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1、高电压技术,2,氧化锌（ZnO）避雷器,ZnO避雷器又叫金属氧化物避雷器（MOA）。 ZnO避雷器由ZnO电阻片组成，具有优异的非线性伏安特性，因此可以取消火花间隙，实现无间隙无续流，且造价低廉。,（1） ZnO晶粒，粒径为10m左右，电 阻率为110cm； （2） 包围着ZnO晶粒的Bi2O3晶界层，厚 度为0.1m左右，电阻率大于 1010cm； （3） 零散分布于晶界层中的尖晶石 Zn7Sb2O12。 ZnO电阻片的非线性特性主要取决于晶界层，在低电场下其电阻率很高；当层间电位梯度达到104105V/cm时，其电阻率急剧下降到低阻状态,3,ZnO的伏安特性曲线,区域为低电场区，电流密度与
2、电场强度的开方成正比，非线性系数约为0.10.2； 区域为中电场区，晶界层电阻Rv减小，非线性系数大为下降，约为0.010.04； 区域为高场强区，ZnO本体电阻R起主要作用，电流与电压成正比，伏安特性曲线向上翘。,4,ZnO避雷器的主要优点：,无间隙 结构简单、重量轻、无电压分布不均、放电电压不稳定等，保护可靠性高 无续流 不需吸收续流能量，动作负载轻；可承受多次重复雷击或者重复操作过电压 电气设备所受过电压可减低 在整个过电压阶段都有电流流过，因此降低了过电压幅值 通流容量大 不受串联间隙被灼伤的制约，阀片的通流能力仅与本身通流能力有关。可并联进一步提高通流能力。 易于制成直流避雷器,5,
3、ZnO避雷器的电气性能,额定电压 能短期耐受的最大工频电压有效值 最大持续运行电压 能长期持续运行的最大工频电压有效值 起始动作电压（参考电压、转折电压） 开始进入动作状态的电压，通常为U1mA 压比 在8/20us的冲击电流规定值下，残压与起始动作电压之比。越小，非线性越好。 荷电率 最大场强工作电压与起始动作电压之比 工频耐受电压特性 对工频过电压的耐受能力 保护比 额定残压与最大长期工作电压峰值之比。越小，保护性能越好,6,9.5 接地技术与接地装置,接地：把地面上的电气设备的一部分经埋入地中（包含水泥和水）的接地体（如金属棒、管、带、网等）与大地作电气连接，从而使接地点对地保持尽可能低
4、的电位。 9.5.1 接地和接地电阻的概念 电工中“地”的定义是地中不受入地电流的影响而保持着零电位的土地。 将电气设备导电部分和非导电部分（例如电缆外皮）的某一节点通过导体与大地进行人为连接，使该设备与大地保持等电位的方法，称为接地。,7,接地装置原理,由于大地电阻率的存在，当有电流流过时，出现电场分布，相对与无穷远处的零电位点，接地体处有电位升高。 接地电阻: 接地点处的电位UM与接地电流I的比值 接地体有人工和天然的两类：人工是指专门为接地而设置的；自然的是指用于别的目的，也可兼做接地。,8,9.5.2 接地的分类,1） 工作接地 工作接地电阻一般为0.5 10 2） 保护接地 为保障人
5、身安全而将设备外壳接地。 要求接触电位差和跨步电位差 通常保护电阻约为110 3） 防雷接地 目的是减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。 火花效应：雷电流幅值大， , 使得土壤发生局部放电，接 地体的等效尺寸加大，因此电阻降低。 电感影响：雷电流等值频率高，使得接地体的电感阻抗加大， 阻碍电流向接地体远端流通，接地体不能得到充分 利用，因此接地体的电阻增加。 冲击系数：,9,9.5.3 工程实用的接地装置,一、典型接地体的接地电阻 jn为电流密度（A/m2）； En为电场强度（V/m）； 为土壤电阻率（m）； 为土壤的介电常数（F/m）； C为接地体对无穷远处的电容（F）,10,(一）垂直接
6、地体,单根垂直接地体的电阻： N跟垂直接地体并联时，总电阻为： 称为接地体的利用系数。由于屏蔽效应，1。接地体间距离a与接地体长度l的比值越小，就越小，一般0.650.8。,11,（二） 水平接地体,L为接地体的总长度（m）； h为接地体埋设深度（m）； A为形状系数 由以上公式算出的是工频接地电阻值。 雷电流作用下冲击接地电阻的计算，还需要利用冲击系数,12,（三）伸长接地体,为了减小接地电阻，用很长的接地体。通常称这种接地体为伸长接地体。 由于雷电流的等值频率很高，接地体的自身电感会有很大影响，此时接地体表现出具有分布参数的传输线的阻抗特性。加上火花效应的出现，使得电流流通过程复杂。 通常
7、接地体只在40m60m的范围内有效。超过此范围，阻抗不再发生变化,13,二 输电线路的防雷接地,14,三 发电厂和变电站的防雷接地,一般是按照安全接地和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，再在避雷针和避雷线下面增加接地体以满足防雷的要求。,接地网一般埋入地下0.6-0.8m深，其面积大致与发电厂或者变电所的面积相同。,15,第10章 电力系统防雷保护,雷害事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占很大比重。 电力系统的防雷包含了线路、变电站、发电厂等各个环节。 10.1 输电线路的防雷保护 雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的60%以上。 线路上的雷过电压分为：直击雷和感应雷。 线路雷害事故的形成
