工廠供電 課件 項目5 工廠供電系統(tǒng)繼電保護

工廠供電系統(tǒng)繼

電保護、防雷與接地項目5

工廠供電系統(tǒng)繼

電保護任務(wù)5.15.1.1繼電保護基本知識5.1.2

常用的保護繼電器5.1.3

高壓線路的繼電保護5.1.4電力變壓器的繼電保護5.1.5工廠供電自動化技術(shù)5.1.1.1繼電保護的任務(wù)繼電保護裝置—一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生的故障或異常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置?；救蝿?wù)：

(1)自動、迅速、有選擇地將故障元件切除，并保證無故障部分迅速恢復(fù)正常運行；

(2)正確反映電氣設(shè)備的不正常狀態(tài)，發(fā)出預(yù)告信號；

(3)與供電系統(tǒng)的自動裝置(如自動重合閘裝置、備用電源自動投入裝置等)配合，提高運行可靠性5.1.1.2對繼電保護的基本要求對于電力系統(tǒng)繼電保護裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的基本要求。5.1.1繼電保護基本知識1.選擇性指電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，保護在可能的最小范圍內(nèi)僅將故障部分從系統(tǒng)中切除，最大限度地保證非故障部分仍能繼續(xù)安全運行。

如圖5.1當(dāng)線路K2點發(fā)生短路時，保護6動作跳開斷路器QF6將故障切除，其余正常運行，即繼電保護為有選擇性動作。

5.1.1繼電保護基本知識圖5.1保護動作的選擇性

2.可靠性－指在規(guī)定的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，它不拒動；在正常運行或保護區(qū)外發(fā)生故障時，不誤動。如圖5.1當(dāng)線路K2點發(fā)生短路時，保護6不拒動，保護1、2、5不誤動。3.速動性發(fā)生故障時，保護以可能的最短時限將故障從電網(wǎng)中切除，減少故障引起的損失，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.靈敏度表征保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障或異常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。靈敏度高的保護裝置對其保護區(qū)內(nèi)極輕微的故障都能及時地反應(yīng)。5.1.1繼電保護基本知識靈敏度的計算：

(5-1)

－被保護區(qū)內(nèi)末端發(fā)生金屬性短路時，流過保護一次側(cè)的最小短路電流（電力系統(tǒng)最小運行方式下的）。－（保護裝置）一次（側(cè)的）動作電流。以上四項基本要求，對某一個具體的保護裝置而言，往往有所偏重。對有些反應(yīng)不正常運行狀態(tài)而作用于信號的保護可按需要對其中某些項作適當(dāng)?shù)姆艑捥幚怼?.1.1繼電保護基本知識

繼電器是繼電保護裝置的基本組成元件。1.工作特點：是一種在外界輸入的物理量（電量或非電量）達到整定值時，其電氣輸出電路被接通或分?jǐn)嗟淖詣与娖鳌?．類型：結(jié)構(gòu)原理：電磁式、感應(yīng)式、微機式等繼電器；反映的物理量：電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等；反映的物理量的變化：過量繼電器和欠量繼電器；在保護裝置中的功能：起動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。供電系統(tǒng)中常用的繼電器主要是電磁式和感應(yīng)式繼電器。在現(xiàn)代化的大用戶中已開始使用微機保護。5.1.2常用的保護繼電器5.1.2.1電磁式繼電器結(jié)構(gòu)型式主要有：螺管線圈式、吸引銜鐵式及轉(zhuǎn)動舌片式，如圖6.3所示。

(a)螺管線圈式(b)吸引銜鐵式(c)轉(zhuǎn)動舌片式

1-電磁鐵2-可動銜鐵3-線圈4-接點5-反作用彈簧6-止擋1．電磁式電流繼電器常用的DL系列的基本結(jié)構(gòu)如圖5.3(c)所示。文字符號KA。5.1.2常用的保護繼電器繼電器動作：當(dāng)繼電器線圈中的電流增大到動作值時，將使其常開觸點閉合、常閉觸點斷開。故稱為過電流繼電器。繼電器返回：過電流繼電器動作后減小電流到一定值時，其觸點返回到起始位置。繼電器的動作電流Iop—流過過電流繼電器線圈的使繼電器動作的最小電流；繼電器的返回電流Ire--使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流。繼電器的返回系數(shù)Kre–

Ire與Iop的比值稱，即：(5-2)對于過量繼電器(例如過電流繼電器)的Kre總小于１。5.1.2常用的保護繼電器2．電磁式電壓繼電器KV基本結(jié)構(gòu)：與DL系列電磁式電流繼電器基本相同。類型：過電壓繼電器、欠電壓繼電器（應(yīng)用較多）。返回系數(shù)：過電壓繼電器小于1，欠電壓繼電器1～1.2之間。3.電磁式時間繼電器用途：使保護裝置獲得所要求的延時(時限)。文字符號KT。其線圈按短時工作設(shè)計。

類型：電力系統(tǒng)中常用的DS-110系列用于直流；

DS-120系列用于交流。主要結(jié)構(gòu)：電磁部分、時鐘部分和觸點組成。電磁部分用于鎖住和釋放鐘表延時機構(gòu)；鐘表延時機構(gòu)起到準(zhǔn)確延時作用；觸點實現(xiàn)電路的通斷。5.1.2常用的保護繼電器4.電磁式信號繼電器KS用作裝置動作的信號指示。指示方式：標(biāo)示裝置所處的狀態(tài)或接通燈光信號(音響)回路。觸點：自保持觸點，需手動復(fù)歸或電動復(fù)歸。常用的DX11型：﹡電流型(串聯(lián)型)，屬于電流線圈，阻抗小，串聯(lián)在二次回路內(nèi)不影響其他元件的動作；

﹡電壓型，屬于電壓線圈，阻抗大、必須并聯(lián)使用。動作過程：當(dāng)線圈加入的電流大于繼電器動作值時，銜鐵被吸起，通過窗口可看到掉下的信號牌，同時，常開觸點閉合接通光信號和聲信號回路。5.電磁式中間繼電器KM特點：觸點容量大、數(shù)目多；作用：裝設(shè)在保護裝置的出口，用以接通斷路器跳閘線圈。5.1.2常用的保護繼電器

5.電磁式中間繼電器結(jié)構(gòu)：采用吸引銜鐵式，快速繼電器的線圈。常用類型：DZ10系列，工作原理與電流繼電器基本相同。

(a)電磁式電流繼電器(b)電磁式時間繼電器(c)電磁式信號繼電器(d)電磁式中間繼電器電磁式繼電器的文字圖形符號5.1.1.2感應(yīng)式電流繼電器

兼有電磁式電流、時間、信號、中間繼電器的功能，大大簡化繼電保護裝置。采用交流操作進一步簡化二次系統(tǒng)，減少投資。中小變配電所中廣泛采用感應(yīng)式電流繼電器來作過電流保護兼電流速斷保護。5.1.2常用的保護繼電器5.1.1.2感應(yīng)式電流繼電器結(jié)構(gòu)：﹡感應(yīng)元件動作實現(xiàn)反時限過流保護功能；

﹡電磁元件實現(xiàn)速斷保護功能。繼電器本身帶有信號掉牌，接點容量大，可直接接通斷路器的跳閘線圈。

5.1.2常用的保護繼電器類型：工廠常用的有GL-10、20型感應(yīng)式電流繼電器，還具有兩對相連的常開和常閉觸點，構(gòu)成一組“先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點”，如圖5.6。圖5.5感應(yīng)式電流繼電器的文字、圖形符號

