第五章过电压保护
第五章 过电压保护
第五章过电压保护电力系统运行中，出现危机电气设备绝缘的电压称为过电压。
第一节过电压概述一、过电压及其危害为了考核电气设备的绝缘水平，我国有关技术标准规定了与电力系统额定电压对应的允许提高工作电压。
例如，10KV对应的最高最高工作电压为12KV，66KV对应的最高工作电压为72.5KV。
一般来说，电力系统的运行电压在正常情况下是不会超过最高工作电压的。
电力系统中危及绝缘的电压升高称为过电压。
二、过电压分类一般把电力系统的过电压分成雷电过电压和内部过电压两大类。
雷电过电压与气象条件有关，是外部原因造成的，因此又称之为大气过电压或外部过电压。
内部过电压又可分为工频过电压、谐振过电压和操作过电压。
这三类内部过电压中的工频过电压和谐振过电压又称为暂时过电压。
三、雷电过电压1. 雷云形成：雷电是带电荷的云所引起的放电现象。
2. 雷电放电：根据雷电观测资料，雷云对地放电大多数要重复2～3次。
在经过数次分级先导发展后，雷云的负电荷和地面的正电荷贯通接触，沿先导发展路径开始主放电。
第一次放电电流最大。
主放电时间很短，只有50～100μS。
第一次主放电结束后，经过0.03-0.05S间隔时间后，沿第一次放电通路出现第二次放电。
第二次放电不再分级进行，而是连续的出现主放电。
主放电之后的余辉放电，电流很小，因此发光微弱，但时间较长。
主放电时电流很大，能达到几千安甚至几十、上百千安。
地面上的物体被雷击中时，强大的雷电流快速流过被击物体时，产生很高的冲击电压，冲击电压大小与雷击电流大小和被击物体冲击电阻大小有关。
3. 直接雷击过电压：雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）上产生冲击电压，引起过电压。
这种过电压成为直接雷击过电压。
4. 雷击反击过电压5. 感应雷过电压6. 雷电侵入波：因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动的电荷称为雷电进行波，雷电进行波在其前进道路上的电气设备构成威胁，因此也称雷电侵入波。
电力系统过电压保护培训教材
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▪ 五、两根避雷线保护范围
两避雷线间各横截面的保护范围，由通过两避雷线 顶点1、2及保护范围边缘最低点0的圆弧确定，0点 高度的计算式为
h0=h-D/4P
过电压：电力系统中危及绝缘的电压升高。 危害：造成人员伤亡、线路或设备绝缘击穿损
坏，不仅中断供电，甚至引起火灾等。
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二、过电压分类
直接雷击过电压
雷电反击过电压
雷电过电压 感应雷过电压
雷电侵入波过电压
过电压
工频过电压 线性谐振过电压
谐振过电压 非线性谐振过电压
内部过电压
参数谐振过电压
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三、雷电过电压 1、雷云形成 雷电是带电荷的云
所引起的放电现象
2、雷电放电
放电分三步：先导放电、主放电、余辉放电。
雷电流可达几千安甚至几十、上百千安,电压可达千 万伏至上亿伏.
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3、直接雷击过电压
雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些设
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二、两支等高避雷针保护范围
▪ 两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘 最低点的圆弧来确定，点的高度按下式计算：
▪ h0=h-D/7p
▪ 水平面上保护范围的一侧宽度可按下式计算，
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▪ 三、多支避雷针保护范围
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第四节 过电压保护设备
过电压保护题库
