供配电系统中的过电压
|
供配电系统过电压分为大气过电压和内过电压两大类。 1、大气过电压 大气过电压又称雷电过电压，它是由于供配电系统的设备或建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，大气过电压还被称为冲击过电压。当雷云主放电时，由于放电电流为波头很陡、波幅值很高、衰减很快的冲击波，因而作用在物体上形成的冲击过电压对建筑物、人身和设备绝缘都有很大的危害性。由大气中的雷云对地面放电而引起的大气过电压又分直击雷过电压和感应雷过电压两种最基本形式。 1.1 直击雷过电压 直击雷过电压是指雷直接击中地线或绕击到导线上，雷电流在接地电阻上或导线的阻抗上的电压降叫直击雷过电压。直击雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。直击雷过电压是雷闪直接击中电气设备的导电部分时所出现的过电压。雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称之为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。
图1 直击雷的放电示意图 直击雷过电压的过程为雷云→雷电先导→迎雷先导→主放电阶段→余辉放电。主放电电流很大，高达几百千安，但持续时间极短，一般只有50～100μs。余辉放电阶段电流较小，约几百安，持续时间约为0.03～0.15s。 1.2 感应雷过电压 感应雷过电压是雷击在线路附近的物体或大地上，剧烈的电磁场变化对线路产生静电感应和电磁感应而形成的过电压，最高可达500～600kV。感应雷过电压是雷闪击中电气设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电气设备上感应出的过电压，这里的电气设备包括二次设备、通信设备等。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。
2、内部过电压 内部过电压是由于操作、事故或其他原因引起系统的状态发生突然变化，而出现从一种稳定状态转变为另一种稳定状态的过渡过程，在这个过程中所产生的可能对系统有危险的过电压。这些过电压是由系统内电磁能的振荡和积聚引起的，所以叫内部过电压，又分为暂态过电压、操作过电压和谐振过电压等。 2.1 暂态过电压 暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使供配电系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。暂态过电压常见的有空载长线电容效应、不对称短路接地和甩负荷过电压等三种具体形式。空载长线电容效应，又称费兰梯效应，在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高;不对称短路接地，三相输电线路L1相短路接地故障时，L2、L3相上的电压会升高;甩负荷过电压，输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。 2.2 操作过电压和谐振过电压 操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压，常见的有空载线路合闸和重合闸过电压、切除空载线路过电压、切断空载变压器过电压和弧光接地过电压等四种具体形式。谐振过电压是供配电系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。谐振过电压一般按起因分为线性谐振过电压、铁磁谐振过电压和参数谐振过电压等三种具体形式。线性谐振过电压，指谐振回路中如输电线路的电感、变压器的漏感等由不带铁芯的电感元件或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件和系统中的电容元件所组成;铁磁谐振过电压，指谐振回路中如空载变压器、电压互感器等由带铁芯的电感元件和系统的电容元件组成;因铁芯电感元件的饱和现象，使回路的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路在满足一定的谐振条件时，会产生铁磁谐振;参数谐振过电压，指由电感参数作周期性变化的电感元件组成回路，当参数配合时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，造成参数谐振过电压。 |
