冲击过电压与雷击过电压

冲击过电压与雷击过电压 冲击过电压的基础理论与实验 姓名:冯昌伟 学号:20083777 一、引言 电力系统运行过程中，经常会导致比工作电压高得多的电压产生，如:自然界的雷击、电力系统本身操作导致的操作过电压等。为了保护电力系统中的电力设备，必须研究各种过电压的特点及形成条件，各种保护装置及其保护特性，电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合。 电气设备的绝缘在运行中除了长期受到工作电压(工频交流电压或直流电压)的作用外，还会受到各种过电压的侵袭。为了检验电气设备的绝缘强度，在出厂时、安装调试时或大修后需要进行各种高电压试验。因此在高压试验室内应能模拟出这些试验电压，从而实现对电气设备绝缘进行耐压试验以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。从而提高系统安全可靠运行的能力。 二、冲击过电压的基础理论 电力系统的过电压绝大多数发源于输电线路，在发生累计或进行操作时，线路上都可能产生以行波出现的过电压波。就起本质而言，输电线路上的波过程实际上是能量沿着导线传播的过程，即建立电场和磁场。由于导线上的电压和电流不但随时间变化，而且随空间变化，所以用某一特定地点的电压或电流波形图和某一特定瞬间的电压或电流沿线分布图来表示。 1、波传播的物理概念。电压波和电流波沿线路的传播过程实质上就是电磁波沿线路传播的过程，电压波和电流波是在线路中传播的伴随而行的统一体。 2、波动方程、波速和波阻抗。波阻抗Z表示了线路中同方向传播的电流波与电压波的数值关系，但不同极性的行波向不同的方向传播，需要规定一定的正方向。根据习惯规定:沿x正方向运动的正电荷相应的电流波为正方向。在规定行波电流正方向的前提下，前行波与反行波总是同号，而反行电压波与电流波总是异号。 xx 波动方程: u(x,t),u(t,)，u(t，)fb vvxx i(x,t),i(t,)，i(t，)fb vv 11波速: ，架空线路波速: v,v,,,0000 LC uuLfb0 Z波阻抗: ,,,,iiCfb0 3、前行波和反行波，在波动方程中前一个分量为前行波，后一个为反行波。线路中传播的任意波形的电压和电流传播的前行波和反方向传播的反行波，两个方向传播的波在线路中相遇时电压波与电流波的值符合算术叠加定理。 三、实验原理 1、冲击高电压的产生 下图为冲击发生器原理图，雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波，如式 tt,,,,12所示，它由两个指数函数叠加而成。在时，在波前范,,,,u(t),A(e,e)12 tt,,,,21围，即，在波尾范围内，。 u(t),A(1,e)u(t),Ae 冲击发生器原理图 双指数函数冲击电压波 R实际冲击电压发生器采用如下图所示的回路。其中被和等效代替，分置RRf1112 在电路中，为阻尼电阻，主要用来阻尼回路中的寄生震荡，专门用来调节波前时RR1112 UCR212m,,，间。其中放电回路的利用系数。 T,1UC，CR，R012112 冲击电压发生器 2、冲级过电压的测量 目前最常用的测量冲击电压的方法有:?分压器-示波器;?测量球隙;?分压器-峰值电压表。球隙和峰值电压表只能测量电压峰值，示波器则能记录波序，即不仅指示峰值而且能显示电压随时间的变化过程。 1)、分压器与数字记录仪(示波器) 由于可同时测定波形和峰值，所以在测量中被广泛使用。由于数字记录仪的输入电压一般小于数百伏，所以常和分压器一起构成冲击电压测量系统来进行测量，如图所示。 2)、标准球间隙 (1) 多级法 以预期的50%放电电压的2,3%作为电压级差，对被测试品分级施加 冲击电压，每级施加电压10次。至少要加4级电压。要求在最低一级电压时的放电次数近于零，而在最高一级电压时，近于全部放电。求出每级电压下的放电次数与施加次数之比P(即放电频率)后，将其按电压值标于正态概率纸上，给出拟合直线P=f(U)，在此直线上对应于概率P=0.5的电压值即为50%放电电压。 (2) 升降法 估计50%放电电压的预期值后，取Ui的2,3,为电压增量?U，先施加冲击电压Ui一次，如未引起放电，则下次施加电压应为Ui，?U，如U1已引起放电，则下次施加电压应为Ui一?U，以后的加压都按下述规律:凡上次加压如已引起放电，则下次加压比上次电压低?U，凡上次加压未引起放电。则下次加压比上次电压高?U。这样反复加压20,40次，分别计算出各级电压下Ui下的加压次数ni，按下式 ,UNiiU,求出50%放电电压:。 50%,ni (3)冲击峰值电压表 其工作原理如图所示，冲击电压经整流后对电容器充电，然后通过高输入阻抗的放大器，可测得充电电压。 四、雷电冲击过电压的预防 避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。 避雷器的常用类型有:保护间隙、排气式避雷器(常称管型避雷器)、阀式避雷器和金属氧化物避雷器(常称氧化锌避雷器)四种。阀式避雷器是保护变、配电装置常用的一种避雷装置;管型避雷器一般用于线路上;保护间隙一般安装在线路的进户处，用于保护电度表等设备。 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成，其作用是 吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。 避雷针的保护范围，如图所示。一定高度的避雷针下有一个安全区域，在此区域下不受雷电的袭击，称之为保护范围。 h rhhPh,,,()()xxx2 h rhhPh,,,(1.52)()xxx2 5.5h被保护物高度，h避雷针高度，P高度影响系数h<30m，P=1;30m