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電氣技術知識:防雷設備和電抗器

2021-09-06 16:32:29

1.什么叫過電壓?過電壓是如何分類的?

由于雷電放電、系統中操作、故障或其它原因,在電力系統中的某些部分的電壓可能異常升高,有時可能大大超過電氣設備正常運行的額定電壓,使設備絕緣造成損壞。電力系統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部過電壓兩種。

大氣過電壓是由于雷擊電力系統設施、雷電感應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、感應雷過電壓和高電位侵入。由于其能量來源于電力系統之外,故又稱為外部過電壓。大氣過電壓的幅值取決于雷電參數和防雷措施,與電網的額定電壓無直接關系。這類過電壓具有脈沖性質,持續時間一般只有十幾微秒左右,然而其造成的危害卻甚大。

內部過電壓按其電磁振蕩的起因、性質和形式的不同,可分為工頻過電壓、操作過電壓、事故過電壓和諧振過電壓。現將過電壓的分類詳列如下:


美式電纜接頭

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2.什么叫做操作過電壓?產生操作過電壓的原因有哪些?

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

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

操作過電壓的特點是持續的時間通常比雷電過電壓長,而又比暫態過電壓短。一般在數百微秒到100ms之間,并且衰減的很快。通常可以利用標準操作沖擊波來模擬。

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象。雷雨季節中,雷云在形成過程中與空氣強烈的摩擦而聚集起電荷,當帶電的云塊臨近地面時,對大地就有靜電感應作用,此時云塊下的大地感應出與雷云異性的電荷,兩者就組成了一個巨大的“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度也是不同的。當云中電荷密集處的電場強度達到25-30kV/cm時,就會擊穿附近空氣的絕緣強度,云對地就會發生先導放電。當先導放電的通路到達大地時,大地和云就產生強烈的“中和”,出現極大的電流,稱為主放電。主放電的溫度有20000℃,會產生耀眼的閃光,使空氣急劇膨脹,發出震耳的轟鳴聲(即雷聲)。主放電的時間極短,約30~50μs,電流從數千安到數百千安,其波前時間僅1~4μs,陡度在7.kA/μs左右。


冷縮電纜頭

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雷電的危害很大。其危害方式有:

(l)直擊雷  當雷電直接通過房屋、樹木、桿塔、天線等物體時,強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產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重損傷。雷直接襲擊輸電導線會產生直擊雷過電壓,可能引起相間絕緣閃絡。雷電直擊避雷線或桿塔時,雷電流在其波阻抗及接地電阻止產生的電壓降過高時,會擊穿它與導線間的絕緣,在導線上產生反擊過電壓而造成損害。

(2)感應雷  雷擊的先導階段,在附近的桿塔、避雷線和經變壓器中性點接地的輸電導線上會感應出異性的束縛電荷。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為自由電荷,它向兩側沿導線以光速移動而形成過電壓,稱為感應過電壓。其幅值可能達到300-500kV,能引起110kV以下的設備絕緣閃絡。此外,雷電主放電電流的磁場變化也會在輸電導線上感應出過電壓,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生感應雷而產生。據統計,電力系統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,比例相當大。因此,對高電位侵入的防護應該予以相當的重視。

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、金屬網稱為避雷帶、避雷網;所有接閃器均應經過接地引下線與接地體相連。

(1)避雷針 利用尖端放電原理來防止雷云對建筑物、構筑物的雷電直擊。

(2)避雷線 通常設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 與避雷線相似,設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、感應雷沿線路侵襲至變配電所設備的高電位損害而設置的放電通路。5.管型避雷器的作用是什么?其基本結構如何?

管型避雷器一般應用在線路上。在變配電所內一般采用閥型避雷器。

管型避雷器由產氣管、內部間隙和外部間隙三部分組成,如圖所示。

產氣管由纖維、有機玻璃或塑料制成。內部間隙裝在產氣管的內部,一個電極為棒形,另一個電極為環形如圖所示。圖中的S1就是管型避雷器的內部間隙。

外部間隙裝在管型避雷器與帶電的線路之間,如圖67中,當線路上遭到直擊雷或感應雷時,大氣過電壓使管型避雷器的內部間隙和外部間隙擊穿,強大的雷電流通過接地裝置流入大地。但是,隨之而來的是電網中的工頻續流,其值也很大。雷電流和工頻續流在管子內部間隙上發生強烈的電弧,使管內壁的材料燃燒,產生大量的滅弧氣體。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,強烈吹弧,在工頻電流過零時,電弧熄滅。這時,外部間隙S2的空氣恢復了絕緣,使管型避雷器與系統隔離,恢復系統的正常運行。

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

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


冷縮電纜接頭

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6.什么是磁吹閥式避雷器?其特點有哪些?

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電弧型兩種。其基本原理都是利用磁鐵的磁場與工頻續流相互作用,使電弧拉長或旋轉,以達到將電弧分割和冷卻并產生強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,可以很好地實現絕緣配合。它可以用于某些儲能較大設備的內部過電壓防護,同時可以降低對被保護設備的絕緣要求。磁吹閥式避雷器常用于旋轉電機的過電壓保護。

7.變(配)電所有哪些防雷措施?

變(配)電所的防雷措施通常應考慮以下幾方面:

(l)裝設避雷針

避雷針可做為對整個建筑物或構筑物的直擊雷防護。

避雷針可單獨立桿,也可利用戶外配電裝置的構架或投光燈的燈塔。但變壓器的門型構架不能用來裝設避雷針,以免雷擊產生的過電壓對變壓器進行尖端放電。

(2)高壓側裝設閥型避雷器和保護間隙

這主要是用來保護主變壓器,以免高電位沿高壓線路侵入變電所這一Z重要的設備。為此,要求避雷器和保護間隙應盡量靠近變壓器安裝,其接地線應與變壓器的低壓倒中性點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接線如圖6-13所示。通常在每路進線終端和母線上,均裝有閥型避雷器。如果進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裝設在架空線路終端頭處。

(3)低壓側裝設閥型避雷器和保護間隙


這種方法主要是在多雷區用來防止雷電波由低壓側侵入而擊穿變壓器的絕緣。當變壓器低壓倒中性點為不接地的運行方式時,中性點也應加裝避雷器和保護間隙。


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