發布日期：2022-04-28 點擊率：27
有關帶電作業過電壓的類型與空氣間隙的放電問題，過電壓的類型，包括操作過電壓、暫時過電壓等，空氣間隙的放電，介紹了U50與操作沖擊電壓波形的關系，以及空氣放電的主要特點。
在帶電作業過程中，作業人員除了受到正常工作電壓的作用外，還可能遇到內部過電壓和雷擊過電壓。在《電業安全工作規程》中規定：“雷電天氣時不允許進行帶電作業”。因此，帶電作業中只考慮內部過電壓和工作電壓的作用。
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過電壓保護器的原理_過電壓保護器的作用
內部過電壓又分為操作過電壓和暫時過電壓，操作過電壓是由系統內的正常操作、切除故障操作或因故障(弧光接地等)所造成的過電壓。暫時過電壓又稱短時過電壓，它包括工頻電壓升高和諧振過電壓。
一般將內部過電壓幅值與系統最高運行相電壓幅值之比，稱為內部過電壓倍數K0。K0與電網結構、系統中各元件的參數中性點運行方式、故障性質及操作過程等因素有關，并具有明顯的統計性。
1．操作過電壓
操作過電壓的特點是幅值較高，持續時間短、衰減快。電力系統中常見的操作過電壓有中性點絕緣電網中的間歇電弧接地過電壓；開斷電感性負載(空載變壓器、電抗器、電動機等)過電壓；開斷電容性負載(空載線路、電容器組等)過電壓；空載線路合閘(包括重合閘)過電壓以及系統解列過電壓等。操作過電壓的大小是確定帶電作業安全距離的主要依據。
(1)間歇電弧接地過電壓。單相電弧接地過電壓只發生在中性點不直接接地的電網(一般lOkV系統都是中性點不直接接地)，如發生單相接地故障時，流過中性點的電容電流，就是單相短路接地電流。
當電網線路的總長度足夠長、電容電流很大時，單相接地弧光不容易自行熄滅，又不太穩定，出現熄弧和重燃交替進行的現象即間歇性電弧，這時過電壓會較嚴重，所以一相接地多次發生電弧，不但會使另兩相也短路接地，還會引起另兩相對地電容的振蕩。
理論上如果間歇電弧一直發生，過電壓會達到很高，而實際上，每次發弧不一定都在幅值，還有其他損耗衰減，所以一般不超過3 Uxg,個別達3．5 Uxg 以上。
(2)開斷電感性負載過電壓。進行切斷空載變壓器、電抗器、電動機、消弧線圈等電感性負載的操作時，儲存在電感元件w- =1/2LI2要轉化為電場能量，而系統又無足夠的電容 二來吸收磁能，而且開關的滅弧性太強，在t→0時，激磁電流變化率di0/dt→∞(無窮大)，將在激磁電感L上感應過電壓U1=-L×di/dt →∞.在中性點不直接接地電網中，一般不大于4 Uxg；中性點直接接地電網中，一般不大于3 Uxg。其過電壓倍數和斷路器結構、回路參數、變壓器結構接線、中性點接地方式等因素有關。
(3)空載線路切合(包括重合閘)過電壓。切合電容性負載，如空載長線路(包括電纜)和改善系統功率的電容器組，由于電容的反向充放電，使斷路器觸頭斷口間發生了電弧的重燃。
這是因為純電容電流在相位上越前電壓900，過l／4周期電弧電流經0點時熄滅，但此時電壓正好達到最大值，若開關斷口弧隙的絕緣尚未恢復正常，電容電荷充積斷口，U= Uxg，再經過半周期電壓反向達到最大值，U=2 Uxg，并伴隨高頻振蕩過程。按每重燃一次增加2 Uxg，理論上過電壓將按3、5、7、9倍相電壓增加，而實際上過電壓只有(3～4) Uxg。
因為斷路器如果滅弧性能好，斷口絕緣恢復快的，不一定都重燃，而每次重燃時也不一定是電壓最大值時。母線有多條比只有一條時過電壓也較小，另外線路上也有電暈和電阻損耗起阻尼作用。
一般中性點直接接地或經消弧線圈接地的系統過電壓不大于3 Uxg，中性點不接地系統過電壓的最大值達(3—3．5) Uxg。
2．暫時過電壓
暫時過電壓包括工頻電壓升高和諧振過電壓。
工頻電壓升高的幅值不大，但持續時間較長、能量較大，所以在考慮帶電作業絕緣工具的泄漏距離時常以此為依據。 造成工頻電壓升高的原因主要為不對稱接地故障、發電機突然甩負荷、空載長線路的電容效應等。
不對稱接地故障是線路常見的故障形式，其中以單相接地故障為最多，引起的工頻電壓一般也最嚴重。對于中性點絕緣的系統，單相接地時非故障相的對地工頻電壓可升高到1．9倍相電壓，對于中性點接地的系統可升高到l．4倍。
