电压防护范文（精选9篇）
电压防护 第1篇
雷电是一种自然现象, 它曾给人类社会带来了不少危害, 国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”, 雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。从大量的通信设备雷击事例中分析, 专家们认为:由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲 (LEMP) 是通信设备损坏的主要原因。因此只有了解了它的形成过程, 寻求有效地防护措施才能减少雷电带来的损失。根据气象观测, 地球上每秒钟要出现大约100次左右的闪电雷击。按照电信专用房屋设计规范, 通信大楼一般都安装有避雷针、避雷网或避雷带, 并且均采取了联合接地的方式。从形式上看, 它已具备了良好的防雷和抗外界电磁干扰的性能, 然而通信设备为什么有时还会遭受过压过流而损坏呢?甚至还会对操作维护人员的人身构成威呢?这是由于当发生雷电时, 带电的云层会在通信设施的天线上产生感应电荷或雷电感应通过通信和电力线路侵入, 如果天线和通信线缆与大地之间直流通路不畅, 就会由于感应在天线和线缆与大地之间产生高电位而引起过电压, 致使通信设施无法承受强电流的侵入而损坏, 甚至会危及操作人员的人身安全。
随着长江通信建设速度的加快, 先进通信设备在长江通信网的大规模应用, 单一的防护体系已不能满足现代通信网络安全的要求, 我局也加大了对防雷接地系统的投入, 防护体系也日趋完善。防护体系已从单一防护体系转为多级防护, 多级防护包括防直击雷、防感应雷电、防地电位反击引起的瞬间过电压影响等多方面的防护, 应根据数字程控、数字微波、VHF、光电传输、交直流电源等所有微电子设备的不同功能、不同受保护程度确定防护要点和保护等级。根据雷电引起瞬间过电压的危害的可能侵入的通道, 从电源线到数据通信线路都应该做到多级保护。为此我们应采取的防范原则是“整体防御、综合治理、多重保护”, 力争将其产生的危害降低到最低点。
一、通信设施的防雷措施
通常来说, 避免建筑物及设备遭受雷击的方式大致有四种: (1) 疏导, 即将雷云中的电荷通过引线疏导至大地, 避免直接雷击或感应雷击电流流经建筑物或通信设备, 从而使建筑物或通信设备免受雷击。 (2) 隔离, 即将雷电所产生的过电压和被保护物隔离开来从而避免雷击。 (3) 等位, 即将铁塔地、天馈线地、设备工作地、建筑物的公共地等置于等电位上。 (4) 中和, 即释放出异性电荷和雷云中的电荷进行中和, 从而阻止雷电的形成。根据以上的四种避雷方法, 具体到一个通信工程的防雷电过电压来说, 其主要的措施有以下几种:
1. 外部防护
外部防护主要采用避雷针 (避雷网、避雷线和避雷带) 和接地装置 (接地线、地极) 来加以防护。其保护原理是:当雷云放电接近地面时, 它使地面的电场发生畸变, 在避雷针 (避雷线) 顶部形成局部电场强度畸变, 以影响雷电先导入电的发展方向, 引导雷电向避雷针 (避雷线) 放电, 再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地, 从而使被保护物免受雷击, 这是人们长期实践证明的防直击雷的有效方法。然而, 被动放电式避雷针存在反应速度差、保护的范围小以及导通量小等不足。根据现代通信发展的要求, 避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置, 并且应该从30°、45°、60°等不同角度考虑, 以做到对各种雷击的防护, 增大保护范围, 增加导通量。建筑物的所有外露金属构件 (管道) 都应与防雷网 (避雷线或避雷带) 连接良好。
(1) 安装避雷针或接地装置的要求
(1) 避雷针应当装在高于天线尖端数米, 避雷针与天线之间应有一定的间隔, 以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆, 通信天钱却装在避雷针外线大约1.5个波长以外。
(2) 避雷地线的直流通路的电阻要求足够低, 一般为10~50Ω, 由于雷电浪涌电流较大, 频谱较宽且持续时间短, 因此要求必须有尽量小的电感量。
(3) 接地引入线长度应不大于30米, 其材料应采用热镀锌扁钢或铜排, 截面积应不小于40mm×4mm。地线不能用扁平编织线和绞合线, 因为这两种线电感较大, 不利于泄放雷击电流, 且容易被腐蚀。要尽可能使用3毫米以上的实心导线, 且最好是相同的金属材料。
(4) 为了增大地表层的过电压的泄放面积, 可采用埋设有一定间隔的多根接地体, 且相互焊接。如在建筑物的四周以1至2米的间隔埋上10根左右的铜管, 并把它们焊接起来。
(5) 对一些重要的通信工程来说, 可以考虑安装放射性避雷装置。放射性避雷装置可以说是目前世界最先进的防雷保护装置之一。放射性避雷装置的关键部分是放射源, 它能连续自行发射α粒子, 使周围空气电离产生大量电子。在雷电场的作用下这些电子不断加速, 对空气产生连锁的多极电离或雪崩电离, 形成与电场强度成正比的电子流, 这时产生的由放射源指向雷云的电离通导会永不间断地中和及释放空间电荷, 把已有的低电场消除掉, 把可能形成的高电场降为低电场, 从而有效地防止发生雷击, 起到显著的消雷作用。这种放射性避雷装置的防护面积较大, 其半径大约为260米左右, 且安全可靠, 对人身无伤害。
(2) 防感应雷击的方法
除在通信铁塔上安装避雷针或避雷装置的同时, 还要注意消除感应雷击, 其常用的方法是在天馈系统中安装电涌保护器 (SPD) 。在天馈系统中安装SPD时应注意以下问题:
一是SPD的接地端必须与地连接可靠, 一般要求接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接, 且接地电阻不得大于5Ω, 不然将会影响到防雷的效果。二是因存在一定的插入损耗, 对天线辐射信号的强度会造成一定的影响, 并且还要注意驻波比, 一般要求天馈系统的驻波比不大于1.5。三是安装通信天线时, 天线的支撑杆要与铁塔可靠连接, 连接电阻等于零。对重要的通信工程而言, 除在天馈系统中安装SPD外, 还要注意供电系统的防雷, 常见做法是在变压器和配电房安装避雷装置。
2. 内部防护
首先是电源部分的防护, 因为线路是雷电侵入的主要通道之一。对于高压部分, 供电部门有专用的高压避雷装置, 而线对线的过压则无法控制。因此, 对380V低压线路应进行过电压保护, 按国家规范要求应分为3部分:建议在高压变压器后端到通信局 (站) 配电机房总配电盘的电缆内芯线两端对地加装避雷器, 作为一级保护;在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端对地加装避雷器, 作为二级保护;在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加装避雷器, 作为三级保护。目的是用分流 (限流) 技术将雷电过电压 (脉冲) 能量分流疏导至大地, 从而达到保护的目的。分流 (限流) 技术中采用的防护器的质量、性能的好坏将直接影响防护的效果, 因此应选择合格优良的避雷装置。
第二是信号部分的防护, 这需要根据通信设备的对雷电的敏感度来确定。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端时, 应对地加装避雷器, 电缆中的空线应接地, 并做好屏蔽接地。
最后是接地处理, 接地系统把雷电流引入大地, 从而达到保护设备和人身安全的目的。一般建筑物的接地系统有建筑物地网 (与法拉第网相接) 、电源地 (要求地阻<1 0Ω) 、逻辑地 (也称信号地) 和防雷地等。通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时, 如果相互之间距离达不到规范的要求, 则容易出现地电位反击事故。因此, 各接地系统之间的距离达不到规范要求时, 应尽可能使它们连接在一起, 如实际情况不允许直接连接, 可通过地电位连接, 从而保证各类接地点的基准电位是惟一值。为保证系统正常工作, 每年在雷雨季节前后或春、秋检修时应定期用精密地阻仪检测地阻值, 以确保地阻值始终保持在规定的范围内。