第五章过电压保护题库（64题占6.14％）一、选择题（24题）1、在过电压作用过去后，阀型避雷器中（）。
【★★☆☆☆】A. 无电流流过B. 流过雷电流C. 流过工频续流正确答案:C2、雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电时，线路绝缘子可能被击穿并对导线放电，因此而产生的过电压称为（）。
A. 直接雷击过电压B. 感应雷过电压C. 雷电反击过电压正确答案:C3、最适合用于保护绝缘要求较低的旋转电机的阀型避雷器是（）。
A. FCZ型B. FS型C. FCD型正确答案:C4、在雷云对地放电的过程中，（）阶段持续时间最长。
A. 先导放电B. 主放电C. 余辉放电正确答案:C5、雷电侵入波前行时，来到变压器（）处，会发生行波的全反射而产生过电压。
【★★☆☆☆】A. 线圈尾端中性点B. 线圈首端进线C. 线圈三角形接线引出线正确答案:A6、雷云对地放电过程中，第（）次主放电电流最大。
A. 1B. 2C. 3正确答案:A7、电路中电感、电容上储能相互转换时，可能引起振荡，从而产生（）。
A. 工频过电压B. 操作过电压C. 谐振过电压正确答案:C8、（）是架空线路最基本的防雷措施。
【★★☆☆☆】A．架设避雷线B．装设继电保护C．装设自动装置D．良好接地正确答案:A9、发生（）时，电压互感器铁心严重饱和，常造成电压互感器损坏。
A. 工频过电压B. 操作过电压C. 谐振过电压正确答案:C10、工频过电压的特点是（）。
A. 数值不很大，持续时间短B. 数值不很大，持续时间长C. 数值很大，持续时间短正确答案:B11、在雷云对地放电的过程中，（）阶段放电电流最大。
A. 先导放电B. 主放电C. 余辉放电正确答案:B12、FZ型避雷器残压与FS型避雷器相比，具有（）优点。
A. 残压低B. 体积小C. 结构简单正确答案:A13、开断（）时，如果开关设备的灭弧能力不够强，在开断时触头间有可能发生电弧重燃引起操作过电压。
A. 空载变压器B. 高压空载长线路C. 空载电容器正确答案:B14、（）不可以作为电气设备的内过电压保护。
过电压保护的过电压保护教学学习教案
11.3
感应(gǎnyìng)雷过电压的防护 当供电系统(ɡònɡ diàn xì tǒnɡ)遭到大气过电压时，保护 间隙S1作为一个薄弱环节首先 击穿，并将雷电流释放到地中.
11.3.2 避雷器
1．保护(bǎohù)间隙
保护(bǎohù)间隙又称放 电间隙，是最简单的防雷 保护(bǎohù)装置，它由 主间隙S1、辅助间隙S2 和支持瓷瓶组成。主间隙 保 能 雷按型护 力 器间 很 的结、隙 差 参构环构。数型型造 规 不式和简 程 能单 规 满不角， 定 足同型成 ， 安，。本 在 装低 具 地辅分了短助廉 有 点防为间路止， 自 的隙引棒主维 动 要S起2间的护 重 求误隙作动方合时被用作异便 闸 ，是。物， 的 可为 但 线 以由 路 采于 中 用无 和 保专 管 护门 型 间灭 避 隙孤 雷 。装 器置 或， 阀灭 型弧 避
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11.2 直击雷过电压的防护(fánghù)
11.2.1 建筑物的防雷分类 （1）第一类防雷建筑物 因电火花而引起爆炸，会造成巨大 破坏和人身伤亡者，包括制造、使用或贮存炸药、火药、起爆 药、化工品等大量爆炸物质的建筑物；具有气体爆炸、粉尘爆 炸危险环境的建筑物。 （2）第二类防雷建筑物 包括：①国家级重点文物保护的建 筑物；②具有特别重要用途的建筑物，如国家级的会堂、大型 火车站等；③对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建 筑物，如国家级计算中心( jì suàn zhōnɡ xīn)、国际通信枢 纽等；④具有气体爆炸危险的可能，且电火花不易引起爆炸的 建筑物；⑤工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐；⑥年 预计雷击次数大于0.06次的办公建筑物及其他重要或人员密 集的公共建筑物；⑦年预计雷击次数大于0.3次的住宅、办公 楼等一般性民用建筑物。
过电压保护
二、过电压的分类 直接雷击过电压 雷电反击过电压 雷电过电压 感应雷过电压 雷侵入波过电压 过电压 工频过电压 谐振过电压 内部过电压 操作过电压