圖5.6型電流繼電器“先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點”的動作說明

(a)正常位置(b)動作后常開觸點先閉合(c)接著常閉觸點斷開

1-上止檔2-常閉觸點3-常開觸點4-銜鐵5-下止檔6-簧片5.1.2常用的保護繼電器1：工廠電力線路繼電保護設(shè)置

《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對3～66kV電力線路，應(yīng)裝設(shè)相間短路保護、單相接地保護和過負(fù)荷保護。相間短路保護：帶時限的過流保護、瞬時動作的電流速斷保護，作用于斷路器的跳閘。過流保護動作不大于0.5～0.7s時，可不裝電流速斷保護。單相接地保護：有絕緣監(jiān)視裝置(零序電壓保護)或單相接地保護(零序電流保護)，保護動作于信號，但是當(dāng)單相接地故障危及人身和設(shè)備安全時，則動作于跳閘。過負(fù)荷保護：可能經(jīng)常過負(fù)荷的電纜線路應(yīng)裝設(shè)，動作于信號。5.1.3高壓線路的繼電保護5.1.3.1帶時限過電流保護按動作時間特性：有定時限過電流保護和反時限過電流保護。定時限--保護裝置的動作時間固定，與短路電流大小無關(guān)；反時限--保護裝置的動作時間與反應(yīng)到繼電器中的短路電流大小成反比關(guān)系，短路電流越大，動作時間越短。1.定時限過電流保護的原理接線圖接線圖中，所有元件的組成部分都集中表示；展開圖中，所有元件的組成部分按所屬回路分開表示。簡明清晰利于原理分析，在二次回路中應(yīng)用最為普遍。定時限過電流保護原理接線如圖6.7所示。5.1.3高壓線路的繼電保護保護原理：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時

短路電流TAKA，短路電流大于繼電器整定值時KA瞬時動作常開觸點閉合時間繼電器KT線圈得電

經(jīng)整定的延時后觸點閉合中間繼電器KM、信號繼電器KS動作KM常開觸點閉合接通斷路器跳閘線圈YR回路斷路器QF跳閘切除故障；同時KS動作，指示牌掉下，其常開觸點閉合啟動信號回路發(fā)出燈光和音響信號。5.1.3高壓線路的繼電保護5.7定時限過電流保護的原理接線圖圖接線圖(按集中表示法繪制)展開圖(按分開表示法繪制)2.反時限過電流保護的原理接線圖保護電路由GL型感應(yīng)式電流繼電器組成，采用交流操作的“去分流跳閘”原理。保護原理：一次電路發(fā)生相間短路時電流繼電器KA動作經(jīng)一定延時后(反時限特性)常開觸點閉合常閉觸點斷開斷路器QF跳閘線圈YR被“去分流”而跳閘切除短路故障。同時信號牌掉下指示保護已動作。在短路故障切除后，繼電器自動返回，其信號牌可手動復(fù)位。5.1.3高壓線路的繼電保護5.8反時限過電流保護的原理接線圖

3.過電流保護的整定動作電流、動作時限整定和保護靈敏度校驗。(1)動作電流整定--必須滿足兩個條件：1)正常運行時，保護裝置不動作，即保護裝置的動作電流；2)保護裝置切除外部故障后，應(yīng)可靠返回，即。

圖5.9所示電路，設(shè)線路WL2的首端k點發(fā)生相間短路。凡短路電流流過沿線路的過電流保護裝置KA1、KA2均要動作。按照選擇性的要求應(yīng)由保護裝置KA2首先動作，斷開QF2，切除故障線路WL2。切除故障后，KA1應(yīng)立即返回起始狀態(tài)，不致斷開QF1。這就要求。5.1.3高壓線路的繼電保護圖6.9線路過電流保護整定說明圖

(a)電路(b)定時限過電流保護的動作時限整定說明

(c)反時限過電流保護的動作時限整定說明5.1.3高壓線路的繼電保護3）過流保護裝置動作電流的計算式整定依據(jù)，動作電流，引入一個可靠系數(shù)，并將保護裝置的返回電流換算到動作電流，即得到為

(5-3)—可靠系數(shù)，DL型繼電器取1.2，GL型繼電器取1.3；

—接線系數(shù)，對兩相兩繼電器式接線為1，對兩相一繼電器式(兩相電流差接線)為；

—線路上的最大負(fù)荷電流，可取為(1.5～3)，

—返回系數(shù)，DL型電流繼電器取0.85；

GL型電流繼電器取0.8。5.1.3高壓線路的繼電保護(2)動作時限的整定按“階梯原則”進行整定，以保證前后兩級保護裝置動作的選擇性，也就是后一級保護裝置所保護的線路首端發(fā)生三相短路時，前一級保護的動作時間t1應(yīng)比后一級保護中最長的動作時間t2大一個時限級差，如圖5.9b、c所示，即

(5-4)定時限過流保護，可??；反時限過流保護。定時限過流保護的動作時限，由時間繼電器(DS型)整定實現(xiàn)。反時限過流保護的動作時限：GL型電流繼電器的時限調(diào)節(jié)機構(gòu)是按“10倍動作電流的動作時限”來標(biāo)度的，必須根據(jù)前后兩級保護GL型繼電器的動作特性曲線來整定。5.1.3高壓線路的繼電保護反時限過流保護動作時限整定步驟舉例：圖5.9a中WL2線路上保護的感應(yīng)型電流繼電器KA的10倍動作電流的動作時限已整定為t2,現(xiàn)在要整定前一級線路WL1的保護繼電器10倍動作電流的動作時限t1,由圖5.10整定如下。

1)計算WL2首端的三相短路電流反應(yīng)到KA2中的電流值

(5-5)－KA2與電流互感器相連的接線系數(shù)；－電流互感器TA2的變流比。

2)計算對KA2的動作電流的倍數(shù)，即

(5-6)

3)確定KA2的實際動作時間在圖6.10所示KA2的動作特性曲線的橫坐標(biāo)軸上找出，

5.1.3高壓線路的繼電保護

然后向上找出該曲線上b點，該點縱坐標(biāo)對應(yīng)的動作時間就是KA2在通過電流時的實際動作時間。

圖5.10反時限過電流保護的動作時限整定5.1.3高壓線路的繼電保護4)按“階梯原則”計算KA1對應(yīng)的實際動作時間。

(5-7)5)計算WL2首端三相短路電流反應(yīng)到KA1中的電流值，即

(5-8)

--KA1與電流互感器相連的接線系數(shù)；

--電流互感器TA1的變流比。6)計算對KA1的動作電流的倍數(shù)，

(5-9)7)確定KA1的10倍動作電流的動作時限。從KA1動作特性曲線的橫坐標(biāo)軸上找出，縱坐標(biāo)軸上找出及與的交點a，a點所在曲線所對應(yīng)的10倍動作電流的動作時間即為所求。5.1.3高壓線路的繼電保護注意：如果交點不在已給出的曲線上，而在兩條曲線之間，根據(jù)GL型繼電器動作時限特性曲線形狀大致相同的特點，可粗略估計其10倍動作電流的動作時限。(3)靈敏度校驗－必須滿足下面的條件：

-被保護線路末端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。如果過電流保護是作為相鄰線路的后備保護時，則即可。例5-1圖6.11所示的無限大容量供電系統(tǒng)中，10kV線路WL1上的最大負(fù)荷電流為300A，電流互感器TA的變比為400/5。

k-1、k-2點三相短路時歸算至10kV側(cè)的最小短路電流分別為2680A和940A。變壓器T上設(shè)置的定時限過電流保護裝置2動作時限為0.6s，擬在線路WL1上設(shè)置定時限過電流保護裝置1，試進行整定計算。

5.1.3高壓線路的繼電保護

圖5.11無限大容量供電系統(tǒng)示意圖解：保護裝置采用兩相不完全星形接線，則；1.動作電流的整定取，，則過電流繼電器的動作電流為整定為。則保護裝置一次側(cè)動作電流為：5.1.3高壓線路的繼電保護2.靈敏度校驗(1)作為線路WL1主保護的近后備保護時，靈敏度為：(2)作為線路WL1主保護的遠(yuǎn)后備保護時，靈敏度為：

均滿足要求。3.動作時間的整定－時限階梯原則定時限過電流保護的動作電流是按躲過最大負(fù)荷電流整定的，保護范圍將延伸到下一級線路，其選擇性是靠動作時間實現(xiàn)的。如此則越靠近電源的保護，動作時限越長，不滿足保護的速動性，這是定時限過電流保護的一個缺點。

