在电力系统中，各种电压等级的电气设备，在正常运行状态下只起承受其额定电压的作用。但在异常情况下，可能由于外部有击雷式雷电感应突然加到系统里，或者是系统运行中的操作、故障、等原因引起系统内部电磁能量的振荡、积聚和传播，从而造成对电气设备绝缘有危险的电压升高，这种现象称为过电压。过电压现象虽然持续的时间很短（一般从几微秒至几十毫秒），但电压升高的中能很大，在没有过电压保护措施，设备本身绝缘水平较低时，可能发生输配电线路及电气设备的绝缘击穿，使电力系统的政党运行遭受破坏。为了保证电力系统的安全运行，必须切实采取各种安全技术措施，进行过电压保护，以使过电压造成的危害降到最低限度。

在电力供电电网上，过电压现象十分普遍。如果没有防范措施，随时都可能发生，也随时都可以发现。引起电网过电压的原因很多。

过电压的分类:外部过电压和内部过电压。

外部过电压就是雷击过电压或大气过电压。

内部过电压分为：操作过电压、谐振过电压、单项弧光接地过电压。

§1-1雷击过电压

§1-1-1.雷电的产生

空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。经过运动，带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部（一般为负电荷），带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部（一般为正电荷）。这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成“云间放电”（即闪电）。

　　带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电 。这就容易造成雷电灾害。

　　雷电形成于大气运动过程中，其成因为大气运动中的剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线。

　　闪电的形状最常见的是枝状，此外还有球状、片状、带状。闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。云间闪电时云间的摩擦就形成了雷声。

§1-1-2.雷电的主要特点

冲击电流大其电流高达几万-几十万安培；时间短一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60微秒；雷电流变化梯度大雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒；冲击电压高强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。

§1-1-3.雷电的破坏

雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度（25—30kV/cm）时，所发生的猛烈放电现象。通常雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。球形雷是球状闪电的现象。

3.1 直击雷破坏
　　当雷电直接击在建筑物上，强大的雷电流使建（构）筑物水份受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致建筑物燃烧或爆炸。另外，当雷电击中接闪器，电流沿引下线向大地泻放时，这时对地电位升高，有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”，从而造成火灾或人身伤亡。

3.2 感应雷破坏
　　感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。

3.2.1静电感应雷
　　带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。
　　易燃易爆场所、计算机及其场地的防静电问题，应特别重视。

3.2.2电磁感应雷
　　雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在

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§1-3操作过电压

§1-3-1截流过电压

由于真空断路器有良好的灭弧性能，当开断小电流时，电弧在过零前就会熄灭，由于电流被突然切断，其滞留于线路（电机、变压器）中的能量必然其分布杂散电容充电，转变为电场能量。对于电机和变压器，特别是空载或容量较小时，则相当于一个大的电感，且回路电容量较小，因此会产生高的过电压，特别是开断空载变压器时更危险。从理论上讲可以产生很高的过电压，但由于触头和回路中有一定的电阻产生损耗以及发生击穿，对过电压值有相当的抑制作用，但这种抑制作用是有限的，不能消除在切断小电流时出现的过电压。因此特别对感应负载在采用真空断路器作为操作元件时，应加装过电压保护设备。

§1-3-2多次重燃过电压

多次重燃过电压是由于弧隙发生多次重燃，电源多次向线路分布（电机）电容进行充电而产生的。在真空断路器切断电流的过程中，触头的一侧为工频电源，另一侧为LC回路充放电的振荡电源，如果触头间的开距不够大，两个电压叠加后就会使弧隙之间发生击穿，断路器的恢复电压就会升高。如果触头开距不够大，就会发生第二次重燃，再灭弧、再重燃以致发生多次重燃现象，多次的充放电振荡，触头间的恢复电压逐级升高，负载端的电压也不断升高，致使产生多次重燃过电压，损坏电气设备。

§1-3-3三相开断过电压

三相开断过电压是由于断路器首先开断相弧隙产生重燃时，流过该相弧隙的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零，致使未开断相随之被切断，在其他两相弧隙中产生类似较大水平的截流现象，从而产生更高的操作过电压，所产生的过电压是加在相与相之间的绝缘上。在开断中小容量电机或轻负载情况下容易出现三相开断过电压。

§1-3-4容载过电压

真空断路器在开断容性负载方面比其它类型的断路器有较好性能，但是在投切电力电容器组时，由于真空断路器间隙弧后介质恢复强度不够稳定和直流耐压水平降低，可能发生击穿，从而出现过电压。

避雷器只能防雷击过电压，而不能防止操作过电压

常规避雷器存在的问题（如图§2-1-2）：

1、电动机相间绝缘不能有效保护保护

根据国标GB11032-89，6KV系统保护电动机的常规MOA的持续运行电压UC＝4KV，I1MA直流参考电压U1mA≥11.3KV，其相对地100A操作冲击电流的残压：

U100A＝1.4 U1mA＝1.4×11.3KV＝15.8KV

常规MOA是星形接法，其相对相之间的100A操作冲击电流的残压为两个相对地MOA的串联，因此U相间＝2 U100A＝2×15.8KV＝31.6KV

6KV电动机相对地和相间的绝缘所能承受的过电压值为（US＝6KV）：

UR＝ （2US＋1）×0.75×1.15= （2×6KV＋1）×0.75×1.15＝15.9KV

结论：常规ＭＯＡ的U相间 远大于UR，常规MOA不能保护电动机相间绝缘。

组合式过电压保护器（TBP）是凯立公司的专利产品，从结构上克服了常规ＭＯＡ避雷器的两个弱点，不仅保护雷击过电压，而且还可以保护内部过电压，其接法如图图§2-2-1。

图§2-2-1四星形接法的MOA（TBP）

CG－间隙　FR－ZnO电阻

在发生单相接地时（规程规定可以继续运行2小时），作用在健全相的MOA上持续运行电压是原相电压的 倍，甚至更高。此时的荷电率：

K2＝ × ×UC／U1MA＝ × ×4KV／11.3KV＝0.867

结论：通常制造水平高的ZnO阀片K2=0.8，显然如此高的荷电率MOA是承受不了的，因此常规的MOA必然在单相接地或谐振时产生的过电压情况下损坏较多。