技能培训专题-高电压技术-雷电及防雷保护措施

避雷器一.避雷器基本知识1.避雷器：避雷器是一种过电压限制器，它实质上是过电压能量的吸收器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。2.分类：有间隙避雷器，无间隙避雷器3.工频续流：避雷器放电时，强大的冲击电流泄人大地，大电流过后，工频电流将沿原冲击电流的通道继续流过，此电流称为工频续流。避雷器应能迅速切断续流，才能保证电力系统的安全运行。避雷器4.有间隙避雷器的基本要求（1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保证；（2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的工频续流，使系统恢复正常。（3）过电压下其残压应小于被保护设备冲击绝缘强度。•以上所述要求对有间隙的避雷器都是适宜的，这类避雷器主要有：保护间隙、管式避雷器、带间隙阀式避雷器。避雷器5.无间隙避雷器的基本要求•由于无间隙，它长期承受系统工频工作电压和间或承受各种过电压的作用，要求：（1）工频下流过很小的泄漏电流；（2）过电压下其残压应小于被保护设备冲击绝缘强度；（3）它必须具有长时间工频稳定性和过电压下的热稳定性，它没有灭弧问题，相应地却产生了它的独特的热稳定性问题。二.保护间隙和管式避雷器1.保护间隙•接线二.保护间隙和管式避雷器1.保护间隙•结构：（如图）•原理：雷电波侵入时，间隙击穿，工作母线接地，避免被保护设备上的电压升高。（如附图）•角形电极的作用：两电极间的电场为极不均匀电场，雷电压下易于燃弧；使工频电弧在自身电动力和热气流作用下上升被拉长而自行熄灭。二.保护间隙和管式避雷器•保护间隙的优点：结构简单，价廉。•保护间隙的缺点（1）可靠性差：间隙的熄弧能力差，往往不能熄灭工频续流电弧，造成跳闸。（2）保护配合困难：间隙为极不均匀电场，伏秒特性陡，而设备的伏秒特性较平，因而不易配合。（3）会产生截流现象，对设备的纵绝缘不利。•保护间隙的应用：不重要或单相接地不会造成严重后果的场合；往往和自动重合闸配合使用。ut间隙二.保护间隙和管式避雷器被保护设备的伏秒特性二.保护间隙和管式避雷器2.管式避雷器•结构：（如图）•原理：冲击电流过后再加上工频续流电弧的高温，使产气管产生大量的气体，可达数十甚至上百个大气压；高压气体急速喷出产气管，形成纵向吹弧作用，使工频续流在1～3周波内熄灭。•外间隙的作用：正常运行时隔离。二.保护间隙和管式避雷器•熄弧能力与工频续流的关系：续流太大，则产气过多，气压过高，可能引起管子炸裂而损坏；续流太小，则产气量不足，吹弧作用不明显，电弧不能熄灭；因此，管型避雷器所能熄灭的工频续流有上下限。型号计为：minmaxIIUGXWN应保证安装点的单相接地电流在此上下限范围内。二.保护间隙和管式避雷器•优点：熄弧能力较强（与保护间隙相比）。•缺点：（1）保护配合困难：间隙为极不均匀电场，伏秒特性陡，而设备的伏秒特性较平，因而不易配合。（2）会产生截流现象，对设备的纵绝缘不利。•应用：输电线路个别地段的保护，如：大跨距、交叉档距、变电所的进线段保护。三.阀式避雷器1.带间隙阀式避雷器（1）结构•火花间隙F•工作电阻（阀片电阻）R三.阀式避雷器（2）主要特性参数•额定电压：指正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也就是使用该避雷器的电网额定电压。•冲击放电电压[Ub(i)]：对额定电压为220kV及以下的避雷器，指的是在标准雷电波下的放电电压(幅值)的上限。对于330W及以上超高压系统用的避雷器，除了雷电冲击放电电压外，还包括在标准操作冲击波下的放电电压(幅值)的上限。•工频放电电压：普通避雷器是靠间隙与阀片的配合使电弧不能维持而自熄的，所以这种避雷器的灭弧能力和通流容量是有限的，一般不容许它们在持续时间较长的内过电压下动作，以免损坏。因此，它们的工频放电电压除了应有上限值外，还必须规定一个下限值，以保证它们不至于在内过电压作用下误动作。三.