DQZHAN技術(shù)訊：防雷設(shè)備和電抗器知識分享

1．什么叫過電壓？過電壓是如何分類的？

由于雷電放電、系統(tǒng)中操作、故障或其它原因，在電力系統(tǒng)中的某些部分的電壓可能異常升高，有時(shí)可能大大超過電氣設(shè)備正常運(yùn)行的額定電壓，使設(shè)備絕緣造成損壞。電力系統(tǒng)中這種危及絕緣的電壓升高，稱為過電壓。

過電壓按其能量來源的不同，可分為大氣過電壓和內(nèi)部過電壓兩種。

大氣過電壓是由于雷擊電力系統(tǒng)設(shè)施、雷電感應(yīng)或雷電過電壓沿線路侵襲至變電所造成的，稱為直擊雷過電壓、感應(yīng)雷過電壓和高電位侵入。由于其能量來源于電力系統(tǒng)之外，故又稱為外部過電壓。大氣過電壓的幅值取決于雷電參數(shù)和防雷措施，與電網(wǎng)的額定電壓無直接關(guān)系。這類過電壓具有脈沖性質(zhì)，持續(xù)時(shí)間一般只有十幾微秒左右，然而其造成的危害卻甚大。

內(nèi)部過電壓按其電磁振蕩的起因、性質(zhì)和形式的不同，可分為工頻過電壓、操作過電壓、事故過電壓和諧振過電壓?，F(xiàn)將過電壓的分類詳列如下：

2．什么叫做操作過電壓？產(chǎn)生操作過電壓的原因有哪些？

伴隨著電力系統(tǒng)中斷路器或隔離開關(guān)的正常操作或切換故障的操作，在系統(tǒng)的相與地間、相與相間以及斷路器或隔離開關(guān)的兩觸頭間所產(chǎn)生的過電壓，稱為操作過電壓。

產(chǎn)生操作過電壓的原因，是由于電力系統(tǒng)的許多設(shè)備都是儲能元件，在斷路器或隔離開關(guān)開斷的過程中，儲存在電感中的磁能和儲存在電容中的靜電場能量（電能）發(fā)生了轉(zhuǎn)換、過渡的振蕩過程，由振蕩而引起過電壓。

操作過電壓的特點(diǎn)是持續(xù)的時(shí)間通常比雷電過電壓長，而又比暫態(tài)過電壓短。一般在數(shù)百微秒到100ms之間，并且衰減的很快。通常可以利用標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊波來模擬。

3．雷電是怎樣形成的？危害有哪些？

雷電是大氣中的一種放電現(xiàn)象。雷雨季節(jié)中，雷云在形成過程中與空氣強(qiáng)烈的摩擦而聚集起電荷，當(dāng)帶電的云塊臨近地面時(shí)，對大地就有靜電感應(yīng)作用，此時(shí)云塊下的大地感應(yīng)出與雷云異性的電荷，兩者就組成了一個(gè)巨大的“電容器”。雷云中的電荷分布是不均勻的，雷云各處對地的電場強(qiáng)度也是不同的。當(dāng)云中電荷密集處的電場強(qiáng)度達(dá)到25－30kV/cm時(shí)，就會擊穿附近空氣的絕緣強(qiáng)度，云對地就會發(fā)生先導(dǎo)放電。當(dāng)先導(dǎo)放電的通路到達(dá)大地時(shí)，大地和云就產(chǎn)生強(qiáng)烈的“中和”，出現(xiàn)極大的電流，稱為主放電。主放電的溫度有20000℃，會產(chǎn)生耀眼的閃光，使空氣急劇膨脹，發(fā)出震耳的轟鳴聲（即雷聲）。主放電的時(shí)間極短，約30~50μs，電流從數(shù)千安到數(shù)百千安，其波前時(shí)間僅1~4μs，陡度在7．kA／μs左右。

雷電的危害很大。其危害方式有：

（l）直擊雷  當(dāng)雷電直接通過房屋、樹木、桿塔、天線等物體時(shí)，強(qiáng)大的雷電流將燒毀這些物體。雷電流通過這些物體和土壤時(shí)產(chǎn)生的電壓降落就是雷電高壓。它對周圍的物體及人畜會造嚴(yán)重?fù)p傷。雷直接襲擊輸電導(dǎo)線會產(chǎn)生直擊雷過電壓，可能引起相間絕緣閃絡(luò)。雷電直擊避雷線或桿塔時(shí)，雷電流在其波阻抗及接地電阻止產(chǎn)生的電壓降過高時(shí)，會擊穿它與導(dǎo)線間的絕緣，在導(dǎo)線上產(chǎn)生反擊過電壓而造成損害。

（2）感應(yīng)雷  雷擊的先導(dǎo)階段，在附近的桿塔、避雷線和經(jīng)變壓器中性點(diǎn)接地的輸電導(dǎo)線上會感應(yīng)出異性的束縛電荷。如果輸電線路附近的地面遭到雷擊，束縛電荷在雷擊主放電階段突然變?yōu)樽杂呻姾桑騼蓚?cè)沿導(dǎo)線以光速移動(dòng)而形成過電壓，稱為感應(yīng)過電壓。其幅值可能達(dá)到300－500kV，能引起110kV以下的設(shè)備絕緣閃絡(luò)。此外，雷電主放電電流的磁場變化也會在輸電導(dǎo)線上感應(yīng)出過電壓，這種過電壓一般很小。

高電位侵入是指雷電過電壓沿著架空線路侵入變配電所或用戶的高電位（雷電波）。這種高電位可由于線路上遭受直擊雷或發(fā)生感應(yīng)雷而產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中由于高電位侵入而造成的雷害事故占雷害事故一半以上，比例相當(dāng)大。因此，對高電位侵入的防護(hù)應(yīng)該予以相當(dāng)?shù)闹匾暋?