二、结语
总之, 防雷接地对通信设备来说是一个永恒的话题, 接地系统的正确与否直接关系到通信设备和人身的安全。根据国际、国内相关技术的发展以及国际、国家和信息产业部的有关设计规范, 可以明确以下几点:
1. 通信局 (站) 必须按规范建立在联合接地系统、均压等电位分区保护的基础上。
2. 无论是通信大楼, 还是通信设施, 都必须采用层层防护的原则。
3. 防雷装置的接地电阻应符合《建筑物防雷接地规范》与通信行业防雷接地标准。根据各通信机房、基站等所处的环境, 应从电缆引入开始安装多级保护器。
4. 防雷装置的接地线应尽可能短, 因为在雷击情况下, 接地线的阻抗主要取决于接地线的电感, 而电感主要取决于接地线的长度。因此, 接地线应尽量粗、短而直, 禁止不必要的弯曲、打圈和迂回, 才能达到更佳的防雷效果。
自动气象站的雷电及过电压防护 第2篇
[摘要]自动气象站为我国的经济生产带来了极大的益处，因为其可以有效地对自然界的气象变化进行准确的监测与预测，将自然界对人类生产的危害程度降至最低点。由于自动气象站易于受到自然界的雷电破坏，雷电所产生的过电压对自动气象站的危害不容忽视，因此，本文针对自动气象站的雷电进行了分析，并探讨了雷电过电压防护的措施。
[关键词]自动气象站；雷电；危害；过电压防护；措施
[中图分类号]P415.1+2 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0040-01
一、引言
自然界的雷电对于自动气象站的影响与危害，在我们的生产实践中不容忽视，其后果很有可能会给社会和人们的生命财产带来严重的损失。因此，有必要在自动气象站的工作中注重对雷电及其过电压的防护工作，尽可能的减少雷电过电压对气象站的设备造成损失。为了做好防护措施，就要首先对气象站的系统设备有一个清楚的了解。由于自动气象站的系统一般都是采用高科技的微电子产品，对于外界的低压能够承受，但是对于强烈的电磁干扰，尤其是电磁脉冲的冲击，其抗性就会大大降低。再加上自然界的雷电所产生的过电压可以借助多种途径侵入自动气象站的设备。情况较为轻的就是干扰设备的正常功能，时系统无法进行准确的气象观测与预测，如果情况较为严重，就会有可能造成整个气象站系统的瘫痪，最终导致设备的报废，带来严重的经济损失。因此，雷电过电压的危害，气象站的工作人员应给予高度的重视，在工作中注重各种经验的积累，采取有效的措施对雷电过电压进行防护工作，最大限度的降低其带来的危害。
二、自动气象站的雷电干扰和入侵途径
（一）自动气象站的雷电干扰
就目前而言，我国的自动气象站监测系统基本上采用的都是大量的高科技产品，也就是电子元器件，由这些电子元器件有机组合在一起，从而形成了微电子的系统设备。由于气象站系统的电子设备对于外界强烈的电磁干扰非常敏感，因此，在人们的生产和生活实践中也会产生一定强度的电磁干扰，但是这种人为的电磁干扰能够很好地被控制，所造成的危害也是较小的。然而来自大自然的电磁干扰就比较严重。比如自然界的电磁干扰主要有雷电发生时产生的放电和过电压，宇宙中的强烈射线，还有其他的气象活动等，这些都会严重影响到气象站的正常工作。其中雷电的放电和过电压造成的危害最大。雷电产生的危害主要有两种形式，有直击雷、感应雷。其中直击雷能击中自动站的可能性较小，在工作中采用一般的避雷网或者避雷针都可以对自动站进行有效地保护，但是感应雷所产生的危害就比较大，针对此情况，应该采用综合性的措施进行防护工作。
（二）自动气象站的雷电入侵途径
自动气象站的雷电入侵途径有多种形式，主要是通过辐射耦合和传导耦合两种形式进行的，通过这两种形式将雷电过电压输送到自动气象站，导致气象站的系统设备受到严重损害。从子动气象站的组成系统来看，雷电入侵的主要途径会有电源线的入侵、各种连接部件之间的通道和网络的通信电路等，其中以电源线的入侵最为利害，掌握几种雷电过电压的入侵途径，才能有效的采取措施进行防护。在电源线入侵途径中，由于自动气象站的电源是由低压线进行传输电力，进而引到电源室内，这就会有可能导致输送电力的路线受到雷电的损害，雷电的过点烟就会沿着电力路线周围的配电线路进行传播，最终侵入电源，使其功能失效，受到危害。直击雷和感应雷都会在低压的线路上产生过电压，都会对电源设备造成危害。在通信线的入侵途径中，对于直击雷来说，只有当对其的防护措施不力时，才会导致灾害发生。比如，路面的高层建筑物或者突起的物体就会受到是直击雷的危害，直击雷所产生的过电压就会有可能击穿地面上的土壤，后果也是较为严重，不仅会使室外的气象站中的设备系统，轻则失去正常的功能，重则就会全体瘫痪，过电压还会击穿各个连接处的保护电缆线的绝缘层，这样的情况下，直击雷所产生的过电压就会顺着通信线入侵气象站的系统。如果通信线遭到的是感应电所产生的过电压，其后果将会更严重，因为感应电过电压可以在极短的时间内产生强大的电压，造成极大的危害。
三、自动气象站的雷电所产生的过电压的防护措施
了解了自动气象站的电磁干扰源及其所产生的危害，还有雷电过电压入侵系统的主要途径，就要根据现有的技术水平，采取相应的有效措施进行强有力的预防。一下就介绍几种有效的也较为常用的防护措施。
（一）接地的防护措施
接地的防护措施在雷电过电压的防护工作中较为常见，也有很不错的效果。接地防护是防雷击的重要基础，接地的种类和运行的形式也有多种，种类主要有交流电源的接地、防雷接地以及直流电源接地等，其运行的形式主要有两种，分别是共地运行和分地运行，对于自动气象站而言，经过分析后，建立联合的共地运行方式较为有效。一股情况下，为了防止频率较低而且杂散的电流危害，就要把气象站的设备多处进行接地，比如电源接地，感应器和采集器也要接地，还有保护接地等，需要注意的是，为了有效地将这些接地的系统和防雷系统分开，这些接地都要采用整体统一的单点接地才可以。对于地面上的建筑物来说，可以通过建筑物底层的接地系统中的壁垒装备有效地将建筑物之间的接地系统自动连通，有效保护自动气象站的安全。
（二）屏蔽的防护措施
屏蔽的防护措施在生产实践中也很有效。采用屏蔽防护就是将外界中所有的电磁干扰拒之于门外，阻碍其侵入自动气象站的内部系统。一般情况下，就是采用能导电的一些物体，比如金属网、管子以及金属箔等导体，利用它们有效将自动气象站系统内需要保护的设备完全包起来，不与外界环境接触，可有有效地实行保护。如果进行传输的电缆是暴漏在外面的，就要采用全面屏蔽的措施进行保护，可以使用全屏蔽线对其进行直接有效的保护，在接地上也要注意采用对点同时进行接地。对于自动气象站周围雷电活动较多的地方，可以采用在电缆的上方大约有30厘米之处，建立与电缆相互平行一致的金属导体，必须要接地。对于与电源相连的低压电源线，要安置在地面以下，再加上屏蔽层，切记暴漏在空中。另外在有些的网线上也要装上信号避雷针，这样才会有效阻断雷电过电压的危害，进而保护自动气象站的系统。
（三）分流的防护措施
分流是近年来兴起来的，主要的防护原理就是在电源线以及有关的通信线路等雷电入侵通道和接地线之间并上一个避雷装置，例如避雷器，这样就可以有效地降低雷电过电压对自动气象站的破坏。
四、结束语
综上所述，做好雷电过电压的防护工作，就能保证自动气象站有效长久的为人类社会服务。
参考文献
[1]虞昊，现代防雷技术基础[M]，北京；气象出版社，2002
谈真空高压开关过电压防护措施 第3篇
1、过电压产生的类型
1.1 载流过电压
真空开关在开断交流小电流时, 由于灭弧室本身原因, 当电流从峰值下降尚未到达自然零点时, 电弧熄灭, 电流被忽然中断, 这就是我们平时说的截流现象。由于电流被忽然中断, 电感负载上剩余的电磁能量就会产生过电压。这种由载流现象产生的过电压称为载流过电压。它的幅值取决于真空断路器的载流水平和负载侧的波阻抗值。对一些波阻抗较大的电气设备可能产生较高的过电压, 对电力系统, 高压电器, 包括负载带来危害。
1.2 多次重燃过电压
真空开关触头在工频电流过零点处分离时, 因触点开距很小, 承受不住恢复电压的作用就会发生重燃, 在回路中将会出现高频电流, 高频电流过零时电弧又熄灭, 接着又可能出现重燃熄灭过程, 这时负载侧发生电磁振荡, 产生很高的过电压, 这种过电压称为多次重燃过电压。