阀式避雷器（2）主要特性参数•灭弧电压：指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压。灭弧电压应大于避雷器安装点可能出现的最大工频电压。•冲击系数：它等于避雷器冲击放电电压与工频放电电压幅值之比，一般希望它接近于1，这样间隙的伏秒特性就比较平坦，易于绝缘配合。•切断比：它等于避雷器工频放电电压的下限与灭弧电压之比。如前所述，灭弧电压是避雷器最重要的设计依据，而切断比是表征间隙灭弧能力的一个技术指标，切断比愈接近于1，说明该间隙的灭弧性能愈好。三.阀式避雷器（2）主要特性参数•残压(UR)：指波形为8／20μs的一定幅值的冲击电流通过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值称为避雷器的残压。我国标准规定：220kV及以下避雷器冲击电流幅值为5kA，330kV及以上避雷器相应幅值为10kA。•通流容量：包括冲击通流容量和工频通流容量。冲击通流容量是用具有一定波形和幅值的所允许通过的次数表示的；而工频通流容量以一定幅值的半波电流所允许通过的次数来表示，因为在工频半波内，避雷器必须吸收半波能量完成工频灭弧。三.阀式避雷器（2）主要特性参数•保护水平[Up(l)]：它表示避雷器上可能出现的最大冲击电压的峰值。•保护比：它等于避雷器的残压与灭弧电压之比。保护比越小，表明残压越低或灭弧电压越高，意指绝缘上受到的过电压较小，而工频续流又能很快被切断，因而避雷器的保护性能越好。三.阀式避雷器（3）动作过程•在系统正常工作无过电压时，间隙将阀片与工作导线隔开，以免由于工作电压在阀片中产生的电流使阀片长期受热烧坏。为此，采用电场比较均匀的间隙，伏秒特性较为平坦；能与被保护设备很好地配合。•当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿冲击电流通过阀片流人大地。由于阀片的非线性特性，其电阻在流经冲击电流时变得很小，故在阀片上产生的压降(即残压)得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压。同时，由于残压的存在，间隙被击穿后，不致形成波。三.阀式避雷器•当过电压消失后，间隙中的电弧并不随之熄灭，由工频电压产生的电弧电流(工频续流)仍将继续存在，此续流远较冲击电流为小，故阀片电阻变得很大，进一步限制了工频续流的数值，使间隙能在工频续流第一次经过零值时就将电弧切断，以后，间隙的绝缘强度能够耐受电网恢复电压的作用而不会发生重燃。避雷器从间隙击穿到工频续流切断不超过半个周期，而且工频续流数值不大，因此继电保护来不及反应，系统就已恢复正常。三.阀式避雷器（4）结构特征：主要由间隙和非线性电阻组成。1）间隙：有平板火花间隙和磁吹火花间隙两种。平板火花间隙：有很多单个间隙串联而成，间隙的电极有黄铜材料冲压成小盘形状，中间以云母垫圈隔开。特点：a)电场均匀，具有平坦的伏秒特性，有利于实现绝缘配合。b)多间隙，易于切断工频续流，因为把电弧切断成许多短弧。三.阀式避雷器分路电阻的作用：多个间隙串联使用时，由于对地电容的影响，使各个间隙上的电压分布不均匀，对熄灭工频电弧不利。因此采用分路电阻。冲击电压进入后，基本上不影响冲击电压分布（高频分量的分布取决于电容），但在工频电压下，电容容抗很大，电压分布主要有电阻决定，因而可使工频电压分布均匀。三.阀式避雷器磁吹式火花间隙：利用磁场对电弧的电动力，迫使间隙中的电弧加快运动、旋转或拉长，提高灭弧能力。①旋转型磁吹：间隙由两个同心式内、外电极构成，磁场由永久磁铁产生。在外磁场的作用下，电弧受力沿着圆形间隙高速旋转(旋转方向取决于电流方向)，使弧柱得以冷却，加速去电离过程，能可靠切断300A(幅值)的工频续流，切断比仅为1.3左右。这种间隙用于电压较低的如保护旋转电机用的FCD系列磁吹避雷器中。三.阀式避雷器②灭弧栅型磁吹火花间隙辅助间隙上的电压为线圈上的压降，当冲击电压通过时，线圈上的压降较大，辅助间隙击穿，线圈被短路；工频续流通过时，线圈上压降较小，辅助间隙电弧熄灭，工频续流通过线圈，从而产生吹弧作用。这种间隙用于电压较高的FCZ系列磁吹避雷器中。三.阀式避雷器2）阀片电阻（非线性电阻）•应满足的要求1）在冲击电压作用下，电流很大，呈现较低的电阻值，使残压较低。