防雷及過電壓保護電力系統(tǒng)

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1、全國注冊電氣工程師考試——供配電專業(yè)部分1了解電力系統(tǒng)過電壓的種類和過電壓水平；2熟悉交流電氣裝置過電壓保護設(shè)計要求及限制措施；3掌握建筑物防雷的分類及措施；4掌握建筑物防雷設(shè)計的計算方法和設(shè)計要求。13防雷及過電壓保護1.系統(tǒng)運行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓（1）系統(tǒng)運行中出現(xiàn)于設(shè)備絕緣上的電壓有：a)正常運行時的工頻電壓；b)暫時過電壓(工頻過電壓、諧振過電壓)；c)操作過電壓；d)雷電過電壓。13.1電力系統(tǒng)過電壓的種類和過電壓水平（2）相對地暫時過電壓和操作過電壓的標么值如下：a)工頻過電壓的；b)諧振過電壓和操作過電壓的。注：Um為系統(tǒng)最高電壓。系統(tǒng)最高電壓的范圍：a)范圍Ⅰ，3.

2、6kV≤Um≤252kV；b)范圍Ⅱ，Um=＞252kV。電力系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓主要有：（1）工頻過電壓：由于電網(wǎng)運行方式的突然改變，引起某些電網(wǎng)工頻電壓的升高。（2）操作過電壓：由于電網(wǎng)內(nèi)開關(guān)操作引起的過電壓。（3）諧振過電壓：由系統(tǒng)電感和電容組成的諧振回路引起的過電壓。2.電器設(shè)備在運行中承受的過電壓3.電力系統(tǒng)的過電壓水平（1）系統(tǒng)的工頻過電壓水平線路斷路器的變電所側(cè)1.3p.u.線路斷路器的線路側(cè)1.4p.u.對110kV及220kV系統(tǒng)，工頻過電壓一般不超過1.3p.u.；3kV～10kV和35kV～66kV系統(tǒng)，一般分別不超過和。（2）系統(tǒng)的操作過電壓水平相對地110kV中性點

3、直接接地：3.0p.u.66kV及以下中性點不接地或低阻抗接地：4.0p.u35kV及以下中性點低阻抗接地：3.2p.u相間3~110kV系統(tǒng)是相對地操作過電壓的1.5倍。13.2交流電氣裝置過電壓保護設(shè)計要求及限制措施放電開始時，微弱發(fā)光通道以107～108cm/s的平均速度以斷續(xù)脈沖形式向地面伸長，這一階段稱為先導放電。當先導到達地面或與迎面先導會合后，就開始從地面向雷云發(fā)展的主放電階段。在主放電階段中，雷云與大地之間所聚焦的大量電荷發(fā)生強烈“中和”，放出能量，發(fā)出強烈的閃光和震耳的雷鳴。主放電持續(xù)時間約為50?s～100?s。雷電放電過程隨后進入持續(xù)時間為0.05s～0.15s的間

4、歇階段，雷云中的殘余電荷經(jīng)原先的主放電通道向地面?zhèn)鞑?，形成余輝階段。在第一次放電過程完成之后，還可能發(fā)生第二次或隨后多次的放電，這是因為雷云中存在著多個空間電荷聚焦中心。1．雷電日與雷電小時為了表示不同地區(qū)雷電活動的頻繁程度，通常利用每年平均雷電日為計量單位。雷電日的定義是在一天內(nèi)只要聽到雷聲（一次或一次以上）就算一個雷電日。在不同年份觀測到的雷電日數(shù)變化較大，一般是取多年的平均值，即年平均雷電日。雷電參數(shù)我國把年平均雷電日不超過15的地區(qū)叫做少雷區(qū)；超過15但不超過40地區(qū)叫中雷區(qū)；超過40不超過90地區(qū)叫多雷區(qū)，超過90及根據(jù)運行經(jīng)驗雷害特殊重地區(qū)的叫強雷區(qū)。2．地面落雷密度雷云對地

5、放電的頻繁程度，用地面落雷密度表示，其定義是每個雷電日每平方公里上的年平均落雷次數(shù)。式中——年平均密度，次/km2?a；——年平均雷暴日，d/a。雷電參數(shù)對于單極性的雷電流和雷電暫態(tài)過電壓脈沖波形，通常采用幅值、波頭時間和波長時間等三個參數(shù)加以描述.對于振蕩型波形，還要附加上主振頻率這個參數(shù)。雷電流與雷電過電壓的近似表示1．雷電流幅值的累積概率對于年平均雷電日大于20的地區(qū)，我國傳統(tǒng)采用以下經(jīng)驗公式來表示雷電流幅值累積概率：式中——雷電流幅值，kA；——表示雷電流幅值超過的概率。雷電流與雷電過電壓的近似表示雷電流與雷電過電壓的近似表示波頭與波長時間定義的作圖方法示意2．波頭時間先由縱軸上

6、的0.1、0.9和1.0三個刻度分別作三條平行于橫軸的平行線，前兩條平行線分別與波形曲線的波頭部分相交于A、B兩點，過A、B兩點作一條直線，該直線與第三條平行線和橫軸分別交于C、D兩點，由C點引橫軸的垂線，其垂足E點與D點之間的時間即定義為波頭時間，用表示。雷電流與雷電過電壓的近似表示為了定義波長時間，再由縱軸上0.5刻度作橫軸的平行線，該平行線與波形曲線的波尾部分相交于F點，從F點引橫軸的垂線，其垂足G點與D點之間的時間即定義為波長時間，用表示。由于波長時間也是波形曲線衰減到半幅值所需要的時間,它習慣上也被稱為半幅值時間。雷電流與雷電過電壓的近似表示1．靜電感應(yīng)當線路或設(shè)備附近發(fā)生雷云

7、放電時，雖然雷電流沒有直接擊中線路或設(shè)備，但在導線上會感應(yīng)出大量的和雷云極性相反的束縛電荷，當雷云對大地上其他目標放電后，雷云中所帶電荷迅速消失，導線上的感應(yīng)電荷就會失去雷云電荷的束縛而成為自由電荷，并以光速向?qū)Ь€兩端急速涌去，從而出現(xiàn)過電壓，稱為靜電感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓一般由雷電引起局部地區(qū)感應(yīng)過電壓，在架空線路可達300～400kV，在低壓架空線路上可達100kV，在通信線路上可達40～60kV。2．電磁感應(yīng)由于雷電流有極大的