1.3 三相同时载流过电压
真空开关在开断时出现三相电流同时为零的现象称为三相同时载流。因此引起的电压成为三相同时载流过电压。实践证明, 电压等级越高, 恢复电压上升速度越快, 越容易出现重燃, 三相同时载流出现的几率越高, 最高过电压可达到额定电压的3.4倍。
2、过电压的防护措施
真空开关在使用中有可能产生过电压, 给电力系统或者其它设备绝缘带来损坏。因此需要对不同形式的过电压采取相应的防护措施, 以减少过电压的产生的降压过电压的数值。为此, 我们应该加装保护装置以改变负载参数。
2.1 负载端并联电容
在感性负载端上并联电容器, 可以有效地降低负载波阻抗, 从而降低载流过电压。但是要注意, 负载波阻抗的降低会使真空开关的载流值增大。载流过电压取决于载流值与波阻抗两者的乘积, 试验证明, 随着负载上并联电容的增大, 过电压总的说来还是降低的。更重要的是负载并联电容之后, 不仅降低过电压的幅值, 还能减缓过电压的前沿陡度。这不仅能保护感性负载免遭载流过电压的损害, 还能减轻多次重燃过电压对电动机的危害。真空开关用电缆连接变压器时, 由于电缆具有较大的分布电容, 其作用等同于并联电容器, 并且可以明显的降低载流过电压, 且电缆越长效果越明显。
2.2 负载端并联电阻—电容 (RC保护)
把电阻R与电容C串联作为保护元件并联在负载进线端, 称为RC过电压抑制器。电容器既可以减缓过电压上升的陡度, 又可降低负载的波阻抗, 因而降低载流过电压。电阻器的作用是:当发生载流时, 它的负载电路的高频振荡中使能量消耗, 有效地抑制过电压;当间隙发生重燃时, 它的存在增加了高频放电电路的衰减系数, 使高频电流迅速衰减和减少振幅因素β, 并可减少重燃次数, 使多次重燃过电压得以明显地下降, 甚至可以有效地阻止其发生。
2.3 采用非线性电阻吸收器
普通避雷器并联的方法, 用普通避雷器来减缓上升的陡度。而用普通避雷器能限制过电压的幅值, 但不能减缓过电压的上升陡度。因而, 普通避雷器一般用来保护变压器的载流过电压, 而不能再发生多次重燃过电压时保护电动机。保护电动机等设备时, 可以采用电容器与普通避雷器并联的方法, 用电容器来减缓上升陡度, 而且用普通避雷器来限制幅值。
3、利用真空开关开断高压电动的操作过电压和防护措施
真空开关开断高压电动机, 也是开断感性负载, 尤其是在开断电动机启动电流时, 即使载流过电压不成问题, 也会发生因多次重燃过电压将电动机匝间绝缘击穿。这是因为多次重燃过电压是频率很高的高频过电压, 其频率可达到几百千赫至几个兆赫。高幅值的高频过电压不仅严重威胁电动机的主绝缘, 而且对匝间绝缘也构成严重的危害。表1给出了某研究所在真空开关开断电动机时因多次重燃产生的最大过电压倍数。
可见, 真空开关在开断电动机时的过电压倍数远超过了电机绝缘2.6～2.7。综上所述, 提出以下几个方面的防范措施:
3.1 安装氧化锌避雷器保护电动机
氧化锌避雷器, 它具有本导体晶体稳压管的特性。在正常的工作电压下阻值很大, 电流很小;当电压增高至某一值后, 阻值马上下降, 呈现稳压特性。氧化锌避雷器还有较好的非线性特性、动作快, 伏安特性平坦、方波通流容量大、寿命长等优点。
氧化锌避雷器用于保护电动机免受操作过电压危害的接线图如图1所示, 即中性点再接地。由于我国3～10KV电网系统属中性点不接地或通过消弧线圈接地系统。在电网单相接地时, 允许带故障运行两个小时, 但此时故障对地电压将升至倍变成线电压。在此期间, 氧化锌避雷器将承受线电压的作用。所以被选的氧化锌避雷器的额定电压应比线电压大, 如6KV的高压电动机选保护用氧化锌避雷器时, 应按线电压最大值6.3KV考虑, 然后将此值乘以可靠性系数 (1.1～1.2) , 即6.3×1.2=7.56≈7.6 (KV) , 该值则为氧化锌避雷器额定电压选取值。避雷器额定电压选择太低将缩短其寿命甚至导致爆炸, 而选得太高将起不到保护作用, 这点一定要注意。
3.2相对地加装RC阻容吸收装置
相对地加装RC阻容吸收装置后, 如图2所示, 电容可以降低暂态恢复电压的频率, 电阻可以起到衰减暂态恢复电压的作用, 因而具有良好的抑制真空开关操作过电压的作用。早期的RC阻容装置因其只要功能是抑制载流过电压, 因而电容值非常大, 一般在0.5μF左右。目前, RC阻容装置只要功能是抑制重燃的发生以及重燃发生后对高频过电压加以阻尼, 故电容值可以取较小。典型值为0.1～0.2μF, 电阻一般在100Ω左右。一般来说随着选用电容值的增大, 电阻值逐渐减小。
不过, 应该注意的是, R C阻容吸收装置虽然是有效抑制电机操作过电压的方法, 但是它有几个明显的不足之处:一是体积较大, 常常在安装场地问题上遇到困难;二是RC阻尼装置会对系统的谐波发生放大, 从而加剧电流谐振的可能性, 导致RC装置因长期过电流而损坏;三是大量的RC阻容装置会使系统对地电容电流大增, 在中性点绝缘或经消弧线圈接地的系统中使单相接地电弧难以自熄, 从而引发故障扩大。这些问题在运行中都要加以注意。
3.3相对地加装并联电容器
加装并联电容器后, 可降低真空开关断口上的暂态恢复电压的频率, 从而降低重燃的发生, 达到降低电压幅值和抑制高频过电压的目的。加装的电容值一般取0.1～0.3μF。
电压防护 第4篇
关键词：过电压防护 检测 检修
中图分类号：TM8文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0100-01
众所周知，电能是当前社会中极其优秀的一种二次能源，是人类生活中必不可少的一部分。人类对电能的需求量与日俱增，大型电站的加速开发和建设迫在眉睫。电力系统其供电是否可靠将直接与国计民生有关，怎样合理地确保电力系统的可靠、安全运行是电力部门一直在研究的重要课题，安全运行高压设备是整个系统得以安全运行的关键所在。而大容量，长距离以及超高压是电力系统未来的发展方向。与此同时，电力系统的过电压防护以及电气设备的检测与检修也将成为我们要经常面对的问题。
1 电力系统过电压防护的必要性
变电站作为枢纽点，它是多条输电线路的交汇点，它同时也是电力系统的枢纽点。变电站的雷电事故通常会使得大面积范围停电的现象出现，因此在进行变电工程设计之前，过电压和保护问题必须被认真研究，造成电力系统过电压的主要原因有雷电过电压，还有操作过电压和电力系统故障等。
造成电力系统过电压的主要原因当中，雷害事故几乎占据50%以上，因此对雷电的研究和防护意义重大。从电力工程方面来讲，有两个方面尤其需要引起我们的注意：其中一点是雷电放电过程导致电力系统出现极高的雷电的过电压，这一点是造成停电事故以及电力系统的绝缘故障的常见的原因，第二点是是雷电造成的极大的电流，会导致炸毁被击物体，导致被击物体燃烧，导体熔断，甚至会通过电动力导致机械损坏。
2 电力系统过电压防护的方法
在现代的电力系统中，经常被采用防雷保护装置主要有以下几种，避雷针，保护间隙，避雷线以及各种避雷器等其它许多防雷保护装置。
输电线路防雷措施主要有以下几点，第一点是尽量避免雷直击导线，第二点是尽量避免雷击塔顶，第三点是尽量避免雷击闪络与工频电弧间的相互转化，第四点是尽量避免线路的中断供电。
首先，为了有效完成直击雷防护的相关工作，把绝大多数雷电流引入到地中得以释放是一种有效的方法。一次直击雷防护措施假如安排妥当，雷击的50%～60%的能量将被释放到大地。其次，考虑到雷电波引发的电力设备的过电压，电涌沿着电源，线路，地网以及接地这条路径入侵。同时电力线以及地线是雷击通道，雷电过电压侵入防护要从以上提到的几个方面入手。
3 电气设备的在线监测
在线监测系统的技术要求主要有以下几点，一是系统的投入以及使用要以不改变和影响电气设备的正常工作为前提；二是系统要能够自动地而且连续地监测，并且自动连续地进行数据处理以及存储的工作；三是自检以及报警功能应该是系统必备的功能；四是强的抗干扰能力以及适当的检测灵敏度是系统所必备的；五是监测结果应是可靠的，并具有一定的重复性以及准确度；六是在线标定自身的监测灵敏度应是系统必备的功能；最后一点，故障诊断的功能也是系统所必备的。
