阻西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X閥片電阻：閥片電阻：SiC閥片和閥片和MOV閥閥片片閥片的非線性伏安特性：閥片的非線性伏安特性：Ciu 01iu2i1u2u0ui特點：特點：流過小電流時（如工頻續(xù)流），流過小電

36、流時（如工頻續(xù)流）， 電阻大電阻大 ;流過大電流時流過大電流時 （如雷電流），電阻?。ㄈ缋纂娏鳎?，電阻小111/iuR 222/iuR 1線性電阻線性電阻2 . 0閥片電阻閥片電阻0理想情況理想情況西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件XSiCMOVUIA5010A400100系統(tǒng)相電壓系統(tǒng)相電壓 必須用必須用火花間隙火花間隙西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X第四節(jié)第四節(jié) 變電所與線路的防雷變電所與線路的防雷西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X一、發(fā)電廠、變電所的直擊雷保護

37、發(fā)電廠、變電所必須裝設避雷針或避雷線對直擊雷進行保護。按安裝方式的不同，避雷針分為獨立避雷針和構(gòu)架避雷針兩類。注意對絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導致絕緣閃絡(反擊)。 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xl 變電所的直擊雷防護設計內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設位置、驗算它們的保護范圍、應有的接地電阻、防雷接地裝置設計等。對于獨立避雷針，則還有一個驗算它對相鄰配電裝置構(gòu)架及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問題。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xl 為了防止避雷針對構(gòu)架發(fā)生反擊，其空氣間距S1應滿足下式要求：為了防止避雷針接地裝置與變電

38、所接地網(wǎng)之間因土壤擊穿而連在一起，地下距離S2亦應滿足下式要求獨立避雷針應有的空氣間隙西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X發(fā)電廠和變電所的防雷保護l E1、E2為空氣間隙平均沖擊擊穿場強和土壤平均沖擊擊穿場強。l用下面兩個公式校核獨立避雷針的空氣間距和地中距離：西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X二、發(fā)電廠、變電所的雷電侵入波保護裝設避雷器是變電所對入侵雷電過電壓波進行防護的主要措施，它的保護作用主要是限制過電壓波的幅值。但是還需要有“進線段保護”與之配合。避雷器的保護作用基于三個前提： 它的伏秒特性與被保護絕緣的伏秒特性有良好的配合 它的伏安特性應保證其殘壓低于被

39、保護絕緣的沖擊電氣強度 被保護絕緣必須處于該避雷器的保護距離之內(nèi)。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1. 避雷器與被保護設備連接一點)(bbifU bbiZUU12西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 避雷器與被保護設備不在一點1()u tTat 但是在變電所中不可能也沒有必要在每個設備旁都裝一組避雷器，一般只在變電所母線上安裝避雷器，它除保護變壓器外，還要對其他設備提供保護。 這樣，避雷器與各個電氣設備之間就不可避免地要有一定距離的電氣引線。在這種情況下，當閥式避雷器動作時，由于波的折射與反射，會使作用于被保護設備上的電壓高于避雷器的沖擊放電電壓或殘壓，影響

40、了避雷器的保護效果。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xl被保護絕緣與避雷器間的電氣距離越大、進波陡度a越大，電壓差值 也就越大。U22()()2 ()2 ()22Uu tTu tbba tTTa tTbblaTav西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件Xl絕緣沖擊耐壓水平應滿足：l 閥式避雷器的保護距離： 避雷器具體安裝點選擇原則：“確保重點、兼顧一般”。在諸多的變電設備中，需要確保的重點無疑是主變壓器，應盡可能把閥式避雷器裝得離主變壓器近一些。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X3. 變電所的進線段保護保證在靠近變電所的一段不長(一般為l2km)的線路

41、上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對于那些未沿全線架設避雷線的35kV及以下的線路來說，首先在靠近變電所(l 2km)的線段上加裝避雷線，使之成為進線段；對于全線有避雷線的110kV及以上的線路，將靠近變電所的一段長2km的線路劃為進線段。在進線段上, 加強防雷措施、提高耐雷水平。西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X發(fā)電廠和變電所的防雷保護進線段的作用： 雷電過電壓波在流過進線段時因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值； 限制流過避雷器的沖擊電流幅值 西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供

42、電技術電子課件X內(nèi)部過電壓通常以標幺值內(nèi)部過電壓通常以標幺值pu(per unit)表示表示基準取：基準?。?2nUkU系統(tǒng)額定電壓有效值系統(tǒng)額定電壓有效值nUk容許電壓偏離系數(shù)容許電壓偏離系數(shù)對對220kV及以下系統(tǒng)：及以下系統(tǒng)：15.1k對對330500kV系統(tǒng)：系統(tǒng)：1.1k即系統(tǒng)的最大工作即系統(tǒng)的最大工作相電壓幅值相電壓幅值西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X一、截流過電壓一、截流過電壓截流現(xiàn)象：截流現(xiàn)象：斷路器在電流自然過零點斷路器在電流自然過零點 之前強行切斷電弧之前強行切斷電弧0Iabti0西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1. 產(chǎn)生過電壓的基本過程

