1、第七章 电力系统过电压及接地,7.1概述7.2雷电过电压及防雷保护7.3输电线路的防雷7.4发电厂、变电站的防雷7.5电力系统的工频电压升高7.6电力系统的操作过电压7.7谐振过电压7.8电力系统接地,7.1 概述,电力系统过电压分类：1、雷电过电压或大气过电压（雷击在电力设备或其附近产生的）2、内部过电压（电力系统中由于断路器操作、故障或其他原因使系统参数发生变化，引起电网内部电磁能量的转化或传递所产生的电压升高）,直击雷过电压（防雷重点）感应雷过电压（300-400kV，小于110kV设备耐压）,操作过电压工频过电压谐振过电压,接地：把设备与电位参考点的大地作电气上的连接，使其对地保持一个
2、低的电位。按接地的目的分：工作接地保护接地防雷接地,7.2 雷电过电压及防雷保护,雷云：,带电的云,(是产生雷电放电的先决条件),一、雷电放电的三个阶段,先导放电:,E 30kv/cm,主放电:,（约50 100s ）,电流极大,（ 数十上百千安）,特点：,存在时间极短,余辉放电:,特点：,电流不大,（数百安）,持续时间较长,（ 0.03 0.15s）,雷电流的波形和陡度,h: 波头时间（波前时间）,: 波长（半峰值时间）,15s 平均2.6s,20100 s 多为40s,陡度 a= I/wh= I/2.6 kA /s,防雷设计中取,wh /w2.6/40 s,1. 雷直击于架空输电线的直击雷
3、过电压,A,雷电过电压的形成,2.雷直击于线路杆塔时的直击雷过电压,3 .架空线路上的感应雷过电压,束缚电荷变为自由电荷向两边传播感应过电压的静电分量,雷电流的强脉冲磁场感应过电压的电磁分量,1.避雷针的结构,7.2.2 避雷针,接闪器：直径为10-12mm圆钢管做成，防锈。引下线：直径不小于6mm或截面不小于25mm2的镀锌钢绞线或扁钢防腐蚀处理。接地体：金属导体埋地。,避雷针的作用:引雷 、泄雷 主要用于直击雷的防护,避雷针的保护范围:,被保护物不遭雷击的某个空间范围,1.单支避雷针,在被保护物高度hx的水平面上的保护半径rx,当hxh/2时 rx(h-hx)p,当hx0时 rx1.5hp
4、,当hx，即1/cL，回路为电容性工作状态，曲线在0/01/c，UCUL，电路呈现感性。随着电流的增大，铁芯饱和，感抗减小，当L=1/c时，形成串联谐振。,电容和电感上的相位相反则有： E=U=|UL-UC|。a1、a3为稳定点，a2为不稳定点。,反倾点、谐振点,基波铁磁谐振的特点：,对串联谐振电路，产生基波铁磁谐振的必要条件是,对铁磁谐振电路，在同一电源电动势作用下，回路可能有不只一个稳定的工作状态，在外界激发下，回路可能从非谐振工作状态跃变到谐振工作状态，电路从感性变为容性，发生反倾现象，同时产生过电压和过电流。,铁磁元件的非线性是产生铁磁谐振的根本原因，但饱和特性本身限制了过电压的幅值。
5、另外，电阻也会限制谐振的程度。电力系统中的铁磁谐振过电压往往发生在变压器空载或轻载的情况下。,单频谐波谐振时的相电压有效值：,限制和消除铁磁谐振过电压的措施：,改善电磁式电压互感器的激磁特性，或改用电容式电压互感器；,在零序回路中加阻尼电阻，方法是在电压互感器开口三角绕组中接入电阻，或在电压互感器一次绕组的中性点对地接入电阻；,在某些情况下，可在10kV以下网络中装设一组三相对地电容器，或利用电缆代替架空线路，以增大对地电容，从参数搭配上避免谐振；,还可采取投入消弧线圈、中性点临时接地、临时投入预先工作的设备等。,7.8 电力系统接地,按作用可分为保护接地、防雷接地、工作接地。,保护接地：将电
6、气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地连接。,防雷接地：专门传导雷电流的工作接地。,工作接地：将电力系统的某一点与大地连接。,7.8.1 接地装置及对接地电阻的要求,1.接地装置,由接地体和接地线组成。,接地体：埋在地中与大地接触的金属导体或金属导体组。,接地线：电气设备的接地部分与接地体连接用的金属导线。,工程实用的接地装置主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成。,根据接地装置的敷设地点不同，可分为输电线路接地和发电厂、变电站接地。,2.对接地电阻的要求,接地电阻：当电气设备绝缘损坏发生接地时，接地电流通过接地体以半球形散流于周围的土壤中，由于土壤有一定的电阻率，所形成的散流电阻。,半球形的表面