以高压断路器为例，高压断路器作为电力系统中处于举足轻重的地位，有着控制电网以及保护电网的作用，所以保障断路器的稳定性以及可靠性运行尤其重要。机械方面的问题是高压断路器大多数故障的来源，研究机械故障是解决此问题的关键。高压断路器中存在机械振动信号，而且它是包含了丰富的信息，其中有大量的设备状态信息，传感器技术，信号处理技术以及计算机技术飞速发展，从振动信号入手，从而实现监测高压断路器的机械状态同时对其进行诊断已经成为一种可行的、有效的方式。
4 电气设备的检修
电气设备是电力系统的基本元件，其性能的好坏直接影响到系统的安全可靠运行。高压电气设备的构成主要包括两大类的材料，金属材料为第一大类；绝缘材料则为另一类，绝缘纸、绝缘油以及层压板等都属于绝缘材料。与金属材料相比，损坏的现象更容易在绝缘材料身上出现，很容易发生老化变质的现象而使机电强度显著降低。因而绝缘材料机电性能的好坏往往成为决定整个电气设备寿命的关键所在。
电力系统电气设备的多数故障是绝缘性故障。对于国外来说，美国某地区4.8kV配电系统对1980年-1989年间失效电容器的统计分析指出，其中92%是因绝缘劣化引起失效；日本日新公司对故障变压器统计结果是绝缘故障占45%。引起绝缘故障的原因主要有以下四点：一是电应力；二是机械力；三是热；四是电场。
目前的维修机制是事故后维修到定期维修再到状态维修，事故后维修主要是20世纪50年代以前采用，定期维修主要是20世纪60、70年代沿用至今。主要方法为：预防性试验一般在每年春查时进行，参考《电气设备预防性试验规程》的标准，把预试结果与其进行对比，假如出现超标，维修以及停电计划则应该立刻被安排。
我国现行绝缘预防性试验项目的主要内容有：测量绝缘电阻或直流泄漏电流判断是否总体受潮或严重损坏；交流下测量介质损耗角正切值tgd，测到的是真正反映交流下介质损耗大小的特征参数，与绝缘的几何尺寸无关；通过对绝缘油进行物化分析和气相色谱分析判断油浸电力设备的绝缘状况；局部放电试验可以反映电气设备突发性故障及绝缘状况；破坏性试验项目，如交流耐压试验可能引起残余破坏，仅仅在大修后等情况下才进行。
5 结语
本文从电力系统过电压防护的必要性、电力系统过电压防护的方法、电气设备的在线监测、电气设备的检修四个方面进行分析，阐述了电力系统过电压防护的重要性，同时对电力系统过电压防护的方法、电气设备的在线监测、电气设备的检修给与了一定的概述。
参考文献
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[5]强生泽，杨贵恒，李龙，等.现代通信电源系统原理与设计[M].北京：中国电力出版社，2009.
通讯设备对雷电电压的多级防护 第5篇
大规模集成电路和智能化在通信设备中的广泛应用,使得各类先进微波通信设备对过电压的要求越来越高。由于雷电在天馈线、高频开关电源、电源线、信号线、微波编解码器等设备设施感应的瞬间,造成过电压的危害时常发生,因此必须采取多级防护措施来避免因过电压及其所产生的过电流对微波传输设备和人员造成损害等广播电视安全传输事故。应采取“整体防御、综合治理、多重保护”的防范原则力争将其产生的危害降低到最低点。
2数字微波通信设施的防雷措施
高山微波台站雷电击坏设备常有发生,防雷问题必须全面系统考虑才能安全有效。通常来说,避免建筑物及设备遭受雷击的方式大致有四种:一是疏导,即将雷云中的电荷通过引线疏导至大地,。二是隔离,即将雷电所产生的过电压和被保护物隔离开来从而避免雷击。三是等位,即将铁塔地、天馈线地、设备工作地、建筑物的公共地等置于等电位上。四是中和,即释放出异性电荷和雷云中的电荷进行中和,从而阻止雷电的形成。根据以上的四种避雷方法,具体到一个数字微波通信设施的防雷电过电压来说,主要措施有以下几种。
2.1 外部避雷装置的安装
机房外部防护主要采用避雷针(避雷网、避雷线和避雷带)和接地装置(接地线、地极)来加以防护。其保护原理是:当雷云放电接近地面时,它使地面的电场发生畸变,在避雷针顶部形成局部电场强度畸变,以影响雷电先导入电的发展方向,引导雷电向避雷针放电,再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物免受雷击。然而,被动放电式避雷针存在反应速度差、保护范围小以及导通量小等不足。根据现代通信发展的要求,避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置,并且应该从30°、45°、60°等不同角度考虑,以做到对各种雷击的防护,增大保护范围,增加导通量。建筑物的所有外露金属构件(管道)都应与防雷网连接良好。
(1)安装避雷针或接地装置要求避雷针应装在高于天线尖端数米,避雷针与天线之间应有一定的间隔,以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆,通信天钱却装在避雷针外线大约1.5个波长以外。
(2)避雷地线的直流通路电阻要求足够低,一般为10～50Ω,由于雷电浪涌电流较大,频谱较宽且持续时间短,因此要求必须有尽量小的电感量。
(3)接地引入线长度应≤30m,其材料应采用热镀锌扁钢或铜排,截面积应≥40mm×4mm。地线不能用扁平编织线和绞合线,因为这两种线电感较大,不利于泄放雷击电流,且容易被腐蚀。要尽可能使用3mm以上的实心导线,且最好是相同的金属材料。
2.2 防感应雷击的方法
除在通信铁塔上安装避雷针或避雷装置外,还要注意消除感应雷击,其常用的方法是在天馈系统中安装电涌保护器(SPD)。在天馈系统中安装SPD时应注意以下方面的问题:
(1) SPD的接地端必须与地连接可靠,一般要求接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接,且接地电阻≤5Ω,不然将会影响到防雷的效果。
(2)因存在一定的插入损耗,对天线辐射信号的强度会造成一定的影响,并且还要注意驻波比,一般要求天馈系统的驻波比≤1.5。
(3)安装通信天线时,天线的支撑杆要与铁塔可靠连接,连接电阻等于零。
2.3 内部电源的防护
对数字微波通信工程而言,除在天馈系统中安装SPD外,还要注意电源部分的防护,因为线路是雷电侵入的主要通道之一,常见做法是在变压器和配电房安装避雷装置,实现多级防护,即在变压器的高压端加装高压避雷器,低压则加装低压避雷器,在交直流配电屏上分别加装交、直流避雷器。在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加装避雷器。
2.4 设备的防护
机房内所有设备的金属外壳都应接地,金属走线架等金属物也必须接地。站内金属物良好的接地不但是用电安全的要求,也是屏蔽雷电感应、均衡设备电位的重要措施。
2.5 接地连线
绝对的等电位只是一个理想,如果通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时,不允许直接连接,可通过地电位连接,从而保证各类接地点的基准电位是惟一值。为保证系统正常工作,每年在雷雨季节前后或春、秋检修时应定期用精密地阻仪检测地阻值,以确保地阻值始终保持在规定的范围内。
3 结束语
总之,防雷接地对微波通信设备来说是一个永恒的话题,接地系统的正确与否直接关系到通信设备和人身安全。根据有关设计规范,可以明确以下几点。
(1)微波通信台站必须按规范建立在联合接地系统、均压等电位分区保护的基础上。
(2)无论是微波通信台站,还是通信设施,都必须采用层层防护的原则。
(3)防雷装置的接地电阻应符合《建筑物防雷接地规范》与通信行业防雷接地标准。根据各通信机房所处的环境,应从电缆引入开始安装多级保护器。
(4)接地线应尽量粗、短而直,禁止不必要的弯曲、打圈和迂回,才能达到更佳的防雷效果。
摘要：大规模集成电路和智能化在微波通信设备中的广泛应用,使得各种先进的微波通信设备对过电压的要求也就越来越高。因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压及其所产生的过电流对微波通信设备的危害。
关键词：微波通信设备,防雷措施,电压防护,降低危害
参考文献
[1]通信设备的雷电防护.