43、產(chǎn)生過電壓的基本過程LCLiiiiQF閉合時：閉合時：工頻電壓下，工頻電壓下，iCiLiLiCiTLCuuTCAQF西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X設截流瞬間激磁電流為設截流瞬間激磁電流為I0，電容上電壓為，電容上電壓為U0，則：，則：20202121UCILWWWTTCL當全部磁場能量轉(zhuǎn)化為電場能量時：當全部磁場能量轉(zhuǎn)化為電場能量時：20202max212121UCILUCWTTT2020maxUICLUTT西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X忽略截流時電容上儲存的能量，則：忽略截流時電容上儲存的能量，則：00maxIZCLIUTTTTTTCLZ變壓器的特性阻

44、抗變壓器的特性阻抗2020UICLTT在一般變壓器中，在一般變壓器中，ZT很大，因而很大，因而所以在近似計算中，完全可以忽略所以在近似計算中，完全可以忽略2021UCT西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X切空變時過電壓：切空變時過電壓：U0U0I0tmaxUiutTTCLf21Hzf50LCuuLi西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 影響過電壓的因素影響過電壓的因素 斷路器的性能斷路器的性能 變壓器特性變壓器特性西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X3. 限制過電壓的措施限制過電壓的措施 斷路器的主觸頭上并電阻斷路器的主觸頭上并電阻 減小變壓器的特

45、性阻抗減小變壓器的特性阻抗采用糾結(jié)式繞組增大采用糾結(jié)式繞組增大CT、采用優(yōu)質(zhì)鐵芯減小采用優(yōu)質(zhì)鐵芯減小IL或或LT 采用避雷器保護采用避雷器保護高值電阻，數(shù)萬歐；高值電阻，數(shù)萬歐；ZnO避雷器效果很好避雷器效果很好西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X二、電弧重燃過電壓二、電弧重燃過電壓1. 產(chǎn)生過電壓的過程產(chǎn)生過電壓的過程（以切空載長線為例）（以切空載長線為例）TCZQF西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件XTsLLL21等值電路：等值電路：TL線路電感線路電感sL發(fā)電機和變壓器的漏感之和發(fā)電機和變壓器的漏感之和TC線路對地電容線路對地電容tUucosuTCTL21QF

46、sLTL21CuuiTCALQFB西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件XQF開斷時：開斷時：CL1電流電流 為容性，為容性，iuuCtui西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X1t2t3t4t5t6t7tUU3U5U7tii0tuu0西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X起始穩(wěn)態(tài)起始穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)）（UUUUUU2max第一次重燃：第一次重燃：UUUUC3)(21第二次重燃：第二次重燃：UUUUC5)3(21西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X2. 影響過電壓的因素影響過電壓的因素 斷路器的性能斷路器的性能 電網(wǎng)中性點接地方式電網(wǎng)中性點接地方式西安工

47、業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X3. 限制過電壓的措施限制過電壓的措施 采用不重燃斷路器采用不重燃斷路器 觸頭加裝并聯(lián)分閘電阻觸頭加裝并聯(lián)分閘電阻分閘過程：分閘過程：主主Q1先斷開先斷開 R R抑制回路振蕩抑制回路振蕩 1.52周期后，輔周期后，輔Q2分閘分閘RQ1Q2RQ1Q2西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X三、弧光接地接地過電壓三、弧光接地接地過電壓1. 發(fā)展過程發(fā)展過程SI2I3INCUBUAUABC1C2C3C西安工業(yè)大學電子信息工程學院現(xiàn)代供電技術電子課件X lUnCUIICjd3故障點接地電流：故障點接地電流：電弧自熄過程：電弧自熄過程： 很大很大弧道電離程度高、介質(zhì)恢復慢弧道電離程度高、介質(zhì)恢復慢 jdI過零時電弧經(jīng)暫時熄滅后很快重燃，可以認為過零時電弧經(jīng)暫時熄滅后很快重燃，可以認為 電弧穩(wěn)定燃燒，不致引起強烈振蕩電弧穩(wěn)定燃燒，不致引起強烈振蕩 很小很小弧道電離程度低、介質(zhì)恢復快弧道電離程度低、介質(zhì)恢復快 jdI過零時電弧熄滅后不重燃，永久熄弧過零時電弧熄滅后不重燃，永久熄