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第九章过电压及其防护措施一、本章学习方法指导通过本章学习，应了解电力系统过电压的基本概念和发电厂变电所典型防雷方案的配置，熟悉大气过电压种类和形成过程，掌握过电压防护器具的工作原理和避雷针保护范围的计算方法。
二、过电压的基本知识电力系统过电压的分类电力系统过电压可分大气过电压和内过电压两类。
大气过电压是由大气中雷云引起的过电压，有直接雷击过电压、感应雷击过电压和反击雷雷击过电压。
内过电压是电力系统内部能量的传递或转化而引起的过电压，过电压幅值与电网额定电压有直接关系。
常见的内过电压有操作过电压、谐振过电压和谐振过电压。
2.雷击的危害(1)雷击时产生很高电的电压，危害电气设备和电力系统安全；(2)雷击时产生很高大的雷电流，在放电通道上产生弧光与高温，损坏设备或造成火灾；(3)雷击时造成人员或牲畜伤亡。
3.电力系统过电压的基本概念(1)行波。
沿导线传播的电压波、电流波统称为行波，其实质是电磁能量沿导线传播。
(2)波速。
行波在架空线路与电缆线路中的传播速度不同。
架空线路的波速υ=3⨯108 m/s，即行波在架空线路中以光速传播。
(3)波阻抗。
在波动过程中，把单方向的电压波与电流波之比定义为波阻抗Z。
/ L0Z= / ──√C0波阻抗与线路长度无关，只与线路的特性有关。
对架空线路而言，220kV及其以下线路的波阻抗为400Ω;330kV线路的波阻抗为310Ω;500kV线路的波阻抗为280Ω。
(4)行波的折射与反射。
行波在波阻抗不同的线路的传播速度不同，在分析过电压时遇到波阻抗不同的元件连接，例如架空线路与电缆线路的连接、母线与变压器连接等情况。
将不同波阻抗元件的连接点称为结点。
两个不同波阻抗的线路连接点为结点。
线路1、2的波阻抗分别为Z1、Z2。
当行波沿线路波阻抗为Z1向线路波阻抗为Z2传播时，结点前后都必须保持单位长度导线的电场能量与磁场能量总合相等；由于Z1≠Z2，故行波到达A点时必然要发生电压、电流的变化，即结点A 处要发生行波的折射与反射。
第九章输电线路的防雷保护本章要求：输电线路的感应过电压：雷击大地和雷击杆塔时导线上感应过电压的计算输电线路上的直击雷过电压和耐雷水平建弧率及雷击跳闸率的计算。
输电线路防雷措施及作用分析由于输电线路长度大，分布面广，地处旷野，易受到雷击。
输电线路上出现的大气过电压有两种：一种是雷击于输电线路引起的，称为直击雷过电压；（1）雷直击导线，无避雷线的线路最易发生，但即使有避雷线，雷电仍可能绕过避雷线的保护范围而击于导线（绕击）。
（2）雷击杆塔或避雷线强大的雷电流通过杆塔及接地电阻，使杆塔和避雷线的电位突然升高，杆塔与导线的电位差超过线路绝缘子闪络电压时绝缘子发生闪络，导线上出现很高的电压。
这种杆塔电位升高，反过来对导线放电，称为反击。
另一种是雷击线路附近地面而引起的，由于电磁感应所引起的，称为感应雷过电压。
（3）雷击输电线路附近大地：当雷击导线水平距离65m以外的大地时(更近的落雷由于线路的引雷作用而击于线路)，由于空间电磁场的急剧变化，在导线上感应出的过电压，称为感应雷过电压。
感应雷过电压的危害：（3-1）引起线路跳闸，影响正常供电由于过电压引起绝缘子闪络，导线对地短路，雷电过电压持续时间短（几十μs），继电保护装置来不及动作，但工频续流沿放电通道继续放电，在形成稳定燃烧的电弧后，则继电保护装置将使断路器跳闸，影响正常送电。