5.1.3高壓線路的繼電保護5.1.3.2電流速斷保護定時限過流保護的不足：為了保證動作的選擇性，其整定時限必須逐級增加，因而越靠近電源處，短路電流越大，而保護動作時限卻越長，短路危害越嚴(yán)重。GB50062-1992規(guī)定，當(dāng)過流保護動作時間超過0.5～0.7s時，應(yīng)設(shè)瞬動的電流速斷保護裝置。1.電流速斷保護的原理接線圖電流速斷保護就是一種瞬時動作的過電流保護。

5.1.3高壓線路的繼電保護

圖5.13高壓線路的定時限過電流保護和電流速斷保護電路圖

5.1.3高壓線路的繼電保護﹡采用DL型電流繼電器的速斷保護：即定時限過流保護中去除時間繼電器，詳見圖5.13。﹡采用GL系列電流繼電器：可利用電磁元件來實現(xiàn)電流速斷保護，感應(yīng)元件用作反時限過電流保護，非常簡單經(jīng)濟。

2.電流速斷保護的整定及“死區(qū)”

﹡動作電流整定計算：為保證選擇性，速斷動作電流應(yīng)躲過被保護線路末端最大可能的短路電流，以避免后一級速斷保護所保護線路的首端發(fā)生三相短路時的誤跳閘。

如圖6.14電路中，WL1末端k-1點與WL2線路首端k-2點的三相短路電流是近似相等的。動作電流整定公式為：

(5-11)－可靠系數(shù)，

DL型繼電器取1.2～1.3；GL型繼電器取1.4～1.5；脫扣器取1.8～2。5.1.3高壓線路的繼電保護﹡速斷保護存在死區(qū)：即電流速斷保護不能保護線路的全長。由于電流速斷保護的動作電流躲過了被保護線路末端的最大短路電流，則當(dāng)靠近末端的線路上發(fā)生的不是最大運行方式下的三相短路(比如兩相短路電流)時，電流速斷保護就不可能動作，存在不能保護的“死區(qū)”，如圖5.14所示。

5.1.3高壓線路的繼電保護圖5.14線路電流速斷保護的保護區(qū)和死區(qū)－前一級保護應(yīng)躲過的最大短路電流

－前一級保護整定的一次速斷電流

因此，電流速斷保護必須與帶時限的過電流保護配合使用。且過電流保護的動作時間比電流速斷保護至少長一個時間級差，同時前后級過電流保護的動作時間符合時限的“階梯原則”，以保證選擇性。

在速斷保護區(qū)內(nèi)，速斷保護是主保護，過電流保護是后備保護；在速斷保護的“死區(qū)”內(nèi)，過電流保護作為基本保護。3.電流速斷保護的靈敏度按其保護裝置安裝處的最小短路電流來校驗，即：

(5-12)

--線路首端在系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。5.1.3高壓線路的繼電保護5.1.3.3線路的過負(fù)荷保護

對可能經(jīng)常過負(fù)荷的電纜線路需裝設(shè)，一般延時動作于信號。接線如圖6.15所示。動作電流整定：應(yīng)躲過線路的計算電流，

(5-13)動作時間一般取10～15s。圖5.15線路過負(fù)荷保護電路5.1.3.3.4單相接地保護和絕緣監(jiān)察裝置

6～10kV小接地電流系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，只有很小的接地電容電流，而且相間電壓對稱不變，可暫時繼續(xù)運行。但由于非故障相的對地電壓升高為原對地電壓的倍，對線路絕緣增加了威脅，長此下去還可能導(dǎo)致兩相接地短路，引起線路跳閘，造成停電。因此一般應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)察裝置或單相接地保護裝置，用來發(fā)出信號，通知值班人員及時發(fā)現(xiàn)和處理。5.1.3高壓線路的繼電保護

架空線路的單相接地保護：由三個相裝設(shè)的同型號規(guī)格的電流互感器同極性并聯(lián)組成的零序電流過濾器實現(xiàn)，但一般工廠的高壓架空線路不長，很少裝設(shè)。2.單相接地保護裝置動作電流的整定及其靈敏度校驗﹡單相接地保護的動作電流整定：應(yīng)該躲過其他線路上發(fā)生單相接地時在本線路上引起的不平衡電容電流，即：

(5-14)－其他線路發(fā)生單相接地時，在保護線路上產(chǎn)生的電容電流，按式(1-3)計算，線路的長度(

)采用本身線路的長度；

－可靠系數(shù)。保護裝置不帶時限，取4～5，以躲過本線路發(fā)生兩相短路時出現(xiàn)的不平衡電流；保護裝置帶時限，取1.5～2；接地保護的動作時間：應(yīng)比相間短路的過電流保護動作時間大一個級差，以保證選擇性。

5.1.3高壓線路的繼電保護﹡單相接地保護的靈敏度－按被保護線路末端發(fā)生單相接地故障時流過電纜頭接地線的不平衡電容電流來校驗。該電流為與被保護線路有電的聯(lián)系的總電網(wǎng)電容電流與該線路本身的電容電流之差。線路的長度（）：計算時取與被保護線路有電的聯(lián)系的所有架空線路和電纜線路的總長度；計算時取被保護線路本身線路長度。靈敏度校驗公式

(5-15)2.絕緣監(jiān)察裝置作用：在小電流接地系統(tǒng)中，監(jiān)視該系統(tǒng)相對地的絕緣狀況。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生一相接地或電氣設(shè)備、母線等對地絕緣降低到一定值時，絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出預(yù)告信號，通知運行值班人員采取相應(yīng)措施，以維護電氣設(shè)備的正常絕緣水平，確保其安全運行。5.1.3高壓線路的繼電保護﹡圖5.17(a)、(b)所示為用于低壓系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置。

系統(tǒng)正常工作時，電壓表的讀數(shù)相同；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，接地相電壓表讀數(shù)下降甚至為零，正常相電壓升高，故可判斷哪一相接地。﹡圖5.17(c)所示為采用三個單相三繞組電壓互感器，或一個三相五柱三繞組電壓互感器構(gòu)成的6～10kV系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置的Y0/Y0/(開口三角)的接線圖。原理﹡正常運行時，系統(tǒng)三相電壓對稱，沒有零序電壓，三相對地電壓表讀數(shù)相等，均為相電壓。電壓互感器TV輔助二次繞組的各相電壓對稱、大小為V，開口三角形兩端電壓近似為零，過電壓繼電器KV不動作。

﹡當(dāng)變電所6～10kV母線上任一條出線發(fā)生一相接地故障時，接地相的電壓表讀數(shù)降低或為零，而其他兩相對地電壓升高到線電壓，開口三角形兩端的電壓相量和不再為零，其大小為正常運行時的3倍，即3×=100V，使過電壓繼電器KV動作，發(fā)出系統(tǒng)一相接地預(yù)告信號。5.1.3高壓線路的繼電保護

(a)、(b)低壓系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置(c)6～10kV系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置

圖5.17絕緣監(jiān)察裝置電路圖

根據(jù)預(yù)告信號及電壓表的指示可知發(fā)生了接地故障以及故障相別，但不能判斷是哪一條線路接地。只能采用依次斷開各條線路的辦法來尋找接地點。

一般適用于線路數(shù)目不多，允許短時一相接地，且負(fù)荷可以中斷供電的系統(tǒng)中，而工廠供電系統(tǒng)大多數(shù)符合上述要求，故得到廣泛應(yīng)用。5.1.3高壓線路的繼電保護5.1.4.1電力變壓器的常見故障和保護配置1．變壓器故障：分油箱內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障：匝間短路、相間短路和單相碰殼故障；外部故障：套管及其引出線的相間短路、單相接地故障。2．變壓器的不正常運行狀態(tài)：過負(fù)荷、油面降低和變壓器溫度升高等。3．變壓器保護配置：（1）高壓側(cè)為6～10kV的車間變電所主變壓器相間短路保護－裝設(shè)過電流保護和電流速斷保護，當(dāng)過電流保護動作時間不大于0.5s，也可不裝設(shè)電流速斷保護。瓦斯保護－容量在800kV·A及以上和車間內(nèi)容量在400kV·A及以上的油浸式變壓器需裝設(shè)，用于保護變壓器內(nèi)部故障和油面降低。過負(fù)荷保護－容量在400kV·A及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或者單臺運行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)。5.1.4電力變壓器的繼電保護過負(fù)荷保護和輕瓦斯保護動作只作用于信號，其他保護一般作用于跳閘。