2）工频续流时，应呈现较高的电阻值，使工频续流减小，有利于灭弧。阀片电阻可以满足以上两方面的要求。，且越小越好。为非线性系数，10CIu2.无间隙氧化锌避雷器R这是110kV的氧化锌避雷器2.无间隙氧化锌避雷器（1）主要特性参数•荷电率:容许最大持续运行电压峰值Uco.max与参考电压Uref(或起始动作电压U1mA)的比值，即:AVR=Uco.max/Uref。荷电率是影响MOA老化性能和保护水平的一项重要指标。•保护比：标称放电电流下的残压UR(I)与参考电压Uref的比值，即：PR=UR(I)/Uref。保护比越小越好。2.无间隙氧化锌避雷器（2）无间隙氧化锌避雷器的主要优点•由于省去了串联火花间隙，所以结构大大简化，体积也可缩小很多，适合于大规模自动化生产；•保护特性优越，由于MOV具有优异的非线性伏安特性，进一步降低其保护水平和被保护设备绝缘水平的潜力很大。其次，它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展。没有间隙的放电时延，因而有良好的陡波响应特性，特别适合于伏秒特性十分平坦的SP6组合电器和气体绝缘变电所的保护。2.无间隙氧化锌避雷器•无续流、动作负载轻，能重复动作实施保护：MOA的续流仅为微安级，实际上可认为无续流。所以，在雷电或内部过电压作用下，只需吸收过电压的能量，而不需吸收续流能量，因而动作负载轻；再加上MOV的通流容量远大于SiC阀片，所以MOA具有耐受多重雷击和重复发生的操作过电压的能力。•通流容量大，能制成重载避雷器，即使是带间隙的MOA的通流能力也完全不受串联间隙被灼伤的制约，它仅与MOV本身的通流能力有关。•耐污性能好：由于没有串联间隙，因而可避免因瓷套表面不均匀污染使串联火花间隙放电电压不稳定的问题，即这种避雷器具有极强的耐污性能，有利于制造耐污型和带电清洗型避雷器。防雷接地1.接地、接地电阻、接地装置（1）接地与分类•接地：指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地保持等电位。•另一种定义：电气设备的某部分与土壤(零电位)之间做良好的电气连接，称为接地。•与土壤直接接触的金属物体，称为接地体或接地极。•专门为接地而装设的接地体，称为人工接地体。•兼做接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。•连接接地体和接地部分的导线，称为接地线，接地线在正常情况下是不载流的。防雷接地•电力系统的接地分三类工作接地：根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，例如三相系统的中性点接地，双极直流输电系统的中点接地等。它所要求的接地电阻值约在0.5～10Ω的范围内。保护接地:不设这种接地，电力系统也能正常运行，但为了人身安全,将电气设备的金属外壳(正常情况下不带电）等加以接地，它是在故障条件下才发挥作用的，它所要求的接地电阻值处于1～10Ω范围内。防雷接地:用来将雷电流顺利泄人大地，以减小它所引起的过电压，它的性质似乎介于前面两种接地之间，它是防雷保护装置不可缺少的组成部分，它所要求的接地电阻值处于1～30Ω范围内.防雷接地•接地电阻：对工作接地和保护接地，将接地点的电位Ue与流过的工频或直流电流Ⅰe的比值。它是大地电阻效应的总和，包括：接地引线、接地体、接地体与土壤间的过渡、大地的溢流电阻，前三项阻值较小，可忽略。对防雷接地，关心的是冲击接地电阻，即流过冲击大电流时的接地电阻。防雷接地接地电流和对地电压•接地电流:电气设备发生接地故障时,电流通过接地体向大地作半球形散开,这一电流称为接地电流.•零电位点：离故障点20m左右，电位趋近于零。•对地电压：接地点与零电位点（大地）之间的电压。防雷接地•接触电压和跨步电压防雷接地（2）接地装置：主要有扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋于地表下0.5～1m。工程上常用垂直接地体、水平接地体以及接地网。•垂直接地体：当ld时，单根：多根：d为接地体直