（3-2）雷电波侵入变电站导线上形成的雷电过电压波，最终将侵入变电站，经复杂的折反射后，在电气设备上出现很高的过电压，危及设备绝缘，造成事故。
输电线路防雷性能的优劣主要由耐雷水平及雷击跳闸率来衡量。
耐雷水平：雷击线路时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流的幅值，单位为KA。
线路的耐雷水平越高，线路绝缘发生冲击闪络的机会就越小。
雷击跳闸率：每100km线路每年有雷击所引起的跳闸次数。
是衡量线路防雷性能的综合指标。
线路防雷问题是一个综合的技术经济问题，在确定线路的具体防雷措施时，应根据线路的电压等级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动的强弱、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件，特别要结合当地原有线路的运行经验通过技术经济比较来确定。
《高电压工程基础》教学大纲课程学时：40学时（讲授36+实践4）适用专业: 电气工程及其自动化先修课程：电路、发电厂电气主系统等教材:《高电压工程基础》（第二版），施围，邱毓昌，张乔根. 机械工业出版社，2014参考书 1. 《电气工程基础》，（第二版）王锡凡主编，西安交通大学出版社，20092. 《高电压绝缘技术》，严璋，中国电力出版社，20023. 《高电压工程》，梁曦东，清华大学出版社，2004一、课程的性质、目的及任务《高电压工程基础》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业课程，该课程理论性和实践性并重，着重强调工程应用中的理论知识。
通过对本课程的学习，使学生掌握气体放电的基本理论、液体和固体电介质的电气特性，掌握电气设备绝缘试验的相关知识，以及电力系统过电压产生机理及抑制措施等基本知识，具有从事绝缘、高电压技术等领域的设计、安装、运行、试验，及研究工作的专业知识基础。
二、教学内容及基本要求第1章绪论（1）教学内容1.1 高压输电的必要性；1.2 我国电力工业的发展；1.3电力工业对高电压技术发展的促进作用；1.4 新材料和新技术在高电压技术中的应用；1.5 高电压技术在其他领域的应用。
（2）基本要求掌握我国输电线路电压等级的划分；掌握高压输电产生的背景及高压输电的必要性；掌握分裂导线的结构及优点；了解高电压技术在其他领域的应用；了解高电压技术中的新技术；了解我国电力工业的发展。
- 1 -第2章气体放电的基本物理过程（1）教学内容2.1 带电质点的产生与消失；2.2 放电的电子崩阶段；2.3 自持放电条件；2.4 不均匀电场中气体放电的特点。
（2）基本要求掌握气体中带电粒子的产生与消失；掌握气体的自持放电现象和流注放电理论、气隙的击穿特性及提高气体间隙抗电强度的方法；pd值较大和pd值较小时放电现象的异同，以及各自的自持放电条件；理解输电线上的电晕放电以及绝缘子表面的气体放电。
第3章气体间隙的击穿强度（1）教学内容3.1 稳态电压下的击穿；3. 2 雷电冲击电压下的击穿；3.3 操作冲击电压下的击穿；3.4大气密度和湿度对击穿的影响；3.5 SF6气体间隙中的击穿；3.6 提高气隙击穿电压的措施。
第九章一、判断题1、雷电可通过其它带电体或直接对人体放电,使人的身体遭到巨大的破坏直至死亡。
正确答案：对2、铜线与铝线在需要时可以直接连接。
正确答案：错3、10kV以下运行的阀型避雷器的绝缘电阻应每年测量一次。
正确答案：错4、防雷装置应沿建筑物的外墙敷设,并经最短途径接地,如有特殊要求可以暗设。
