【正文】 干燥狀態(tài)下 (kV，有效值)在淋雨狀態(tài)下 (kV，有效值)式中：。所以內(nèi)絕緣的1min工頻試驗電壓可由下式?jīng)Q定 (kV，有效值) 若此計算值低于沖擊試驗電壓除以內(nèi)絕緣的沖擊系數(shù)的商，則取該比值為工頻試驗電壓。實驗表明，內(nèi)絕緣抗內(nèi)部過電壓的強度與抗1min工頻電壓的強度之比為1．3～1．35。所以電器內(nèi)絕緣的截波沖擊試驗電壓值可按下式?jīng)Q定 (kV)式中：1．15為累積系數(shù)；1．25為考慮電器比避雷器殘壓高的系數(shù)(截波時這一差值比全波時的高)。變壓器無工頻激磁時，全波沖擊試驗電壓可按下式?jīng)Q定 (kV)上式所增加項考慮了工頻激磁的影響。 對于變壓器和電器的試驗電壓可分以下幾個方面考慮。 對于電機絕緣來說，第一項要求應(yīng)多加考慮，允許其出廠試驗電壓剛剛能滿足內(nèi)部過電壓和外部過電壓的要求，而在運行中的老化問題則靠加強檢修來解決。試驗電壓太高，造價就增大；試驗電壓太低，則運行維護費用大，而且會嚴(yán)重影響供電的可靠性。外絕緣指暴露在空氣中的套管外部等，其耐壓值與大氣條件(如臟污、濕度、氣壓、雨水等)有很大關(guān)系。 三、電氣設(shè)備的試驗電壓 電氣設(shè)備包括電機、變壓器及其它電器。表13 由各種電壓所要求的最小對地空氣間隙 單位：cm系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）203566110220330500變電所雷電過電壓30406590180220320操作過電壓406590180230350工頻電壓15303060110160架空線路雷電過電壓354565100190260(230)370(330)操作過電壓12255070145195270工頻電壓51020255590130懸垂串絕緣子個數(shù)23571319(17)28(25) 注 1．變電所最小空氣間隙對330kV和500kV為參考值。 海拔超過l000m時，每增高100m，sg應(yīng)比表1—3中數(shù)值增大1％。 (2)按過電壓也可進行類似選擇。 在確定空氣間隙大小時，除了考慮工作電壓、大氣過電壓及內(nèi)過電壓外，還應(yīng)考慮風(fēng)吹導(dǎo)線使絕緣子串?dāng)[動的不利因素。 按最高工作電壓要求初步選定每串絕緣子個數(shù)n后，還應(yīng)根據(jù)內(nèi)部過電壓的要求進行檢驗。根據(jù)污穢的種類和嚴(yán)重程度的不同，5可按表1—2選擇。 二、電力線路和變電所架空導(dǎo)線絕緣的選擇 架空導(dǎo)線的絕緣包括絕緣子串和導(dǎo)線對桿塔(或架構(gòu))的空氣間隙。 所謂電氣設(shè)備的絕緣水平是指該電氣設(shè)備能承受的試驗電壓值。污閃事故常發(fā)生在惡劣氣象條件下，因此嚴(yán)重污穢地區(qū)電力系統(tǒng)外絕緣水平應(yīng)主要由電力系統(tǒng)最大運行電壓決定。因此電力系統(tǒng)絕緣水平是以操作過電壓下避雷器的殘壓為基礎(chǔ)來決定的。 對330kV及以上超高壓電力系統(tǒng)，由于變電所及電力線路的絕緣占整個造價的比重較大，而且隨著運行電壓的提高，操作過電壓幅值也隨之增大，所以在超高壓電力系統(tǒng)的絕緣配合中，操作過電壓將逐漸起主導(dǎo)作用。 對220kV及以下的電力系統(tǒng)，一般以雷電過電壓確定電力系統(tǒng)的絕緣水平，即以避雷器的殘壓為基礎(chǔ)確定電力設(shè)備的絕緣水平。故障相的最大過電壓Uum＝2Uxg。過渡過程衰減后，V、W相仍將穩(wěn)定在線電壓運行。因此斷弧后瞬間，各相電壓初始值與瞬態(tài)值相等，不會引起過渡過程。所以斷弧后，導(dǎo)線對地穩(wěn)態(tài)電壓由各相電源電勢和直流電壓 Uxg疊加組成。但在斷弧瞬間，V、W相電壓各為1．5Uxg，而U相電壓為零，電網(wǎng)儲有電荷q＝2C0(1．