过电压保护讲解
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《过电压保护》PPT课件
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
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8
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。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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20
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 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）。
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21
第一节 继电保护任务及基本要求
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
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4
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
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9
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。
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10
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（ ）
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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。
例: 切、合高压空载长线路 （空载变压器、 电容器、高压电动机）
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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 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）。
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第一节 继电保护任务及基本要求
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
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4
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
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9
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。
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10
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（ ）
过电压保护第一节
•内部过电压
工频过电压 原因：线路空载、单相接地或系统发生不对 称故障等。如中性点不接地系统的单 相接地故障，非故障相电压升高 倍，为线电压。 特点：持续时间可能较长，数值不大，对系 统的正常绝缘威胁不大。 意义：直接或间接决定了系统的绝缘水平。
谐振过电压 原因：正常操作或系统故障时，系统中的电 路参数（R、L、C）组合发生变化， 构成谐振回路，从而出现谐振过电压。 如：由R、L、C组成的串联谐振回路。
•雷电过电压（外部过电压）
雷云的形成 带电的云称为雷云。雷电过电压主要是 雷云放电形成的。
+ 许多水滴在 空中形成积 云 + + + + ++ + + + + 雷云的形成过程 + + -
上升气流
雷电放电
- - + + + + + + + + + + + +++ + + + + + 导电通道 -
建筑物
过电压保护
第一节 过电压概述
•过电压的概念及其危害
正常运行 额定电压 工作电压范围 最大工作电压 10kV对应的允许最高工作电压为12kV， 66kV对应的允许最高工作电压为72.5kV。
概念： 电力系统运行中，由于雷击或电力系统 中的操作、事故等原因，使某些电气设备和 线路上承受的电压大大超过正常运行电压， 危及设备和线路的绝缘。电力系统中，这种 危及绝缘的电压升高，称为过电压。 危害： 引起设备绝缘击穿损伤，造成事故，甚 至造成人员伤亡。
高电位
击穿
感应雷过电压
过电压保护名词解释
过电压保护名词解释
过电压保护是一种用于保护电子设备免受过高电压的损坏的技术。
当电子设备接收到超过其额定电压的电压时，该设备可能会受到永久性损坏或临时性故障。
过电压保护技术可以防止这些问题的发生。
过电压保护技术有多种形式。
其中一种形式是使用过压保护器。
过压保护器是一种电子元器件，它可以在电压超出其限制时自动切断电路。
这样可以保护设备免受过电压的损害。
另一种形式是使用电压稳压器。
电压稳压器是一种电子元器件，它可以将电压稳定在设定值以下。
这种技术特别适用于需要稳定电压的设备，如计算机和其他精密设备。
还有一种形式是使用瞬变电压抑制器。
瞬变电压抑制器可以在电压瞬间变化时快速响应，并限制电压上升的幅度。
这种技术适用于瞬间电压尖峰较高的设备，如发电机或变压器。
总之，过电压保护技术可以保护设备免受过高电压的损害。