正确答案：对5、雷电时,应禁止在屋外高空检修、试验和屋内验电等作业。
正确答案：对6、除独立避雷针之外,在接地电阻满足要求的前提下,防雷接地装置可以和其他接地装置共用。
正确答案：对7、为了避免静电火花造成爆炸事故,凡在加工运输,储存等各种易燃液体、气体时,设备都要分别隔离。
正确答案：错8、雷电按其传播方式可分为直击雷和感应雷两种。
正确答案：错9、当静电的放电火花能量足够大时,能引起火灾和爆炸事故,在生产过程中静电还会妨碍生产和降低产品质量等。
正确答案：对10、静电现象是很普遍的电现象,其危害不小,固体静电可达200kV以上,人体静电也可达10KV以上。
正确答案：对11、雷电后造成架空线路产生高电压冲击波，这种雷电称为直击雷。
正确答案：错12、雷雨天气,即使在室内也不要修理家中的电气线路、开关、插座等。
如果一定要修要把家中电源总开关拉开。
正确答案：错13、为防止跨步电压伤人,防直击雷接地装置距建筑物出入口和人行道边的距离不应小于3m,距电气设备装置要求在5m以上。
正确答案：对14、固体物质大面积摩擦、固体物质粉碎、化纤布料揉搓等都会产生大量静电荷。
正确答案：对15、静电电压可达到很高,有时可达数万伏,但静电能量较小,一般不会使人遭电击死亡,但其引发的火灾等二次事故则易使人死亡。
正确答案：对16、接地是消除静电的有效方法电。
在生过程中应将各设备金属部件电气连接,使其成为等电位体接地。
正确答案：对17、在35/0.4KV的配电系统中,应在变电器的高低压侧分别装设阀型避雷器作防雷保护。
正确答案：对18、静电电压较低,不会直接置人于死地。
第二章长线路中的暂态过程1、波阻抗与集中参数电阻有什么不同？答：线路波阻抗Z与数值相等的集中参数电阻相当，但在物理含义上是不同的，电阻要消耗能量，而波阻抗并不消耗能量，它反映了单位时间内导线获得电磁能量的大小。
2、冲击电晕对波过程有什么影响？为什么？答：冲击电晕增大导线有效半径，耦合系数得到增大；冲击电晕增大导线单位长度的对地电容C0，而不影响单位长度导线电感的大小，所以波阻抗减小（自波变，互波不变），波速减小；冲击电晕减小波的陡度、降低波的幅值特性，有利于防雷保护。
而采用分裂导线冲击电晕将减弱。
3、行波传到线路开路的末端时，末端电压如何变化？为什么？答：行波传到线路开路的末端时，即电压波为正的全反射，电流发生负的全反射，使末端的电压升高为入射电压的2倍。
从能量的角度解释，由于末端开路时，末端电流为零，入射波的全部能量转变为电场能量的缘故。
4、行波传到线路末端对地接有匹配电阻时，末端电压如何变化？为什么？答：线路末端接电阻R，且R=Z1时，反射电压为零，折射电压等于入射电压。
表明波到线路末端不发生反射，行波传到末端时全部能量都消耗在电阻R上了，这种情况称为阻抗匹配。
在进行高压测量时，在电缆末端接一匹配电阻，其值等于电缆波阻抗，就可以消除波传到电缆末端时的折、反射情况，从而正确的测量到来波的波形和幅值。
5、使用彼德逊法则的先决条件是什么？答：（1）波沿分布参数的线路射入；（2）波在该节点只有一次折、反射过程。
6、为什么一般采用并联电容、而不是串联电感的方法来降低来波陡度？答：都可以减少过电压波的波前陡度和降低极短过电压波的幅值，但是由于波刚传到电感时发生的正反射会使电感首端电压抬高，危及电感首端绝缘，所以一般采用并联电容、而不是串联电感的方法来降低来波陡度。
但有时也会利用串联电感来改善接前面的避雷器放电特性。
7、波产生损耗的因素：导线电阻引起损耗；导线对地电导引起损耗；大地电阻损耗；导线发生电晕引起损耗。