线性谐振 非线性谐振 参数谐振 切、合空载长线路
切、合空载变压器
开断感应电动机 开断关联电容器 弧光接地
三、雷电过电压
1、雷电放电 雷电放电是雷云所引起 的放电现象。如果放电时 附近没有带异号电荷的其 他雷云，这时雷云就会对 地放电，特别是对地面上 的高大树木或建筑物放电。
例如：切除空载线路过电压 （断路器灭弧很强，截流过电压）
在电流波形瞬时值未达到零点之前， 就强行将电流截断，如果分断的又是电 感性负载，如高压电动机、变压器等设 备，则有可能发生截流过电压。因为电 流的突然变化，电感性负载设备磁路中 磁通量跟着发生突变，根据电磁感应原 理，将会产生很高的感应电动势，从而 发生过电压。
例如：切除空载线路过电压（断路器灭弧不
够强时）
切空线操作是常见的一种操作，如检修线路断路器触 头分离后，电弧熄灭，但触头间恢复电压上升速度超过了 介质强度的恢复速度，电弧就可能发生重燃，在线路上出 现过电压。如果断路器灭弧能力越差，重燃概率越大，过 电压幅值就越高（3倍以上）且持续时间很长（0.5－1个周 期）。因此220kV及以下系统绝缘水平考虑过电压时，主要 以切空线过电压为依据。
3.阀式避雷器 (1).普通型阀式避雷器
a.结构与元件的作用：
火花间隙：
作用原理：
根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间 缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性 也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串 联，易于切断工频续流，且不易重燃。
具有分路电阻的火花间隙：
为什么要在间隙两端并联电阻：
过电压保护 PPT
第三节
雷电侵入波防护
• 具体措施： • 对于3kV~ 10kV配电装置其进线防雷保护和母 线防雷保护的接线方式： • 35kV~110kV架空线路，如果未沿全线架设避雷 线，则应在变电所1km~2km的进线段架设避雷 线，其保护角不宜超过200，最大不应超过300。 • 35kV~110kV线路如果有电缆进线段，在电缆与 架空线的连接处应装设阀型避雷器，其接地端 应与电缆的金属外皮连接。
第三节
雷电侵入波防护
四、配电变压器防雷保护 • 3kV~10kV配电变压器装设阀式避雷器保 护。 • 35kV/0.4kV配电变压器其高低压侧均应 装设阀式避雷器保护，以防止低压侧雷 电侵入波击穿高压侧绝缘。
第四节
过电压保护设备
一、保护间隙 • 是由两个金属电极构成的较简单的防雷 设备。固定在绝缘子上的电极一端和带 电部分相连，另一个电极则通过辅助间 隙与接地装置相连接，辅助间隙的作用， 主要是防止主间隙因鸟类、树枝等造成 短路时，不致引起线路接地。 • 按结构的不同分为棒型、球型、角型等。
第五章 过电压保护
第一节
过电压概述
• 过电压及其危害 • 电力系统中这种危及绝缘的电压升高称 为过电压。 • 危害：雷击会造成人员伤亡；会造成电 力线路或电气设备绝缘损坏，中断供电， 甚至引起火灾；由于操作不当引起的内 部过电压会引起电气设备绝缘击穿损坏， 造成电力系统的极大破坏。
雷电 过电压
第一节
• 四、内部过电压
过电压概述
第一节
过电压概述
• 工频过电压的特点是持续时间可能较长， 但工频过电压数值并不很大，对电力系 统的正常绝缘危险不大。但是，如果在 发生其他内部过电压的时候，又存在工 频过电压，则过电压更为严重。
第五章过电压保护
❖ 其优点是；结构简单、价廉； ❖ 主要缺点是熄弧能力低，与被保护设备的伏秒特
性不易配合，动作后产生截波，不能保护带绕组 的设备，往往需要与其它保护措施配合使用。
避雷针保护范围(4)
❖h的距离，m； ❖bx为水平面上保护范围的一侧最小宽度，当bx ＞rx时，取bx =rx 。
避雷线
避雷线（也称架空地线）是由悬挂在空中的水 平接地导线、接地引下线和接地体组成，其作用 原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护， 也可以用来保护发电厂和变电所。避雷线的保护 范围的长度与线路等长，而且两端还有其保护的 半个圆锥体空间，特别适宜于保护架空线路及大 型建筑物。
❖ 避雷针的保护范围：指被保护物在此空间范围内 不致遭受雷击。“保护范围”只具有相对的意义 ，不能认为在保护范围内的物体就完全不受雷直 击。