（２）高壓側(cè)為35kV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器應(yīng)裝設(shè)過電流保護、電流速斷保護和瓦斯保護。有可能過負(fù)荷時，裝設(shè)過負(fù)荷保護。

﹡單臺運行變壓器容量在10000kV·A及以上或兩臺并列運行的變壓器容量單臺在6300kV·A及以上時，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護來取代電流速斷保護。6.4.2變壓器的過電流保護、電流速斷保護、過負(fù)荷保護1.變壓器的過電流保護其組成和原理與電力線路的過電流保護完全相同。動作電流:整定計算－與電力線路過電流保護基本相同，只是

－變壓器的額定一次電流。5.1.4電力變壓器的繼電保護

動作時間：按“階梯原則”整定。但車間變電所電力系統(tǒng)的終端變電所，其動作時間可整定為最小值0.5s。過電流保護靈敏度：按變壓器低壓側(cè)母線在系統(tǒng)最小運行方式時發(fā)生兩相短路(換算到高壓側(cè)的電流值)來校驗。要求:≥1.5，個別情況可以≥1.2。2.變壓器的電流速斷保護

其組成、原理與電力線路的電流速斷保護完全相同。動作電流：整定計算公式與電力線路的電流速斷保護基本相同，式中應(yīng)取變壓器二次側(cè)母線三相短路電流周期分量有效值換算到一次側(cè)的短路電流值，即變壓器電流速斷保護的動作電流按躲過二次側(cè)母線三相短路電流來整定。

靈敏度：按保護安裝處在系統(tǒng)最小運行方式時發(fā)生兩相短路的短路電流以來校驗，要求≥1.5～2。5.1.4電力變壓器的繼電保護

變壓器的電流速斷保護也存在死區(qū)，必須配備帶時限的過電流保護。在速斷保護整定后，必須將變壓器空載試投若干次，以檢驗速斷保護是否誤動作。因為變壓器在空載投入或突然恢復(fù)電壓時將出現(xiàn)一個沖擊性的勵磁涌流。3.變壓器的過負(fù)荷保護

其組成、原理，也與電力線路的過負(fù)荷完全相同。動作電流：整定計算公式也與電力線路過負(fù)荷保護基本相同，只是將式6-13中的I30

改為。動作時間:一般也取10～15s。

5.1.4電力變壓器的繼電保護例5-4

某廠降壓變電所裝有一臺10／0.4kV、1250kVA的電力變壓器。已知變壓器低壓母線三相短路電流=15kA，高壓側(cè)繼電保護用電流互感器電流比為100／5，繼電器采用GL-25型，接成兩相兩繼電器式。試整定該繼電器的反時限過電流保護的動作電流、動作時間及電流速斷保護的速斷電流倍數(shù)。解(1)過電流保護的動作電流整定：取=1.3，=1，=0.8，=100/5=20，

動作電流整定為12A。

(2)過電流保護動作時間的整定

這是終端變電所故其10倍動作電流的動作時間整定為最小值0.5s5.1.4電力變壓器的繼電保護(3)電流速斷保護速斷電流的整定

取，而因此速斷電流倍數(shù)整定為5.4.3變壓器低壓側(cè)的單相短路保護1.低壓側(cè)裝設(shè)三相均帶過流脫扣器的低壓斷路器保護低壓斷路器:﹡低壓側(cè)主開關(guān)，操作方便，便于自動化，供電可靠性高；﹡保護低壓側(cè)的相間短路和單相短路。如DWl6型低壓斷路器就具有所謂“第四段保護”，專門用作單相接地保護。2.低壓側(cè)三相裝設(shè)熔斷器保護既可以保護變壓器低壓側(cè)的相間短路和單相短路。但熔斷后更換熔體需一定的時間。

適用：供給不重要負(fù)荷的小容量變壓器。5.1.4電力變壓器的繼電保護3.在變壓器低壓側(cè)中性點引出線上裝設(shè)零序電流保護如圖5.18所示。動作電流－按躲過變壓器低壓側(cè)最大不平衡電流來整定。

(6-16)

－變壓器的額定二次電流；－不平衡系數(shù)取0.25；

-可靠系數(shù)，一般取1.2～1.3；

-零序電流互感器的電流比。

動作時間－取0.5～0.7S。零序電流保護的靈敏度－按低壓干線末端發(fā)生單相短路校驗。架空線，≥1.5；電纜線，≥1.2。此保護靈敏度較高，但欠經(jīng)濟。5.1.4電力變壓器的繼電保護圖6.18變壓器的零序電流保護TAN-零序電流互感器

4．采用兩相三繼電器式接線或三相三繼電器式接線的過電流保護

圖6.19這兩種接線既能實現(xiàn)相間短路保護，又能實現(xiàn)低壓側(cè)的單相短路保護，且保護靈敏度較高。

通常作為變壓器過電流保護的接線方式有兩相兩繼電器式和兩相一繼電器式兩種，但均不宜作為低壓側(cè)的單相短路保護。

5.1.4電力變壓器的繼電保護(a)兩相三繼電器式(b)三相三繼電器式圖5.19適于兼作變壓器低壓側(cè)單相短路保護的兩種過電流保護方式5.1.4.1變壓器的瓦斯保護又稱為氣體繼電保護，是保護油浸式變壓器內(nèi)部故障的一種基本的保護。

按規(guī)定，800kV﹒A及以上的油浸式變壓器和400kV﹒A及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝設(shè)氣體保護。氣體保護裝置主要由瓦斯繼電器構(gòu)成。

瓦斯繼電器裝設(shè)在變壓器油箱和油枕之間的聯(lián)通管上，當(dāng)油箱內(nèi)發(fā)生短路故障時，絕緣油和其他絕緣材料受熱分解而產(chǎn)生氣體，利用這種氣體的變化情況使繼電器動作來作變壓器內(nèi)部故障的保護。

1.瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理瓦斯繼電器主要有浮筒式和開口杯式兩種結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在一般采用開口杯式。圖6.20為FJ3-80型開口杯式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。5.1.4.4電力變壓器的繼電保護圖6.21瓦斯繼電器動作說明圖(a)正常時(b)輕瓦斯動作(c)重瓦斯動作(d)嚴(yán)重漏油時1-上開口油杯2-下開口油杯5.1.4電力變壓器的繼電保護圖5-20FJ3-80型瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)圖1-蓋板2-容器3-上油杯4、8-永久磁鐵5-上動觸點6-上靜觸點7-下油杯9-下動觸點10-下靜觸點11-支架12-下油杯平衡錘13-上油杯轉(zhuǎn)軸14檔板15-上油杯平衡錘16-上油杯轉(zhuǎn)軸17-放氣閥

當(dāng)變壓器正常工作時，瓦斯繼電器內(nèi)的上下兩對觸點都是斷開的；當(dāng)變壓器內(nèi)發(fā)生輕微故障時，由故障引起的少量氣體，使上觸點接通變電所控制室的信號回路，發(fā)出輕瓦斯信號(輕瓦斯動作)；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，將產(chǎn)生大量氣體，使下觸點接通跳閘回路。同時通過信號繼電器發(fā)出燈光和音響信號(重瓦斯動作)。

如果變壓器的油箱漏油，使得瓦斯繼電器內(nèi)的油慢慢流盡，如圖6.21d所示，先是上油杯降落，發(fā)出報警信號，最后下油杯降落，使斷路器跳閘，切除變壓器。2.變壓器瓦斯保護的結(jié)線圖5.22變壓器瓦斯保護接線原理圖

5.1.4電力變壓器的繼電保護

KG-瓦斯繼電器

KS-信號繼電器

KM-中間繼電器

YR-跳閘線圈

XB-切換片

﹡變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，瓦斯繼電器KG的上觸點1～2閉合，作用于報警信號。

﹡變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，KG的下觸點3～4閉合，經(jīng)中間繼電器KM作用于QF的跳閘線圈YR，使QF跳閘，同時KS發(fā)出跳閘信號。KG的下觸點3～4閉合時，也可用聯(lián)接片XB切換位置，串接限流電阻R，只給報警信號。