[2]信息与通信防雷接地基础知识.
电压防护 第6篇
如何切实有效地降低或消除建筑塔吊感应的高压电,避免人身和财产的意外损伤,是建筑行业中长期存在并亟待解决的突出问题。但对此研究国内外几乎没有文献提及,本文简要介绍塔吊感应电压的机理,分析塔吊感应电压类型,指出电磁感应分量和静电感应分量是塔吊感应电的主要构成部分,针对不同电压类型探讨并建立多种防护措施,从根本上提高建筑塔吊在电磁辐射场及雷电场环境中工作的安全性具有重要意义和实用价值。
1 建筑塔吊感应电机理
电磁辐射是一种由源向外发出电磁能的现象,它主要由于电磁耦合和感应耦合使主要由金属部件组成的建筑塔吊感应高压电。而雷电形成于大气运动过程,是大气中的放电现象,它又通过静电耦合和感应耦合使塔吊感应高压电。这样高耸竖立的建筑塔吊在临近电磁辐射源或雷电场区时就会由于感应耦合、电磁耦合或静电耦合而感应高压电。即电磁场或雷电场的电磁波在闭合回路中感生电压、电磁辐射在金属表面感生电荷等,使主要由金属部件组成的建筑塔吊感应高压电。
2 建筑塔吊感应电类型
2.1 电磁辐射感应电压
现实生活中,广播电视通信发射系统、高压送变电系统、高速磁悬浮列车的电气化铁道和工业、科学、医疗用大功率电磁能设施等是产生电磁辐射的主要设施。其中无线电波是垂直极化波,那么塔臂的塔身就相当于竖直放置的金属杆天线,其中的许多金属框架又相当于许多闭合回路叠加。而电视台发射的电磁波是水平极化波,那么塔臂的横杆就相当于水平放置的金属杆天线,其中的许多金属框架又相当于许多闭合回路叠加如图1所示。
这样,电磁波由于电磁耦合和感应耦合使主要由金属部件组成的建筑塔吊感应高压电,其中感应电压:U=U1+U2+U3+…+UN,即塔臂越长,金属框架越多,总感应电压就越大(塔身的感应电压也同理)。同时塔臂转角不同,感应电压也不同。而且其它电磁辐射引起的感应电压也如此。
2.2 场塔耦合谐振过电压
从整体结构及形状来看,建筑塔吊可看作是由塔身及塔臂金属框架组成的等效电阻(R)、吊钩钢丝线绕组组成的等效电感(L)和塔吊吊钩及塔臂金属架对地组成的等效电容(C)组成,所以就可把塔吊看作是由空间分布电容、等效电感和电阻组成的等效RLC串联电路。而且塔身及吊顶就相当于天线架,整个塔吊就可看成是个接收机的输入回路(图2)。这样,塔吊临近电磁辐射源就发生感应耦合或者电磁耦合而产生感应电压。
在塔吊作业过程中,吊钩对地组成的空间分布电容、钢丝线绕组组成的等效电感时刻在改变,即塔吊的等效RLC电路自身频率时刻在改变,此电路交替呈现出感性、容性或谐振等现象。当C较小时,UC较大,即吊钩越接近地面时越带上较大电压。特别是当塔吊自身频率与电磁辐射的频率相等或塔吊的环形总长(塔身高+塔臂长+吊钩钢丝线的长度)为最强(最近)辐射频率的1/4波长时回路将产生谐振。串联谐振时会在电感和电容两端出现很高过电压。可见谐振时电感或电容上的电压是很大的,此时天线上感应出最大交流电位差,电路两端感应出最大电压,呈现出振荡的最大耦合特性。即谐振时常常引起严重的、持续时间很长的谐振过电压。
2.3 雷电过电压
每当雷电划破长空,可能就是一场美丽灾难的开始。因为雷电是大气中的放电现象,是由带电荷的雷云引起的。它主要通过感应耦合或者静电耦合使由金属部件组成的建筑塔吊感应高压电,所以高耸竖立的金属塔吊就是常受雷电影响的器件,从而危及施工人员和财产安全。建筑塔吊上的雷电过电压有两种:一种是直击雷过电压;另一种是感应雷过电压。
2.3.1 直击雷过电压
当雷电直接击中建筑塔吊时,强大的雷电流通过其流入大地,在塔吊上产生较高的电位降,称为直击雷过电压。这种强大的冲击电流(最高电流达200~300kA,一般在20~40kA,其时间仅为10~l00us)、炽热的温度、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射直接击在建筑塔吊金属框架上,因电效应、热效应和雷电冲击波等作用而造成塔吊损坏。
2.3.2 感应雷过电压
雷云层与层之间以及雷云与大地之间放电时,雷云—→大地这个大电场发生畸变,即在放电通道周围产生的电磁感应、雷电电磁脉冲的辐射以及雷云电场的静电感应,使建筑物塔吊感应出雷电高电压。当建筑塔吊处于雷云与大地间所形成的电场中时,塔臂金属导体上就会聚集极性与雷云下部电荷极性相反的大量电荷。由于雷云对地放电过程中,放电通道周围空间电磁场的急剧变化,会使在附近的建筑塔吊产生感应雷过电压如图3所示。由于主放电的平均发展速度很快,塔臂上的束缚正电荷的释放过程也很快,所以沿塔臂形成的电压波的幅值很高,产生电位很高的过电压,对塔吊影响很大。
特别是塔臂两端电阻明显不对称(塔基端接地,而吊钩端悬空),据最大不匹配原则,电荷流向塔基那端电阻小、流向吊钩那端电阻大,所以流向高电阻的吊钩端感应过电压很大,而且沿整个塔吊分布的感应电压呈非线性。
2.4 辐射感应与摩擦起电引起的静电压
电磁辐射会在金属表面感生电荷,塔吊金属表面面积越大感生电荷越多,感应电动势也就越大,而且伴随高频电磁波作用在导体表面薄层中的趋肤效应等。同时建筑塔吊常在空旷平坦的地方施工,大风容易长驱直入,并与地面及地面上的塔吊快速摩擦使塔吊产生许多静电,这样使塔吊产生许多高压静电。
综合以上,塔吊感应电压是电磁场与塔吊金属导体之间感应耦合的结果,由静电场引起的感应过电压就是感应电压的静电分量;而变化磁场在塔吊上感应出电压,即感应电压的电磁分量,它们是塔吊感应电压的主要构成部分。
3 针对不同感应电压类型的防护措施
3.1 防电磁辐射感应电压的措施:
由于在电磁辐射源或雷电场区附近施工的塔吊常感应高压电,所以一定要使操作人员戴绝缘手套、穿绝缘靴;用绝缘物插入滑轮,隔绝吊钩;采用环氧树脂绝缘吊钩;吊钩下用绝缘绳等。在塔吊上放置比较宽的导电保护环,并连接到塔吊金属架上,在感应电流流过的位置上采用多点接地,即将塔身及塔臂上的多处通过接地装置与大地相互连接(即重复接地法)。这样,当塔吊上有感应电压时,就可通过接地引线泄入大地放电而起到保护作用。
3.2 防场塔耦合谐振过电压的措施:
设置一种具有释放电结构的电子装置,包含电路基板、放电导体、按键主体、开关元件、接地点等。该装置通过电阻、电感、电容等元件单独或混合组成的放电网络,利用导通方式将可能的感应电引导至接地点。并针对场塔耦合谐振过电压的特点,采用共振回路衰减装置,从塔机臂端到塔机底部用导线连接并接入电容等器件,从参数配置上避开谐振点,使回路脱离谐振状态,以此抵消或降低塔吊上的谐振过电压,达到安全施工目的。
