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配电网的防雷保护

第二部分：中压网络中的应用

Joint CIRFiD/CIGRE工作团队“中低压网的防雷保护”

引言

在出版的第一部分已经给设计者提供了有关中压网络和低压网络雷电防护的基本信息，根据这些基本信息第二部分给出中压网包括高架线的雷电防护的应用。由于雷电产生过电压是重要因素，一种经济、安全的网络设计防雷保护需要被广泛应用。它适用于高电压以及中、低压网络。过压保护可以用俩种方法实现：

-在起点降低幅度和雷电过电压的发生率（例如通过屏蔽导线或提高塔的基础电阻）

-限制在设备位置的过电压（例如通过避雷器）

在高压网络中，这两种保护方法都很常见，在网络中屏蔽导体通常不是很有效的。由于地球导线和导线之间的间隙小，直接雷击通常也会击中导体， 此外，感应雷电过电压能通过屏蔽线降低到低程度，像1中所写的那样，由于这些原因，对网络中的过电压的最有效的保护是避雷器或火花间隙在附近的设备使用，本文给出了该保护装置的额定值和位置的选择，并给出了其对供应质量的影响。

中压线路雷电过电压波形

如1中所示，在中压电网雷电过电压有以下的波形特征

-直击雷：一系列非常陡的尖状物（起源于多根绝缘线崩坏），伴随着很慢的波动。

-感应过电压：急剧升降的脉冲伴随着短暂的间隔。

对于设备保护的目的，陡度的雷电过电压是由于和设备保护装置之间的分离效果。 这种影响既取决于距离和陡度和可能导致过电压超过绝缘水平的装置， 中压线路的范围从100到 2000 kV / s的直接雷击和从30至300千伏的感应过电压。这使得设备和保护装置之间的距离非常关键。由于直接雷击而产生的过电压缓慢部分，其能量含量远高于其前面的尖峰。这可能是保护电缆的重要性，将在本章中解释，专门为电缆保护。

对雷电过电压保护装置

避雷器

避雷器的标注：最重要的参数，选择一个金属氧化物避雷器的最高工频电压UC，可以连续承受，它表现为在千伏均方根值，通常称为电压（最大持续工作电压）。在三相线路中选择避雷器的电压，避雷器的位置起决定作用：在相位和地面之间，在变压器和地面之间或相位之间，在相位之间最大电压Um帮助下，避雷器终端的最大实际运行电压可以被估算出来，Um被定义为设备的最大电压，为了得到一个较低的电压Uc,,Um可能被替换为系统最高电压或更擅长变压器位置处最高电压，较低的Uc使变压器的保护等级较低。

变压器的U_T被定义为最高频率瞬时过电压，它可以承受有限的持续时间为t，一般而言U_T依赖着t，并与Uc有着一下方程式联系：

U_T=T（t）*Uc (1)

避雷器生产商给出瞬时过电压弧线T（t）。举个例子如下图

计算： 举个例子比T的最高工频暂时过电压，避雷器之间能承受持续时间T和其持续运行电压UC，曲线是适用于没有先前加载的避雷器，曲线乙到一个先前加载的能量。

在三相电网中必须特别注意预期的暂时过电压的避雷器终端系统生成。临时过电压由它的幅度，和它的持续时间而定义。 最严重的暂时过电压与接地故障通常同时发生。中立型系统接地的方法给出了它的值。 此外，系统的管理具有重要意义，因为临时过电压的持续时间通过T(t)影响Uc.

在表1中给出了不同的中性点接地和避雷器位置的最小值。

表1

在一些情况下，上述值可能不充足。例如，谐波电流可能会产生相位电压大于相位的峰值

如果这种差异小于5%，对应较高的UC必须尽UC小于1.05Um/为避雷器相位和相位之间的地球和小于1.05Um之间的避雷器 另一方面，如果由于谐波的电压增加大于5%，UC则必须与避雷器供应商进行讨论 ,相同的电压，通常可以在非线性变换器附近观察形式是有效的（电压步骤，点火峰，不对称的两个半周期）。

表2-

避雷器和保护行为的剩余电压。避雷器的残压（压力）是峰值电压出现避雷器端子间的放电电流通道时， 后者是流过避雷器的脉冲电流。

雷电冲击保护水平Up避雷器对应的值，当标称放电电流流过避雷器 性能参数，当放电电流高于或低于，又高于或低于各自Up。随着放电电流的峰值减小，金属氧化物避雷器的保护性能得到改善。 雷电过电压沿线路走向变电站，可能会损坏电气设备的绝缘。 这是避雷器防止这种问题的功能。