避雷针保护范围(1)
❖避雷针的保护范围计算方法有折线法和滚球法 ，这里主要讲折线法。
单支避雷针
保护范围是一个以避雷针为轴线的曲线圆 锥体，它的侧面边界线实际上是曲线，工程上 以折线代替曲线，在被保护物高度hx水平面上 ，其保护半径rx满足下式:
型号及用途
普通碳化硅阀型避雷器常用的有FZ和FS两种型号 ❖ FZ为站用避雷器，其结构除了平板火花间隙和阀
片电阻外，在火花间隙旁并联有均压电阻。多用 于发电厂和变电所的电气设备防雷保护 ❖ FS为配电用避雷器，火花间隙旁没有并联均压电 阻，因此性能不如FZ型，结构简单，体积较小。 多用在配电线路和配电变压器，开关设备的防雷 保护上
避雷针保护范围(2)
电气安全第五章过电压及低压系统电涌防护教材
第五章：过电压及低压系统电涌防护过电压指系统出现了超过正常电压范围的高电压值。
电力系统正常运行中，无论是过电流，还是过电压都将对系统产生影响和危害，过电流的危害主要是大电流产生的力效应和热效应会损坏系统设备，而过电压的危害主要是使绝缘遭到破坏而导致系统设备损坏！对于供配电系统，若将用电设备考虑进去，过电压危害形式要更多一些，总之，在供配电系统，短路造成的过电流一般仅危及系统安全，而过电压不仅危及系统安全，还危及用电设备、人身、建筑物等的安全，其危害更广，本章将主要研究供配电系统中过电压的产生及防护问题。
第一节过电压与设备耐压：一、过电压：1、过电压的分类（1）按能量来源分：大气过电压和内部过电压。
1）大气过电压（外部过电压）：直击雷过电压：是指雷云直接向杆塔、避雷线或导线放电产生的过电压，比重大，危害大。
感应雷过电压：感应过电压静电分量-----雷云中电荷突然消失，进而使静电场突然消失造成的。
感应过电压的电磁分量-----雷云放电中产生的突变电磁场耦合至导线上产生的感应电动势引起的过电压。
感应雷过电压对35KV以下系统危害大！通常S>65m时，雷击地面的概述转大，此时感应过电压最大值Ugm=25Ihl/s，I－雷电流幅值（KA），hl－导线高度（m），S－雷击点距导线距离（m）。
（极性：与雷电流极性相反！）若导线上方有避雷线，则其屏蔽作用，会使感应过电压幅值降低。
外部过电压能量来自于雷电，能量量值大、但作用时间短，通过各种途径耦合到电网中。
过电压大小与系统标称电压无关，因此对中、低压系统危害特别大。
2）内部过电压：暂时过电压：工频过电压和谐振过电压。
操作过电压：间歇电弧接地，空载分合闸过电压。
内部过电压能量来自于系统本身，是由于系统内部运行状态或参数发生变化引起能量重新分配过程中所产生的一种现象。
*操作过电压：指在电力系统中实施了某种操作产生的过电压。
操作过电压能量来自于操作过程中电网能量的转换和重新分配。
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第五章过电压保护
第一节 过电压概述
一. 过电压及其危害 为了考核电气设备的绝缘，我国规定：10KV
最高工作电压为12KV
引起：雷击或电力系统中的操作、事故。
危害：设备绝缘击穿损坏，供电中断，火灾。
第五章过电压保护
二. 过电压分类
过电压
雷电过电压
内部过电压
工频过电压和谐振过电压 称为暂时过电压
第五章 过电压保护
电力系统运行中,出现危及电气设备
绝缘的电压称为过电压.
第五章过电压保护
1.了解过电压的概念、危害、分类。 2.熟悉内部过电压（工频、操作过、谐振）。 3.熟悉雷电过电压（雷电成因及放电特点、
直击雷、感应雷、雷电反击过电压）。 握避雷器的作用、分类及工作原理，熟
悉避雷针的作用及保护范围。 5.掌握变电所的防雷保护（进线、母线、变
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
第五章过电压保护
开关设备的灭弧能力特别强 引发截流过电 压。开断空载变压器和开断高压电动机都 有可能出现强制灭弧（截流）过电压。
在中性点不接地系统中发生单相不稳定电 弧接地时，可能产生过电压，一般把这种 过电压称为电弧接地过电压。
第五章过电压保护
主要是防止主间隙因鸟类、树枝等造成短路 时，不致引起线路接地。
第五章过电压保护
二.阀型避雷器
1.普通阀型避雷器（适用大气过电压保护）
在雷电流通过以后,工频电流也跟着通过阀 型避雷器的火花间隙和阀片电阻,这个电流 称为工频续流.