这种技术在电子设备中广泛使用，以确保设备的正常运行和延长设备的寿命。
- 1 -。
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。
第七章 过电压保护
7.2 防雷保护装置
五、避雷器与被保护物绝缘 的伏秒特性配合 电气设备的冲击绝缘强度是 用伏秒特性表示。所谓伏秒 特性，即绝缘材料在不同幅 值的冲击电压作用下，其冲 击放电电压与对应的起始放 电时间的关系。
冲击放电电压U，kV
1
2
避雷器要能可靠的保护该设备， 其伏秒特性必须低于被保护物 的伏秒特性，并且要留有一定 的间距，这样才能保证在同一 冲击电压作用下，避雷器总是 首先击穿对地放电。
9.4 供配电系统的防雷保护
M
QF
电缆进线段100～150m
F1
C
F2
图9.4.3
采用F2与电容器C并联来降低母线上侵入波的 波幅值和波陡度，保护中性点的绝缘。 具有电缆进线段的电动机的防雷保护
7.3 供配电系统的防雷保护
三、架空线路的防雷措施 （1）架设避雷线 （2）提高线路本身的绝缘水平 （3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 （4）加强绝缘弱点的保护 （5）装设自动重合闸装置
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7.3 供配电系统的防雷保护
4.配电变压器的防雷保护
在供配电系统中，常常 在变压器的高压侧装设 阀型避雷器作为变压器 的防雷保护。对于Y/Yn0 接线的变压器，一般把 外壳、中性点与避雷器 共同接地。
3～10kV
380/220V
图9.4.1
配电变压器的防雷接线
同时，由于电缆和架空线的 当侵入波使管型避雷器F1击穿后，电 波阻抗不同（架空线约 缆首端的金属外皮和芯线间被电弧短 400～500Ω，电缆约10～ 路，由于雷电流频率很高和强烈的趋 50Ω），雷电波在架空线与 肤效应使雷电流沿电缆金属外皮流动， 4．高压电动机的防雷保护 电缆的连接点上会发生折射 而流过电线芯线的雷电流很小。 在运行中电动机绕组的安全冲击耐压值常低于磁吹阀型避雷 与反射。雷电波侵入电缆以 器的残压，因此单靠避雷器构成的高压电动机保护不够完善， 后，电压波幅值已经大大降 低。 必须与电容器和电缆线段等联合组成保护。
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想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低
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：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
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：
1.保护间隙
作用原理： 当雷电侵入波要危及它所
保护的电气设备的绝缘时， 间隙首先击穿，工作母线 接地，避免了被保护设备 上的电压升高，从而保 护了设备。
6KV和10KV保护间隙，主间隙分别不小于15mm和25mm 辅助间隙不小于10mm。
优缺点：
优点： 结构简单、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理
优缺点
熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特 性较陡且放电分散性大，且会形成截波， 并受大气条件影响较大，所只用在线路 保护和变电所进线段保护
5.金属氧化物（氧化锌）避雷器
(1)、工作原理
正常运行时，在工频电压下氧化物 电阻片具有极高阻值，呈绝缘状态；当 出现过电压时，阀片呈低阻状态，泄放 电流，避雷器两端维持较低的残压，保 护电气设备不受损坏。过电压过后，立 即恢复高电阻值，继续保持绝缘。金属 氧化物避雷器不需要设置火花间隙，也 不需要进行灭弧。
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
hx
h 2
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
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避雷针
富兰克林于1750年发明避雷针。 避雷针的发明不仅是使人类生活上免除了自然 灾害，而且在哲学上和科学上也是一件大事
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单根避雷针的保护范围
hx水平面的保护半径rx按下式计算： 当hx≥h/2时,rx=(h-hx)p 当hx<h/2时, rx=(1.5h-2hx)p 式中： hx— 被保护物的高度； ha—避雷针的有效高度； p—高度影响系数（h≤30m,p=1;
21
雷击输电线路的后果
发生短路接地故障 雷电波侵入变电所，破坏设备绝缘，造 成停电事故
22
输电线路的雷击事故
在我国跳闸率比较高的地区的高压线路由雷击引起
的次数约占40～70％，尤其是在多雷、土壤电阻率 高、地形复杂的地区，雷击事故率更高
在日本50％以上电力系统事故是由于雷击输电线路
引起的，雷击经常引起双回同时停电，20－30％的 输电线路故障发生在双回输电线路
30<h≤120m,p=
5.5 h
)
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两支等高避雷针
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两支等高避雷针
两针外侧的保护范围应该按单支避雷针的计算方法确定 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的最低 点O的圆弧确定，圆弧的半径为R0，O点离地高度为h0 计算方法：h0=h-D/7p 式中：h0—两针间保护范围上部边缘最低点的高度；
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限制谐振过电压的主要措施