为了保护设备，避雷器必须将电流从一行接一个到地球，用一个峰值

当Z= 300hellip;450Omega;是一种线路导体的浪涌阻抗，是地球和过电压的峰值。 在一般的，由线导体的闪络电压给地球的幅度 。在木竿线的情况下，电压可能会达到几千千伏 。因此，避雷器的电流可以高于造成避雷器端子2.28.3高于了残余电压。在一个接地横臂线的情况下，电压只能达到数百千伏 。在这里，避雷器的电流是低得多的，剩余的电压将远低于电压保护水平。因此，它遵循的避雷器的保护行为是更好的当一个线的闪络电压较低 。 在车站的最后三个杆接地接地时，可以很容易地减小由接地上的峰值过电压对木竿线的高度值 。进入变电站的过电压具有相同的降低幅度可能由于来自一个不断地交叉手臂线。 这种解决方案的缺点是，一些雷电过电压会引起导线由于线的降低绝缘水平地面之间闪络。 而对于接地横臂，一个更有效的方法是在变电站安装另一组避雷器的一个极。这种作用很强的过电压的幅值和导致设备比接地横臂的情况下，避雷器的保护特性。

注：上述的木杆线路modijication只应考虑耐压的设备之间的边缘进行保护，在设备的过电压太低

火花间隙

火花间隙的主要参数是拱形的距离和形状的电极保护装置 。 拱距离选择以获得所需的闪络电压 。电极的形状设计为细长和冷却的电弧，以方便其消光 。三分之一电极（浮动电位）经常把两主电极之间避免闪络由于物体的意外介入。图2中绘制了典型的火花间隙。

图2：典型的压电式装置的外形，安装在一个刚性串的三个帽和脚绝缘子。

火花间隙尺寸 。 拱一个火花间隙距离d的选择应以实现两个主要目标：

-为了保证雷电之间适当Kp承受的电压保护装置的火花间隙雷电冲击闪络电压（防护等级）；

-有电源频率之间有足够的余量千瓦的耐受电压（在潮湿条件下）以系统的火花间隙和最常用的电压应力减少不必要的闪络的次数。

火花间隙的闪络电压取决于空气绝缘的内在统计变异性和环境条件 . 火花间隙的保护水平，应被定义为具有高的放电概率的电压水平。 一个值Up= 98%闪络电压通常被使用 : 它大约相当于干燥条件下 U50% 20的闪络电压,. 一个指导的保护水平的预测和工频耐受电火花隙形如总拱的距离范围20到90毫米之间的图2电压在50%的闪络电压Uf了。

Uf.o. = K D0,62 (kV, cm) (4)

其中D是距离cm和K是间隙系数（等于30和32的正负极分别） ,在潮湿条件下的工频耐受电压可以由相同的公式（4），但与K= 14 . 举一个例子，一个20 kV系统在雷电冲击耐受水平火花隙装置125 kV可选择一个拱形的距离25 25毫米＝50毫米总。这会导致一个保护水平Up= 92火花隙保护方法。之间的额定耐受电压的装置和保护层面上的25%个火花隙35%保证金Kp可能是足够的 。高Kp利润减少导致的火花隙边缘千瓦到其他的电压应力,不需要的闪络在火花隙的发生增加。因此，足够的保证最佳边缘千瓦Kp, 雷电保护的主要问题是由于火花间隙的实际承受的设备和火花隙的实际闪络电压可能是不同的额定的 , 根据实际波形的所施加的雷电过电压，如在下一章中所示。 在一般情况下，较高的是所施加的电压的斜率，较高的火花隙的闪络电压。幸运的是，在下面的章节中所示，同样的设备的耐受性显示了增加的应用电压的斜率，这证明了在几个国家的火花隙保护的经验正确。 在任何情况下，一个具有相等的火花间隙保护水平的避雷器，提供了更好的保护装置。

中压设备和元件的雷电冲击绝缘特性

正如已经强调，对中压线路雷电过电压有多种波形，特别是很陡的斜坡 ，在非常陡峭的前线的情况下，有2个主要的后果。

-火花间隙的实际保护水平可能高于额定防护等级为在前一章的定义。

-过保护装置的过电压可能高于额定绝缘水平（即使在避雷器保护的情况下，由于分离效果）。

前面的非标准快速过电压波形下的绝缘性能，特别是十分陡峭的方面，因此特别重要，当评估在中压网络的各种设备服务的性能。一种方法来表征性能的非标准波形下是所谓的伏-时间特性（曲线V-T）使用绝缘 ，绝缘的电压-时间特性是一个曲线，该曲线报告的过电压的峰值施加到绝缘，随时间闪络 ，电压-时间曲线绘制一个给定的波形，一般为标准雷电冲击 ，不同的波形会产生不同的V-T曲线。一个v-t-曲线水平渐近线对应U50%放电电压。