﹡為防止KG的下觸點3～4在發(fā)生嚴(yán)重故障時可能有“抖動”(接觸不穩(wěn)定)現(xiàn)象，利用KM的觸點1～2作“自保持”觸點，以保證QF可靠跳閘。3.變壓器瓦斯保護的安裝和運行

聯(lián)通管對變壓器油箱頂蓋已有2％～4％的傾斜度外，在安裝時變壓器對地平面應(yīng)取1％～1.5%的傾斜度，以保證油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體能夠順暢，如圖5.23所示。

瓦斯保護裝置動作后，應(yīng)立即檢查原因，用干凈的玻璃瓶收集在氣體繼電器蓄積的氣體，分析和判斷故障的原因及處理要求，如表6.1所示。5.1.4電力變壓器的繼電保護5.1.4.5變壓器的差動保護變壓器差動保護的特點：保護變壓器內(nèi)部及兩側(cè)絕緣套管和引出線上的相間短路，保護反應(yīng)靈敏，動作無時限。保護范圍：變壓器兩側(cè)電流互感器安裝地點之間的區(qū)域。國標(biāo)規(guī)定:10000kV﹒A及以上的單獨運行變壓器和6300kV﹒A及以上的并列運行變壓器，應(yīng)設(shè)差動保護；6300kV﹒A及以下的單獨運行的重要變壓器，也可設(shè)差動保護；當(dāng)電流速斷保護靈敏度不符合要求時，宜裝設(shè)差動保護。5.1.4電力變壓器的繼電保護6.23瓦繼電器在變壓器上的安裝示意圖1-變壓器油箱2-聯(lián)通管3-瓦斯繼電器4-油枕

變壓器的差動保護形式－縱聯(lián)差動保護和橫聯(lián)差動保護。此處簡介變壓器的縱聯(lián)差動保護原理

，如圖6.24所示。

5.1.4電力變壓器的繼電保護圖5.24變壓器縱聯(lián)差動保護的單相原理電路圖變壓器的差動保護形式－縱聯(lián)差動保護和橫聯(lián)差動保護。在此簡介變壓器的縱聯(lián)差動保護，如圖6.24所示。在變壓器兩側(cè)安裝電流互感器，其二次繞組串聯(lián)成環(huán)路，繼電器KA(或差動繼電器KD)并聯(lián)在環(huán)路上，流入繼電器的電流等于變壓器兩側(cè)電流互感器二次繞組電流之差，即，－變壓器一、二次側(cè)的不平衡電流。﹡當(dāng)變壓器正常運行或差動保護的保護區(qū)外K-1短路時，流入KA的不平衡電流小于繼電器的動作電流，保護不動作。﹡在保護區(qū)內(nèi)k-2點發(fā)生短路時，對于單端供電的變壓器，，

,超過繼電器KA(或KD)所整定的動作電流，使KA(或KD)瞬時動作，通過出口中間繼電器KM接通斷路器跳閘線圈，使QF跳閘，切除短路故障，同時信號繼電器KS發(fā)出信號。

5.1.4電力變壓器的繼電保護本節(jié)簡介工廠供電自動化技術(shù)中變電所的微機保護、自動重合閘裝置、備用電源自動投入裝置。6.1.5.1工廠供電系統(tǒng)的微機保護1.微機保護概述隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對繼電保護的要求也越來越高，現(xiàn)有的模擬式機電型繼電保護將難以滿足要求。20世紀(jì)90年代以來，隨著計算機硬件水平的不斷提高，微機控制的繼電保護開始得到廣泛的應(yīng)用。2.微機繼電保護的功能

配電系統(tǒng)微機保護裝置除了保護功能外，還有測量、自動重合閘、事件記錄、自檢和通信等功能。(1)保護功能－有定時限過電流保護、反時限過電流保護、帶時限電流速斷保護、瞬時電流速斷保護。反時限過電流保護含標(biāo)準(zhǔn)反時限、強反時限和極強反時限保護幾類。各種保護方式可供用戶自由選擇，并進行數(shù)字設(shè)定。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)(2)測量功能－正常運行時，能不斷測量配電系統(tǒng)三相電流，并由LCD液晶顯示。(3)自動重合閘功能－當(dāng)保護功能動作，斷路器跳閘后，自動發(fā)出合閘信號，即自動重合閘功能，以提高供電可靠性。并為用戶提供自動重合閘的重合次數(shù)、延時時間及自動重合閘是否投入運行的選擇和設(shè)定。(4)人-機對話功能－通過LCD液晶顯示器和簡捷的鍵盤，提供良好的人-機對話界面：●保護功能和保護定值的選擇和設(shè)定；●正常運行時各相電流顯示；●自動重合閘功能和參數(shù)的選擇和設(shè)定；●發(fā)生故障時，故障性質(zhì)及參數(shù)的顯示；●自檢通過或自檢報警。(5)自檢功能－對裝置的有關(guān)硬件和軟件進行開機自檢和運行中的動態(tài)自檢。保證裝置可靠工作。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)(6)事件記錄功能－發(fā)生事件的所有數(shù)據(jù)如日期、時間、電流有效值、保護動作類型等都保存在存儲器中。包括事故跳閘事件、自動重合閘事件、保護定值設(shè)定事件等，可保存多達30個事件，并不斷更新。(7)報警功能－包括自檢報警、故障報警等。(8)斷路器控制功能－各種保護動作和自動重合閘的開關(guān)量輸出，控制斷路器的跳閘和合閘。(9)通信功能－能與中央控制室的監(jiān)控微機進行通信，接受命令和發(fā)送有關(guān)數(shù)據(jù)。(10)實時時鐘功能－能自動生成年、月、日和時、分、秒，最小分辨率為毫秒，有對時功能。3.微機繼電保護的構(gòu)成微機繼電保護裝置主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。

(1)硬件系統(tǒng)典型的硬件系統(tǒng)框圖如圖5.25所示，包括輸入信號、數(shù)據(jù)信號系統(tǒng)、微機主機、鍵盤、打印機、輸出信號等。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)圖5.25微機繼電保護裝置硬件系統(tǒng)框圖5.1.5工廠供電自動化技術(shù)1)輸入信號通常輸入信號有電壓互感器二次電壓、電流互感器二次電流、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自檢用標(biāo)準(zhǔn)直流電壓及有關(guān)開關(guān)量等。2)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有輔助變換器、低通濾波器、采樣保持器、多路開關(guān)、模／數(shù)轉(zhuǎn)換器等。3)微型計算機是整個繼電保護裝置的主機部分，主要包括CPU、RAM、EPROM、時鐘、控制器及各種接口等。4)輸出信號主要有微機接口輸出的跳閘信號和報警信號。輸出信號需經(jīng)光電耦合器，再經(jīng)放大后驅(qū)動小型繼電器，由繼電器接點作為微機保護的輸出。2.軟件系統(tǒng)一般包括調(diào)試監(jiān)控程序、運行監(jiān)控程序、中斷繼電保護功能程序三部分。其原理程序框圖見圖6.26所示。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)圖5.26微機繼電保護裝置軟件原理框圖5.1.5工廠供電自動化技術(shù)調(diào)試監(jiān)控程序－對微機保護系統(tǒng)進行檢查、校核和設(shè)定；運行監(jiān)控程序－系統(tǒng)進行初始化，對EPROM、RAM、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行靜態(tài)自檢和動態(tài)自檢；中斷保護程序－完成整個繼電保護功能。微機以中斷方式在每個采樣周期執(zhí)行繼電保護程序一次。4.微機保護的有關(guān)程序(1)自檢程序微機在系統(tǒng)初始化后，對系統(tǒng)ROM、RAM、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等各部分進行一次全面的檢查，確保系統(tǒng)良好，才允許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作。在靜態(tài)自檢過程中其他程序一律不執(zhí)行。