3.3 防雷电过电压的措施:
由于雷电产生的感应电压随塔吊导体两端电阻的增加呈非线性增加趋势,所以良好的接地可以有效减小雷电在塔吊导体上产生的感应电压,从而对塔吊进行较好保护。对防直击雷过电压,独立装设避雷或架空避雷线(网),使塔吊处于接闪器的保护范围内。而对防感应雷过电压,塔吊雷电过电压的特点是当塔基绝缘或电阻较大时则沿塔身中点向两侧方向分布如图4所示。
根据雷电过电压分布特点,以及雷电过电压图形,从防雷电过电压角度来说,应在建筑塔吊底端和上部的吊臂端采取上下两点同时接地法如图5所示。而且采用两点接地时的接地线长度为非等长,可以全面抵御1/4波长雷电波侵入问题。这样,当塔吊上有感应雷过电压时,就能通过接地引线泄入大地放电而起到保护作用。
3.4 辐射感应与摩擦起电引起的静电压
可采用限制静电积累或装有静电中和装置,采取接地、增湿、加入抗静电剂等泄露法。同时配置现场临时用电漏电保护器,采用三级配电三级漏电保护供电。
4 结语
针对塔吊不同的感应电压类型,采取不同的保护措施,从根本上提高建筑塔吊在电磁辐射场及雷电场环境中工作的安全性。并鉴于目前研究建筑塔吊感应电压的手段主要是以系统的现场实测为主,今后将有暂态网络分析和计算机的数值模拟计算等多种方法。那么以后就将有更多更好的防护措施,这样必将更有效减小或消除建筑塔吊的感应电压,从而达到对塔吊进行较好保护的目的。
参考文献
[1]魏静康,余华林,吴玉和.塔式起重机感应电压原因及防护措施[J].建筑安全,1994.07:26-27.
[2]刘强,谷定樊,张元芳.雷击杆塔塔顶时感应电压敏感性分析[J].高电压技术,2005.03:31-33.
[3]安江波,袁志强,翟晓铭.消除交流控制线路中感应电压影响的方法[J]机电工程技术,2008.06:103-104.
[4]徐钢.静电安全教育读本[M].北京:中国石化出版社,2007.08.
[5]石生.电路基本分析[M].北京:高等教育出版社,2003.12.
电压防护 第7篇
从改革开放开始一直到现在, 我国的经济发展迅速, 同时对电力的需求也越来越大。这些年来, 我国努力建设完善的电网系统, 目前已经成立了很多的配电网络。但是正是由于这种大规模的发展也出现了很多自然因素影响电网运行, 最主要的就是雷电对于配电网络的影响。那么如何才能保护好配电网的安全运行呢?这个问题已经成为我国电力工作中最重要的难题。
1 感应雷过电压形成机理分析
所谓的感应雷过电压, 就是雷电击中线路附近的地面或者电线杆的时候, 由于电磁感应的作用, 引起过电压。其中包括:静电感应以及电磁感应两种。事实上, 感应过电压中的两个分量都是在主要的放电过程中, 雷电幅值越来越大, 雷击点的导线距离就会拉近, 都将导致导线大地回路中各部分的磁通随时间的变化率加大, 从而导致感应过电压的电磁分量增加。
2 配电网感应过电压的防护
在雷电的作用下, 很可能会出现网线的跳闸。甚至直接损坏配电网的开闭。在雷电的影响下, 可能会引起配电网线路的跳闸故障, 甚至有可能会直接导致配电网断线。通常情况下架空的线路一般可以得到周边的建筑物以及各种树木的遮挡, 反而不太容易直接受到雷击, 感应雷过电压则是造成故障的最主要因素。防护的方式无外乎两大类方法, 一是对其加以限制, 二是尽可能地降低感应雷过电压, 前者是目前研究最多的方法, 主要方式就是安装避雷装置, 也是本文研究的重点[1]。
2.1 线路避雷器
在一个三相供电网络中, 三相导线上都会具有感应雷过电压的, 它们之间会在波形和幅值方面存在相同点, 所以非常有可能引起对方的闪络。这样就需要同时安装相应的避雷器。但是事实上避雷器的作用就是把感应过电压穿入到大地, 采用电流输入的方式, 这样防止线路和避雷器受到损害, 最后的防护效果和相关的技术和质量是有关系的, 并且和合理的配置线路以及避雷器都有重要的联系。所以要选择安全隐患和经济性共存的方案, 主要有以下几个方案:每两个相邻的基础杆合为一组, 然后安装一个避雷针;每三个作为一组, 安装一个避雷器;每六个为一组, 安装一组避雷器。但是不管选择哪种方案, 安装避雷器的杆子必须是绝缘的并且不存在闪络, 不会出现问题, 可是有时候为了减少成本, 这样的概率和电阻的大小成正比例关系, 所以我们应该结合接地的电阻以及最大雷电峰值大小, 以此来选择一个更加合理的方案。
2.2 避雷线
假如我们研究关于配电网架设线路上安装避雷针, 那么就可以在雷电到达地面的时候发挥屏蔽的作用, 这样就可以降低感应电压, 进而减少事故发生几率。此种防护方案的基本过程是:安装避雷针以及相关线路等完全是处于相同的状态下, 所以仪器的参数和计算方法都是相同的, 最后的结果也很相似。根据相关的研究数据发现, 使用避雷针等方法进行防护的时候, 配电网架空线路要高, 感应电压就会越来越低, 这时候防护的效果和相关的距离属于正比例关系。总体来看, 使用避雷针是可以防护的, 但是在实际的操作中需要注意两点, 要考虑配电网的具体位置, 然后选择一个正确的高度, 减少两者之间的距离。
2.3 对直击雷的防护分析
虽然这篇文章研究的主要是线路避雷器还有避雷线两种方式, 可以避免感应雷过电压引起的危害, 可是对于特殊的直击雷击如何起到保护作用?第一要在使用线路避雷器的情况下, 万一发生了直击雷, 那么就需要在基础杆子上安装线路避雷器, 目的是让更多的电流导入到大地种, 减少对配电网的损害。与此同时防护效果和线路避雷器的最大值有正比例关系。还有就是关于避雷器的保护方式, 可能会分为两种:第一是直接打中了基础杆的顶部, 第二是打中了安装的避雷线, 第二种有接地作用, 可以起到更好地保护作用。对于第一种, 因为之前本文已经分析了两者的距离非常近, 避雷线就可以很好地进行分流, 这样就可以减少配电网线路的损害, 起到更加完善的防护功能[2]。
3 结语
我国的电力系统发展越来越迅速, 并且规模也越来越壮观, 但是雷电对于电网的影响也逐年增加, 甚至已经成为影响我国配电网安全工作的重要原因之一。所以本文重点研究了雷电形成电压的基本过程, 并且详细地记录了相关线路避雷器, 避雷线以及防范效果。对于我国的配电网的感应系统起到促进的作用, 并注重防护理论和实践的结合, 进而保护好我国整个配电系统的正常操作, 为我国的经济发展以及人民生活提供有力的保障。
参考文献
[1]文武.感应雷电磁干扰及防护研究[D].武汉大学, 2010.