(1) 提高开关动作的同期性 由于许多谐振过电压是在 非全相运行条件下引起的,因此提高开关动作的同期性, 防止非全相运行,可以有效防止谐振过电压的发生。 (2) 在并联高压电抗器中性点加装小电抗，用这个措施 可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振。 (3) 破坏发电机产生自励磁的条件,防止参数谐振过电压。 系统发生谐振时，在谐振电压和工频电压的作用下， PT铁芯磁密迅速饱和，激磁电流迅速增大，会使PT绕 组严重过热而损坏(同一系统中所有PT均受到威胁)， 甚至引起母线故障造成大面积停电。因此对发生谐振 时，如何快速消除谐振是保证设备安全运行的关键。
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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。
bx 1.5(h0 hx )
(3).两支不等高避雷针
f D' 7P
(4).多支等高避雷针
(5).避雷线
第三节 雷电侵入波防护
为了防止感应雷过电压和雷电侵入波对变电所绝 缘造成击穿损坏，合理配置避雷器，使雷电侵入 波通过阀型避雷器对地放电，将能量卸掉。
对雷电侵入波的过电压保护主要措施有: 1、变电所进线段保护 2、变电所母线装设阀型避雷器 3、主变压器中性点装设阀型避雷器 4、与架空线路直接连接的电力电缆终端处装设阀 型避雷器。
阻尼或大功率电源的存在，不会发生严重的振荡。
但操作或事故引起的空载或轻载时可能产生幅值较
高、持续时间较长的谐振过电压
根据电感的特性把谐振分为：
线性谐振、非线性（铁磁）谐振、参数谐振
2、谐振过电压
定义： 如果在串联电路中包括有电感、电容，
当电感电抗和电容电抗数值都很大时而 且彼此绝对值相等或接近时，将会出现 很大的电流，而该电流会在电感电容上 产生很高的电压降。这就是串联谐振过 电压。
如：Z=R+j（XL-XC) 当XL=XC，则有i=u/ R+j（XL-XC) 为最大。
C
E
L
C L
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
串联谐振电路
串联铁磁谐振电路
3、操作过电压
定义： 是指电力系统中郁郁操作或事故，使
设备运行状态发生改变（例如停、送电 时分、合闸操作），而引起相关设备电 容、电感上的电场、磁场能量相互转换， 能量转换可能引起振荡，从而产生过电 压。
h 2
rx (h hx )P rx (1.5h 2hx )P
h:避雷针高度,m hx 被保护物高度,m
P:高度影响系数
h 30m, P 1 30m h 120m, P 5.5
h
(2).两支等高避雷针
a.定出保护范围上部边缘最低点o
h0
h
D 7P
b.二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度
第五章 过电压保护
第一节 过电压概述
一、过电压及危害
过电压：电力系统运行中，出现危及电气设备绝缘的 电压称之为过电压。
电气设备在正常运行时受相应的额定电压，但由于各 种因数实际电压会偏离该值，但有一定的范围。如： 10KV的最高电压为12KV，66KV的最高电压为72.5KV。 由于雷击或者电力系统中的操作、事故等原因，是漏泄 电气设备和线路上承受的电压大大超过正常运行电压， 危及设备和线路的绝缘。
3、直接雷击过电压
定义： 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 称为直接雷过电压。
4、雷电反击过电压
定义： 雷云对电力架空线路的杆塔部放电，或者
雷云对电力架空线路杆塔顶部的避雷线放电， 这时雷电流经杆塔入地。雷电流流经杆塔入 地时，在入地阻抗上存在电压降。因此在顶 部出现高电位，这个高电位作用于电路的导 线绝缘子上，如果电压足够高，有可能击穿， 对导线放电，这种现象称为雷电反击过电压。
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。
.
.
.
U A 0,U N U A
.
.
.
.
U 3 U CA ,U 2 U BA
I 2 I3 3c Uxg I jd 3c Uxg 2 3Uxg c cos 300
二、过电压的分类 雷电过电压
过电压 内部过电压
直接雷击过电压 雷电反击过电压
感应雷过电压
雷侵入波过电压
工频过电压 谐振过电压
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。
工频过电压特点：
持续的时间可能较长，但工频过电压数 值并不是很大，对电力系统的正常绝缘危 险不大。
2、谐振过电压
电力系统包含有许多电感和电容元件
L：发电机、变压器、互感器、电抗器、消弧线圈
等
C：
线路对地电容、导线间电容、补偿用的并、串联电
容、高压设备的杂散电容、均压电容等 ，存在有
一系列的复杂的振荡电路，正常运行时由于负载的
第二节 直接雷击过电压
一.避雷针和避雷线
1.保护作用的原理
能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿 着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通 过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避 雷针（线）周围的设备受到雷击
独立避雷针
构架避雷针
消雷器
2.保护范围
(1).单支避雷针
h hx 2
hx
5、感应雷过电压
定义： 是指在电气设备
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 大量的和雷云极性 相反的束缚电荷， 形成雷电过电压。
6、雷电侵入波
定义： 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 行波对其前进道路上的电气设备构成威胁， 因此也称为雷电侵入波。 危害：如有处于分闸状态的线路开关，或者来 到变压器线圈尾端中性点处，则会产生进行 波的全反射。这个反射波与侵入波叠加，过 电压增加一倍，极易造成击穿事故。