電網系統內一系列的電氣設備(線路、變壓器、發電機等)組成復雜的電感、電容振蕩回路。在正常的情況下，由于負載的存在或線路兩端與系統電源連在一起，自由振蕩不可能發生。
在操作或故障時，不對稱狀態下(如斷線、非全相拉合閘、電壓互感器飽和等)，適當的參數組成了共振回路(ωL=1/ωC)，激發很高的過電壓，其必要條件是電路固有自振頻率與外加電源頻率相等f0=f(即 )或成簡單分次諧波，電路中就出現了電壓諧振。
常見諧振過電壓有參數諧振、非全相拉合閘諧振、斷線諧振等。諧振過電壓事故是最頻繁的，在3～330kV電網中都會發生，一般不會大于3 Uxg但持續時間比較長，會嚴重影響系統安全運行。
在我國GB311．1—1997《高壓輸變電設備的絕緣配合》中，對各電壓等級下的過電壓倍數作出了規定，見表3—1。
表3-1 各電壓等級下操作過電壓的倍數KO
由于操作過電壓可以達到較高的數值，所以在帶電作業中比較重視它。在330kV及以上電壓等級的超高壓系統內，空氣間隙和絕緣工具的絕緣水平通常都由操作過電壓決定。
操作過電壓的波形具有各種形狀。為了便于統一比較，在國家標準中規定了一種標準波形作為衡量電氣設備絕緣水平的依據。
國際電工委員會(IEC)推薦的標準操作沖擊電壓波形已為我國所采用，并列入國家標準GBl6929--97。
圖3-1是操作沖擊電壓波形圖。圖中Tcr，為波前時間(通常稱為波頭時間)，即電壓從零開始到達最大峰值Umax，所需的時問；T2為半峰值時間(通常稱為波尾時間)，即電壓從零開始經過最大峰值后有下降到峰值的一半《1/2Umax)所需的時間。標準操作沖 圖3-1操作沖擊電壓波形
擊電壓的波形參數規定如下：
Tcr/T2=250/2500μs
在規定值與實測值之間允許偏差為：
波前時間 △Tcr=±20％
半峰值時間 △T2=±60％
故通常以250／2500μs表示標準操作沖擊電壓的波形。
(1)空氣放電的特點
空氣間隙是以空氣作為絕緣介質的。空氣放電的特點之一是擊穿電壓具有較大的分散性。因此，在研究空氣間隙放電特性時必須建立統計的觀點，50％放電電壓就是以統計的觀點來表達某一空氣間隙耐受操作沖擊電壓的平均絕緣性能。
這意味著可能發生這樣的實際情況：當施加電壓低于U50時，間隙也可能被擊穿，只是擊穿的概率低于50％，(www.dgjs123.com)且施加電壓越低，擊穿概率也越低；而當施加電壓高于U50時，間隙也可能不被擊穿(稱為耐受)，只是間隙耐受的概率低于50％，且施加電壓越高，耐受概率越低。
(2)50％放電電壓的含義
選定某一固定幅值的標準沖擊電壓，施加到一個空氣間隙上，如果施加電壓的次數足夠多，且該間隙被擊穿的概率為50％時(即有50％的次數間隙被擊穿)，則所選定的電壓即為該間隙的50％放電電壓，并以U50表示。
(3) U50與操作沖擊電壓波形的關系
大量的試驗結果表明：空氣間隙的U50與操作沖擊電壓的波形有關，且主要與波頭時間Tcr，有密切關系，因為間隙的擊穿，一般都發生在波頭時間內。
對于同一間隙，U50隨波頭的時間而變化，并在某一波頭時間下出現最低值U50.MIN，該波頭稱為臨界波頭。對于棒一板間隙，一般可使用經驗公式(3-1)估算棒極為正極性時的臨界放電電壓
式中 U50.min —臨界放電電壓（KV）;
L——間隙長度(m)。
該經驗公式適用于間隙長度為2-5m的范圍。
對于其他電極形狀的間隙，首先可按式(3-1)估算出相同長度的棒一板間隙U50.min，然后在乘以所求電極形狀的間隙系數Kg，即可得所求間隙的U50.min估算值。
計算公式為 U50.min =Kg. (3-2)
式中 U50.min——所求間隙的臨界放電電壓(kV)；
L——該間隙的長度(m)；
Kg——該間隙的間隙系數。
不同電極系統的間隙系數，可參見表3—2。
表3-2 常見間隙的間隙系數Kg參考值
帶電作業間隙耐受操作沖擊電壓的絕緣特性，可以用U50來反映，但由于間隙放電電壓具有分散性，所以還需要用另一個參數標準偏差σ來反映擊穿電壓的分散性。
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