感應(yīng)雷過電壓雷電侵入波過電壓

?因直接雷擊或感應(yīng)雷擊在輸電線路導(dǎo)線中形成迅速流動(dòng)的電荷稱它為雷電進(jìn)行波。雷電進(jìn)行波對(duì)其前進(jìn)道路上的電氣設(shè)備構(gòu)成威脅，因此也稱為雷電侵入波。一般的變電所，如果有架空進(jìn)出線，則必須考慮對(duì)雷電侵入波的預(yù)防。雷電侵入波對(duì)電氣設(shè)備的嚴(yán)重威脅還在于：當(dāng)雷電侵入波前行時(shí)，例如遇到處于分閘狀態(tài)的線路開關(guān)，或者來到變壓器線圈尾端中性點(diǎn)處，則會(huì)產(chǎn)生進(jìn)行波的全反射。這個(gè)反射與侵入波迭加，過電壓增高一倍，極容易造成擊穿事故 。

?雷云對(duì)電力架空線路的桿塔頂部放電，或者雷云對(duì)電力架空線路桿塔頂部的避雷線放電，這時(shí)雷電流經(jīng)桿塔入地。雷電流流經(jīng)桿塔入地時(shí)，在桿塔阻抗和接地裝置阻抗上存在電壓降。因此，桿塔頂部出現(xiàn)高電位，這個(gè)高電位作用于線路的導(dǎo)線絕緣子上，如果電壓足夠高，有可能產(chǎn)生擊穿，對(duì)導(dǎo)線放電，這種情況稱為雷電反擊過電壓 。?

?雷云直接對(duì)電器設(shè)備或電力線路放電，雷電流流過這些設(shè)備時(shí)，在雷電流流通路徑的阻抗（包括接地電阻）上產(chǎn)生沖擊電壓，引起過電壓。這種過電壓稱為直接雷擊過電壓 。?

過電壓一般分成兩大類：雷電過電壓和內(nèi)部過電壓。

雷電過電壓與氣象條件有關(guān)，是外部原因造成的，因此又稱之為大氣過電壓或外部過電壓。

雷電過電壓一般分成：直接雷擊過電壓、雷電反擊過電壓、感應(yīng)雷過電壓和雷電侵入波過電壓。

在輸電線路附近有雷云，當(dāng)雷云處于先導(dǎo)放電階段，先導(dǎo)通道中的電荷對(duì)輸電線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)，將與雷云異性的電荷由導(dǎo)線兩端拉到靠近先導(dǎo)放電的一段導(dǎo)線上成為束縛電荷。雷云在主放電階段先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，這時(shí)輸電線路導(dǎo)線上原有束縛電荷立即轉(zhuǎn)為自由電荷，自由電荷向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)而造成的過電壓為感應(yīng)過電壓。

感應(yīng)雷過電壓是指在電氣設(shè)備（例如架空電力線路）的附近不遠(yuǎn)處發(fā)生閃電，雖然雷電沒有直接擊中線路，但在導(dǎo)線上會(huì)感應(yīng)出大量的和雷云極性相反的束縛電荷，形成雷電過電壓。在輸電線路附近有雷云，當(dāng)雷云處于先導(dǎo)放電階段，先導(dǎo)通道中的電荷對(duì)輸電線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)，將與雷云異性的電荷由導(dǎo)線兩端拉到靠近先導(dǎo)放電的一段導(dǎo)線上成為束縛電荷。雷云在主放電階段先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，這時(shí)輸電線路導(dǎo)線上原有束縛電荷立即轉(zhuǎn)為自由電荷，自由電荷向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)而造成的過電壓為感應(yīng)過電壓 。?

過電壓分外過電壓和內(nèi)過電壓兩大類。

外過電壓：又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的。分直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。雷電過電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。直擊雷過電壓是雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過電壓。感應(yīng)雷過電壓是雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過電壓。因此，架空輸電線路需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。

內(nèi)過電壓：電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。有暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓 ，又稱工頻電壓升高。操作過電壓是由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快持續(xù)時(shí)間較短的過電壓 。

直擊雷過電壓 　雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱為反擊。直擊雷過電壓幅值可達(dá)上百萬伏，會(huì)破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。

感應(yīng)雷過電壓 　雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過電壓。感應(yīng)雷過電壓主要發(fā)生在架空輸電線路上。

輸電線路防雷 　架空輸電線路綿延縱橫，最易遭受雷擊，是引起線路故障的主要原因之一，需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路防雷能力。耐雷水平是指線路遭受直接雷擊尚不致引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流值（kA）。