動態(tài)自檢是在執(zhí)行繼電保護程序的間隙重復(fù)進行的，即主程序一直在動態(tài)自檢中循環(huán)，每隔一個采樣周期中斷一次。(2)繼電保護程序主要由采樣及數(shù)字濾波、保護算法、故障判斷和故障處理四部分組成。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)5.微機保護系統(tǒng)的運行當(dāng)微機保護系統(tǒng)復(fù)位或加電源后，首先根據(jù)面板上的“調(diào)試運行”開關(guān)位置判斷目前系統(tǒng)處于運行還是調(diào)試狀態(tài)。系統(tǒng)處于調(diào)試狀態(tài)時，程序轉(zhuǎn)向調(diào)試監(jiān)控程序。此時運行人員可通過鍵盤、顯示器、打印機對有關(guān)的內(nèi)存、外設(shè)進行檢查、校核和設(shè)定。

系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，程序執(zhí)行運行監(jiān)控程序，進行系統(tǒng)初始化，靜態(tài)自檢，然后打開中斷，不斷重復(fù)進行動態(tài)自檢，若兩種自檢檢查出故障，則轉(zhuǎn)向有關(guān)程序處理。中斷打開后，每當(dāng)采樣周期一到，定時器發(fā)出采樣脈沖，向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)后，執(zhí)行繼電保護程序。5.1.5.2工廠供電系統(tǒng)自動重合閘與備用電源自動投入裝置1.自動重合閘裝置(ARD)當(dāng)斷路器因繼電保護動作或其他原因跳閘后，能自動重新合閘的裝置，稱為自動重合閘裝置(ARD)。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)（1)供電線路ARD作用電氣運行經(jīng)驗表明，供電系統(tǒng)的故障，特別是架空線路上的故障大多是瞬時性的。在斷路器跳閘后，多數(shù)能很快地自行消除，如果將斷路器重新合閘，線路一般均能恢復(fù)正常運行，在6kV及以上的架空線路或電纜與架空混合線路上裝有斷路器時，一般應(yīng)裝設(shè)自動重合閘裝置。

當(dāng)線路故障時，在繼電保護的作用下將線路跳閘；當(dāng)故障自行消除后，ARD裝置將斷路器重新合閘，迅速恢復(fù)供電，從而大大提高了供電的可靠性和連續(xù)性，避免因停電給工廠生產(chǎn)帶來的巨大損失。(2)ARD與繼電保護裝置的配合如果供電線路上裝設(shè)有帶時限的過電流保護和電流速斷保護，則在該線路末端發(fā)生短路時，應(yīng)該是帶時限的過電流保護動作使斷路器跳閘，然后ARD動作，使斷路器重新合閘。如果短路故障是永久性的，則過電流保護又要動作，使斷路器再次跳閘。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)為了減輕危害，縮短故障時間，因此要求采取措施縮短保護裝置的動作時間。在工廠供電系統(tǒng)中一般采用重合閘后加速保護裝置動作的方案。2.備用電源自動投入裝置(APD)

(1)APD作用工廠供電系統(tǒng)為了提高供電可靠性和連續(xù)性，常采用備用電源自動投入裝置(APD)，當(dāng)工作電源無論什么原因失電時，APD便起動，將備用電源自動投入，迅速恢復(fù)供電。(2)APD分類

APD裝置常見有三種基本方式：1)備用線路自動投入裝置－圖5.27(a)所示常用于具有兩條電源進線，但只有一臺變壓器的變電所。2)分段斷路器自動投入裝置－圖5.27(b)所示兩個線路一變壓器組正常時都在供電，故障時又互為熱備用。3)備用變壓器自動投入裝置圖5.27(c)所示

備用元件平時不投入運行，只有當(dāng)工作元件發(fā)生故障時才將備用元件投入(冷備用)。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)5.1.5工廠供電自動化技術(shù)(a)備用線路APD

(b)分段斷路器APD

(c)備用變壓器APD圖5.27備用電源自動投入的基本方式3.APD裝置的基本要①工作電源不論何種原因(故障或誤操作)消失時，APD應(yīng)動作。②備用電源的電壓必須正常，且只有在工作電源已經(jīng)斷開的條件下，才能投入備用電源。

③APD裝置只允許動作一次。以防止備用電源投入到永久性故障上，而造成斷路器損壞或使事故擴大。④APD裝置的動作時間應(yīng)盡量縮短，以利于電動機的自起動和減少停電對生產(chǎn)的影響。⑤電壓互感器二次回路斷線時，APD不應(yīng)誤動作。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)

4.備用電源自動投入的基本原理圖6.28備用電源自動投入原理說明圖

QFl-工作電源進線WLl上的斷路器

QF2-備用電源進線WL2上的斷路器

KT-時間繼電器K0-合閘接觸器

Y0-QF2的合閘線圈5.1.5工廠供電自動化技術(shù)

假設(shè)電源進線WLl在工作，WL2為備用，其斷路器QF2斷開，但其兩側(cè)隔離開關(guān)是閉合的(圖上未繪出)。

當(dāng)工作電源WLl斷電－失壓保護動作－QFl跳閘－常開觸點（QFl）3-4斷開－原來通電動作的KT斷電－但其延時斷開觸點尚未及斷開－QFl的常閉觸點1-2閉合－合閘接觸器KO通電動作－QF2的合閘線圈YO通電－QF2合閘－投入備用電源WL2，恢復(fù)對變配電所的供電－WL2投入后，KT的延時斷開觸點斷開－切斷KO的回路－QF2的聯(lián)鎖觸點1-2斷開，防止YO長時間通電。

由此可見，雙電源進線又配以APD時，供電可靠性大大提高。但是當(dāng)母線發(fā)生故障時，整個變配電所仍要停電，因此對某些重要負(fù)荷，可由兩段母線同時供電。5.1.5工廠供電自動化技術(shù)任務(wù)5.2防雷一、雷電及其危害

雷電是帶有電荷的雷云之間或雷云對大地(或地上物體)之間產(chǎn)生急劇放電的一種自然現(xiàn)象。

1.雷電種類

雷電：

直擊雷感應(yīng)雷雷電侵入波雷電未直接擊中電力系統(tǒng)中的任何部分而是由雷對設(shè)備、線路或其他物體的靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的過電壓。由于直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高電壓雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變配電所或用戶。

球雷雷電直接擊中電氣設(shè)備、線路或建筑物，強大的雷電流通過其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生的較高電壓降。一般為一團發(fā)紅光或發(fā)白光的帶靜電火球。球雷可從門、窗、煙囪等通道侵入室內(nèi)。

2.雷電危害

雷電的熱效應(yīng)雷電的主要危害雷電的機械效應(yīng)雷電的閃絡(luò)放電二、防雷設(shè)備

一個完整的防雷裝置包括接閃器或避雷器、引下線和接地裝置。避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶均是接閃器，而避雷器是一種專門的防雷設(shè)備；避雷針主要用來保護露天變配電設(shè)備及保護建(構(gòu))筑物；避雷線主要用來保護輸電線路；避雷網(wǎng)和避雷帶主要是用來保護建(構(gòu))筑物；避雷器主要用來保護電力設(shè)備。1.接閃器

接閃器的功能實質(zhì)為引雷作用。它們利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流導(dǎo)入大地，使被保護物免受雷擊。

(1)避雷針

避雷針一般采用鍍鋅圓鋼(針長1m以下時直徑不小于12mm，針長1～2m時直徑不小于16mm)或鍍鋅鋼管(針長1m以下時內(nèi)徑不小于20mm，針長1～2m時內(nèi)徑不小于25mm)制成。它通常安裝在電桿(支柱)或構(gòu)架、建筑物上，它的下端要經(jīng)引下線與接地裝置連接。避雷針的保護范圍，以它能防護直擊雷的空間來表示。其大小與避雷針的高度有關(guān)?？捎谩皾L球法”來確定。所謂“滾球法”就是選擇一個以hr(滾球半徑)為半徑的球體，沿需要防護直擊雷的部位滾動，當(dāng)球體只接觸到避雷針(線)或避雷針(線)與地面，而沒有觸及被保護物(需要保護的部位)，則該部位就在避雷針(線)的保護范圍之內(nèi)。hr按表7.1確定（教材P１８２）單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍如圖所示