电力系统过电压保护原理及防护措施 第8篇
为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘, 电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压, 简称为过电压防护.
过电压分为外过电压和内过电压两大类。内部过电压分为三大类:操作过电压、工频过电压、谐振过电压。外部过电压对电力系统的破坏方式有四种:直击雷过电压、感应雷过电压、雷电波侵入过电压、地电位反击过电压。
1.1 防止外部入侵的雷电过电压的措施
(1) 与外电网联络的电源架空线路, 大多为110k V及以上电压等级, 应该设置非常完善的避雷线, 防止直击雷。
(2) 在厂区按设计规范设置多支独立避雷针。110k V以上的配电装置须设避雷针。接地引下线、接地网、接地极、接地带符合规范。
(3) 外电源架空线路的进线开关前的避雷器设置是非常重要的。它对沿外线路传递过来的过电压有重要的抑制作用, 是防止过电压的第一道防线。
(4) 变压器一般是户外布置, 高压侧是架空线, 此时在高压侧宜装设避雷器;变压器的中性点须装间隙放电保护。
(5) 对于6/10k V装置变电所直配架空线路, 有条件时可串接变压器, 将架空线路同厂内电网进行适当隔离。变电所直配架空线回路的避雷器参数选择必须正确。
1.2 防止内部过电压措施
(1) 6-10-35kV系统中性点接地方式, 从限制过电压角度来讲, 希望小电阻或中电阻接地。
(2) 在发电机事故解列时, 需有防止发电机操作过电压的措施。
(3) 断路器的三相同期性能必须确保。
(4) 发电机、变压器、电动机三相绕组直流电阻不平衡率必须在标准范围内。
(5) 对于35k V开关柜, 需注意两个问题: (1) 额定电压35kV的设备, 最高工作电压U m必须达到40.5k V; (2) 建议不要用空气锴装柜, 最好用气体绝缘组合电器GIS。
2 大能容组合式过电压保护器 (BSTG)
大能容组合式过电压保护器 (BSTG) 是一种新型的过电压保护器, 采用一体化设计, 它将过电压保护器和高压引线电缆整体:密封在优质绝缘橡胶中, 结构紧凑、体积小、安装方便该组合式电缆护层保护器, 可以直接安装在电缆分支箱、环网柜、开闭所或箱式变电站中的电缆终端处。它的高压引线电缆与电力电缆金属护套连接, 接地端子固定在接地铜排上, 可以替代传统的接地保护箱, 是10-35KV-220KV电力电缆金属护套过电压保护的首选设备。
大能容组合式过电压保护器 (BSTG) 的三芯电缆是三芯同时通过电流, 可以认为电缆护层上电流是是零, 而单芯电缆的导线与金属护套的关系, 可以看作是一个变压器的初级绕组与次级绕组, 当电缆导线通过电流时, 其周围产生的一部分磁力线将于金属护套交链, 使护套产生感应电压, 感应电压的大小与电缆的长度和流过导线的电流成正比。如果电缆两端金属护套同时接地, 在金属护套上就会形成电流, 导体和金属护套同时发热使得电缆的绝缘老化, 同时降低了绝缘等级, 造成电缆寿命减少。因此单芯电缆应采用一端接地, 一端用护层保护器接地的形式运行, 这样当护层的电压达到一定值时, 护层保护器瞬间动作, 释放电流, 达到安全运行的要求。
2.1 大能容组合式过电压保护器 (BSTG) 的主要特点
(1) 通流容量大, 适用范围更广;
(2) 采用四星形接法, 可将相间过电压大大降低, 保护的可靠性大为提高。
(3) 用氧化锌非线性电阻和放电间隙的结构, 使两者互为保护。放电间隙使氧化锌电阻的荷电率为零, 氧化锌电阻的非线性特性又使放电间隙动作后无续流, 放电间隙不再承担灭弧任务, 提高了产品的使用寿命。
(4) 电压冲击系数为1, 在各种电压波形下放电电压值相等, 不受各种操作过电压波形影响。过电压保护值准确, 保护性能优良。
(5) 结构简单、体积小、安装方便。
2.2 BSTG使用时注意事项
(1) 在做BSTG工放时, 应以电流表数值有明显突变时的高压输出电压值, 作为BSTG的工放数值;
(2) 在做工频放电时, 当观察到电流表有明显的增大时, 要立即将调压器回零, 并切断电源。切忌在放电后继续升高电压, 以免损坏BSTG及试验变压器;
(3) 用户在试验时, 如果发现其工放值超出表一中的允许范围时, 请仔细检查接线是否正确、表计是否准确和调压器炭刷是否接触良好等, 如经检查测试数据无误, 确已超出允许范围时, 请与我公司联系;
(4) 在做其它电气设备绝缘试验时, 应将BSTG连接线拆除;
(5) 试验时, 只有内部间隙放电, 外围任何部分不得有闪络;
(6) 每一至二年做一次预防性试验, 同时将BSTG外表面灰尘清理干净。
2.3 BSTG安装及注意事项
(1) 户内型可水平安装在各种不同型号的开关柜的手车底盘内或支撑梁上;
(2) 带有动作记录仪 (IM) 的BSTG, 先将BSTG本体 (安装方式同上) 和动作记录仪 (嵌入式, 安装在易观察的地方, 外壳须接地) 各自固定好后, 通过带航空插头的七芯屏蔽电缆相连, 安装尺寸详见《BSTG-IM过电压动作记录仪技术说明书》;
(3) BSTG在和三相电源 (A、B、C) 及接地端 (D) 相连时, 须注意以下事项:
a.电缆外端裸露的连接线鼻子相互之间距离, 应满足不同电压等级的不同相带电导体之间保持的最小安全距离的要求;
b.BSTG电缆线之间的安全距离及BSTG电缆线与不同相母线 (或柜体) 之间的安全距离应不小于该型保护器相间距离 (应在电缆电缆拉紧状况下) ;
c.BSTG高压电缆长度要根据安装位置进行选择, 长短要适当, 过长时可将该相电缆捆扎固定在同相母排 (线) 上, 严禁将不同相电缆捆扎在一起;
d.安装时严禁手提电缆.同时要注意避免高压电缆被锐器割破。
3 结论与认识
(1) 过电压保护器的产生不仅解决了操作过电压中的相对地过电压, 而且还解决了相间过电压, 使操作过电压可靠限制在被保护设备绝缘允许范围内, 更好地保护了终端设备的绝缘。
(2) 每个真空断路器出线端装一组过电压保护器, 更好地解决了真空断路器打开时在小系统里存在过电压, 保护线路和终端设备, 特别是对电动机的绝缘起到了很好的保护作用。
摘要：过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象, 电力系统的架空输电线路、电缆线路、母线、变压器和旋转电机的绕组, 都属于具有分布参数的电路元件。无论线路遭受雷击或者系统内部发生操作和故障, 都会在系统中产生电磁暂态过程, 形成一定水平的过电压。研究电力系统中各种过电压的起因, 预测其幅值, 并采取措施加以限制, 对于电力系统运行具有重要意义。追求设备本质安全是电气专业人员义不容辞的职责。防止电力系统出现过电压以及在此过电压下电气设备和电力系统如何采取切实有效的防护措施, 是确保系统安全运行的关键。
关键词：电力系统,过电压,保护原理,防护措施
参考文献
[1]张昌银.动态电压恢复器 (DVR) 在电力系统运行中保护策略的研究[D].华北电力大学 (北京) .2006
浅析电力变压器过电压与防护措施 第9篇