5 Uxg)＝3C0Uxg。接地點通過的工頻接地電流相位比Eu滯后90。由于U相接地，非故障相V、W對地電壓Uv、Uw將過渡到新的穩(wěn)態(tài)瞬時值1．5Uxg。 假定U相電弧接地，三相電源電壓為eu、ev、ew工頻接地電流為ijd，各相對地電壓為Uu、Uv、Uw，它們的相互關(guān)系和波形見圖129。但通常認(rèn)為，電弧的熄滅與重燃時間是決定最大過電壓的重要因素。當(dāng)電流更大時，接地電弧一般不能自熄。運行人員可借接地指示裝置來發(fā)現(xiàn)故障并設(shè)法找出故障所在及時進行處理。 五、間歇性電弧接地過電壓 單相接地是運行電網(wǎng)的主要故障形式。若線路上的泄漏很小，在一定條件下，重新合閘瞬間線路的初始電壓與穩(wěn)態(tài)電壓差別遠(yuǎn)比正常合閘時的兩 者之差大。 2．合閘空載線路過電壓 線路合閘也是電力系統(tǒng)常見的操作，它可以分成兩種類型，一種是線路正常有計劃的合閘操作，另一種合閘操作是運行線路發(fā)生單相接地故障，由繼電保護系統(tǒng)控制跳閘后，經(jīng)一段時間再合閘。 對于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)，因三相斷路器動作不同期以及熄弧時間的差異等原因，會形成瞬間不對稱電路，中性點有電位位移，在不利條件下會使重燃過電壓顯著增大。 在110kV及220kV電力系統(tǒng)中，我國曾進行過大量的切斷空載線路試驗，實測的過電壓倍數(shù)一般不超過3倍，最高曾達(dá)3．34倍，并符合正常狀態(tài)分布規(guī)律。當(dāng)t＝t5時，高頻電流過零，電弧熄火，C2上保持5Em的電壓不斷循環(huán)，直至斷路器不再重燃為止。當(dāng)高頻振蕩電壓為最大值時，t＝t3，高頻電流為零值。因C1C2時，U10=Em，于是C2上的電壓要從—Em過渡到穩(wěn)態(tài)電壓+Em。經(jīng)半個工頻周期t＝t2，斷路器觸頭間恢復(fù)電壓達(dá)最大值Em(Em)＝2Em。設(shè)通過斷路器QF的工頻電流過零時間t＝tl，斷路器觸頭間熄弧，于是C2上的電壓為—Em，參見圖128，若不考慮C2的泄漏，C2上的電壓保持—Em不變。在電源中性點直接接地電力系統(tǒng)中，切除空載線路可用圖127所示的電路進行分析。合空載線路(尤其是自動重合閘)時，合閘瞬間線路的實際電壓與相應(yīng)的工頻穩(wěn)態(tài)電壓值之間的差異可能很大，從而由過渡過程產(chǎn)生的過電壓倍數(shù)就可能很高。切斷空載線路及電容器組時，由于斷路器觸頭間的重燃使線路或電容器組從電源獲得能量并積累起來，從而形成過電壓。顯然這種過電壓對電動機的主絕緣及匝問絕緣都有極大的危害。在t2時再次重燃，振蕩最大電壓U2＝Em+Uh2，電感電流增大到IL2,tz’時又熄弧，類此下去振蕩過程愈來愈強烈，故在多次重燃后過電壓可達(dá)極高的幅值。在t1～t1’的極短時間內(nèi)，iL保持，IL1不變，IL1雖然數(shù)值不大，但已不是開斷電動機時的零值。高頻振蕩的頻率決定于斷路器兩側(cè)電容及其連線電感，它比ω0要高得多。熄弧瞬間t＝0，電感L中的電流iL＝0，電容C向電感工放電并開始振蕩，觸頭間出現(xiàn)恢復(fù)電壓Uh。相對于工頻來說，ω0是極高的，故討論重燃過電壓時可將電源電壓維持在Em不變。 設(shè)真空斷路器在工頻電流過零時熄弧，此時電源相電壓為最大值Em。例如某地在做3kV、110kW電動機開斷試驗時，發(fā)現(xiàn)同時開斷造成的過電壓倍數(shù)最高可達(dá)4．3倍，平均達(dá)2．81倍，均高于電動機的工頻試驗電壓。這是因為連接的三相電纜相線之間有互電容及互電感，首開相回路中的高頻振蕩通過相間的耦合傳遞到其它兩相疊加在工頻電流上，從而使這兩相電流瞬間過零而被切斷。國內(nèi)用SNl10型和SN210型少油斷路器切斷3～6kV、110～2000kW的空載電動機時，最大截流為6A，最大過電壓倍數(shù)為2．