輸電線路一旦出現(xiàn)雷電過電壓，還將以流動(dòng)波形式沿線路傳播，侵入變電所以后還可能引起絕緣破壞事故。由線路傳來的雷電過電壓稱為雷電侵入波。需采用避雷器將雷電侵入波削弱到電工設(shè)備絕緣所能承受的限度以內(nèi)。電力系統(tǒng)中常裝設(shè)磁鋼棒、示波器等觀測(cè)記錄儀器以積累雷電過電壓資料。

操作過電壓

電力系統(tǒng)由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的過電壓。常見的操作過電壓有以下幾種。

①空載線路合閘與重合閘過電壓：輸電線路具有電感和電容性質(zhì)?？蛰d線路合閘時(shí)簡(jiǎn)化的等值電路原理如圖1所示。圖1中L為電源和線路的等值電感，C為線路的等值電容，e（t）為交流電源。當(dāng)開關(guān) K突然合上時(shí)，在回路中會(huì)發(fā)生以角頻率的高頻振蕩過渡過程，電容C（即線路）上的電壓U_C(t）可能達(dá)到最大值，E_m為交流電源電壓幅值。如果合閘前電容C上還有初始電壓，合閘后振蕩過程中的過電壓還可能達(dá)到3E_m，線路自動(dòng)重合閘時(shí)就會(huì)有這種情況。

②切除空載線路過電壓：空載線路屬于電容性負(fù)載。由于切斷過程中交流電弧的重燃而引起更劇烈的電磁振蕩，使線路出現(xiàn)過電壓。t1時(shí)刻工頻電流熄滅，此時(shí)線路仍保持殘余電壓；t2-t3時(shí)高頻電弧第一次重燃又熄滅，使線路電壓經(jīng)過振蕩達(dá)到-3Em；t4-t5時(shí)電弧第二次重燃并熄滅，使線路電壓達(dá)到5Em。如此推演，直至電弧不再重燃、電流最終切斷為止。切除電容器等其他電容性負(fù)載，都會(huì)因電弧重燃而引起上述過程的過電壓。

③切斷空載變壓器過電壓：變壓器是電感性負(fù)載，同時(shí)對(duì)地還有等值電容。當(dāng)斷路器K突然切斷電流時(shí)，電流變化率甚大，使變壓器上產(chǎn)生甚高的感應(yīng)過電壓。電流切斷以后，變壓器中殘余的電磁能又向?qū)Φ仉娙軨充電，形成振蕩過程，因而出現(xiàn)過電壓，稱為截流過電壓。斷路器操作切除其他電感性負(fù)載也會(huì)出現(xiàn)類似的過電壓。

④弧光接地過電壓：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地電弧間歇重燃現(xiàn)象而引起的過電壓。接地電弧每次經(jīng)過零點(diǎn)都要經(jīng)歷熄滅和重燃的過程。較小的電弧電流可以自行熄滅，不致重燃。較大的電弧電流則會(huì)穩(wěn)定地重燃，必須靠開關(guān)操作才能切斷。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地電流是電容性的，一般超過10A，電弧既不容易自行熄滅，又不足以穩(wěn)定重燃，因而發(fā)生間歇重燃現(xiàn)象。電弧每次間歇重燃都引起系統(tǒng)電磁振蕩，并且前后過程互相影響，振蕩逐次加強(qiáng)，使系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓。

電工設(shè)備的絕緣強(qiáng)度必須能夠承受一定幅值的操作過電壓。主要采取開關(guān)觸頭加并聯(lián)電阻的方法限制操作過電壓的幅值，同時(shí)還可以用避雷器加以防護(hù)。通常用一個(gè)單極性的沖擊波來等效操作過電壓的最大峰值，以進(jìn)行電工設(shè)備的耐壓試驗(yàn)。

暫時(shí)過電壓

由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓。暫時(shí)過電壓主要是工頻振蕩，持續(xù)時(shí)間較長，衰減過程較慢，故又稱工頻電壓升高。常見的暫時(shí)過電壓有以下幾種。

①空載長線電容效應(yīng)（費(fèi)蘭梯效應(yīng)）：輸電線路具有電感、電容等分布參數(shù)特性。在工頻電源作用下，遠(yuǎn)距離空載線路由于電容效應(yīng)逐步積累，使沿線電壓分布不相等，末端電壓最高。超高壓輸電線路長度大于300km時(shí)，應(yīng)考慮電容效應(yīng)引起的空載線路末端電壓升高。