在电力系统中变压器主要起到升压和降压的作用, 其工作原理简单, 由于变压器长时间的运行, 往往导致电压超过它的最大允许工作电压, 即为过电压, 这对变压器的绝缘造成很大危害, 甚至使绝缘击穿。过电压分为操作过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时, 电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压;当变压器或线路上的开关合闸或拉闸操作时, 因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为操作过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。
操作过电压一般为额定电压的3至4.5倍, 而大气过电压数值很高, 可达额定电压的8至2倍, 并且绕组中电压分布极不均匀, 端头部分线匝受到的电压很高。因此, 必须采取防范措施, 防止过电压的发生和进行有效的保护。
过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况, 一是将绕组与铁心 (或油箱) 之间的绝缘高压绕组与低压绕组之间的绝缘 (这些绝缘称为主绝缘) 击穿;另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕之间的绝缘 (这些绝缘称为纵绝缘) 击穿。
由于过电压的时间极短, 电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成, 因而具有高频振荡的特性, 其频率可达100kHZ以上。在正常运行时, 电网的频率是50HZ, 变压器的容抗很大, 而感扩ωL很小, 因此可以忽略电容的影响, 认为电流完全从绕组内部流过。但对高频过电压波来说, 变压器的容抗变成很小, 而感抗变成很大, 此时电流主要由电容流过, 所以必须考虑电容的影响。考虑电容影响后, 变压器的分布参数电路 (见图1)
其中:
CFe-为绕组每单位长度上的对地电容;C'-为高低压绕组之间每单位长度上的电容;Ct-为绕组每单位长度上的匝间电容;L'-为过电压时绕组每单位长度上的漏电感;R'-为绕组每单位长度上的电阻。
1. 操作过电压和大气过电压产生的原因分析
1.1. 操作过电压
在一般配电网中, 使用的绝大多数是降压变压器, 下面就以降压变压器空载拉闸操作为例说明操作过电压产生的原因。
根据变压器参数的折算法可知, 把二次侧 (低压侧) 电容折算到一次侧 (高压侧) 时, 电容折算值为实际值的 (1/K2) 倍, 所以二次侧电容的影响可以略去不计。这就是说, 空载时可以忽略二次侧的影响。就一次绕组来说, 由于每单位长度上的对地电容CFe是并联的, 故对地总电容为
由于一次侧单位长度上的匝间电容Ct是串联的, 故它的匝间总电容为
在电力变压器中, 通常CFe>>Ct, 所以定性分析时, 匝间电容的影响也可略去不计。当再忽略绕组电阻R1时, 可得空载拉闸过电压时的简化等效电路
其中L1是一次绕组的全自感。
把空载变压器从电网上拉闸时, 假如空载电流的瞬时值不等于零而是某一数值Ia, 这时相应的外施电压瞬时值为Ua。于是在拉闸瞬间, 电感L1中储藏的磁场能量为1/2L1i2a, 电容CFe上储藏的电场能量为1/2CFeU2a。由于这时变压器的电路是由电感L1和电容CFe并联的电路, 故在拉闸瞬间, 回路内将发生电磁振荡过程。在振荡过程中, 当某一瞬间电流等于零时, 此时磁场能量全部转化为电场能量, 由电容吸收, 电容上的电压便升高到最大值Ucmax。
当拉闸电流和电容上的电压一定时, 绕组的电感愈大, 对地电容愈小, 则拉闸时过电压愈高。电力系统中, 拉闸过电压通常不超过额定电压的30~4.5倍。
1.2. 大气过电压
大气过电压是输电线路直接遭受雷击或雷云放电时, 电磁场的剧烈变化所引起的。当输电线路直接遭受雷击时, 雷云所带的大量电荷 (设为正电荷) 通过放电渠道落到输电线上, 大量的自由电荷向输电线路的两端传播, 就在输电线上引起冲击过电压, 称为雷电过电压。雷电波由零上升到最大值这一段称为波头, 下降部分称为波尾。如果把波头所占时间看成是周期波的1/4周期, 则雷电波可看成是频率极高的周期性波。这样, 当过电压波到达变压器接线端时, 相当于给变压器加上了一个频率极高的高电压。这一瞬变过程很快, 一开始, 由于高频下, ωL很大的, 1/ωC很小, 电流只从高压绕组的匝电容和对地电容中流过。由于低压绕组靠近铁心, 它的对地电容很大, (即容抗很小) , 可近似地认为低压绕组接地。可雷电波袭击时, 沿绕组高度上的电压分布取决于匝间电容Ct和对电容CFe的比例。由于两种电容都存在, 过电压时, 一部分电流由对地电容分流, 故每个匝间电容流的电流不相等, 上面的匝间电容流过的电流最大愈往下面则愈小, 随着电压沿绕组高度的分布变为不均匀, 起始电压分布很不均匀, 靠近输电线A端的头几匝间出现很大的电压梯度, 因此, 在头几个线匝里, 匝间绝缘和线饼之间的绝缘都受到很大的威胁, 这时最高匝间电压可能高达额定电压的50~200倍。
2. 过电压防护措施
为了防止变压器绕组绝缘在过电压时被击穿, 必须采取适当的过电压保护措施, 目前主要采用下列措施:
2.1. 避雷器保护
在变压器的高压端装设金属氧化物避雷器, 其特点是动作灵敏, 残压低, 通流容量大, 当雷电波从输电线侵入或者在操作过电压发生时, 避雷器动作, 过电压波对地导通, 过电压, 这样雷电波就不会侵入变压器, 从而保护了变压器。在国家标准GB311.1-1997《高压输配电设备的绝缘配合》中对于变压器的绝缘水平规定为:"6kV变压器的短时 (1min) 工频耐受电压 (有效值) 为25kV, 雷电冲击耐受电压 (峰值) 为60kV;10kV变压器的短时 (1min) 工频耐受电压 (有效值) 为35kV, 雷电冲击耐受电压 (峰值) 为75kV";
以6kV、10kV配电系统为例, 分别列举出保护变压器的金属氧化物避雷器参数如表1所示。国家标准GB311.1-1997《高压输配电设备的绝缘配合》对于变压器等设备的操作过电的绝缘配合的规定有如下内容:
"相对地绝缘, 范围I的设备, 根据设备上的统计操作过电压水平或者避雷器的操作冲击保护水平和设备的绝缘特性, 并取一定的配合因数Kc计算、选取设备的额定操作冲击耐受电压";
"选取配合因数Kc时应考虑到下列因素:绝缘类型及其特性;性能指标;过电压幅值及分布特性;大气条件;设备生产装备中的分散性及安装质量;绝缘在预期寿命间的老化, 试验条件及其它未知因素。对于雷电冲击:根据我国情况, 一般取Kc≥1.4;对于操作冲击:一般取Kc≥1.15"。
结合国家标准的规定, 可以计算出如下数据:
6kV变压器用避雷器的绝缘配合因数值:
同理计算:
10kV变压器用避雷器的绝缘配合因数值:
根据以上计算可以看出, 金属氧化物避雷器的参数完全可以满足变压器过电压保护的需要。
2.2. 加强绝缘
除了加强变压器高压绕组对地绝缘外针对雷电波作用的特性, 还要加强首端及末端部分线匝的绝缘, 以承受由于起始电压分布不均匀而出现的较高的匝间电压。这种方法效果有限, 而且加厚绝缘使散热困难, 同时减少了匝间电容, 增大了匝间电压梯度。目前只在35kV及以下的变压器中采用。
2.3. 增大匝间电容
匝间电容相对于对地电容愈大时, 则电压的起始分布愈均匀, 电压梯度越小, 因此增加匝间电容是有效的过电压保护措施。
3. 结语
造成变压器过电压的原因多种多样, 针对不同的过电压, 有不同的过电压保护措施。在实际工作中, 我们应进行经济上和技术上的全面研究, 选择有效的过电压保护措施确保变压器的安全稳定运行。
参考文献