單支避雷針的保護范圍可按下列方法確定：

當(dāng)避雷針高度h≤hr時：

①距地面hr處作一平行于地面的平行線；

②以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點；

③以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止的整個錐形空間，就是避雷針的保護范圍。

④避雷針在hx高度的xx′平面上和在地面上的保護半徑，按下列計算式確定：-

rx為避雷針在hx高度的xx′平面上的保護半徑；；hx為被保護物的高度；ro為避雷針在地面上的保護半徑。

當(dāng)避雷針高度h＞hr時：在避雷針上取高度hr的一點代替單支避雷針針尖作為圓心。其余的做法同h≤hr。計算式中的h用hr代入。

例7-1某廠有一座第三類防雷建筑物，高15ｍ，其屋頂最遠(yuǎn)一角距離高50ｍ的煙囪為16ｍ遠(yuǎn)，煙囪上裝有一根2.５ｍ高的避雷針。試檢驗此避雷針能否保護該建筑物。解：查表7.1得hr=60ｍ，而hx=15ｍ，h=50+2.5=52.5ｍ。由式(7-1)得避雷針的保護半徑為--=19.83ｍ＞16ｍ

由此可見，此避雷針能保護該建筑物。兩支避雷針之間的保護范圍

兩支等高避雷針的保護范圍。在避雷針高度h≤hr的情況下，當(dāng)兩支避雷針的距離時，應(yīng)各按單支避雷針保護范圍的方法確定；時，應(yīng)按下圖的方法確定。①AEBC外側(cè)的保護范圍，按照單支避雷針的方法確定。②C、E點位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側(cè)的最小保護寬度按下式計算：在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，其在保護范圍上邊線上的保護高度hx按下式確定：該保護范圍上邊線是以中心線距地面hr的一點O′為圓心，以為半徑所作的圓弧AB。③兩針間AEBC內(nèi)的保護范圍，ACO部分的保護范圍按以下方法確定：在任一保護高度hx和C點所處的垂直平面上，以hr作為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點確定，如見圖7.2的1-1剖面圖。確定BCO、AEO、BEO部分的保護范圍的方法與ACO部分的相同。④確定xx′平面上保護范圍。以單支避雷針的保護半徑rx為半徑，以A、B為圓心作弧線與四邊形AEBC相交；以單支避雷針的

為半徑，以E、C為圓心做弧線與上述弧線相接，如圖7.2中的粗虛線。

兩支不等高避雷針的保護范圍。

在h1、h2小于或等于hr的情況下，當(dāng)D≥時，應(yīng)各按單支避雷針?biāo)?guī)定的方法確定。

(2)避雷線避雷線一般采用截面不小于35ｍｍ2的鍍鋅鋼絞線，架設(shè)在架空電力線路的上方，以保護架空線路或其他物體如建筑物等，使之免遭直接雷擊。當(dāng)避雷線的高度h≥2hr時，無保護范圍。當(dāng)避雷線的高度h＜2hr時，應(yīng)按圖7.3所示方法確定。

當(dāng)hr<h<2hr時，保護范圍最高點的高度h0按下式計算：

避雷線在hx高度的xx′平面上的保護寬度,按下式計算：h為避雷線的高度；hx為被保護物的高度。

圖7.3單根架空避雷線的保護范圍(a)當(dāng)

hr<h<2hr時(b)當(dāng)

h≤2hr時(3)避雷帶和避雷網(wǎng)避雷帶和避雷網(wǎng)主要用來保護建筑物特別是高層建筑物免遭直擊雷和感應(yīng)雷。避雷帶和避雷網(wǎng)宜采用圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑應(yīng)不小于8ｍｍ；扁鋼截面應(yīng)不小于48ｍｍ2，其厚度不小于4ｍｍ。當(dāng)煙囪上采用避雷環(huán)時，其圓鋼直徑應(yīng)不小于12ｍｍ；扁鋼截面應(yīng)不小于100ｍｍ2，其厚度應(yīng)不小于4ｍｍ。避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸要求如表7.1所示。(教材P１８２)2.避雷器避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護設(shè)備的電源側(cè)，如圖所示。

圖7.4避雷器的連接

避雷器的類型有閥型避雷器、管型避雷器、金屬氧化物避雷器、保護間隙等。保護間隙避雷器是一種最簡單的避雷器。由鍍鋅圓鋼制成的主間隙和輔助間隙組成如圖7.5所示。主間隙做成角形，水平安裝，以便滅弧。為了防止主間隙被外來的物體短路，引起誤動作，在主間隙的下方串聯(lián)有輔助間隙。因為保護間隙滅弧能力弱，所以只適用于無重要負(fù)荷的線路上。在裝有保護間隙的線路上，一般要求與自動重合閘裝置配套使用，以提高供電可靠性。圖7.5保護間隙避雷器閥型避雷器由火花間隙和閥片組成，裝在瓷套內(nèi)。圖7.6為用于10kV額定電壓的FS-l0閥型避雷器，高壓沖擊波襲來時，避雷器的火花間隙被擊穿，巨大的雷電流通過電阻閥片只遇到很小的電阻而泄入大地，進入被保護物的只是不大的殘壓，被保護物可免遭危害，而尾隨雷電流而來的工頻電流在電阻閥片上將遇到很高的電阻，有限的工頻電流很快被火花間隙阻斷熄滅，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

圖7.6FS-l0閥型避雷器

金屬氧化物避雷器是20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)的一種新型的避雷器。最常見的一種是無火花間隙只有壓敏電阻片的避雷器。壓敏電阻片是由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導(dǎo)體陶瓷元件，具有理想的閥電阻特性：工頻電壓下，呈現(xiàn)極大的電阻，有效地抑制工頻電流；而在雷電波過電壓下，它又呈現(xiàn)極小的電阻，能很好地泄放雷電流。金屬氧化物避雷器具有保護特性好、通流能力強、殘壓低、體積小、安裝方便等優(yōu)點。目前金屬氧化物避雷器已廣泛地應(yīng)用于高低壓電氣設(shè)備的保護。

3.電離防雷裝置電離防雷裝置是一種新技術(shù)，由頂部的電離裝置、地下的地電流收集裝置及中間的連接線組成。

電離防雷裝置與傳統(tǒng)避雷針的防雷原理完全不同，它是利用雷云的感應(yīng)作用或采取專門的措施，在電離裝置附近形成強電場，使空氣電離。電離防雷裝置的高度不應(yīng)低于被保護物高度，并應(yīng)保持在30m以上。感應(yīng)式電離裝置可以制成不同的形狀，如圓盤形、圓錐形等，但必須有多個放電尖端。其有針端部分的半徑越大，則消雷效果就越好，但該半徑與電離防雷裝置高度的比值不宜超過0.15，地電流收集裝置應(yīng)采用水平延伸式，以利于收集地電流。雷云電量一般不超過數(shù)庫侖，電離防雷裝置工作時，連接線只通過mA級的小電流，所以導(dǎo)線只需滿足機械強度的要求即可。

三、工廠供電系統(tǒng)防雷保護措施1.架空線路的防雷保護電力線路的防雷保護措施，應(yīng)綜合考慮負(fù)荷性質(zhì)、電壓等級、系統(tǒng)運行方式和當(dāng)?shù)乩纂姷亩嗌俸蛷娙?，另外還應(yīng)考慮土壤電阻率高低，經(jīng)過經(jīng)濟、技術(shù)比較，正確確定保護措施。(1)架設(shè)避雷線一般66kV以上線路沿全線路(全長)裝設(shè)避雷線；35kV以下線路僅在變配電所的引入、引出線上裝設(shè)一段避雷線。(2)裝設(shè)自動重合閘利用自動重合閘裝置，將因雷擊造成的瞬時性短路故障(斷路器跳閘)的線路經(jīng)0.5s左右時間自動重合即可恢復(fù)供電，從而提高供電可靠性。(3)提高線路的絕緣水平可采用木橫擔(dān)、瓷橫擔(dān)或高一級電壓的絕緣子，以提高線路的防雷水平。這是10kV及以下架空線防雷的基本措施。(4)個別絕緣薄弱點加裝避雷器或保護間隙