②不對(duì)稱短路接地：三相輸電線路a相短路接地故障時(shí)，b、c相上的電壓會(huì)升高，其數(shù)值可達(dá)相電壓U_ph的α倍：U_b=U_c=αU_ph

α 稱為接地系數(shù)，與故障點(diǎn)處系統(tǒng)的零序電抗X0和正序電抗X1的比值有關(guān)：

中性點(diǎn)接地系統(tǒng)(X0/X1≤3），α約為1.3；中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)│X0/X1│趨于無窮大時(shí)，α 趨于1。

③甩負(fù)荷過電壓：輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時(shí)，由于電源電動(dòng)勢(shì)尚未及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)而引起的一種暫時(shí)過電壓。此外，電力系統(tǒng)工頻或非工頻的諧振，以及非線性鐵磁諧振等也都屬于暫時(shí)過電壓。

電工設(shè)備的絕緣強(qiáng)度一般應(yīng)能承受暫時(shí)過電壓。超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路需安裝并聯(lián)電抗器補(bǔ)償線路電容效應(yīng)，以降低暫時(shí)過電壓。

諧振過電壓

電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電壓。諧振過電壓一般按起因分為以下3種。

①線性諧振過電壓：構(gòu)成諧振回路的電工設(shè)備的電感、電容等參數(shù)是常數(shù)，不隨電壓或電流而變化。例如輸電線路的電感和電容，線路串聯(lián)補(bǔ)償用電容器，鐵心具有線性勵(lì)磁特性的消弧線圈等。諧振過電壓主要因串聯(lián)諧振的電路原理而產(chǎn)生。當(dāng)系統(tǒng)在某種接線方式下形成了電感、電容串聯(lián)回路，回路自振頻率又恰好與電源頻率相等或接近時(shí)就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，使電工設(shè)備出現(xiàn)過電壓。

②鐵磁諧振過電壓：諧振回路中的電感元件因鐵心的磁飽和現(xiàn)象，使電感參數(shù)隨電流（磁通）而變化，成為非線性電感。例如，電磁式電壓互感器就是這種元件。非線性電感與電容串聯(lián)而激發(fā)起的一種諧振現(xiàn)象稱為鐵磁諧振，它會(huì)使電氣設(shè)備出現(xiàn)過電壓。由于發(fā)生鐵磁諧振回路中的電感不是常數(shù)，回路的諧振頻率也不是單一值。同一回路既可能產(chǎn)生工頻的基波諧振，又可能產(chǎn)生高次諧波（如2、 3、5次諧波）或分諧波（如1/2、1/3、1/5次諧波）諧振。

③參量諧振過電壓：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)等效電感參量發(fā)生周期性變化，若連接容性負(fù)載，如空載輸電線路，會(huì)與電容形成諧振，甚至在無勵(lì)磁的情況下，也能使發(fā)電機(jī)端電壓不斷上升，形成過電壓。這種現(xiàn)象又稱作發(fā)電機(jī)自勵(lì)過電壓。參量諧振所需要的能量是由機(jī)械功通過周期性的改變電感參量而提供的。

增大諧振回路的阻尼是限制諧振過電壓的主要措施。還應(yīng)力求從系統(tǒng)運(yùn)行方式上避免可能發(fā)生的諧振過電壓。

過電壓分外過電壓和內(nèi)過電壓兩大類。

外過電壓 又稱雷電過電壓、大氣過電壓。由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的。分直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。雷電過電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。直擊雷過電壓是雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體 ，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱為反擊。直擊雷過電壓幅值可達(dá)上百萬伏，會(huì)破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。感應(yīng)雷過電壓是雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過電壓。因此，架空輸電線路需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。

內(nèi)過電壓 電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過電壓。有暫態(tài)過電壓、操作過電壓和諧振過電壓。暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過渡過程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過電壓 ，又稱工頻電壓升高。常見的有：①空載長線電容效應(yīng)（費(fèi)蘭梯效應(yīng)）。在工頻電源作用下，由于遠(yuǎn)距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高。②不對(duì)稱短路接地。三相輸電線路a相短路接地故障時(shí) ，b、c 相上的電壓會(huì)升高。③甩負(fù)荷過電壓，輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時(shí)，由于電源電動(dòng)勢(shì)尚未及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)而引起的過電壓。操作過電壓是由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快持續(xù)時(shí)間較短的過電壓，常見的有：①空載線路合閘和重合閘過電壓。②切除空載線路過電壓。③切斷空載變壓器過電壓。④弧光接地過電壓。諧振過電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過電壓。一般按起因分為：①線性諧振過電壓。②鐵磁諧振過電壓。③參量諧振過電壓。