8、为：雷过电压，使线路绝缘闪络，从而使得冲击闪络转化为稳定的工频电弧，引起线路跳闸。如跳闸后线路绝缘不能恢复，则发生停电。 提高防雷性能，首要是防止线路闪络。 耐雷水平：雷击线路但不至引起绝缘闪络的最大雷电流峰值(kA) 直击雷与感应雷的耐雷水平不同。,16,10.1.1 输电线路感应雷过电压,一 、雷击线路附近大地时，线路上 的感应过电压,17,在主放电开始前，先导通道中的电荷形成的静电场使得导线中形成束缚电荷 主放电过程中，先导通道中的电荷流入地中，静电场消失，导线上的束缚电荷被释放 束缚电荷沿导线向两端跑，形成过电压。它为感应过电压的静电分量。 雷电流形成的空间磁场变化，使得导线上感应出过
9、电压。它称为过电压的电磁分量。 电磁分量约为静电分量的1/5。,18,我国的技术规程规定：当雷击点离导线 的距离超过65m时，导线上的感应雷过电压最大值可按下式计算： IL为雷电流幅值（kA），hd为导线高度（m），S为雷击点离导线的距离 实际上导线上方有避雷线。由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应过电压会下降。 若避雷线不接地，则导线与避雷线的感应过电压为： 实际避雷线电位为0，因此，可看成避雷线上存在Ugb的电压，该电位将在导线上产生耦合电位k Ugb。k为耦合系数。因此，导线的实际感应电位为：,19,二、雷击线路杆塔时，导线上的感 应过电压,前面的公式只适用与s65m的情况。 对于雷击杆塔
10、时，由于主放电通道的磁场迅速变化，将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压。计算方法尚有争论。 一般高度的线路，导线上感应的过电压最大值 a感应过电压系数 aIL/2.6 有避雷线时：感应过电压为：,20,10.1.2 输电线路的直击雷过电压和 耐雷水平,以中性点直接接地系统中带避雷线的线路为例 直击雷分成三种,21,一、雷击杆塔时的反击过电压,雷击塔顶时，可能引起绝缘子串的闪络，即发生反击。,负极性雷电流一部分沿杆塔向下传播，还有一部分沿避雷线向两侧传播；同时，自塔顶有一正极性雷电流沿主放电通道向上运动，其数值等于三个负雷电流数值之和。 线路绝缘上的过电压即由这几个电流波引起。,22,（一）
11、 塔顶电位,对于40m以下的杆塔，可用集中参数的电路计算。,塔顶电位：,以 代入， 则塔顶电位的幅值为,23,（二） 导线电位,1） 避雷线与导线间的耦合作用，使得导线上产生与雷电流同极性的电位kutd 雷击杆塔时，导线上会产生与雷电流反极性的感应过电压ahd(1-k) 因此，导线上的总电压幅值为：,24,（三） 线路上绝缘子串两端电压,由前面的公式：,雷击时，导线和地线上的电位较高，将出现冲击电晕，耦合系数k 应采用修正后的数值 对于220kV及以下线路，工作电压值所占比例不大，可以忽略不计 ；但对超高压线路而言，则不可忽略，雷击时导线上的工作电压 的瞬时值应作为一随机变量加以考虑。,25,
12、（四） 耐雷水平的计算,当Uj大于绝缘子串的U50%时，绝缘子串将发生闪络，发生反击 由于90%以上的雷电流为负极性，同时绝缘子串下端（导线侧）为正极性时U50%较低，所以U50%应以下端为正极性时的值为标准。 按照U50%的放电电压计算，根据前面的公式，得耐雷水平为：,26,二、雷击避雷线挡距中央时的过电压,雷击避雷线档距中央时，由于避雷线的半径较小，产生强烈的电晕；又由于雷击点离杆塔较远，当过电压波传播到杆塔时，已不足以使绝缘子串击穿，因此通常只需考虑雷击点避雷线对导线的反击问题,27,彼得逊等值电路,在反射波到达之前，可用彼得逊等值电路计算。雷击点处的电压为：,雷击点A的最高电位将出现在
13、,若雷电流取为斜角波头i=at ，雷击点避雷线的最高电位UA为,档距中央避雷线与导线间的空气间隙距离S宜按以下公式确定,长期运行经验表明，雷击避雷线档距中央引起空气间隙闪络的事例非常少见,28,三、绕击时的过电压和耐雷水平,（一） 电气几何模型与绕击率,k6.72，p =0.8 以等击距的假设为依据,29,电气几何模型的优点： 可发生绕击的原因 可说明保护角减小时，绕击概率减小 可说明高杆塔和山区上绕击概率异常增加的原因 电气几何模型的问题： 击距的确定困难。基本上数据都不太可靠； 不能解释大电流发生绕击的现象。 而用电气几何模型解释，有效保护角随电压等级升高可以增大，而实际情况正好相反。高杆塔还要采用负保护角。,30,经验公式计算绕击概率,我国规程建议采用以下公式计算绕击概率：,对平原地区,对山区,为保护角（）；h为杆塔高度（m）。,山区线路的绕击率约为平原线路的3倍，或相当于保护角增大了8,31,（二） 绕击耐雷水平,流经雷击点A的电流iA为,导线上的电压uA为,绕击时的耐雷水平I2,我国技术规程认为， 则,