7、积距离接地体愈远而愈大，与此相应的散流电阻也愈远愈小。接地处电阻最大，电位最高；离接地点愈远，电位愈低。在距离接地体15-20m以外，可认为电位等于零，称为“地”。,接地电阻：,接地电阻的数值：与接地体的形状、尺寸、布置方式、土壤的电阻率有关。,根据接地目的的不同，工作接地、防雷接地、保护接地所要求的接地电阻也不同。,工作接地：保证系统工作电流或接地故障电流经过接地装置时，对地电位不超过规定值，一般为0.55。保护接地：保证故障电流能使相应的保护装置动作或是设备外壳点位在安全值以下，一般为1-10。防雷接地：主要由过电压保护的需要决定，一般为4-30。,1.对发电厂和变电站而言，中性点接地时，
8、f（1）短路电流很大，可迅速切除故障，但在切除瞬间，接地电压可达很高数值。通常要求接地网电压不超过2000V，则有RE2000/IE ;,2.对中性点间接接地或不接地时，f（1）短路电流不大，可动作于信号，不切除故障，接地电压持续时间较长。防止工作人员触碰设备,通常要求接地网电压不超过250V，则有RE250/IE ;当接地装置为高低压设备共用时，应满足RE120/IE 。,7.8.2 保护接地,1.保护接地的作用：降低触电时流过人体的电流值，保护人身安全。,流过人体的电流为,2.接触电压和跨步电压,接触电压：当发生接地故障时，由于电流场内各点的电位分布不同，当人用手接触故障设备时，手处于最高
9、电位UE，脚站立处的电位为U，加于手脚之间的电压,跨步电压：当人在故障设备附近行走时，两脚之间形成的电位差,人所能承受的接触电压和跨步电压的允许值与通过人体的电流值、持续时间、地面土壤电阻率及电流流经人体的途径等因素有关。,在中性点直接接地短路电流系统中，接触电压和跨步电压的容许值为,在中性点不直接接地短路电流系统中，接触电压和跨步电压的容许值为,7.8.3 防雷接地,1.防雷接地的特点,作用：将雷电流导泄入地。,特点：由雷电流的特点决定。雷电流的特点是幅值大、等值频率高,火花效应：同一接地装置在流过幅值很高的冲击电流时的冲击接地电阻，小于流过工频电流时的工频接地电阻的现象。,同一接地装置在冲
10、击电流和工频电流下，将有不同的阻抗，通常用接地系数表示两者的差异：,2.单个接地体和复式接地装置的冲击电阻值,7.8.4 电力系统中性点接地,中性点的接地方式：不接地（中性点绝缘）；直接接地（有效接地）；不直接接地，而经过电阻或电感接地或经消弧线圈接地（非有效接地）,1.中性点不接地电力网,发生单相接地故障时，非故障相电压升高，要相应提高电气设备的绝缘水平。,目前在我国中性点不接地电网的使用范围如下：,（1）电压小于500V的装置；,（2）3-10kV电力网，当单相接地电流小于30A时；,（3）35-60kV电力网，单相接地电流小于10A时。,2.中性点经消弧线圈接地的电力网,作用：当电网发生
11、单相接地故障时，消弧线圈产生一个与接地电流的大小接近相等但方向相反的电感电流，使接地处的电流减小，从而消除接地处的电弧。当电流过零电弧熄灭后，消弧线圈的存在可以减小故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能性。,完全补偿,根据消弧线圈电感电流对接地电容电流的补偿程度，可有三种补偿方式：完全补偿、欠补偿和过补偿。,完全补偿：如果架空线路三相的对地电容不完全相等，或断路器操作时三相触头不能同时闭合等，中性点对地之间会出现一定的电压，会在串联谐振的电路中产生很大的电流，使消弧线圈的阻抗上形成很大的压降，从而使中性点对地电位升高，可能使设备的绝缘损坏。为此，一般系统不采用完全补偿的方式。,欠补偿：
12、,运行方式改变而切除部分线路时接地电容电流减小，欠补偿电流随之减小，变为完全补偿；当欠补偿电流小于接地保护的启动电流时，也不能使接地保护可靠地动作。,过补偿：,在选择消弧线圈时，可按下式进行计算：,消弧线圈的电感可调，一般消弧线圈的最大补偿电流和最小补偿电流之比为2：1或2.5：1，通常在这个范围内装有5-9个分接头以供调节使用。,3-10kV电网中，当接地电容电流大于30A和35kV电网，接地电容电流大于10A时，通常需装设消弧线圈。,3.中性点直接接地的电力网（大接地电流系统）,中性点直接接地：防止单相接地故障时产生间歇电弧,当发生单相接地故障时，中性点电位仍为零，非故障相电压接近于相电压，线路上流过较大的故障电流。通常为了弥补中途断电的影响，要与自动重合闸装置配合使用。在单相故障发生时，会在导线周围形成单相磁场，影响通信线路和信号装置的正常工作。通常只将网络中的个别设备中性点接地。1.220kv及以上系统，首选采用中性点直接接地方式运行；2.110kv系统大部分采用中性点直接接地方式运行；3.380/220v系统采用中性点直接接地方式运行，防止故障时，出现250v的危险。,