4．什么叫接閃器？常用的接閃器有哪些？

所謂接閃器就是專門用來直接接受雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬桿，稱為避雷針；接閃的金屬線稱為避雷線；接閃的金屬帶、金屬網(wǎng)稱為避雷帶、避雷網(wǎng)；所有接閃器均應(yīng)經(jīng)過接地引下線與接地體相連。

（1）避雷針 利用**放電原理來防止雷云對建筑物、構(gòu)筑物的雷電直擊。

（2）避雷線 通常設(shè)置在架空線路的頂端，即架空又接地，所以又稱為架空地線。

（3）避雷帶和避雷網(wǎng) 與避雷線相似，設(shè)置于建筑物的頂上及周圍。

（4）避雷器及放電間隙 為防止直擊雷、感應(yīng)雷沿線路侵襲至變配電所設(shè)備的高電位損害而設(shè)置的放電通路。

5．管型避雷器的作用是什么？其基本結(jié)構(gòu)如何？

管型避雷器一般應(yīng)用在線路上。在變配電所內(nèi)一般采用閥型避雷器。

管型避雷器由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙三部分組成，如圖所示。

產(chǎn)氣管由纖維、有機(jī)玻璃或塑料制成。內(nèi)部間隙裝在產(chǎn)氣管的內(nèi)部，一個(gè)電極為棒形，另一個(gè)電極為環(huán)形如圖所示。圖中的S1就是管型避雷器的內(nèi)部間隙。

外部間隙裝在管型避雷器與帶電的線路之間，如圖67中，當(dāng)線路上遭到直擊雷或感應(yīng)雷時(shí)，大氣過電壓使管型避雷器的內(nèi)部間隙和外部間隙擊穿，強(qiáng)大的雷電流通過接地裝置流入大地。但是，隨之而來的是電網(wǎng)中的工頻續(xù)流，其值也很大。雷電流和工頻續(xù)流在管子內(nèi)部間隙上發(fā)生強(qiáng)烈的電弧，使管內(nèi)壁的材料燃燒，產(chǎn)生大量的滅弧氣體。由于管子容積很小，這些氣體的壓力很大，高壓氣體急速從管開口端噴出，強(qiáng)烈吹弧，在工頻電流過零時(shí)，電弧熄滅。這時(shí)，外部間隙S2的空氣恢復(fù)了絕緣，使管型避雷器與系統(tǒng)隔離，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

為了保證管型避雷器可靠地工作，在選擇管型避雷器時(shí)，開斷續(xù)流的上限應(yīng)不小于安裝處短路電流*大有效值（不考慮非周期分量）；開斷電流的下限，應(yīng)不大于安裝處短路電流的可能*小值（不考慮非周期分量）。

管型避雷器外部間隙的*小值為： 3kV， 8mm； 6kV； 10 mm；10kV，15mm。

6．什么是磁吹閥式避雷器？其特點(diǎn)有哪些？

磁吹閥式避雷器主要是由磁吹型火花間隙和高溫閥片組成。

磁吹間隙又分為拉長電弧型和旋轉(zhuǎn)電弧型兩種。其基本原理都是利用長久磁鐵的磁場與工頻續(xù)流相互作用，使電弧拉長或旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到將電弧分割和冷卻并產(chǎn)生強(qiáng)烈的去游離作用而滅弧的。

磁吹閥式避雷器的放電電壓低、殘壓低、而且涌流容量大，可以很好地實(shí)現(xiàn)絕緣配合。它可以用于某些儲能較大設(shè)備的內(nèi)部過電壓防護(hù)，同時(shí)可以降低對被保護(hù)設(shè)備的絕緣要求。磁吹閥式避雷器常用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的過電壓保護(hù)。

7．變（配）電所有哪些防雷措施？

變（配）電所的防雷措施通常應(yīng)考慮以下幾方面：

（l）裝設(shè)避雷針

避雷針可做為對整個(gè)建筑物或構(gòu)筑物的直擊雷防護(hù)。

避雷針可單獨(dú)立桿，也可利用戶外配電裝置的構(gòu)架或投光燈的燈塔。但變壓器的門型構(gòu)架不能用來裝設(shè)避雷針，以免雷擊產(chǎn)生的過電壓對變壓器進(jìn)行**放電。

（2）高壓側(cè)裝設(shè)閥型避雷器和保護(hù)間隙

這主要是用來保護(hù)主變壓器，以免高電位沿高壓線路侵入變電所這一*重要的設(shè)備。為此，要求避雷器和保護(hù)間隙應(yīng)盡量靠近變壓器安裝，其接地線應(yīng)與變壓器的低壓倒中性點(diǎn)以及變壓器的金屬外殼三位一體共同接地，如圖6－12所示。

10kV配電裝置對高電位侵入的防護(hù)接線如圖6－13所示。通常在每路進(jìn)線終端和母線上，均裝有閥型避雷器。如果進(jìn)線是具有一段電纜的架空線路，則閥型避雷器或管型避雷器應(yīng)裝設(shè)在架空線路終端頭處。

（3）低壓側(cè)裝設(shè)閥型避雷器和保護(hù)間隙

這種方法主要是在多雷區(qū)用來防止雷電波由低壓側(cè)侵入而擊穿變壓器的絕緣。當(dāng)變壓器低壓倒中性點(diǎn)為不接地的運(yùn)行方式時(shí)，中性點(diǎn)也應(yīng)加裝避雷器和保護(hù)間隙。