43倍；在同樣接線條件下，開斷起動狀態(tài)電動機的最大過電壓倍數(shù)將達(dá)4．9倍。而且對應(yīng)的漏感除了定子繞組的漏感外，還有轉(zhuǎn)子的漏感。由于電動機的空載電流不大(約為25％～30％額定電流)，定子的漏感也不大，所以過電壓也就不高。同時開斷電動機所使用的斷路器類型不同，那么產(chǎn)生的過電壓也不一樣，如用少油斷路器開斷，主要是由于截流產(chǎn)生的截流過電壓；用真空斷路器開斷，除截流過電壓外，還會產(chǎn)生三相同時開斷和高頻重燃過電壓。由于切空載變壓器過電壓的能量不大，采用一般的閥式避雷器就可以得到保護。實際的斷路器在截流后還會出現(xiàn)重燃，磁場能量在多次重燃的過程中消耗掉了，使得過電壓大大降低。當(dāng)磁場能量全部轉(zhuǎn)化成電場能量時，電容C上的電壓就是最大過電壓，因此根據(jù)，可求得 （153）式中：Em為電源電壓幅值；Im為感性電流幅值；為電流截斷瞬間與過零點之間的相位差。斷路器在切斷這類小電流時會在電流到達(dá)零點之前發(fā)生強制熄滅(即所謂截流)。在開斷空載變壓器操作之前，回路受工頻電壓作用，流過C的電流遠(yuǎn)小于流過L中的電流，所以可忽略C的存在。 三、開斷電感性負(fù)荷時的過電壓 在電力系統(tǒng)中常有開斷電感性負(fù)荷的操作，例如切除空載變壓器、電抗器及電動機等，在這些操作過程中可能出現(xiàn)幅值較高的過電壓。對于中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，健全相電壓會上升到線電壓，即相電壓的倍；對于中性點直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，健全相的電壓升高比較復(fù)雜，可用對稱分量法進行分析得 （151）式中 Uu——U相故障前的對地電壓； ——接地系數(shù)，其值為 （152） 越大，則健全相電壓的升高就越高。由此可見，只有當(dāng)線路超過300km時，才考慮到線路電容效應(yīng)的影響。 ～，持續(xù)時間受電壓調(diào)整器的限制約幾秒鐘之久。 突然甩負(fù)荷以后電壓升高的另一個因素是突然甩負(fù)荷后原動機的調(diào)速器和制動設(shè)備的惰性不能立即起作用，引起發(fā)電機超速。 對于110～220kV線路，XcXd’+XL，其中XC為線路容抗，XL為線路電抗，Xd’為發(fā)電機次暫態(tài)電抗，電壓升高不超過10％～15％。 二、工頻電壓升高 如圖l—24所示，發(fā)電機突然甩負(fù)荷，空載長線的電感電容效應(yīng)和電力系統(tǒng)單相接地是使工頻電壓升高的主要原因。我國各類電壓等級的電力系統(tǒng)允許過電壓倍數(shù)見表11，對220kV及以下的電力系統(tǒng)一般不需要專門的限制操作過電壓設(shè)備，對330kV以上的電力系統(tǒng)就必須用專門的避雷器等設(shè)備將操作過電壓倍數(shù)限制到表11中所列的數(shù)字以內(nèi)。系統(tǒng)中所出現(xiàn)的內(nèi)過電壓倍數(shù)不應(yīng)超過一定數(shù)值。 按照持續(xù)時間，內(nèi)部過電壓可以分成兩組：長時間的或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的操作過電壓及短時間的操作過電壓。這種過電壓表現(xiàn)為工頻電壓升高，其作用時間決定于狀態(tài)的性質(zhì)。這兩種諧振過電壓持續(xù)時間比較長，屬于穩(wěn)態(tài)過電壓。操作過電壓的持續(xù)作用時間一般不大于幾分之一秒。內(nèi)過電壓的作用時間與過電壓的類型有關(guān)，通常具有衰減振蕩沖擊波的性質(zhì)，其振蕩頻率比工頻高。 內(nèi)過電壓的能量來自電力系統(tǒng)本身，所以它的幅值是和電力系統(tǒng)工頻電壓基本上成正比的。 3)電弧接地過電壓。 1)切空載變壓器的過電壓。