《过电压及防护》PPT课件.ppt
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1、第七章 过电压及防护,课程基本内容,大气电压 雷电冲击波沿导线的传播 防雷保护装置 变电所与线路的防雷 内部过电压 变电所保护接地,7.1 大气过电压,7.1.1 雷电放电过程,先导阶段,主放电和迎面流注阶段,余辉阶段,7.1.2 雷电参数,雷暴日(Td):一年中发生雷电的天数(30-40)。 雷暴小时(Th):一年中发生雷电的小时数(100)。 地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日 中受到的平均雷击次数。,通道波阻抗,一般地区:,少雷地区:,I雷电流幅值(kA),P幅值大于I的雷电流出现的概率,经验公式:,雷电流的波前时间 、波长 、陡度,我国在防雷设计中取,波前的平均陡度:,实
2、测表明:,雷电流极性及计算波形,7590%的雷电流是负极性,在防雷设计 中一般按负极性考虑,常用计算波形:,(1). 双指数波,(2).等值斜角平顶波前,(3).等值半余弦波前,7.2 雷电冲击波沿导线的传播,1. 波过程的定义,在本课程中指电压波(或电流波)在输电线路、电缆、 变压器、电机等电力设备上的传播过程,2. 波过程的特点,电压、电流不但是时间t的函数,而且也是空间位置x 的函数, 需要用分布参数电路来分析。,3. 分布参数电路的应用范围,主要有两大类:长线路和高频电压(如雷电冲击电压波),冲击波波前在线路上的分布长度只有360m,波沿均匀无损单导线传播示意图,7.2.1 波沿均匀无
3、损单导线的传播,1 均匀无损单导线系统的波阻抗:,线路各点电气参数完全一样; 线路无能量损耗(R0=0,G0=0),单元等值电路:,设dt时间内,行波前进了dx距离,则长度为dx的线路被充电,充电电容为Codx,使其电位为U,在这段时间内,导线获得的电荷为:,行波前进了dx距离, 磁通的增加量:,(2),(1) (2),(2) (1),波速,波阻抗,由电磁场理论可知:,对架空线:,对油纸绝缘电缆:,比较波阻抗Z和R:,波阻抗是一个比例常数,其数值只与导线单位长度的电感和电容有关,与线路长度无关;而线路的电阻与线路长度成正比;,波阻抗是储能元件,它从电源吸收能量,以电磁波的形式沿导线向前传播,能
4、量以电磁能的形式储存在导线周围的介质中;电阻是耗能元件,它从电源吸收的能量转换成热能而散失。,二者量纲相同,并且都和电源频率或 波形无关,可见波阻抗是阻性的;,2 均匀无损单导线的波动方程:,电压沿x方向的变化是由于电流在L0上的电感压降; 电流沿x方向的变化是由于在C0上分去了电容电流; 负号表示在x正方向上电压和电流都将减少。,注意:,前行电压波和前行电流波表示电压和电流在导线上的坐标是以速度v沿x的正方向移动。 反行电压波和反行电流波表示电压和电流在导线上的坐标是以速度v沿x的负方向移动。,电压波的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号,与电荷的运动方向无关 电流波的符号不仅与相应电荷符
5、号有关,而且也与电荷运动方向有关 一般取正电荷沿x正方向运动形成的波为正电流波,行波计算的基本方程:,例题1:沿高度10m,半径为10mm的单根架空线有一个幅值700kV的过电压波运动,求电流波的幅值。 解题:导线的波阻抗为: 电流波幅值为: 例题2:如还有一个幅值为500kV的过电压波反向运动,求两波叠加范围内导线上的电压和电流,反行波电流 导线电压: 导线电流: I=1.561.11=0.45kA,7.2.2 行波的折射和反射,1 折射波和反射波的计算,波未到达节点A时,线路1上有:,波到达节点A后,线路1上有: 线路2上有:, 节点A上电压、电流 的连续性,线路末端开路,此时有:,线路末
6、端电压:,电压反射波:,末端电流:,电流反射波:,几种特殊情况:, 末端开路时,末端电压波发生正的全反射,电流波发生 负的全反射,电压反射波所到之处,线路电压加倍;电 流反射波 所到之处,线路电流变零。,线路末端短路(接地),此时有:,线路末端电压:,电压反射波:,反射波所到之处:,电流反射波:, 末端接地时,末端电压波发生负的全反射,电流波发生 正的全反射,电压反射波所到之处,线路电压变零;电 流反射波 所到之处,线路电流加倍。, 线路末端既没有电压反射波,又没有电流反射波, 线路上电压电流波形保持不变。,线路末端接负载( ),此时有:,2 集中参数等值电路,建立集中参数等值电路(彼德逊法则
7、):,彼德逊法则使用条件:,7.2.3 行波通过串联电感和并联电容,1.波穿过电感,其中:,电压折射波的波前陡度:,电压反射波:,电感相当于开路,电感的作用完全消失,2.波旁过电容,其中:,电压折射波的波前陡度:,电压反射波:,电容相当于短路,电容的作用完全消失,3. 串联电感、并联电容对波过程的影响,波前被拉平,波前陡度减小,L 或C 越大,陡度越小;,在无限长直角波作用下,L、C对电压的稳态值没有影响;,各自的适用场合,7.3 防雷保护装置,7.3.1 避雷针、避雷线,1 . 保护原理:当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向,使雷电对避
8、雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物体免遭雷击。,防雷保护装置:指能使被保护物体避免雷击, 而引雷于本身,并顺利地泄入大地的装置。,2 . 保护范围、绕击率,雷击定向高度:雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后,才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电,H称 为定向高度。,当h30m时,H=20h; 当h30m时,H600m,3 . 适用范围,避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象;避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。 (消雷器),4 . 单支避雷针的保护范围,在某一被保护物高度 水平面上,其保护半径 为:,5 . 等高双避雷针的保护范围, 两针联
9、合保护范围上部边缘的最低点高度, 在高度 的水平面上,保护范围的最小宽度,一般情况下取,两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定, 两针中间的保护范围用下式求得:,6 . 单根避雷线的保护范围,单根避雷线的保护范围一侧宽度为:,保护角:避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角,7.3.2 避雷器,基本分类:,避雷器是一种过电压限制器,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。,对避雷器的基本技术要求:,过电压作用时,避雷器要先于被保护设备放电,这需要由 两者的全伏秒特性的配合来保证;,避雷器应具有一定的熄弧能力,以便可靠
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