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3~35KV中低压电网过电压探讨与防治措施

发布时间:2019-02-22    浏览次数:275

关键词:雷电过电压、操作过电压、铁磁谐振过电压、弧光接地过电压

 3~35KV电力供电系统上,过电压现象十分普遍。如果没有防范措施,随时都可能发生,也随时都可以发现。过电压将对电气或电子装置,其中的电路,元器件,造成直接破坏,这种破坏,依据其严重程度,大体可分为以下四种情况:  ①使设备、装置短时间工作错乱;  ②造成潜故障,即使得电路和器件的性能下降,寿命缩短,提前失效;

    ③造成电路或器件的******性损坏;  ④导致起火,触电等安全事故。

 异常过电压可能是外来的,也可能是设备,装置内部自生的。外侵过电压的侵入途径,可以通过导线、电路传导进入,也可以通过静电感应,电磁感应侵入。过电压的出现可能是有规律的周期性的,但更多则是随机的。因此在大多数情况下,很难准确的把握它。异常过电压,依据其成因的不同,可以分为雷电过电压、操作过电压、铁磁谐振过电压及弧光接地过电压。

雷电及操作过电压

一、雷电过电压形成及分类

 雷电过电压,是由于电力系统的设备或建(构)筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压,因其能量来自系统外部,故又称为外部过电压。 

 雷电过电压有两种基本形式:直击雷过电压和感应雷过电压。 

1.直击雷过电压 

 直击雷(direct lightning)过电压是指雷云直接对电气设备或建筑物放电而引起的过电压。强大的雷电流通过这些物体导入大地,从而产生破坏性极大的热效应和机械效应,造成设备损坏,建筑物破坏。 

                

 图1.1 直击雷的放电                                            图1.2 雷电流波形

 2.感应雷过电压 

 所谓感应雷过电压,是指当架空线附近出现对地雷击时,在输电线路上感应的雷电过电压。感应雷过电压的形成过程可以用图9.1.3来表示,在雷云放电的起始阶段,雷云及其雷电先导通道中的电荷所形成的电场对线路发生静电感应,逐渐在线路上感应出大量异号的束缚电荷Q。由于线路导线和大地之间有对地电容C存在,从而在线路上建立一个雷电感应电压U=Q/C。当雷云对地放电后,线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷,向线路两端冲击流动。这就是感应雷过电压冲击波。

图1.3感应雷过电压的形成过程

 高压线路上的感应过电压,可高达几十万伏,低压线路上的感应过电压,也可达几万伏。如果这个雷电冲击波沿着架空线路侵入变电站或厂房内部,对电气设备的危害很大。

二、操作过电压的产生及分类

 操作过电压操作过电压是指电路中的断路器、隔离开关、继电器、可控硅开关等通断转接时,在系统电路中、电路对地以及开关两端所产生的过电压。产生操作过电压的原因是由于线路及其中的元器件都带有电感和电容,储存在电感中磁能和储存在电容中的静电场能量,在电路状态突变时产生能量转换,过度的振荡过程,由振荡而出现过电压。操作过电压的持续时间比雷击过电压长,比暂态过电压短,在数百微妙到100mS之间,并且衰减很快。

 常见的真空断路器操作过电压又可以分为截流过电压、多次重燃过电压、三相开断过电压。

 1. 截流过电压。由于真空断路器有良好的灭弧性能,当开断小电流时,电弧在过零前就会熄灭,由于电流被突然切断,其滞留于电机等电感绕组中的能量必然向绕组的杂散电容充电,转变为电场能量。对于电机和变压器,特别是空载或容量较小时,则相当于一个大的电感,且回路电容量较小,因此会产生高的过电压,特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压,但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗以及发生击穿,对过电压值有相当的抑制作用,但这种抑制作用是有限的,不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时,应加装过电压保护设备。

 2.多次重燃过电压。多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃,电源多次向电机电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中,触头的一侧为工频电源,另一侧为LC回路充放电的振荡电源,如果触头间的开距不够大,两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿,断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大,就会发生第二次重燃,再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象,多次的充放电振荡,触头间的恢复电压逐级升高,负载端的电压也不断升高,致使产生多次重燃过电压,损坏电气设备。 

 3.三相开断过电压。三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时,流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零,致使未开断相随之被切断,在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象,从而产生更高的操作过电压,所产生的过电压是加在相与相之间的绝缘上。在开断中小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。 

三、雷电及操作过电压防治

 以上可以看出,雷电过电压和操作过电压产生是随机的而且每次过电压的波形(频率、幅值)都有所不同。目前国内采取的措施有:

 1 、装设金属氧化


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