普通碳化硅阀型避雷器常用的有FZ和FS型 FZ为站用避雷器:有并联均压电阻、残压低。
金属氧化物避雷器动作迅速、通流量大、残压低、 无续流、结构简单，保护特性好 。
避雷器的持续运行电压实际上略大于系统的最高相 电压
第五章过电压保护
第六章 继电保护与二次回路
一次系统发生故障或出现异常时，依靠继电 保护和自动装置将故障迅速切除
第五章过电压保护
1.掌握继电保护基本要求。 2.掌握变压器（线路、高压电动机、电力电
第五章过电压保护
二、继电保护基本要求
短路故障：电网电压下降，电气设备过热烧 坏，甚至着火，严重时电力系统运行被破 坏，发电机被迫解列，甚至可能引起电网 瓦解。
保护方式：电流过负荷、过电流、电流速 断、电流方向、低电压、过电压、电流闭 锁电压速断、差动、距离、高频等保护， 此外还有反映非电气量的瓦斯保护等。
第五章过电压保护
三.雷电过电压
1． 形成： 雷电是带电荷的云所引起的放电现象。（一般情 况负电荷的雷云较多）
2. 雷云对地放电大多数要重复2-3次 第一次主放电电流最大，时间很短，只有 50-100μS 余 辉放电电流很小，时间较长。
3. 直接雷击过电压 雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些 设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）上 产生冲击电压，引起过电压。这种过电压称为直接雷击 过电压。
FS为配电避雷器：结构简单、体积较小。
第五章过电压保护
2．磁吹阀型避雷器 磁吹阀型避雷器常用的有FCD和FCZ型 FCD：保护旋转电机 FCZ：发电厂和变电所作保护之用
第五章过电压保护
3. 金属氧化物避雷器 （大气、内部）
特点：非线性伏安特性，过电压时呈低电阻
正常工频电压下呈高电阻,流过不超过1mA(一般为 几十微安)的对地泄漏电流.
容器）保护的配置及作用、保护原理。 3.掌握自动重合闸的作用、装置及要求。 4.掌握备用电源自动投入装置的作用、及基
本要求。 5.掌握变电站的操作电源（直流、交流）。
第五章过电压保护
第一节 继电保护任务及基本要求
一、继电保护任务 当电气设备发生短路故障时，能自动迅速 地将故障设备从电力系统切除，将事故尽 可能限制在最小范围内 。
二.变电所母线保护 3kV~10kV变电所应在每组母线和架空进线 上都装设阀型避雷器.
第五章过电压保护
配电变压器防雷保护 3kV~10kV配电变压器应装设阀式避雷器保护 接地线与变压器低压侧中性点以及金属外壳
连在一起.
第五章过电压保护
第四节 过电压保护设备
一.保护间隙
保护间隙是由两个金属电极构成的较简单的 防雷设备。
第五章过电压保护
4. 雷电反击过电压
雷云对电力架空线路的杆塔顶部放电，线路绝缘子有可能 产生击穿，对导线放电，这种情况称为雷电反击过电压。
5.感应雷过电压
感应雷过电压是指在电气设备（例如架空电力线路）的附 近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导 线上会感应出大量的和雷云极性相反的束膊电荷，形成雷 电过电压。
6．雷电侵入波
因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动 的电荷称它为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上的 电气设备构成威胁，因此第五也章过称电压为保护雷电侵入波。
四. 内部过电压
1．工频过电压 电力系统中的工频过电压一般由线路空载、 单相接地或三相系统中发生不对称故障时 引起。 高压长线路空载运行时，末端电压高 .
三.多支避雷针的保护范围 各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度
bｘ≥０则全部面积受到保护。
第五章过电压保护
第三节雷电侵入波防护
防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所 设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少 近区雷击闪络，避免出现过分强烈的感应 雷多电压。
第五章过电压保护
一.变电所进线段保护 35kV ~110kV 三芯电缆,其末端(靠近母线 侧)的金属外皮应直接接地;对单芯电缆,其末 端应经保护器或保护间隙接地.
第二节 直接雷击过电压保护
为防止直接雷击电力设备，一般采用避雷 针或避雷线。 一.单支避雷针的保护范围 例：某避雷针高20m，则该避雷针在8m的高 度的保护半径为（ ）
A:12 m B:14m C:16m 半径=1.5×20 m－ 2×8m
第五章过电压保护
二.两支避雷针的保护范围 两针间距离D与针高h之间比D/h不宜大于5。
特点: 持续时间可能较长 .
第五章过电压保护
2．谐振过电压 当谐振过电压发生在铁磁电感与电容组成 的电路中时，称为铁磁谐振电路，有可能 出现过电压事故。
特点:过电压持续时间较长，频率低 . 会引起电压互感器损坏和阀型避雷器爆炸。 防止措施 :电压互感器组采用V/V接线
第五章过电压保护
3．操作过电压 操作过电压是指电力系统中由于操作或事 故，使设备运行状态发生改变,引起振荡， 从而产生过电压。