过电压波形下前面的非标绝缘闪络特性

前面的斜坡效应（V-T曲线）空气绝缘 。电压的时间特性的一个例子是在图3中给出的一个引脚绝缘子，一个字符串的三个帽和脚绝缘子单位，并为一个火花间隙。实际用途的电压时间曲线可由下面的经验公式，给出了U和T值作为电压的陡度函数近似

U = U50% [0,2 a (S/U50%)b]

t = u/s (5)

a=1,15;b=0,23 绝缘端子

a= 1,05; b = 0,19 火花间隙

该公式是有效的价值观，产生一个不低于1.5 ps闪在时间

图3：一些中压空气绝缘物品的电压时间曲线。你是标准雷电冲击应用高峰；TD是放电时间。

A-三标准帽和销绝缘子串

B-针形绝缘子

C-一个拱形的距离为56 mm的火花间隙

斜坡效应（V-T曲线）固体和SF6绝缘 。由于非自恢复绝缘特性的固体，其V-T曲线所知甚少 。 在图4中，报道了模拟典型的中压变压器绝缘样品的实验结果 。 这些结果表明，有一个显着增加的放电电压时，所施加的电压的斜率增加。这种特性是类似于空气绝缘，但一个完整的中压变压器绝缘的行为也会受到影响的事实，即具有高斜率的波引起不均匀的电位分布的线圈，可以部分补偿较高的介电耐受所示的实验 。

图4：为MV/LV 油浸渍纸绝缘电压时间曲线的例子。你是标准雷电冲击应用高峰；TD是放电时间。每一点对应于一个具有典型的绕组绝缘形状的样品。

至于SF6绝缘，已经做了很多工作来确定V-t特性[ 3 ]、[ 4 ]、[ 5 ] 调查的大部分已对高压SF6测试配置不均匀低场，如高压设备和变电站。SF6气体绝缘设备在MV的一般特点是压力低，0左右，l MPa，和高场非均匀性。中压绝缘应该因此“模式111”根据[ 5给出分类的V-t特性]。实验表明，绝缘典型MV设备的伏秒特性，表明放电电压增加的一个重要的坡时所施加的电压的增加，见图5

图5：SF6绝缘[ 5 ]电压时间曲线的例子。U是标准雷电冲击应用高峰；TD是放电时间。中压SF6设备典型低压力（0 MPa，L - 1杆）和高磁场的非均匀性（图111）。

数量和位置的保护装置（避雷器或火花间隙）

保护装置与保护装置的位置。 保护装置将其端子的Up电压限制在保护层上 。电压反射沿连接，线之间的和设备，和B，线路保护装置之间，导致在设备比电压Ua高于与Up（图6）

这个过电压Delta;U= Ua-Up上随长度的A和B，与输入电压的陡度增加而增加，为达到中压线路非常高的水平，设备上的过电压Ua=Up Delta;U会很高，为了减少设备的电压UA、Delta;U必须通过选择A和B尽可能短最小。

对于一个给定的总长度的Ａ＋Ｂ，最低的电压Delta;U是获得时，当b是接近零。因此，更重要的是要尽量减少比b而不是a 。作为一个指导，B小于1 m或m值在木杆线路的建议案和横臂线分别接地 .

图6：一个压接变压器的保护方案示意图，其直接连接到一个架空线。该保护装置将其端子上的电压限制在保护层上，以保护电压为Up。

所有上述考虑都是基于这样一个明显的假设，即该设备和保护装置被连接到相同的接地系统。如果他们被连接到单独的接地系统，在大多数情况下的保护将成为无用的，由于地面电位上升的保护装置。

基于这些考虑，三个主要的一般规则必须遵循

规则1 设备和保护装置应连接到相同的接地系统。保护装置和设备之间的接地连接应尽可能短。

规则2沿线路和设备之间的连接线和设备和保护装置之间的总长度应尽可能短 。

规则3连接短于连接的优先。

规则1的应用保证了该设备的电压应是Up的Delta;U之和。应用程序的规则3和2将尽量减少Delta;U，并作为一个后果的情况下，在该设备的过电压将超过其绝缘水平的预期数量。 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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