線路上個別絕緣薄弱點，如跨越桿、轉(zhuǎn)角桿、電纜頭、開關(guān)等處，可裝設(shè)排氣式避雷器或保護間隙。

2.變電所防雷保護變配電所的防雷有兩個重要方面，一是防直擊雷，二是防雷電過電壓波侵入。(1)防直擊雷一般采用裝設(shè)避雷針(線)來防直擊雷。如果變配電所位于附近的高大建筑(物)上的避雷針保護范圍內(nèi)，或者變配電所本身是在室內(nèi)的，則不必考慮直擊雷的防護。(2)防雷電波侵入

1)安裝避雷線、避雷器對35kV進線，一般采用在沿進線500～600m的這一段距離安裝避雷線并可靠接地，同時在進線上安裝避雷器，即可滿足要求。對6～10kV進線可以不裝避雷線，只要在線路上裝設(shè)FZ型或FS型閥型避雷器即可，如圖7.7。接在母線上的避雷器主要是保護變壓器不受雷電波危害，在安裝時盡量靠近主變壓器，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地的中性點及金屬外殼一起接地，如圖7.8。

圖7.7高壓配電裝置中避雷器的裝設(shè)

圖7.8電力變壓器的防雷保護及其接地系統(tǒng)

2)安裝防雷變壓器在多雷區(qū)域的變配電所內(nèi)，應(yīng)采用防雷變壓器，其聯(lián)結(jié)組別采用的是Yzn11聯(lián)結(jié)組。如圖7.9a，其結(jié)構(gòu)特點是每一鐵芯柱上的二次繞組都分為兩半個匝數(shù)相等的繞組，而且采用曲折形(Z形)聯(lián)結(jié)。(a)接線圖

圖7.9Yzn11防雷變壓器

當(dāng)雷電波沿變壓器二次側(cè)線路侵入時，由于變壓器二次側(cè)同一鐵芯柱上兩半個繞組的電流方向正好相反，過電壓產(chǎn)生的磁動勢在鐵芯上相互抵消，不會感應(yīng)到變壓器一次側(cè)線路上去。

如果雷電波沿變壓器一次側(cè)線路侵入時，變壓器二次側(cè)同一鐵芯柱上兩半個繞組的感應(yīng)電動勢相互抵消，二次側(cè)也不會出現(xiàn)過電壓。

所以，采用Yzn11聯(lián)結(jié)變壓器有利于防雷。在多雷區(qū)的變配電所，除設(shè)置避雷針(線)、避雷器外還應(yīng)選用防雷變壓器。(b)相量圖

圖7.9Yzn11防雷變壓器3.建筑物的防雷建筑物按其防雷的要求，可分為三類：第一類建筑物凡存放爆炸性物品，或在正常情況下能形成爆炸性混合物，因電火花而爆炸的建筑物，稱為第一類建筑物。這類建筑物應(yīng)裝設(shè)獨立避雷針(或消雷器)防止直擊雷，為防感應(yīng)過電壓和雷電波侵入，對非金屬屋面應(yīng)敷設(shè)避雷網(wǎng)并可靠接地。室內(nèi)的一切金屬設(shè)備和管道，均應(yīng)良好接地并不得有開口環(huán)形，電源進線處也裝設(shè)避雷器并可靠接地。第二類建筑物條件同第一類，但電火花不易引起爆炸或不至于造成巨大破壞和人身傷亡。這類建筑物的防雷措施基本與第一類相同，即要有防直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波侵入的保護措施。第三類防雷建筑物凡不屬于第一、第二類建筑物又需要作防雷保護的建筑。這類建筑物應(yīng)有防直擊雷和雷電波侵入的保護措施。

四、防雷裝置的安全要求

1.防雷裝置的接地要求避雷針宜裝設(shè)獨立的接地裝置。

防雷裝置承受雷擊時，在雷電流通道上呈現(xiàn)很高的沖擊電壓，可能擊穿與鄰近的導(dǎo)體之間的絕緣，發(fā)生劇烈放電，這就叫反擊。反擊可能導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。為了防止反擊事故，必須保證接閃器、引下線、接地裝置與鄰近的設(shè)施之間保持一定的距離。此距離與設(shè)施的防雷等級有關(guān)，但空氣中的安全距離為S0≥5ｍ，地下安全距離為SE≥3ｍ。為降低跨步電壓，保障人身安全，按GB50057-1994規(guī)定，防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口或人行道的距離不應(yīng)小于3m。當(dāng)小于3m時，應(yīng)采?。?)水平接地體局部埋深不應(yīng)小于1m。2)水平接地體局部應(yīng)包絕緣物，可采取50～80mm厚的瀝青層。3)采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設(shè)50～80mm厚的瀝青層，其寬度應(yīng)超過接地體2m。

2.防雷裝置的安全檢查防雷裝置的檢查包括外觀檢查和測量檢查兩個方面。l0kV以下的防雷裝置每三年檢查一次。但每次雷雨后，應(yīng)注意對防雷保護裝置的巡視。避雷器應(yīng)在每年雷雨季節(jié)前檢查一次。

外觀檢查主要包括檢查接閃器、引下線等各部分的連接是否牢固可靠；檢查各部分腐蝕和銹蝕情況，若腐蝕和銹蝕超過30％以上，應(yīng)予更換。對于閥型避雷器，應(yīng)檢查瓷套管有無裂紋、破損、表面是否清潔等。

測量檢查是對避雷器的測試和接地電阻的測量。避雷器的測試包括：絕緣電阻的測量、泄漏電流的測量、工頻交流放電電壓的測試(只對FS型避雷器進行)。

任務(wù)5.3電氣設(shè)備的接地一、接地概述1.接地和接地裝置埋入大地與土壤直接接觸的金屬物體，稱為接地體或接地極。連接接地體及設(shè)備接地部分的導(dǎo)線，稱為接地線。接地線又可分為接地干線和接地支線，接地線與接地體總稱為接地裝置。由若干接地體在大地中互相連接而組成的總體稱為接地網(wǎng)。接地網(wǎng)示意圖如圖5.38。2.接地電流和對地電壓當(dāng)發(fā)生接地故障時，其故障電流經(jīng)接地裝置進入大地是以半球面形狀向大地散開，這一電流稱為接地電流。離接地體越遠(yuǎn)的地方，呈半球形的散流表面積越大，散流電阻也就越小。一般情況下，離接地體20m處，散流電阻趨近于零，該處的電位也趨近于零，我們通常將電位為零的點稱為電氣上的“地”。電氣設(shè)備接地部分與“地”之間的電位差稱為電氣設(shè)備接地部分的對地電壓UE，接地體與“地”之間的電阻稱為接地體的散流電阻。

圖5.38接地網(wǎng)示意圖1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設(shè)備3.接觸電壓和跨步電壓

電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，人站在地面上，手觸及到設(shè)備帶電外殼的某一點，此時手與腳所站的地面上的那一點之間所呈現(xiàn)的電位差稱為接觸電壓Utou。由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。人在接地故障點周圍行走，兩腳之間的電位差，稱之為跨步電壓Ustep，由跨步電壓引起的觸電稱為跨步電壓觸電。上述兩種電壓示意圖，如圖5.39所示。圖5.39接觸電壓與跨步電壓示意圖

4.接地類型按其功能可分為工作接地、保護接地、重復(fù)接地三種方式。

保護接地是將電氣設(shè)備的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架、線路的塔桿等正常情況下不帶電，但可能因絕緣損壞而帶電的所有部分接地。因為這種接地的目的是保護人身安全，故稱為保護接地或安全接地。

工作接地是為了保證電氣設(shè)備在正常的情況下可靠地工作，而進行的接地。各種工作接地都有其各自的功能。如變壓器、發(fā)電機的中性點直接接地，能在運行中維持三相系統(tǒng)中相線對地電壓不變；電源中性點經(jīng)消弧線圈接地能防止系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓等；至于防雷裝置的接地，是為了泄放雷電流，實現(xiàn)防雷的要求。在中性點直接接地TN系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除在中性點進行工作接地外，還必須在PE線或PEN線的一些地方進行多次接地，這就是重復(fù)接地。

圖5.40為幾種常見接地形式示意圖。

圖5.40工作接地、保護接地、重復(fù)接地示意圖二、接地